延遲焦化煙氣中SO2含量高的原因分析與對策

馬云鵬 ， 李 正 ， 張永飛 ， 王樂毅

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽 471012)

中國石化洛陽分公司延遲焦化裝置采用“一爐雙塔”和“可調(diào)節(jié)循環(huán)比”的工藝流程，設(shè)計產(chǎn)量為100萬t/a。裝置加熱爐產(chǎn)生的煙氣中SO2和NOx是常見的大氣污染物。過量的SO2排放到空氣中會形成酸雨或酸霧，危害環(huán)境以及傷害人體皮膚，對設(shè)備造成一定的損壞。我國對于因SO2以及NOx造成的環(huán)境影響予以高度重視，并制訂了相關(guān)的環(huán)保指標(biāo)。煉油行業(yè)普遍采用加熱爐作為熱源對工藝介質(zhì)進(jìn)行加熱。中國石化洛陽分公司的排放指標(biāo)分別為：SO2含量≤50 mg/m3，NOx含量≤100 mg/m3，調(diào)整吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的補充吸收劑和再吸收劑的量以及鼓風(fēng)機變頻閥位，均可滿足規(guī)定的大氣污染物排放指標(biāo)。中國石化洛陽分公司對加熱爐煙氣排放指標(biāo)為：加熱爐煙氣SO2含量≤50 mg/m3，NOx含量≤100 mg/m3，顆粒物含量≤20 mg/m3。

1 加熱爐煙氣中SO2排放現(xiàn)狀

2021年1—12月，中國石化某分公司延遲焦化裝置加熱爐煙氣中SO2含量見表1。

表1 加熱爐煙氣中SO2的含量 mg/m3

根據(jù)表1可以明顯看出，在2021年中，延遲焦化加熱爐煙氣中SO2含量最高為13.525 1 mg/m3，最低為9.300 0 mg/m3，均低于50 mg/m3，滿足中國石化洛陽分公司環(huán)保排放指標(biāo)。而數(shù)據(jù)波動的原因，主要是由于焦炭塔的周期性操作，在不同的生產(chǎn)節(jié)點，加熱爐的運行工況皆不相同。

但是從數(shù)據(jù)可以看出，加熱爐煙氣中SO2含量雖然符合當(dāng)下的環(huán)保指標(biāo)，但是為了進(jìn)一步控制煙氣中SO2含量，保護(hù)環(huán)境，迎合未來環(huán)保排放指標(biāo)趨勢，降低煙氣中SO2含量成為一個亟待解決的問題。

2 流程簡介

延遲焦化裝置由工藝生產(chǎn)和石油焦處理兩大部分組成，根據(jù)其生產(chǎn)特點又劃分為8個生產(chǎn)單元。工藝生產(chǎn)部分包括：原料反應(yīng)單元、分餾單元、吹氣放空單元、吸收穩(wěn)定單元以及干氣脫硫單元；石油焦處理部分則是由水力除焦單元、冷焦水密閉處理單元和石油焦輸送單元所組成。針對工藝生產(chǎn)部分進(jìn)行調(diào)整，來降低煙氣中SO2的含量。

燃料氣流程如圖1所示。富氣自壓縮機組升壓后，與經(jīng)吸收塔底泵打來的飽和吸收油以及解吸塔頂氣進(jìn)行混合，之后經(jīng)除鹽水洗去其中的硫化物，最后E1206換熱至40 ℃進(jìn)入油水分離器V1201。罐頂氣相進(jìn)入吸收塔T1201底，在吸收塔頂分別注入粗汽油(來自分餾塔)和穩(wěn)定汽油(來自穩(wěn)定塔)作為吸收劑和補充吸收劑，吸收掉其中的C3以及C3以上組分。吸收塔中段設(shè)有中斷回流來控制吸收溫度，提高吸收效率。此時吸收塔頂部貧氣進(jìn)入再吸收塔T1203，再吸收塔所使用的吸收劑是柴油(來自分餾塔)，進(jìn)一步除去其挾帶的C3以及C3以上組分。油水分離器V1201中的富吸收油經(jīng)解吸塔進(jìn)料泵抽出打入解吸塔T1202，解吸塔頂解吸氣與壓縮富氣混合進(jìn)入吸收塔循環(huán)吸收。解吸塔底的脫乙烷汽油由穩(wěn)定塔進(jìn)料泵抽出打入穩(wěn)定塔，穩(wěn)定塔頂液化氣送至脫硫裝置，塔底穩(wěn)定汽油一部分去吸收塔作補充吸收劑，另一部分出裝置去加氫裝置。再吸收塔頂貧氣送至干氣脫硫裝置。

