VSS烟气脱硫技术在FCC装置中的应用

• 关键词： FCC装置　VSS烟气脱硫技术　环境保护
• 摘要：深入实施节能减排低碳发展的行动方案，大力发展节能环保产业，这是国家对环境保护提出的行动方向。针对这一行动方针，山东京博石油化工有限公司在地炼行业率先建设了200万吨/年FCC装置烟气脱硫除尘装置。该装置采用美国诺顿公司的VSS烟气脱硫技术，通过该技术的实施，工业污染物的排放标准满足了国家的排放要求，对当地的环境保护做出了重大贡献。

　　1据2012年的统计，催化裂化装置烟气中的污染物，如粉尘、SO2、NOX等已占到大气污染物总量的7%。2014年3月编制的《石油炼制工业污染物排放标准》（二次征求意见稿）中规定了污染物排放限值（粉尘浓度≤50mg/Nm3，NOx ≤300mg/Nm3，SO2 ≤200mg/Nm3），未来国家对污染物的排放指标还要提高。

　　2 催化烟气特点及 VSS 净化技术的优势

　　2.1 催化烟气的特点

　　催化裂化再生烟气污染物主要来自催化原料和催化剂，其烟气具有以下特点：

   (1) 烟气总量一般比其他行业（如电力、钢铁等）烟气量小；

   (2) 烟气含有催化剂粉尘、SO2、SO3、NOx、CO 等，且受原料及调整的影响，各成分的浓度波动较大；

   (3) 锅炉出口烟气温度在 190-250℃左右；

   (4) 为缓解锅炉积灰，余热锅炉及 CO 锅炉需要定期吹灰，期间烟气中催化剂粉尘瞬时可达 20g/Nm3；

   (5) 烟气中的催化剂粉尘粒径细小，0-5μm 的颗粒在 75%以上。

   针对催化裂化装置再生烟气特点，国内电力行业常用的布袋除尘或静电除尘，以及普通的湿法脱硫技术均不能满足其要求。2001 年，诺顿公司开发完成自有的催化裂化装置烟气洗涤技术-VSS 湿法洗涤工艺，可以实现的严格的排放指标要求：（参考指标）

   外排废气 PM< 20mg/Nm3；SOx< 50mg/Nm3；

　　外排废水 TSS<100mg/L；COD < 100mg/L。

　　2.2 VSS 净化技术优势

　　2.1.1烟气压降低，适应于国内绝大部分催化装置，国内催化裂化装置的余热锅炉设计时多为负压或微正压炉， 设计炉膛压力一般在 3.5 kPa 以下，当炉膛压力过高时，有锅炉防爆门起跳、锅炉炉墙漏烟气严重等现象的出现。配备常规脱硫系统后，由于烟囱排烟温度降低、烟囱直径减小、烟气脱硫部分的洗涤塔、烟气管线及阀门产生的压力降等，烟气排放阻力增加，导致余热锅炉的炉膛压力提高，催化烟机出口压力也会升高，从而造成烟机输出功率的降低。

   VSS 技术选用喷射式文丘里（JEV 系统）。JEV 系统的烟气压降非常低，并且设计灵活，能够在不同的压力下正常运行。通常系统设计的烟气压降是 0.5-1.0KPA，也可以为零压甚至是负压（已经在用户的实践中得到证明）。这一特点适用于绝大多数国内的催化装置。

   烟气压降低，可以减少对上游装置的影响，不会影响余热锅炉或CO 燃烧炉的运行，不用进行改造，减少初始投资，并且使催化烟机能量回收最大化，降低了装置的运行成本，为企业带来长期效益。

　　2.1.2 捕捉细小颗粒的效率高，≦1μm 粒径的粉尘在催化烟气占相当比例，与其他技术（如布袋除尘、静电除尘、旋风除尘等）相比，VSS 系统能够更有效的捕捉这些非常细小的粉尘颗粒，满足今后更加苛刻的排放标准。对于细小粉尘，文丘里洗涤是目前公认的最有效的，诸多正在运行的催化烟气脱硫装置也已证明这一点（VSS 技术可达到 PM<20mg/Nm3 的苛刻要求）

　　2.1.3 高可靠性，催化装置一般长周期运行、停车频率较低，因此净化系统与催化主体同步，满足长周期运行三年以上极其必要。VSS 系统针对洗涤喷嘴是影响净化系统运行可靠性的关键因素。液中带有大量表面粗燥的催化剂颗粒的特点，采用了耐磨的大喷嘴设计，里面为陶瓷衬里，正常使用寿命 10 年。我们保证 VSS 洗涤系统连续运行 5 年以上，（每年 8760 小时） 诺顿公司设计的系统能实现“零停车”，短时间就可以更换喷嘴。

