国外烟气脱硫技术应用进展

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第 19 卷 第 3 期 2014 年 3 月
节能与环境保护
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中外能源 SINO-GLOBAL 胜英，赵 江，边钢月
( 中 国 石 油 规 划 总 院 ， 北 京 100083)
摘 要 烟气脱硫是控制大气污染物排放、防止酸雨形成的重要措施。 世界发达国家烟气脱硫技术成熟，应用较广。 论述了
目前，国外常用烟气脱硫技术有很多，按照脱 硫方式和产物形态的不同，烟气脱硫技术可分为湿 法、半干法、干法三大类。 在诸多烟气脱硫工艺中， 针对炼厂催化裂化装置烟气脱硫的技术主要有 EDV 技 术 、WGS 技 术 、 动 力 波 逆 喷 塔 技 术 、Labsorb 技 术 、Cansolv 技 术 等 ； 针 对 热 电 厂 锅 炉 烟 气 的 脱 硫 工艺主要有石灰石-石膏湿法、 炉内喷钙法、 半干 法、氨法技术等。
关键词 烟气脱硫技术 炼厂催化裂化烟气 电厂锅炉烟气
1 前言 近年来，世界各发达国家在烟气脱硫方面均取
得了很大进展，美国、德国、日本等发达工业国家在 2000 年 前 已 基 本 完 成 烟 气 脱 硫 。 随 着 我 国 经 济 的 快速发展，二氧化硫的排放量也在不断增加。 为控 制大气污染物排放，国家环保总局和国家发展和改 革委员会采取了加强二氧化硫污染防治的措施，先 后施行《排污费征收使用管理条例》和《大气污染物 综 合 排 放 标 准 》 (GB 16297—1996)，2014 年 7 月 1 日 起 ，将 要 实 施 《石 油 炼 制 工 业 污 染 物 排 放 标 准 》。 为适应国家环保要求，炼厂和电厂等纷纷上马烟气 脱硫项目。因此，分析国外烟气脱硫技术应用情况， 对我国相关项目技术选择具有一定的指导意义。
作者简介：靳胜英，博士，高级工程师，主要从事石油及新能源 的 规 划 研 究 工 作 。 E-mail ：jinshengying@
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中外能源 SINO-GLOBAL ENERGY
2014年 第 19 卷
物产生，并需进一步处理。 在催化裂化烟气脱硫应 用 上 ，最 具 代 表 性 的 是 贝 尔 格 (Belco)公 司 的 非 再 生 湿 气 洗 涤 工 艺 (EDV) 、Exxon 公 司 的 湿 法 洗 涤 工 艺 (WGS)和 美 国 孟 莫 克 公 司 的 动 力 波 工 艺[1，2]。 2.1.1 钠碱洗涤法
本文在论述这些技术主要特点、优缺点和应用
情况的基础上，分析比较各类技术，对我国炼厂和 电厂选择应用烟气脱硫技术具有一定的参考价值。 2 湿法烟气脱硫工艺
湿 法 脱 除 SOx 的 工 艺 有 多 种 ， 大 部 分 在 20 世 纪 70 年 代 初 期 由 美 国 和 日 本 开 发 ， 多 用 于 处 理 锅 炉和炼油厂的加热炉烟气。 湿法烟气脱硫技术的最 大 优 点 是 脱 硫 率 高 达 95%， 装 置 运 行 可 靠 性 高 ，操 作 简 单 ，SO2 吨 处 理 成 本 低 。 在 世 界 各 国 现 有 的 烟 气 脱 硫 技 术 中 ， 湿 法 脱 硫 约 占 85% 左 右 ， 以 湿 法 脱 硫 为 主 的 国 家 有 日 本 ( 占 98% )、 美 国 ( 占 92% ) 和 德 国 (占 90%)。国 外 主 要 应 用 的 烟 气 脱 硫 工 艺 分 述 如 下 。 2.1 非再生湿法脱硫工艺
