管式气旋除雾技术在催化烟气脱硫脱硝装置的应用分析

管式气旋除雾技术在催化烟气脱硫脱硝装置的应用分析

刘伟

浙江大维高新技术股份有限公司

摘要：催化装置是生产高品质汽油的重要手段,但在催化剂再生过程中会产生大量的烟气,烟气中的颗粒物、NOx、SO2等污染物对大气环境造成严重污染。为满足国家环境保护部在2018年1月16日发布的《关于京津冀大气污染传输通道城市执行大气污染物特别排放限值的公告》(2018年第9号)要求以及面对国家日益严格的环保政策,所在企业进行环保长远规划,最终将催化裂化再生烟气排放要求定为出口SO2浓度≤30mg/Nm3、出口颗粒物浓度≤10mg/Nm3、出口NOx浓度≤50mg/Nm3。根据国家环保要求须配置催化裂化再生烟气净化处理系统。对国内外已经投用的脱硫、脱硝、除雾技术进行对比,选择处理效率高、投资费用低、技术成熟的方案。基于此，本篇文章对管式气旋除雾技术在催化烟气脱硫脱硝装置的应用进行研究，以供参考。

关键词：管式气旋除雾技术；催化烟气；脱硫脱硝装置；应用分析

引言

中国石化某公司为调整产品结构，对全厂工艺流程进行改造，建设120万吨/年LTAG联合装置，其中120万吨/年LTAG单元正常工况下外排烟气量为143100Nm3/h(湿基)，设计排放烟气中SO2浓度为1499mg/m3 (湿基)，颗粒物浓度为150mg/Nm3 (湿基)。SO2及颗粒物浓度均超出了《石油炼制工业污染物排放标准》(GB31570-2015)排放限值。根据有关的研究结果，每排放1吨二氧化硫造成直接和间接经济损失高达5000元，并且排放到大气中的二氧化硫可形成酸雨，使水质酸化，严重破坏生态系。催化剂粉尘不仅是PM2.5颗粒物，而且含有大量的重金属，对人们的身体健康及环境危害更为直接。因此，为满足环保排放要求，需对120万吨/年LTAG单元配套设置烟气脱硫装置，使装置净烟气SO2排放浓度降低到≤50mg/Nm3(干基)，颗粒物浓度降低到≤30mg/Nm3(干基)，外排废水pH值至6~9，悬浮物浓度降低到≤70mg/L，COD浓度降低至≤60mg/L。综合考虑工艺技术特点、投资，最终确定采用管式气旋除雾技术。基于此，本文探究管式气旋除雾技术在催化烟气脱硫脱硝装置的应用分析。

1工艺流程简述

脱硫除雾采用30%wtNaOH为脱硫剂，原烟气从主烟道接出后经降温进入除雾激冷塔，经过溢流堰段和逆喷段，与溢流段浆液和逆喷喷嘴喷淋的循环浆液逆向充分接触，烟气中的大部分SO2、颗粒物以及其他酸性气体被吸收。烟气接着进入综合塔，经消泡器组件进一步去除烟气中剩余的SO2、细微颗粒物以及其他酸性气体。然后依次经除沫器除游离水、水洗段以及管式除雾除雾器深度除雾除雾，最终的净烟气排入大气。烟气脱硫排出的废液中含有大量的催化剂悬浮固体颗粒物，以及溶解性亚硫酸盐，废水处理系统可除去悬浮固体并将亚硫酸盐转化为硫酸盐，降低出水的SS和COD指标。从脱硫除雾单元的逆喷浆液循环泵出口引出一股脱硫液先进入高效沉降器进行固液分离，底部的浓浆排至渣浆浓缩罐，颗粒物在渣浆浓缩缓罐内经浓缩后进入真空转鼓脱水机过滤，形成的泥饼运出厂外处理。高效沉降器的上清液进入氧化罐进行氧化降低其COD，最终外排至污水处理厂。

