硫磺回收装置烟气脱硫碱洗工艺的对比浅析

徐东

【摘  要】对能够满足炼油厂现有硫磺回收装置烟气脱硫的几种碱洗工艺技术：动力波碱洗工艺技术、SWSR工艺技术、MDS脱硫技术进行对比分析。结合某企业硫磺装置的运行状况、现场空间及硫磺装置脱硫工艺技术比选原则，适合采用MDS脱硫工艺技术。

【关键词】SO₂排放限值 脱硫碱洗工艺 动力波碱洗技术 MDS脱硫技术 SWSR技术

1.技术背景介绍

随着我国工业经济的快速发展，为社会带来了巨大的经济利益的同时，也排出了大量 有害废气，不但污染了环境，也给人们的生活和身体带来了严重的危害。近几年雾霾天气的不断增多，PM2.5指数高居不下，人们更关注环保问题。2015年，国家修订颁布了《石油炼制工业污染物排放标准》GB31570-2015和《石油化学工业污染物排放标准》GB31571-2015，提高环保控制指标，将酸性气回收装置SO₂的浓度由≯960mg/m³调整至≯400mg/m³。2019年政府部门下发《打赢蓝天保卫战三年行动方案（2018-2020年）的通知》，深化工业污染治理，持续推进工业污染源全面达标排放，按照国家部署和相关规范将烟气在线监测数据作为执法依据，加大超标处罚和联合惩戒力度，未达标排放的企业一律依法停产整治。推进实行特别排放限值，2019年某企业所在地区全市新、改、扩建项目执行特别排放限值，2020年起全面执行特别排放限值。其中要求硫磺装置烟气中SO₂ 的濃度≯100mg/m³。

某企业在运两套硫磺装置，处理能力分别为4万吨/年及5万吨/年，硫磺装置处理后的净化尾气进行热焚烧，焚烧后的烟气经过废热锅炉高空排放。高空排放的烟气主要成分为N₂、O₂、H₂O、SO₂、CO₂等。装置按烟气中SO₂的浓度≯400mg/m³设计，经生产精细化控制，正常生产工况SO₂的浓度≯100mg/m³，满足限值排放要求，但在旁路工况及停车吹硫工况下，烟气中SO₂的浓度远大于标准要求，因此必须对硫磺装置进行烟气排放达标升级改造。

烟气脱硫工艺技术主要有：碱洗工艺、氨法工艺、技术离子液工艺、络合铁工艺等，每个工艺技术都存在优缺点，其中碱洗工艺和氨法工艺是近几年应用较多的脱硫技术。碱洗工艺脱硫效果好，工艺流程短，没有废固产生，但会产生含盐废水;氨法工艺技术用于锅炉尾气较多，但针对炼厂硫磺回收装置尾气中SO₂含量较高的特点，还存在难度，工艺流程较长，产生硫酸铵副产品，设备腐蚀较严重。通过对脱硫工艺技术的对比，碱洗工艺技术比较适合现有硫磺装置烟气脱硫改造。

2.碱洗工艺技术

碱洗工艺是以 NaOH溶液为脱硫剂，脱除烟气中的SO₂酸性气体，反应机理是 SO₂、水和NaOH 溶液发生酸碱中和反应，最终把SO₂转化为硫酸钠，通过废水排放到污水处理厂。进来的高温烟气先与净化后的低温烟气换热，把低温烟气加热到 170 ℃以上通过烟囱高空排放，高温烟气中的SO₂在碱洗设备内与碱液反应，生成的含盐碱液经循环泵返回至碱洗设备内循环使用，循环液通过注入碱液来调节PH值，从而使反应在最佳的工艺条件下完成，碱洗设备底部通过少量连续排放废水控制液位。

目前常用的碱洗工艺技术有动力波碱洗技术、MDS机脱硫技术、SWSR技术，这三种技术在硫磺装置烟气治理上都有应用。

（1）动力波碱洗工艺技术

动力波碱洗工艺是美国杜邦公司开发的专有工艺技术。该技术是利用动力波洗涤系统脱除气相中的SO₂酸性气体。该工艺核心设备为专用逆喷嘴，流程为烟气垂直进入逆喷进料管的顶部，与通过大口径喷头喷出的碱液进行逆向接触，吸收二氧化硫。接触后的碱液进入分离器底部，吸收后的烟气进入双层折流板除雾器，除去夹带的液滴，通过烟气换热器换热后进入烟囱排放。动力波碱洗技术工艺具有工艺成熟、流程简单、占地面积少、脱出SO2 效果好，易操作等优点。在操作过程中有少量含盐污水连续排放。该技术已在某石化企业27万吨/年硫磺回收装置应用，在开停工工况及正常生产工况均能满足要求指标要求。