文丘里+分离塔 ≥95 ≤50 ≤3.5 ≥330
沉淀、氧化 低
可靠 大 5 低 小
EDV 技 术 的 主 要 缺 陷 ，是 其 所 排 放 的 高 浓 度 含 盐污水难以处理。 对于含盐污水，目前可以采取的 可 靠 处 理 方 法 为 结 晶 处 理 ， 回 收 高 纯 度 的 Na2SO3， 但这样做会消耗大量蒸汽，将导致该技术的能耗及 处理成本大幅攀升。
贝 尔 格 公 司 开 发 的 EDV 湿 法 洗 涤 技 术 ， 属 于 非再生湿法洗涤钠法工艺，用于同时脱除催化裂化 烟 气 SOx、 颗 粒 物 。 该 工 艺 使 用 碱 性 溶 液 作 为 吸 收 剂(洗涤液)。 由洗涤吸收塔、集液槽(含喷嘴)和液滴 分 离 器 组 成 。 EDV 湿 法 洗 涤 工 艺 主 要 包 括 EDV 湿 法洗涤系统和排出液处理系统，使用碱性溶液作为 吸收剂(洗涤液)，采用阶段式的烟气净化程序。
用于催化裂化烟气脱硫的文丘里洗涤器有两 种，即高再生烟气的压力(目前通用)洗涤器和低再 生烟气的压力洗涤器(采用抽空器)。其中，高再生烟 气的压力洗涤器， 在文丘里管喉部以上注射洗涤 液，通过文丘里管时压力下降，将液体雾化。 要求气 液 比 ( 进 口 烟 气 体 积 与 循 环 洗 涤 液 体 积 比 ) 在 370～ 1400，CO 锅 炉 出 口 烟 气 压 力 大 于 10kPa。 若 CO 锅 炉 出 口 烟 气 压 力 小 于 10kPa， 文 丘 里 洗 涤 器 必 须 采
迄 今 ， 国 内 外 有 超 过 71 套 催 化 裂 化 装 置 配 套 了 EDV 湿 法 洗 涤 系 统 设 施 。 国 内 的 中 石 化 燕 山 分 公 司 2000kt/a 催 化 裂 化 烟 气 湿 法 除 尘 脱 硫 项 目 、 中 石 化 广 州 分 公 司 1000kt/a 重 油 催 化 裂 化 装 置 烟 气 脱 硫 项 目 、中 石 油 兰 州 石 化 公 司 3000kt/a 重 油 催 化 裂化装置烟气脱硫项目及北海炼油异地改造项目 1700kt/a 重 油 催 化 裂 化 烟 气 脱 硫 项 目 ， 均 采 用 BELCO誖钠 法 湿 法 脱 硫 技 术 。
(2) 美 国 Exxon 公 司 的 非 再 生 湿 气 洗 涤 工 艺 (WGS)[2]
美 国 Exxon 公 司 的 非 再 生 湿 气 洗 涤 工 艺 (WGS) 是专为处理催化裂化再生烟气开发的。 该工艺第一 套 示 范 装 置 于 1974 年 工 业 应 用 。 迄 今 为 止 ，Exxon 公 司 的 湿 气 洗 涤 工 艺 (WGS) 已 建 成 15 套 ， 其 中 1990 年 代 投 产 的 有 7 套 。 该 技 术 可 使 烟 气 SO2 浓 度 从 50～1000μg/g 降 到 7.5～61μg/g， 即 达 到 94% 以 上 的脱除率，完全满足环保要求。
目 前 ，世 界 上 应 用 最 多 的 FCC 烟 气 脱 硫 技 术 即 是以苛性钠或苏打灰为吸收剂， 吸收产物氧化为 Na2SO4 并 随 废 水 排 放 。 钠 碱 洗 涤 法 吸 收 效 率 高 ， 工 艺简单，装置占地小，脱硫产物水溶性好，但吸收剂 费用高，分述如下：
(1) 美 国 贝 尔 格 公 司 的 非 再 生 湿 法 洗 涤 工 艺 (EDV)[2]
