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文档简介

1、1会计学FCCU烟气脱硫塔设备技术进展烟气脱硫塔设备技术进展23Catalytic cracking unit:催化裂化催化裂化是重质油在是重质油在存在下,在约存在下,在约、下发生裂解,生成下发生裂解,生成的过程。的过程。催化裂化是现代炼油厂用来改质重质瓦斯油和渣油的核心技术,是炼厂获取催化裂化是现代炼油厂用来改质重质瓦斯油和渣油的核心技术,是炼厂获取经济效益的重要手段。经济效益的重要手段。4因此,石油催化裂化装置在石油加工过程中,不但生产了汽、柴油等目因此,石油催化裂化装置在石油加工过程中,不但生产了汽、柴油等目标产品,同时也制造了许多污染物,其中标产品,同时也制造了许多污染物,其中大气污染

2、物大气污染物主要有主要有CO、S02、NOx、C02以及以及催化剂粉尘催化剂粉尘等。等。而且,而且,掺渣越多,污染排放越多。重油催化装置的污染排放量显著高于掺渣越多,污染排放越多。重油催化装置的污染排放量显著高于蜡油催化。蜡油催化。这些有害气体主要来源于再生器烧焦时产生的这些有害气体主要来源于再生器烧焦时产生的再生烟气再生烟气,另外一部分来,另外一部分来自加热炉的燃料燃烧烟气。自加热炉的燃料燃烧烟气。 催化裂化催化裂化原料油原料油主要是重质馏分油和重油(常压渣油、减压渣油)等;主要是重质馏分油和重油(常压渣油、减压渣油)等; 催化裂化的催化裂化的产品产品主要为汽油、柴油及液化气等轻质产品;主要

3、为汽油、柴油及液化气等轻质产品; 原料油主要成分为碳、氢元素,但还含有原料油主要成分为碳、氢元素,但还含有硫、氮、氧硫、氮、氧等非烃元素和镍、等非烃元素和镍、钒、铁、钙、钠等钒、铁、钙、钠等金属金属元素。元素。 非烃元素和金属元素在生产过程中,一部分转移到产品、催化剂和工艺非烃元素和金属元素在生产过程中,一部分转移到产品、催化剂和工艺废水中,一部分通过烟气和催化剂粉尘排放到大气环境中。废水中,一部分通过烟气和催化剂粉尘排放到大气环境中。 颗粒直径/m比例%颗粒直径/m比例%0.32.05.055.00.55.010.080.01.014.015.010010 m(落尘),(落尘),10 m(漂

4、尘),(漂尘),0.55 m (可吸入颗粒)可吸入颗粒)10 m粒子沉降到地面需粒子沉降到地面需49h,1 m则需则需1998d。催化裂化装置余热锅炉排出的烟气是含尘含 SO2及 SO3、 NOX的烟气,其特点特点:1) 烟气温度高、温度波动大(正常温度烟气温度高、温度波动大(正常温度 180240,最高可达,最高可达 500 )。)。2)再生烟气流量不大,总的)再生烟气流量不大,总的SO2、 NOX含量不高;含量不高;3)烟气含尘浓度较高,波动大;)烟气含尘浓度较高,波动大; 按工艺要求,催化裂化装置余热锅炉要定期“吹灰”(每周吹一次,一次约二 个小时左右);三旋故障工况时烟气中会含大量的催

5、化剂;4)烟气中烟尘粒径分布较小(经过三旋或四旋风除尘后,)烟气中烟尘粒径分布较小(经过三旋或四旋风除尘后,05m 粒径占粒径占 55%)5)烟气中催化剂硬度高(硅铝氧化物催化剂)、磨损性强,会对系统设备造成烟气中催化剂硬度高(硅铝氧化物催化剂)、磨损性强,会对系统设备造成严重磨蚀严重磨蚀;一套一套1.2Mt/a的的RFCCU每年向每年向大气中排放粉尘大气中排放粉尘360t/a,这些,这些粉尘大部分粉尘大部分 P1SOSO2SO2SOx21PARTICULATESCRUBBING LIQUID IN DIVERGING SECTIONCONVERGING SECTIONSULFUR DIOXI