圖1 燃料氣流程圖

自再吸收塔頂來的干氣首先進(jìn)入干氣脫液罐V1302，分離出的凝縮油送至輕污油罐，罐頂氣相則進(jìn)入干氣脫硫塔T1302底，與自硫黃回收裝置來的貧液在塔內(nèi)逆向接觸，洗去干氣中的H2S氣體。脫后干氣一部分作為燃料氣供加熱爐燃燒，另一部分送至低壓瓦斯管網(wǎng)。

延遲焦化裝置加熱爐分2爐室，共128個主火嘴，128個長明燈。如圖1所示，加熱爐所使用的燃料氣有兩大來源，一是自產(chǎn)干氣來自焦化干氣脫硫單元，另一種是使用界外來的高壓瓦斯。目前裝置加熱爐用的是自產(chǎn)干氣，在開工時則需要用界外的高壓瓦斯。自產(chǎn)干氣在經(jīng)過換熱后達(dá)到134 ℃進(jìn)入燃料氣罐V1110后進(jìn)入加熱爐火嘴供其燃燒。

3 加熱爐煙氣中SO2產(chǎn)生機理

延遲焦化裝置加熱爐所使用的燃料氣是自產(chǎn)干氣和界區(qū)外高壓瓦斯，自產(chǎn)干氣是自壓縮機出口來的富氣經(jīng)過吸收穩(wěn)定系統(tǒng)以及干氣脫硫系統(tǒng)，分別將其中的重組分和硫化氫進(jìn)行脫除。其中重組分主要為液態(tài)烴。而導(dǎo)致加熱爐煙氣中帶SO2的原因是液態(tài)烴中的硫化物以及未在煙氣脫硫系統(tǒng)中脫除完全的硫化氫，這些硫化物在加熱爐內(nèi)與氧氣反應(yīng)從而形成SO2。干氣中重組分液態(tài)烴中含有的硫化物，主要組成有：硫化氫、羰基硫、甲硫醇、乙硫醇、二甲基二硫醚。

可以看出以上硫化物受到氧化后都會產(chǎn)生SO2，一旦干氣中重組分脫除不干凈，都會造成煙氣中SO2含量上升。中國石化洛陽分公司延遲焦化裝置所使用加熱爐燃料氣為其自產(chǎn)干氣。燃料氣的組成中含有的硫化氫2%，在加熱爐內(nèi)氧化產(chǎn)生SO2，而硫化氫的含量受干氣脫硫流程中N-甲基二乙醇胺對其的吸收效果，吸收效果越好，干氣中的硫化氫越少，其氧化后產(chǎn)生的SO2就越少。

加熱爐所采用的煙氣檢測系統(tǒng)為CEMS(Continuous Emission Monitoring System)系統(tǒng)，可以根據(jù)不同需要自動連續(xù)監(jiān)測SO2、NOx、CO和煙塵濃度及其附帶測量的有關(guān)參數(shù)——溫度、濕度、O2/CO2、流量等。并可以經(jīng)過數(shù)據(jù)采集通訊裝置，通過DCS系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測或接入。

SO2排放濃度=SO2含量實測值×(α實際值/α國標(biāo)值)。

式中：α為過?？諝庀禂?shù)，指燃料燃燒時實際空氣需要量與理論空氣需要量之比值，當(dāng)加熱爐內(nèi)O2含量實測值<4%時，α=1，當(dāng)加熱爐內(nèi)O2含量實測值>4%時，計算公式：α=20.9%/(20.9%-O2含量實測值)。由此可知，在加熱爐內(nèi)O2含量實測值>4%時，爐內(nèi)氧含量越高，α越大，SO2排放濃度就越大。國家環(huán)保部在制定標(biāo)準(zhǔn)時定義鍋爐煙氣過?？諝庀禂?shù)(燃煤鍋爐α=1.8，燃油、燃?xì)忮仩tα=1.2)。爐內(nèi)氧含量與煙氣中SO2含量在某一時間段內(nèi)的對比如表2所示。

