鈣 - 鈉雙堿法在油母頁巖煉油企業的應用

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摘要：鈣-鈉雙堿法利用石灰漿液吸收煙氣中的SO2，反應后的吸收液與鈉堿反應而得以再生，并生成石膏。本文通過對比研究濕法、干法和半干法等煙氣脫硫技術，確定以濕法脫硫技術中的鈣-鈉雙堿法作為油母頁巖低溫干餾煙氣中SO2的處理措施，并分析該脫硫技術方案的經濟效益，為油母頁巖煉油企業可持續發展提供科學依據。

關鍵詞：油母頁巖；鈣-鈉雙堿法；經濟效益；煙氣脫硫

油母頁巖是剝離煤層的產物，是一種重要的能源資源，也是一種可燃性固體礦產，可通過低溫干餾的方法產生類似天然石油的頁巖油。頁巖油低溫干餾過程產生的主要污染物是加熱爐煙氣，它是可燃氣體燃燒的產物[1]。加熱爐煙氣以SO2為主要污染物，其濃度可達2000mg/m3[2]。當前，環境保護要求逐步提高，我國SO2排放標準日趨嚴格。為了提高社會效益和環境效益，必須嚴格控制固定污染源大氣污染物的排放量，尤其是SO2。本文通過煙氣脫硫技術比選，將鈣-鈉雙堿法應用在油母頁巖煉油企業煙氣脫硫中，以改善生態環境，提高綜合效益。

1煙氣脫硫技術比選

根據操作過程的物相不同，煙氣脫硫技術可分為濕法、干法和半干法。

1.1濕法煙氣脫硫技術

濕法煙氣脫硫技術以氣液反應為基本機理，反應速度快，脫硫效率高，一般均高于90%，技術成熟，適用面廣，生產運行安全可靠[3]，在眾多的脫硫技術中，其始終占據主導地位。但是，生成物是液體或淤渣，較難處理，設備腐蝕嚴重，洗滌后煙氣需要再熱，能耗高，占地面積大，投資和運行費用高。一是鈣-鈉雙堿法。該方法利用石灰漿液吸收煙氣中的SO2，反應后的吸收液與鈉堿反應而得以再生，并生成石膏。二是石灰石-石膏法。該方法利用石灰石或石灰漿液吸收煙氣中的SO2，生成亞硫酸鈣。三是檸檬吸收法。該方法原理是SO2與檸檬酸鹽液體中H+發生反應，生成H2SO3絡合物。該方法僅適于低濃度SO2煙氣，應用范圍比較窄[4]。

1.2干法煙氣脫硫技術

干法煙氣脫硫技術以氣固反應為基本機理，具有設備簡單、占地面積小、投資和運行費用低、操作方便、能耗低、生成物便于處置、無污水處理系統等優點。但是，反應速率慢，吸收劑利用率低，磨損、結垢現象比較嚴重，脫硫效率低，設備維護難度較大，設備運行穩定性與可靠性不高，且壽命較短。一是活性炭吸附法。該方法原理是SO2被活性炭吸附并被催化氧化為SO3，再與水反應生成H2SO4。二是電子束輻射法。該方法用高能電子束照射煙氣，生成大量的活性物質，將煙氣中的SO2氧化為SO3，進一步生成H2SO4。三是荷電干式吸收劑噴射脫硫法。該方法原理是通過高壓靜電電暈充電區的SO2吸收劑帶有靜電荷，將其噴射到煙氣流中，以同性排斥原理來達到去除SO2的目的，脫硫效率大于90%。但此方法產生的高強度輻射對人體有害，需要設置防輻射屏蔽。四是金屬氧化物脫硫法。該方法原理是金屬氧化物對S02具有較強的吸附性，在常溫或低溫下，金屬氧化物吸附S02；高溫情況下，金屬氧化物與SO2發生化學反應。