6、DENOTE: P22SODIRTY FLUEGAS IN PBODYLIQUID SPRAY NOZZLETHROATDIRTY FLUE GAS IN P1SCRUBBING LIQUID INPARTICULATELIQUID DROPLETSSOHSOxSOxSOxSOxSOxSOxDIVERGING SECTIONCONVERGING SECTIONSCRUBBED FLUE GAS & LIQUID DROPLETS P2SULFUR DIOXIDENOTE: P1 P2SO2SO2SO2SO25.3)催化裂化烟气湿法脱硫的主要技术)催化裂化烟气湿法脱硫的主要技术JEV中采

7、用的全锥形衬里喷嘴-照片UOP公司开发的公司开发的THIOPAQ生物法生物法可同时用于脱硫和硫磺回收,洗涤液再生后可可同时用于脱硫和硫磺回收,洗涤液再生后可循环使用,是一种安全、可靠、高效率、低成本的处理含硫废液的工艺技术。循环使用,是一种安全、可靠、高效率、低成本的处理含硫废液的工艺技术。 该法该法SO2吸收率可达吸收率可达99%,颗粒物脱除率大于,颗粒物脱除率大于85%。 现在世界上已有现在世界上已有20套套THIOPAQ装置在造纸、化工、采矿及炼油业中运转。装置在造纸、化工、采矿及炼油业中运转。5.3)催化裂化烟气湿法脱硫的主要技术)催化裂化烟气湿法脱硫的主要技术Monsanto 动力波

8、(动力波(Dyna-wave)洗涤技术)洗涤技术 它是使气体通过一个强烈湍动的液膜泡沫区它是使气体通过一个强烈湍动的液膜泡沫区,利用泡沫区液体表面积大而且迅速更新的特,利用泡沫区液体表面积大而且迅速更新的特点,强化了气液传质、传热过程。点,强化了气液传质、传热过程。 它能同时它能同时完成烟道气急冷、酸性气体脱出及固体粉尘脱完成烟道气急冷、酸性气体脱出及固体粉尘脱出三个功能。出三个功能。 已用于多个工业领域已用于多个工业领域,如冶金工业的炉窑、如冶金工业的炉窑、电厂、水泥厂、工业废弃物焚烧、钛白粉厂、电厂、水泥厂、工业废弃物焚烧、钛白粉厂、炼焦厂、炼油厂、锅炉等。炼焦厂、炼油厂、锅炉等。 海水洗

9、涤海水洗涤烟气脱硫技术烟气脱硫技术1989年在挪威年在挪威Mongstad炼油厂工业化炼油厂工业化24企业装置名称采用技术吸收剂(洗涤液)装 置 规 模/(104ta-1)污染物浓度(湿基)/(mg.m-3)(标准)投产时间SO2NOx中国石油兰州石化公司2号FCCUEDVNaOH30015362009年9月中国石化北京燕山分公司3号FCCUEDVNaOH20015002009年10月中国石化广州分公司2号FCCUEDVNaOH11540682010年1月中国石油大连西太平洋石油化工有限公司EDV +LoTOxTM(预留)Mg(OH)230024003502010年4月中国石化北京燕山分公司2

10、号FCCU双碱法NaOH802011年9月中国石化镇海炼化分公司1号FCCU碱法+中温SCRNaOH1802012年11月中国石化金陵分公司3号FCCUEDV +LoTOxTMNaOH35034002002012年8月中国石油四川石化公司EDV +LoTOxTMNaOH25020202992012年12月表6 国内典型FCCU的烟气净化装置规模和技术特点7.1 气液逆喷(撞击流)洗涤器的研究气液逆喷(撞击流)洗涤器的研究(1)实验室模型洗涤器试验)实验室模型洗涤器试验(2)气液逆喷洗涤器的)气液逆喷洗涤器的CFD模拟模拟(3)电厂烟气支线热态试验)电厂烟气支线热态试验(4)大型冷模放大试验)大