表2 煙氣中SO2含量與加熱爐氧含量對比

從表2可以看出，煙氣中SO2含量與爐內(nèi)氧含量兩者之間的關(guān)系。若爐內(nèi)氧含量上升，煙氣中SO2含量也會因此而上升。

4 降低加熱爐煙氣中SO2含量的措施

煙氣中SO2的含量主要受爐內(nèi)氧含量以及干氣中的重組分所影響。爐內(nèi)氧含量提高，煙氣中SO2含量升高。干氣中重組分越少，所挾帶的硫化物就越少，其燃燒產(chǎn)生的SO2也就越少。因此采取以下兩種措施來降低煙氣中SO2的含量：調(diào)整加熱爐內(nèi)氧含量，控制干氣中重組分的量。

4.1 調(diào)整加熱爐內(nèi)氧含量

延遲焦化裝置加熱爐燃燒效果受爐內(nèi)氧含量、燃料氣質(zhì)量、爐膛內(nèi)負(fù)壓、進(jìn)風(fēng)量、加熱爐火嘴是否堵塞等的影響。

加熱爐內(nèi)氧含量與爐子內(nèi)火焰燃燒狀況以及爐子熱效率密切相關(guān)，如果氧含量過高，就意味著進(jìn)入爐內(nèi)的空氣過多，產(chǎn)生的煙氣也隨之增多，排煙時帶走大量熱量，使得爐內(nèi)溫度降低，降低了加熱爐的效率。氧含量過低則會造成燃料不完全燃燒，同樣也會降低加熱爐燃燒效率。

而爐膛內(nèi)氧含量則受進(jìn)風(fēng)量、燃料氣流量、火焰燃燒效果、爐膛負(fù)壓所影響?？刂七M(jìn)風(fēng)量可以通過改變鼓風(fēng)機的變頻來調(diào)整進(jìn)入加熱爐的空氣的量，進(jìn)而改變爐內(nèi)氧含量。鼓風(fēng)機變頻閥位越高，進(jìn)入爐內(nèi)的空氣就越多，氧含量越高；閥位開度越小，進(jìn)入爐內(nèi)空氣就越少，氧含量也越低。

4.2 調(diào)整吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的補充吸收劑和再吸收劑的量

干氣中重組分的含量直接影響燃料氣中的硫含量以及硫化氫的含量，這也就決定著燃料氣在燃燒后所形成SO2含量的多少。脫后干氣以及燃料氣的化驗結(jié)果見表3。

表3 脫后干氣及燃料氣化驗結(jié)果

由表3可看出，脫后干氣中的重組分越多，燃料氣中的硫含量越高，導(dǎo)致煙氣中的SO2含量也越高。給予補充吸收劑的量決定著干氣中重組分的脫除效果，在壓力溫度一定時，適當(dāng)增加補充吸收劑與再吸收劑的量可以降低干氣中的重組分含量。由于本裝置內(nèi)吸收劑與補充吸收劑的注入量偏少，導(dǎo)致進(jìn)入干氣中C3及以上成分脫除效果不佳，造成干氣中重組分較多。

4.3 調(diào)整吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的吸收塔和再吸收塔的溫度和壓力

5 總結(jié)

為響應(yīng)國家環(huán)保要求，控制煙氣中SO2含量已逐漸成為煉油企業(yè)所關(guān)注的焦點。通過控制加熱爐鼓風(fēng)機變頻閥位、調(diào)整吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的補充吸收劑和再吸收劑的量、調(diào)整吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的吸收塔和再吸收塔溫度和壓力等措施，可顯著降低煙氣中SO2含量，滿足環(huán)保指標(biāo)。達(dá)到綠色環(huán)保生產(chǎn)的目標(biāo)。