国外烟气脱硫技术应用进展

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(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
(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。
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。
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]
EDV 湿 法 洗 涤 系 统 的 工 艺 采 用 阶 段 式 的 烟 气 净化程序。 其主要优点是:系统压降低,烟气系统压 降 不 大 于 3.5kPa。 脱 除 SO2 效 率 大 于 95%。 不 会 产 生浓雾,器壁不结垢。 气液比大,正常操作时气液比 在 330 以 上 。 由 于 有 滤 清 模 块 ,可 以 适 应 重 催 装 置 工艺中含尘量波动大的特点。 采用该技术,只需稍 作 改 动 , 即 可 变 为 该 公 司 的 LoTox 技 术 , 可 同 时 实 现烟气脱硝。 该技术的主要特点见表 1。
表 1 EDV 湿 法 洗 涤 技 术 主 要 特 点
项目 吸收剂 洗涤分离过程 洗涤器类型 脱 硫 率 ,% 净 化 气 颗 粒 物 /(mg·m-3) 系 统 压 降 /kPa 操作气液比 排出液处理方法 动力消耗 可靠性 操作弹性 连 续 运 转 周 期 /a 投资 占地面积
美 国 贝 尔 格 EDV 湿 法 洗 涤 工 艺 碱性水溶液 三步分离
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
常用的炼厂催化裂化装置烟气和热电厂锅炉烟气脱硫工艺的技术特点和应用情况。 通过对炼厂催化裂化烟气脱硫 常 用 的 EDV 技 术 、WGS 技 术 、 动 力 波 逆 喷 塔 技 术 等 进 行 对 比 分 析 , 认 为 EDV 湿 法 洗 涤 技 术 压 力 降 较 小 , 对 催 化 装 置 的各种事故工况有较强的适应性,能够实现长周期运行,预留的脱硝系统运行成本较高,建设周期短,占地面积小。 WGS 技 术 工 艺 建 设 周 期 短 , 占 地 面 积 小 , 由 于 需 要 大 功 率 的 循 环 浆 液 泵 产 生 喷 射 流 对 烟 气 增 压 , 在 催 化 烟 气 携 带 大 量催化剂等不正常工况下,对催化装置影响较大。 动力波技术具有总投资费用和运行费用低,污水排放量少,占地 面积小等优势。 目前,在电厂烟气脱硫中技术较为成熟、应用业绩较好的脱硫工艺,主要有石灰石-石膏湿法、炉内 喷 钙法 、半干 法 、氨 法技术 等 ,石 灰 石-石 膏 湿 法 脱 硫 工 艺 是 最 为 成 熟 的 烟 气 脱 硫 技 术 ,国 内 外 已 有 数 百 套 装 置 投 入 商业运行,任何煤种均可采用这种脱硫方式,脱硫率高,单塔处理量大,对高硫煤、大机组更具有适用价值。
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
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。
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 。
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
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。
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。
该 工 艺 与 EDV 湿 法 工 艺 相 类 似 , 分 为 两 部 分 : 湿 法 气 体 洗 涤 装 置 (WGSR) 和 净 化 处 理 装 置 (PTU)。 使用碱性溶液作为吸收剂(洗涤液)。 烟气首先进入 WGSR,并 在 其 中 脱 除 颗 粒 和 SOx。 WGSR 主 要 包 括 一个文丘里管和分离塔,吸收剂与烟气同向进入文 丘里管,吸收过程发生在文丘里管湍流部分。 吸收 剂液体在缩径段的壁上形成一层薄膜,然后在咽喉 段的入口被分割成液滴, 由于相对速度差的存在, 气体与液滴间发生惯性碰撞,催化剂颗粒在咽喉段 被 捕 捉 ,用 缓 冲 溶 液 洗 涤 除 去 ;SOx 在 咽 喉 段 和 扩 径 段被吸收,生成亚硫酸钠及硫酸钠。
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@petrochina.com.cn
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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
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。

第 19 卷 第 3 期 2014 年 3 月
节能与环境保护

中外能源 SINO-GLOBAL ENERGY
国外烟气脱硫技术应用进展
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靳胜英,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
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