摘要：介绍了催化裂化传统的烟气净化工艺路线及其在工业应用中的问题，并结合工程实例综合分析了催化裂化采用高效干法除尘工艺在达标排放、节能和运行维护等方面的优势。
关键词：高效干法除尘 催化裂化 PM2.5 烟气脱硫
1、概述
为保护和改善环境，保障公众健康，推进生态文明建设，国家相关环境保护部门对工业烟气污染物排放制定的标准逐年提高，各地方政府针对《环境影响评价报告》中催化裂化烟气排放的批复普遍高于国标要求，结合当地环境容量和地方标准，多数批复要求催化裂化烟气污染排放物中粉尘浓度小于30mg/m3，甚至有个别地区限定要求粉尘排放浓度小于20mg/m3。相较于传统的湿法洗涤烟气净化技术，催化裂化装置采用干法除尘后再脱硫的技术，在达标排放、节能、建设投资及运行维护等方面具有明显的优势。
2、催化裂化装置再生烟气的特点
2.1 烟气颗粒物浓度
催化裂化装置再生烟气的颗粒物浓度一般为200～1000mg/Nm3 ，当余热锅炉定期“吹灰”时（每天一次，约30min），烟气含尘波动大，最高可达5000mg/Nm3。
2.2 烟气颗粒物粒径
烟气中粒径分布较小（经过旋风除尘后，0～5μm粒径占90%以上，PM2.5占60%以上）且硬度大（大部分为金属催化剂）。
2.3 烟气温度
烟气经余热锅炉后，烟气温度还是较高，正常温度180～240℃，事故排放时，温度达500℃。
3、传统催化裂化烟气净化技术存在的问题
国内石油炼化企业已建成的催化裂化烟气净化设施，普遍采用非再生湿法洗涤工艺和再生湿法洗涤工艺，主要有国外EDV、WGS等工艺路线，根据目前运行情况，主要存在以下问题：
1）湿法洗涤技术难以达到颗粒物排放标准要求。
常规除尘采用湿法洗涤工艺，除尘效率约为50%，通过工艺改进（增加颗粒物和雾滴的碰撞、凝聚和接触时间等）可提高除尘效率，但最高不超过80%，尤其对于PM2.5捕集率最高为60%。催化裂化余热锅炉吹灰阶段难以达到现有国家级地方颗粒物排放标准。
2）湿法洗涤除尘脱硫工艺产生的废水、废渣难以处理。
湿法洗涤工艺中，烟气中的催化剂颗粒物会进入脱硫液，需外排废液至废水处理系统，通过氧化、絮凝及过滤处理后排放，流程复杂、运行稳定性差。
脱硫废液中微细粉尘的过滤是世界性难题，极难达标，且过滤装置易堵塞，定期反冲洗又会产生废水，实际运行效果不理想。废水处理过程中产生的废渣含水率较高，不便于处置。
3）湿法洗涤除尘脱硫工艺，系统阻力大，运行成本高
为提高除尘效率，国内外湿法洗涤塔增设了气液接触设备，导致系统阻力提高，增加了运行电耗（非湿电系统）。
吸收液中粉尘含量高，尤其在余锅吹灰、跑剂等工况下，为减少系统设备与管道磨损，降低塔内浆液含固量，需要提高排放的浆液量，间接增加了脱硫剂耗量和运行费用。
4、高效干法除尘在催化裂化装置中的应用
山东昌邑石化有限公司50万吨/年催化裂化装置，主要由反应、再生部分、主风机及烟气能量回收部分、分镏部分、气压机及吸收稳定部分、产汽部分、产品精置部分等组成。
催化裂化装置烟气经余热锅炉外排烟气量为84000 Nm3/h，设计原烟气中的SO2浓度为1300mg/m3，烟尘浓度为500mg/m3，原始烟气参数如表1。
表1 催化裂化装置原始烟气参数表
序号 | 项 目 | 单位 | 最大值 | 备注 |
1 | 烟气量 | Nm3/h | 84000 | |
2 | 烟气温度 | ℃ | 220 | |
3 | H2O | Vol% | 6.31 | |
4 | O2 | Vol% | 9 | |