11、型冷模放大试验(5)工业装置试验)工业装置试验7.2 文氏棒塔的研究文氏棒塔的研究 文氏棒喷淋塔文氏棒喷淋塔 文氏棒液柱塔文氏棒液柱塔 图3-1 气液逆喷洗涤系统示意图 7.1.1 气液逆喷洗涤器气液逆喷洗涤器图3-2 实验室装置流程示意图 试验装置 7.1.2、气液逆喷洗涤器的实验室模型试验研究 395mm355mm315mm275mm235mm195mm155mm115mm75mm35mm离心风机空气入口空气出口排空动力波洗涤器循环水泵除雾器流量计喷嘴喷嘴0mm流体动力学特性研究包括流体动力学特性研究包括6个部分:个部分: 洗涤器的轴、径向压力分布及轴向压力梯度分布; 洗涤器中洗涤泡沫柱高

12、度的测量和计算; 洗涤器的气相阻力计算; 洗涤器的空泡率(气含率)轴、径向分布测量; 洗涤器喷嘴喷出液滴的粒径分布测定; 洗涤器喷嘴喷出液流的扩散角测定。7.1.27.1.2、气液、气液逆喷逆喷洗涤器的实验室模型试验研究洗涤器的实验室模型试验研究大气泡气泡气液出口喷嘴烟气入口第三段第二段第一段)cos(86 2cos2022gllglglvvdggvHe20020020220clfllclflfvDLKCdvDLCp喷嘴喷嘴出口出口液相液相速度速度表观表观气相气相速度速度实测实测高度高度计算计算高度高度误差误差m/sm/smmmm9.95.21401524.79.96.91251325.19.

13、98.61101175.69.915.68783-5.19.918.88075-6.812.27.41401421.312.28.61251314.512.210.41151182.312.213.71001000.312.215.39594-1.113.37.4150149-0.913.310.41151247.113.314105104-0.713.319.19590-5.680 mm80 mm洗涤器泡沫柱高度对照表洗涤器泡沫柱高度对照表1000 mm1000 mm洗涤器泡沫柱高度对照表洗涤器泡沫柱高度对照表喷嘴喷嘴出口出口液相液相速度速度表观表观气相气相速度速度实测实测高度高度计算计算高

14、度高度误差误差m/sm/smmmm510.3100010131.37.510.3130013332.51010.317001683-0.912.510.3200020351.71510.3230023753.2512.89009606.77.512.812501234-1.31012.816001536-3.912.512.819001844-2.91512.8210021462.2514.88509248.87.514.812001167-2.71014.815001437-4.212.514.818001715-4.71514.820001991-0.40.095 0.100 0.105

15、0.110 0.115 0.120 0.125 0.1301400150016001700180019002000210022002300 实测压降值 计算压降值气相 阻 力 Pa 表 观液速 m/s表 观气速 16.17m/s计算式对中试洗涤器气阻的预报比较计算式对中试洗涤器气阻的预报比较16182022242614001500160017001800190020002100 实测压降值 计算压降值气相阻 力pa表 观气速m/s表 观液速0.097531m/s 7.1.2、气液、气液逆喷逆喷洗涤器的实验室模型试验研究洗涤器的实验室模型试验研究单喷头试验装置 3P1P3P2气体进口排空循环洗涤

16、液so2离心风机出口取样口进口取样口制浆流量计流量计排污口12空气入口混合器除雾器除雾器混合器喷嘴喷嘴排污口流量计流量计制浆进口取样口出口取样口离心风机so2循环洗涤液排空气体进口P3P2P4P1空气入口7.1.2、气液、气液逆喷逆喷洗涤器的实验室模型试验研究洗涤器的实验室模型试验研究试验考察因素试验考察因素:2 .38*)(*)(*2974. 1exp*7164. 001916. 003012. 01305. 005138. 03743. 032CaCOSOinmCPGLpH影响脱硫率的主要因素有:pH值、液气比、洗涤液入口压力、入口SO2浓度、CaCO3质量浓度等,以脱硫率为目标,可将这些