非 再 生 湿 法 脱 硫 工 艺 主 要 是 以 NaOH、MgOH、 Na2CO3、 石 灰 等 水 溶 液 作 为 吸 收 剂 ， 对 催 化 烟 气 进 行 洗 涤 ，吸 收 脱 除 烟 气 中 的 SO2，与 SO2 反 应 生 成 亚 硫酸盐、硫酸盐，吸收剂不进行再生。 此类工艺具有 流程简单、占地面积小、投资省、公用工程消耗少、 可 靠 性 高 等 优 点 ， 脱 硫 效 率 在 95% 以 上 ； 缺 点 是 吸 收剂不可再生，化学药剂消耗量较大，有二次废弃
第3期
靳胜英等. 国外烟气脱硫技术应用进展
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用 抽 空 器 类 型 ，即 采 用 更 小 的 气 液 比 75～150。 使 洗 涤液能高速进入文丘里管喉部雾化。 该技术的电 耗、洗涤液消耗和水消耗很高。
为 了 满 足 清 除 烟 气 中 NOx 的 要 求 ， 湿 法 洗 涤 工 艺 (WGS) 技 术 也 可 以 在 喷 水 塔 内 设 脱 硝 空 间 ， 但 Hamon 工 艺 包 中 没 有 专 有 的 脱 硝 技 术 ，采 用 较 为 常 见 的 脱 硝 方 式 。 使 用 强 氧 化 剂(NaClO2 或 NaClO)，氧 化剂的费用较高，但操作简单、平稳。
(3) 美 国 孟 莫 克 公 司 动 力 波 逆 喷 洗 涤 塔 技 术[2] 动 力 波 (Dyna Wave) 逆 喷 塔 技 术 是 一 个 用 于 烟 道气脱硫的单元操作技术，它能同时完成烟道气急 冷、脱除酸性气体、脱除固体粉尘三个功能。 该 技 术 工 艺 过 程 大 致 为 ：约 90%的 烟 气 从 动 力 波进料管的顶部进入动力波吸收塔，在进料管内部 气液接触的位置附近， 持续不断地形成高湍流区， 称之为泡沫区。 该泡沫区内液体表面以极快的速率 更新，并将气体急冷至绝热饱和温度，二氧化硫也 随之被吸收；这样，吸收过程和相关反应在低温下 进行，从而维持气相中较低的二氧化硫分压；接触 后，气液混合物进入分离槽，液滴落入分离槽下部， 气体通过两层液气分离器而从上部排除，所收集的 液体经循环泵返回逆喷头，以保证系统长期、稳定 操 作 。 洗 涤 塔 排 出 的 烟 气 与 没 进 洗 涤 塔 的 原 10%脱 硝 烟 气 相 混 合 ， 使 混 合 烟 气 温 度 升 到 85℃以 上 ，超 过酸露点温度，从而减轻腐蚀。 该技术的核心逆喷头是大口径敞口设计的喷 头，由它喷出的液体可以产生所需的泡沫区。 喷头 由耐磨蚀的碳化硅材料制成。 强制氧化可以在同一 塔中进行，使亚硫酸钠和亚硫酸氢纳完全氧化为硫 酸钠，是动力波技术的一个特点。 该技术不含排液 处理系统，排出液直排污水处理场，所夹带的固体 颗粒依托污水处理场在污水池内沉降。 该技术可用于多个工业领域，如冶金工业的炉 窑，电厂，水泥厂，工业废弃物焚烧，钛白粉厂，炼焦 厂 ，炼 油 厂 ，锅 炉 等 。 自 1985 年 以 来 ，已 在 世 界 各 国 建 造 了 300 余 套 装 置 ，其 中 有 13 套 用 于 炼 油 厂 。 2.1.2 氢氧化镁法 日 本 的 柯 斯 莫(Cosmo)石 油 制 油 所 、三 菱 石 油 水 岛制油所和我国的台湾等，都有以氢氧化镁为吸收 剂 的 FCC 烟 气 脱 硫 装 置 ， 吸 收 塔 分 别 为 喷 淋 填 料 塔 和 喷 淋 塔 等 ，SO2 去 除 率 在 90% 以 上 ， 吸 收 产 物