5 | SO2 | mg/Nm3 | 1300 | 干基、3%O2 |
6 | NOx | mg/Nm3 | 100 | 干基、3%O2 |
7 | 颗粒物 | mg/Nm3 | 500 | 干基、3%O2 |
催化裂化装置原排放烟气中颗粒物粒径分布情况如表2。
表2 颗粒物分散度测量记录表
颗粒直径分组(μm) | < 2 | 2～5 | 5～10 | > 10 |
累计个数 | 969 | 1425 | 1500 | 1521 |
累计面积(μm2) | 1541.1 | 4820.2 | 7585.1 | 10729.7 |
个数百分比(%) | 63.7 | 30.0 | 4.9 | 1.4 |
面积百分比(%) | 14.4 | 30.6 | 25.8 | 29.3 |
累计个数百分比(%) | 63.7 | 93.7 | 98.6 | 100.0 |
累计面积百分比(%) | 14.4 | 44.9 | 70.7 | 100.0 |
为了减少催化裂化再生烟气污染物排放，2017年5月建成烟气净化设施并投运。该烟气净化设施采用高效干法袋式除尘技术与氢氧化钠碱液脱硫技术，工艺流程为：催化裂化烟气从现有余热锅炉出口烟道接入经烟水换热器后进入袋式除尘器除尘，经过升压风机后再进入脱硫系统，净化后烟气采用塔顶烟囱排放。设计排放指标为颗粒物和SO2的排放浓度分别小于20mg/m3和50mg/m3，自投运以来颗粒物和SO2的实际排放浓度分别小于10mg/m3和20mg/m3。
袋式除尘器设置旁路烟道作为异常工况应急措施，若除尘器入口烟气温度超出除尘器设计温度（200℃），或者余热锅炉、省煤器、烟水换热器漏水，通过挡板门自动切换到旁路烟道，烟气通过旁路直接进入脱硫塔。
除尘系统配套压气系统主要由储气罐、压气管路及管路阀门、电气、仪表等组成。除尘器收集的除尘灰（主要成分为催化剂细粉）经气力除灰单元输送至催化裂化装置的废催化剂罐，统一处理。
5、高效干法除尘应用在催化裂化装置的优势
高效干法除尘在催化裂化装置的应用情况为，颗粒物排放浓度小于20mg/m3，余热锅炉吹灰阶段亦可达到排放要求，满足日益严格的排放指标，PM2.5捕集效率≥98%。相比传统的湿法除尘技术，高效干法袋式除尘具有以下优势：
1）高效袋式除尘收集的干粉尘易于处理，低颗粒物浓度的烟气更容易对其进行脱硫，缩短了脱硫的工艺流程，脱硫废水量小且悬浮物浓度低。
2）可实现离线清灰功能，减少悬浮粉尘的再粘附，并可实现在线更换滤袋。
3）设备运行阻力300～1000Pa(可调), 颗粒物排放可小于10mg/m3。
4）高效干法袋式除尘技术与氢氧化钠碱液脱硫技术相结合，工艺流程短，运行维护容易。
5）自主研发高严密性滤袋接口形式，保证滤袋与袋孔严密配合，极大减少废催化剂对滤袋的磨损，保障滤袋长寿命。
6）建设成本和运行维护费用均比传统的湿法除尘工艺降低20～30%。
6、结语
基于催化裂化再生烟气的特性和国内外湿法脱硫除尘工艺存在的问题，高效干法除尘技术结合高效脱硫技术，形成了“催化裂化烟气污染物协同超净排放工艺革新技术”，并在催化裂化再生烟气治理方面得到了成功应用。为满足日益严格的排放指标，催化裂化装置采用高效干法除尘无疑是发展的必然趋势。
作者简介：向荣，男，1980年生，高级工程师，从事环保工程技术研发、设计等工作。现就职于中钢集团天澄环保科技股份有限公司，如有疑问欢迎大家留言交流。向石化缘投稿请点击下方图片了解详情！
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