炼油催化裂化装置脱硫脱硝技术研究

张国甲 董春明

摘要：随着环境保护要求的持续提升，政府环保部门对硫化合物、氮化合物排放的监管越来越严格，对催化裂化装置再生烟气脱进行脱硫脱硝是节能减排的关键。某炼油厂采用SCR脱硝技术、新型湍冲文丘里脱硫技术对催化裂化装置再生烟气中硫化合物、硫化合物进行处理，获得了理想的节能环保效果。

关键词：炼油;催化裂化;脱硫;脱销;技术

催化裂化是现阶段炼油厂重要的二次加工技术，是汽油、柴油馏分的主要设备。催化裂化装置运行时会产生硫化合物、氮化合物、一氧化碳和颗粒物，大部分来自再生器燃烧时产生的烟气。催化泪花原料油中的某些含氮和硫的化合物在转化为硫化合物、氮化合物，与再循环的废气一起释放到大气中，对空气环境形成污染。据统计，炼油厂的二氧化硫排放量占二氧化硫排放总量的6%左右，其中仅催化裂化再生烟气中的二氧化硫占比约5%，是造成空气污染和酸雨的主要原因，而且在光和热的作用下与氮化合物和挥发性有机化合物反应生成臭氧，从而导致光化学烟雾污染，此外，氮化合物也是导致催化裂化再生装置出现硝脆和裂纹的主因，对安全生产非常不利，因此，有必要研究炼油催化裂化装置脱硫脱硝技术，以确保催化裂化装置稳定运行，减少污染。

一、烟气脱硫脱硝工艺原理

该炼油厂1#催化裂化装置采用湿式湍冲文丘里烟气脱硫除尘工艺和NH3-SCR 脱硝工艺，工艺装置由该炼油厂自主研发、拥有自主知识产权。

（一） 氨-选择性催化还原NH3-SCR脱硝工艺原理

在氨-选择性催化还原脱硝工艺中，在烟气中加入氨作为还原剂。通过催化剂的作用，氮化合物被还原为氮气和水。该工艺对催化剂性能要求很高，通常，要求二氧化硫/三氧化硫转化率小于1%，目的是降低铵盐生成量。而且在工艺实践中还要注意尽量减少氨气泄漏。

（二） 除尘脱硫工艺原理

新型湍冲文丘里除尘脱硫工艺是一种反应快速、除尘脱硫效率高的湿式除尘脱硫工艺。该工艺基于撞击学理论，两个同轴的气体或气液颗粒或液滴相向流动并发生碰撞，在惯性的作用下，颗粒穿过碰撞表面时，渗透回流并来回振荡。在很高的相对速度下，颗粒在气流中的留置时间更长，提高了传热和传质效率。这项工艺的核心在于喷嘴设计。从喷嘴中喷出的液体在横截面的各个点的旋转速度不同，在离心力的作用下液体均匀放射状分布。在围观层面上，液体旋转搅动，并从中心扩散到周围，覆盖反向射流塔筒的横截面，与气体发生强烈的湍流碰撞，使其处于理想的接触和分散状态，在特定参数下可以有效利用液相能和气相能构建动态平衡泡沫区。

该工艺的主要特点包括：

（1）非雾化喷嘴。喷嘴较粗可以有效解决传统湿法脱硫时喷嘴容易堵塞的问题。

（2）良好的耐冲击性。确保即便跑剂同样可以实现理想的除尘脱硫目的。

（3）湍冲洗涤中有泡沫区域，对超细颗粒粉尘的除尘效果非常好。

该工艺的运行机理是将二氧化硫溶解在水中产生的亚硫酸盐溶液和碱性物质发生酸碱中和。首先，烟气中的二氧化硫与水接触生成亚硫酸盐，然后亚硫酸盐与氢氧化钠反应生成亚硫酸钠。亚硫酸钠与亚硫酸反应生成更多的亚硫酸氢钠。亚硫酸氢钠与氢氧化钠反应生成亚硫酸钠，部分生成的亚硫酸钠被氧化为无害的硫酸钠水溶液。

