鈣 - 鈉雙堿法在油母頁巖煉油企業(yè)的應(yīng)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(yīng)后的吸收液與鈉堿反應(yīng)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(shù)，確定以濕法脫硫技術(shù)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(shù)方案的經(jīng)濟效益，為油母頁巖煉油企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：油母頁巖；鈣-鈉雙堿法；經(jīng)濟效益；煙氣脫硫

油母頁巖是剝離煤層的產(chǎn)物，是一種重要的能源資源，也是一種可燃性固體礦產(chǎn)，可通過低溫干餾的方法產(chǎn)生類似天然石油的頁巖油。頁巖油低溫干餾過程產(chǎn)生的主要污染物是加熱爐煙氣，它是可燃?xì)怏w燃燒的產(chǎn)物[1]。加熱爐煙氣以SO2為主要污染物，其濃度可達(dá)2000mg/m3[2]。當(dāng)前，環(huán)境保護(hù)要求逐步提高，我國SO2排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格。為了提高社會效益和環(huán)境效益，必須嚴(yán)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(shù)比選，將鈣-鈉雙堿法應(yīng)用在油母頁巖煉油企業(yè)煙氣脫硫中，以改善生態(tài)環(huán)境，提高綜合效益。

1煙氣脫硫技術(shù)比選

根據(jù)操作過程的物相不同，煙氣脫硫技術(shù)可分為濕法、干法和半干法。

1.1濕法煙氣脫硫技術(shù)

濕法煙氣脫硫技術(shù)以氣液反應(yīng)為基本機理，反應(yīng)速度快，脫硫效率高，一般均高于90%，技術(shù)成熟，適用面廣，生產(chǎn)運行安全可靠[3]，在眾多的脫硫技術(shù)中，其始終占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，生成物是液體或淤渣，較難處理，設(shè)備腐蝕嚴(yán)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(yīng)后的吸收液與鈉堿反應(yīng)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(fā)生反應(yīng)，生成H2SO3絡(luò)合物。該方法僅適于低濃度SO2煙氣，應(yīng)用范圍比較窄[4]。

1.2干法煙氣脫硫技術(shù)

干法煙氣脫硫技術(shù)以氣固反應(yīng)為基本機理，具有設(shè)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(tǒng)等優(yōu)點。但是，反應(yīng)速率慢，吸收劑利用率低，磨損、結(jié)垢現(xiàn)象比較嚴(yán)重，脫硫效率低，設(shè)備維護(hù)難度較大，設(shè)備運行穩(wěn)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(yīng)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(zhì)，將煙氣中的SO2氧化為SO3，進(jìn)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(qū)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(dá)到去除SO2的目的，脫硫效率大于90%。但此方法產(chǎn)生的高強度輻射對人體有害，需要設(shè)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

1.3半干法煙氣脫硫技術(shù)

一是噴霧干燥法。該方法工藝設(shè)備簡單，生成的干態(tài)硫酸鈣易處理，沒有嚴(yán)重的設(shè)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(jīng)過預(yù)熱器進(jìn)入粉末-顆粒噴動床，在床內(nèi)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(jìn)行，脫硫產(chǎn)物以干態(tài)粉末形式從分離器中吹出。綜上，根據(jù)油母頁巖煉油企業(yè)干餾裝置運行技術(shù)參數(shù)和煙氣污染指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果，針對煙氣排放特點，本著技術(shù)先進(jìn)實用、安全可靠、操作維修簡單、運行費用低的原則，初步設(shè)計采用濕法脫硫技術(shù)中的鈣-鈉雙堿法煙氣脫硫工藝，主體設(shè)備采用高效的噴淋脫硫塔。該技術(shù)的實施具有顯著的社會經(jīng)濟和環(huán)境效益，可確保油母頁巖煉油企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2技術(shù)應(yīng)用研究

撫順礦業(yè)集團有限責(zé)任公司頁巖煉油廠現(xiàn)有8套干餾裝置，每套干餾裝置的瓦斯燃燒交換系統(tǒng)有3臺加熱爐。加熱爐內(nèi)瓦斯燃燒后，煙氣通過排氣筒排放至大氣環(huán)境中。煙氣中SO2等有害氣體對環(huán)境空氣質(zhì)量影響較大。為完成國家規(guī)定的煉油廠減排指標(biāo)，滿足日益嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)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(shù)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(biāo)

為保證脫硫裝置平穩(wěn)運行，實現(xiàn)SO2達(dá)標(biāo)排放，有必要開展加熱爐煙氣脫硫技術(shù)研究。脫硫系統(tǒng)改造應(yīng)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(chǎn)生二次污染；盡量降低脫硫系統(tǒng)的運行費用；整套脫硫系統(tǒng)布置切合現(xiàn)有場地特征，布設(shè)合理，系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)與計算結(jié)果

該項目煙氣排放執(zhí)行《工業(yè)窯爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB9078—1996）中1997年1月1日起新、改、擴建的工業(yè)窯爐標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)窯爐SO2排放標(biāo)準(zhǔn)限值如表1所示。從標(biāo)準(zhǔn)限值來看，SO2含量不得大于850mg/m3。經(jīng)計算，各參數(shù)結(jié)果如表2所示。

3經(jīng)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(tǒng)裝機容量為276kW，運行功率為110kW，運行系數(shù)取0.7，經(jīng)計算，日運行負(fù)荷為1848kW·h，工業(yè)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(jīng)合計，日運行成本為1930元/d。年運行時間為7200h，經(jīng)計算，本項目煙氣脫硫系統(tǒng)的年運行成本為57.9萬元。

3.2經(jīng)濟效益

經(jīng)濟效益包括SO2環(huán)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(huán)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(jìn)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(jīng)合計，年回收效益為86.56～129.22萬元。

4結(jié)論

作為一種典型的煙氣脫硫技術(shù)，鈣-鈉雙堿法可以保證生產(chǎn)正常運行且SO2達(dá)標(biāo)排放，這是完全可行的。經(jīng)分析，脫硫后副產(chǎn)物具有一定的經(jīng)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(yè)集團有限責(zé)任公司工程技術(shù)研究中心