1.3半干法煙氣脫硫技術

一是噴霧干燥法。該方法工藝設備簡單，生成的干態硫酸鈣易處理，沒有嚴重的設備腐蝕和堵塞情況，耗水量低。但是，脫硫效率低，自動化要求比較高，吸收劑用量不易控制，吸收效率低。二是半干半濕法。半干半濕法的脫硫效率和脫硫劑利用率介于干法與濕法之間，其主要適用于中小鍋爐的煙氣治理。三是粉末-顆粒噴動床煙氣脫硫法。該方法原理是含SO2的煙氣經過預熱器進入粉末-顆粒噴動床，在床內與噴動粒子充分混合，借助和熱煙氣的接觸，脫硫與干燥同時進行，脫硫產物以干態粉末形式從分離器中吹出。綜上，根據油母頁巖煉油企業干餾裝置運行技術參數和煙氣污染指標監測結果，針對煙氣排放特點，本著技術先進實用、安全可靠、操作維修簡單、運行費用低的原則，初步設計采用濕法脫硫技術中的鈣-鈉雙堿法煙氣脫硫工藝，主體設備采用高效的噴淋脫硫塔。該技術的實施具有顯著的社會經濟和環境效益，可確保油母頁巖煉油企業可持續發展。

2技術應用研究

撫順礦業集團有限責任公司頁巖煉油廠現有8套干餾裝置，每套干餾裝置的瓦斯燃燒交換系統有3臺加熱爐。加熱爐內瓦斯燃燒后，煙氣通過排氣筒排放至大氣環境中。煙氣中SO2等有害氣體對環境空氣質量影響較大。為完成國家規定的煉油廠減排指標，滿足日益嚴格的環境保護標準要求，必須加強煙氣污染物排放濃度的控制。該項目以濕法脫硫技術中的鈣-鈉雙堿法作為油母頁巖低溫干餾煙氣中SO2的處理措施。

2.1控制目標

為保證脫硫裝置平穩運行，實現SO2達標排放，有必要開展加熱爐煙氣脫硫技術研究。脫硫系統改造應滿足以下要求：脫硫效率大于80%，SO2排放濃度控制在200mg/Nm3以下；脫硫后不產生二次污染；盡量降低脫硫系統的運行費用；整套脫硫系統布置切合現有場地特征，布設合理，系統簡潔，操作容易，維修方便，管理簡單，占地面積小，工程投資少。

2.2煙氣控制標準與計算結果

該項目煙氣排放執行《工業窯爐大氣污染物排放標準》（GB9078—1996）中1997年1月1日起新、改、擴建的工業窯爐標準，工業窯爐SO2排放標準限值如表1所示。從標準限值來看，SO2含量不得大于850mg/m3。經計算，各參數結果如表2所示。

3經濟性分析

3.1運行成本

運行成本包括電費、藥劑費和人工費，如表3所示。本項目煙氣脫硫系統裝機容量為276kW，運行功率為110kW，運行系數取0.7，經計算，日運行負荷為1848kW·h，工業電費按0.5元/（kW·h）計。藥劑費分為兩部分：日耗石灰量為1920kg，以300元/t計；日耗堿量為125kg，以800元/t計。定崗人員有5人，月工資按2000元計，即人工費。經合計，日運行成本為1930元/d。年運行時間為7200h，經計算，本項目煙氣脫硫系統的年運行成本為57.9萬元。

3.2經濟效益

經濟效益包括SO2環保減排費用、廢油回收費用和石膏回收費用，如表4所示。一是SO2環保減排費用。SO2回收量為74.6kg/h，每天回收1790kg，同時頁巖煉油廠異味得到進一步控制。二是廢油回收費用。日回收純廢油546～1020kg，以3000元/t計。三是石膏回收費用。日回收石膏泥餅5.4t，外賣磚廠，以32元/t計。經合計，年回收效益為86.56～129.22萬元。

4結論

作為一種典型的煙氣脫硫技術，鈣-鈉雙堿法可以保證生產正常運行且SO2達標排放，這是完全可行的。經分析，脫硫后副產物具有一定的經濟價值，大氣污染也得到有效治理。

作者：胡廣軍 單位：撫順礦業集團有限責任公司工程技術研究中心