二、烟气脱硫废水处理工艺

该炼油厂自主研制的烟气脱硫废水处理工艺基本流程如下：

（1）利用洗涤吸收塔中的泥浆循环泵将脱硫废水泵入胀鼓管式过滤器，在过滤器中进行膜分离，去除颗粒物，得到的上清液在氧化罐中被空气氧化，废水中的化学需氧量大大减少。

（2）通过氧化处理后的废水中悬浮物含量应低于70mg/L，化学需氧量应低于50mg/L。

（3）满足上述要求的脱硫废水被送至排水池，由排液泵外排。

（4）胀鼓管式过滤器可以将废水浓缩至3-8%，浓缩后的废水进入渣浆浓缩缓冲罐沉降并浓缩至固体含量为15-30%，得到的污泥被送入真空带式过滤器，继续进行浓缩脱水后得到的废液进入浆液缓冲池继续沉降浓缩，得到的泥饼外运处理。

三、 烟气脱硫脱硝工艺流程

（一） 烟气脱硝工艺流程

从催化裂化废装置中形成的烟气从蒸发区的上部出口被引导至脱硝反应单元。单元设有双层催化剂，蒸发区烟气出口部位设置氨气喷嘴，并在脱硝单元前端通混合栅让氨分布均匀后送入脱硝单元，烟气穿过烟道并进入下部蒸发区。为确保装置长期稳定运行，同时实现更理想地脱硝处理效果，该炼油厂采用以下几个措施：

（1）脱硝催化剂选择蜂窝式可以最大限度地增加催化剂接触面积。

（2）安装了吹灰设备定期进行吹灰，有效防止堵催化剂通道堵塞。

（3）安装导流板，使烟气均匀分布。

（4）安装密封装置，是所有烟气均通过催化剂层。

（5）暴力足够的催化剂空间，如果在设备运行后期催化活性下降，就能通过增设催化剂层的方式确保稳定的脱硝效果。

（二）除尘脱硫工艺流程

该工艺分为四个环节，第一环节发生在急冷塔中的急冷段进行。急冷喷嘴用于形成水膜以冷却烟气入口，收集二氧化硫和粉尘。第二环节是反向注入环节，使用湍流洗涤技术，多向喷嘴喷出液体与烟气反向接触，使烟气降温，使其饱和并清除大颗粒粉尘，吸收二氧化硫;第三环节是清洁吸收环节，饱和的烟气通过消泡剂去除残留的二氧化硫和细小颗粒。第四环节使电除雾环节，通过电除雾器去除水雾之后，烟气通过烟囱排入大气。

在除尘急冷塔、消泡装置中持续补脱硫剂（氢氧化钠），将浆料通过浆料循环泵送至除尘急冷塔以及综合塔。在综合塔中通过喷嘴烟气从下到上进行反向接触并完全反应。部分废水从反向喷雾浆液循环泵的出口集管中抽出，然后送至脱硫废水处理系统。废水从除尘脱硫装置送出，首先进入浆料缓冲罐，与凝结剂均匀混合，然后通过缓冲罐送入胀鼓管式过滤器，经过过滤器处理后得到的上清液进入氧化罐。经过三阶段氧化后，在化学需氧量和悬浮物指标满足要求的情况下，排入排水池，胀鼓管式过滤器底部排出的浓浆进入渣浆浓缩缓冲罐沉降浓缩，再经真空带式过滤机浓缩脱水制成含固率40%左右的泥饼，将泥饼装袋作为危险废弃物建有相关单位妥善处理。

结语

综上所述，某炼油厂采用自主研发的催化裂化烟气脱销脱硫除尘工艺装置能够有效去除烟气中的硫化合物、氮化合物以及粉尘等污染物，经过脱销脱硫除尘处理后的烟气符合环保要求。该装置运行稳定且具有出色的操作灵活性，可以和催化裂化装置同步维护，以满足长期稳定运行要求。

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作者简介：

张国甲（19840—），男，籍贯;吉林，学历，硕士单位，大庆化工研究中心，职称，中级工程师，研究方向：石油炼制、炼油催化剂研发。