（2）SWSR工艺技术

SWSR工艺技术是用山东三维石化工程股份有限公司自主研发的克劳斯与烟气脱硫组合工艺技术，是克劳斯工艺与钠湿法硫磺烟气脱硫技术优化组合形成的硫磺尾气处理工艺，主要流程为烟气与排放尾气换热后，降至约150℃，送至碱洗脱硫塔处理。在碱洗塔入口处有一段较长的烟道，除盐水通过喷嘴雾化后，与进口的尾气同方向接触，使尾气中的水分达到饱和，同时温度急冷至 60℃。吸收剂经脱硫液循环泵进入碱洗塔内的吸收段，循环液在喷嘴作用下形成雾滴，与烟气充分接触吸收。部分雾滴团聚成液滴沉降落到塔釜，剩余部分雾滴被尾气包裹，进入下一级，再次与相应的雾滴充分接触，带过来的部分雾滴由于碰撞等原因形成液滴，落入塔釜，而尾气再次包裹新一级的雾滴和上一级的部分雾滴进入下一级。直到离开最后一级进入除雾段。在除雾段内，雾滴团聚为液滴落入塔釜，除雾后的净化尾气经尾气换热器与尾气换热升温后，通过原有烟囱排入大气。产生的少量的废盐水排入污水处理场。该技术已在某炼化企业18万吨/年硫磺回收装置应用，正常生产工况能够满足环保要求。

（3）MDS 脱硫技术

超重力机脱硫技术是北京博大全恒科技有限公司拥有的专有技术，该技术是利用离心力来强化气-液传质和混合过程的新型设备，增大液体相对速度和相间接触面积，克服液体表面张力，极大强化了传递过程。烟气进入多尺度脱硫机的壳侧腔体，通过转子填料，在众多孔道的填料中与碱液产生流动接触，被填料分割成小的气泡;同时碱液由多尺度强化脱硫机的中心进入填料内，由于多尺度强化脱硫机的填料是旋转的，碱液在离心力的作用下，在填料内由中心向外流动，极大的剪切力将碱液撕碎成微米至纳米级的液膜、液滴和液丝，产生巨大的和快速更新的相界面，效率高于传统碱洗塔，同时多尺度脱硫机设备体积小于传统脱硫塔。该技术在某炼化企业1+3万吨硫磺回收装置应用，在开停工工况及正常生产工况均能满足要求指标要求。

3.脱硫碱洗工艺技术选择

动力波碱洗工艺技术参与两级逆喷，正常工况下开启一级逆喷，在其它高含SO₂工况下开启二级逆喷，从而保证脱除SO₂效果，但动力波碱洗工艺技术投资额相对较高，主要是含有专有技术服务费，且系统压降较大，需要增设烟气风机。

SWSR工艺技术在碱洗塔内采用四层喷淋来脱除SO₂，这种工艺技术由于受到烟气流场不均匀的影响，脱除SO₂效果一般，适用于SO₂浓度在2000mg/Nm³ 以下的工况，对于波动较大的工况更难以适应。

MDS脱硫技术其传质效率是传统气液接触技术（各式塔）的数倍，特别适合传统技术无法克服的、受传质过程控制的场合。超重力技术烟气脱硫吸收反应速率快，反应吸收过程是毫秒级的，对于开停工过程，操作波动产生的高硫烟气，可以在秒级时间内迅速响应调节合格，适合硫磺装置任何操作工况下，都能实现达标排放。具有传统设备所不具有的超低压降，体积小、重量轻、能耗低、易运转、易维修等特点不需要增设烟气风机，投资额相对较低。

4结论

结合企业硫磺装置的运行状况、现场空间及硫磺装置脱硫工艺技术比选原则，综合考虑对原有装置的影响、是否产生二次污染、结合原有装置的外在环境（地域面积）、投资、成本、技术成熟度等因素，MDS脱硫工艺能较好地满足硫磺回收装置SO₂达标排放改造项目要求。

参考文献：

[1]《石油炼制工业污染物排放标准》GB31570-2015

[2]《石油化学工业污染物排放标准》GB31571-2015