2NOx生成的影响因素分析

(1)烟气中O2含量。O2作为再生过程中的主要氧化剂,其含量影响再生器中的氧化还原气氛,从而改变氮元素在再生器中的转化途径,导致NOx的改变。选用富氧操作时,作为还原剂的CO含量下降,造成NOx含量显著.上升。两段再生有助于降低烟气中NO,含量,一般是再生器上段采用不完全再生，下段采用完全再生,在下段富氧环境下生成的NOx进人上段再生器后,与富含CO的烟气及待生催化剂上的C接触,从而使NOx转化为N2。采用两段再生方式时烟气中NO,含量比采用传统再生方式时降低20%~25%。利用热力学对O2初始含量对NO,平衡含量影响的研究发现,O2初始含量的升高不利于NOx平衡含量的减少。在低O2含量时,降低O2含量对降低NOx含量的贡献尤为明显。(2)烟气中CO含量。从氮元素的反应网络和反应机理可知,增加烟气中的还原氛围有利于实现氮元素向N2的转化,从而减少NOx的排放。在许多工业装置中已经发现,采用铂基CO燃烧促进剂导致NO,排放量增加。如果一段再生是不完全再生,在大量C和CO存在下,NO.生成量一定会减少,N2含量增加;在二段再生中用富氧完全方式将同样使NOx生成量减少,N2含量增加。基于热力学平衡数据可知,CO还原NO的反应是自发反应,满足如下反应式:

NO+CO→N2+CO2,ΔＨｒ(298K)=2一373kJ/mol(l)

由Gibbs自由能分析发现,上述反应在压力为0.25MPa、温度为25~950C条件下是自发反应。NO程序升温脱附(NO-TPD)试验也证实了NO能被CO稳定地还原为N2。(3)烟气中SO2含量。各类元素在再生过程中的氧化速率由大到小的顺序为硫>碳>氮。硫的燃烧比碳快,硫元素被氧化后形成SO

2和SO3,总称SOx。SO2同时具有氧化性和还原性，其对氮元素转化可能有一定影响。

3管式气旋除雾技术在催化烟气脱硫脱硝装置的应用分析

3.1管式气旋除雾器的结构

管式气旋是一种常用的除尘设备，为避免其大尺寸空间的气流分布不均匀对除尘效果的影响，气旋筒在整个综合塔均匀布置。为保证除雾、除尘效果，同时避免烟气在流动方向上因不必要的过多变换流态而增加阻力，单个管式气旋内加设了三级气旋板形成组合气旋筒，使得烟气中的粉尘、微小颗粒雾滴在组合气旋筒内反复聚合去除，实现高效除尘的目的。为了确保管式气旋在较低催化烟气负荷时能够达到除尘效果，对管式气旋中流道进行全流场模拟和优化，通过调整每层旋流内旋流片之间的间距和三层旋流器之间的间距，确保在30%～110%负荷范围内，以达到除尘效果。为防止管式气旋可能发生的结垢现象，采用新鲜水或浆液循环水进行冲洗。管式气旋设有喷水总管和5个支管，冲洗水引入装置内后用软管将其引至每个气旋筒上部的喷嘴进行冲洗。所有冲洗水电磁阀在工艺正常运行时处于关闭状态，按照控制程序完成冲洗。新增管式气旋冲洗喷嘴压力控制在0.2～0.3MPa，瞬时最大耗水量为73.5m3/h。冲洗顺序为总管控制阀首先开启，依次启动5个支管控制阀进行冲洗，直至管式气旋除雾器上下压差值小于450Pa时，先关闭支管冲洗水阀门，最后关闭总管冲洗水阀门。这些措施保证了管式气旋的正常运行和高效除尘效果。

3.2应用效果分析

字的总结：

装置在2020年底改造结束后一次开车成功，烟气流经管式气旋畅通，余热锅炉、急冷塔等位置烟气压力未升高，各项运行指标正常，外排烟气颗粒物质量浓度不大于10mg/m3。经过不断调整与优化，该装置在不开启湿电的情况下仍然能够满足颗粒物达标排放。这表明该装置经过改造后性能得到了明显提升，运行稳定，达到了预期的目标。同时，优化调整也为未来的生产运行提供了有益的参考和借鉴。

结束语

总而言之，目前大部分催化剂的催化性能在试验工况下表现优越，但存在制备流程繁琐、成本高、未大规模用于工业生产的问题，应进行深入研究并研制出廉价高效且适用于企业生产环境的催化剂。促进了组分的分散,优化了氧物种的分布,改善了催化剂表面酸性,从而提高了催化剂对甲苯和NO的协同去除性能。此工艺组合投资费用低、技术成熟、能够满足设计要求排放标准。

参考文献

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