17、影响因素归纳为:8284868890929496985.05.56.06.57.05.05.56.06.57.07.58.08.5液气比pH值SO2浓度600mg/Nm3SO2入口浓度600CaCO3质量浓度2条件下的等脱硫率曲线喷嘴内部速度云场图喷嘴内部压力云图喷嘴出口处速度矢量图喷嘴内部速度矢量图 喷嘴的模拟结果 洗涤器的模拟结果洗涤器内部水的速度云图喷嘴出口液喷嘴出口液相速度相速度 (m/s)表观气相表观气相速度速度(m/s)实测高度实测高度(mm)模拟高度模拟高度(mm)误差误差%8.298.5115108-6.099.958.71101154.5511.068.5135120-11.

18、1111.0610.3115110-4.3513.210.7130115-11.5413.213.7110105-4.55 取液滴速度为0m/s的点为泡沫柱的最高点,从而得到泡沫柱的高度,将模拟结果与试验结果进行比较,如上表所示。 从表中可以看出,模拟结果与实验结果的误差小于15%。泡沫柱高度对比表气液逆喷洗涤器内部压力云图-400040080012001600200024000.100.150.200.250.300.35 Y 轴向高度(m)X 表压(Pa) 表观气速8.5m/s 表观气速10.3m/s 表观气速13.4m/s喷嘴出口液速11m/s轴向压力分布图 洗涤器的压力损失主要集中在洗

19、涤段,在洗涤段气液两相相互接触,喷嘴喷出的液体与洗涤器上端进入的气体形成对流,压力损失较大,而在洗涤段以上的部分,压力损失主要是壁面摩擦损失,由于壁面光滑,所以其压力损失较小。电厂烟气去烟囱循环浆液后续处理7主烟道出口采样口进口采样口16182022242616001800200022002400260028003000 阻力损失(Pa)表观气速(m/s) 出口液速:8.8m/s 出口液速:9.6m/s 出口液速:10.5m/s 出口液速:11.3m/s6.06.26.46.66.87.07.2767880828486889092949698 ()pH L/G=5.5 L/G=6 L/G=6.

20、5 L/G=72009年与中国石化工程建设公司(年与中国石化工程建设公司(SEI)合作在山东齐鲁建立了洗涤塔直)合作在山东齐鲁建立了洗涤塔直径径1000mm的大型冷模试验装置,可洗涤的大型冷模试验装置,可洗涤5000060000m3/h气体。气体。 型喷嘴 型喷嘴 型喷嘴 型喷嘴组合喷嘴和单喷嘴的流型图单喷嘴和多喷嘴洗涤器在喷嘴压降和洗涤段压降方面基本相等,变化趋势也基本相同;在气液速相同的情况下,单喷嘴形成的泡沫柱高度要高于组合喷嘴。喷头出口表观液速为15m/s时喷头的压降为1.75公斤。试验测得喷头压降为0.6公斤。5孔喷头在气速为15m/s液速为15m/s时模拟的泡沫柱高度1000mm,

21、试验测的高度500mm。2009年将该气液逆喷洗涤技术应用年将该气液逆喷洗涤技术应用于中煤黑龙江煤化工有限公司的油页于中煤黑龙江煤化工有限公司的油页岩干馏油气冷却洗涤,取得了良好的岩干馏油气冷却洗涤,取得了良好的效果。效果。中石化催化剂齐鲁分公司催化剂喷雾干燥系统,其尾气采用急冷加两级喷淋洗涤处理 试验装置试验装置流程示意图齐鲁催化剂公司试验装置粒径范围/ 01 15 510 1017重量分散度/% 5 51 38 6m尾气中颗粒的分散度尾气中颗粒的分散度催化剂喷雾干燥的尾气:粉尘含量1500mg/m3粉尘颗粒较小,含有含有HCl气体(气体(2.5mg/m3)34567891011121314