　　2.1.4  低投资及低运行成本， VSS 洗涤系统去掉老式洗涤系统的冗余步骤， 把多个工艺步骤整合到一起，仅利用 2~4 个喷嘴一体化实现脱硫除尘，系统设备少、占地小、投资低、且易于操作和维护。许多竞争对手的系统非常繁琐复杂，一般有多层喷嘴，每层有十几甚至几十个喷嘴，易损部件多，管线多，这无疑会增加设备投资和影响运行过程的稳定。

   VSS 建立了专属精确工艺模型，可准确计算去除 SOx 和固体颗粒物所需要的消耗，这确保了系统消耗的精确和最少化。而且与同等规模的脱硫装置比较，VSS 系统电耗要低 10-15%。

　　3 VSS 技术方案

　　3.1 基本流程图

　　3. 2 控制方案

　　3.2.1 颗粒物去除，VSS 洗涤系统可通过固定的洗涤液循环速率来适应很宽范围的烟气速率。随着烟气速率的变化，洗涤液/烟气比率也会随之变化。只要气液比的变化不超出设计范围，就可以维持正常的洗涤运行状态。

　　3.2.2 PH 值控制，碱液对于吸收 SOx 非常重要。碱液通过一个串级控制回路完成供应，循环浆液 PH 值被用作碱液流量控制回路的设定值。设计 PH 值会在 6.7-7.5 之间浮动。 PH 值低于 6.5 将会引起腐蚀速率上升。当 PH 值大于 8.0 时，过量的 NaOH 将会吸收 CO2，且引发沉淀。我们提供双 pH 计连同一个低信号选择逻辑，两个分析仪均指定 PH 值上下限报警，还指定了 Δ 值，当两个 pH 计测得的 pH 存在显著偏差时进行报警。

　　3.2.3 悬浮物和溶解物,循环浆液中悬浮物含量需要保持较低水平， 以降低腐蚀作用。 日常运行中，悬浮物设计值是 0.5wt%（质量分数）。通过调节系统的清洁率可完成悬浮物浓度的控制。经验表明，通过每周采样得到悬浮物含量数据，调节清除率可将系统维持一个低的侵蚀环境。循环浆液中溶解固体浓度 （SOx 与碱反应之后产生的盐）必须保持在较低水平，避免饱和或产生结晶。溶解固体浓度设计值为 7.5％，来避免沉淀的产生。同样通过调节系统清除率完成控制。

　　3.2.4 补充水,补充水用于补充洗涤过程中流失和蒸发的水分。补充水的速率通过分离桶的液位来控制。

　　4 投用后效果分析

　　4.1 文丘里洗涤系统（VSS）

　　PM<20mg/Nm3

　　SOX<75mg/Nm3

　　烟气人口压力≤0.75kPag

　　4.2 后处理装置（PTU）

　　TSS<100mg/l

　　COD<200mg/l

　　5 VSS 系统的经济性分析

    VSS 系统技术可靠， 除尘及脱硫效率高，而且与其他脱硫技术相比，也具有良好的经济性。

   （1）避免余热锅炉或 CO 锅炉改造，节省约 500 万元投资，VSS系统压降控制在 1kpa 以内，对余热锅炉基本无影响；

   （2）VSS 系统结构简单，脱硫、除尘一体化完成，循环浆液泵一开一备，装置配管数量少；相比脱硫与除尘分步进行，系统复杂，循环泵等设备多，管线配置多，减少 100 万左右建设成本；

   （3）VSS 设计时考虑到最恶劣的工况，不需要排泄坑；

   （4）较小的烟机做功损失，每年避免至少 200 万的损失；

   （5）VSS 确保喷嘴使用寿命最少 5 年，更换喷嘴（按 2 个计）的费用为 200 万元；常规喷嘴使用寿命一般不会超过 3 年，更换的一套喷嘴（一般 5~60 个）的费用 600 万元（按 200 万吨/年催化烟气脱硫装置核算，两者比较，每年折合节省 160 万元。）

    综上，其他脱硫系统每年要比 VSS 系统增加运行及维护费用至少 360 万元，如果我们按照 10 年计算将至少是 3600 万。