22、1516176080100 液气比 与除尘效 率的关系 液气比 与压降的关系粉 尘浓 度1500mg/m3L/G (L/m3)除尘效 率 (%)900100011001200130014001500压降 (Pa)粒径范围粒径范围/ m01155101017进口粉尘粒度分布/%551386出口粉尘粒度分布/%613900粒级除尘效率/%3596.5100100气液逆喷洗涤器粒级除尘效率7.1.6、工业试验、工业试验催化剂喷雾干燥尾气洗涤催化剂喷雾干燥尾气洗涤浆池烟囱急冷水浆液浆液浆液文丘里棒除雾层7.2、文氏棒洗涤塔研究(、文氏棒洗涤塔研究(Venturi Rod-Deck Scrubber)文

23、氏棒塔气流流动文氏棒塔气流流动7.2.1 文氏棒喷淋洗涤塔的研究及工业试验文氏棒喷淋洗涤塔的研究及工业试验q文氏棒层作用文氏棒层作用塔内气流流动形态塔内气流流动形态文氏棒层气液传质文氏棒层气液传质7.2.1 文氏棒喷淋洗涤塔的研究及工业试验文氏棒喷淋洗涤塔的研究及工业试验q文氏棒层作用文氏棒层作用非均匀棒距的文氏棒层非均匀棒距的文氏棒层7.2.1 文氏棒喷淋洗涤塔的研究及工业试验文氏棒喷淋洗涤塔的研究及工业试验q文氏棒层作用文氏棒层作用Fluent模拟文氏棒层气体速度矢量图模拟文氏棒层气体速度矢量图 文氏棒喷淋塔文氏棒喷淋塔 纵观世界FGD技术,烟气通过脱硫塔的时间,是3-5秒钟,所以,如何在

24、3-5秒内来吸收烟气中90%的SO2是各公司努力的方向。提高气液传质效率的提高气液传质效率的“秘密秘密”: 减薄气膜和液膜的厚度减薄气膜和液膜的厚度 打破传质平衡打破传质平衡 由由“气包液气包液”变为变为“液包气液包气”传质传质0.51.01.52.02.53.0050100150200250 P(Pa)W(m/s) q=0.2m3/h q=0.3m3/h q=0.4m3/h(4)喷射振动(3)泡沫(2)拦液(1)润湿 塔D286-3/10 ;流量分别为0.2m3/h、0.3m3/h和0.4m3/h时,湿板压降用斜压差计测得。3.03.23.43.63.84.04.21802002202402

25、60280300320340360380400420空塔压降 (Pa)气速 (m/s) 空塔压降 40mm文丘里塔3.03.23.43.63.84.04.246485052545658606264666870空塔效率 (Pa)气速 (m/s) 空塔效率 40mm文氏栅塔 压降对比q液柱塔技术特点液柱塔技术特点气液撞击耦合文氏棒层组合脱硫技术气液撞击耦合文氏棒层组合脱硫技术q综合文氏棒与液柱塔技术特点综合文氏棒与液柱塔技术特点201410092858.5 一种双循环文氏棒塔烟气除尘脱硫系统一种双循环文氏棒塔烟气除尘脱硫系统201410092861.7 一种非均匀棒距的文丘里棒层一种非均匀棒距的文

26、丘里棒层201420119229.2 一种文丘里棒层一种文丘里棒层201420119277.1 一种双循环文氏棒喷淋塔烟气除尘脱硫装置一种双循环文氏棒喷淋塔烟气除尘脱硫装置ZL201410092835.4 一种文氏棒液柱喷流塔烟气脱硫除尘装置一种文氏棒液柱喷流塔烟气脱硫除尘装置ZL201420114335.1 一种文氏棒液柱塔一种文氏棒液柱塔Pyrolyzer 55010003000Coal capacity 1000 Kgq中捷石化中捷石化35t/h燃煤锅炉燃煤锅炉脱硫塔外观照片脱硫塔外观照片 塔高塔高m塔径塔径 m进气温度进气温度含尘量含尘量mg/m3含氮量含氮量 mg/m3含硫量含硫量

27、mg/m3气体流量气体流量m3/h17.53681640356128056589取样编号取样编号硫含量硫含量mg/m3氮含量氮含量mg/m36th, Nov1237th, Nov1238th, Nov123mg/m3Coal capacity 1000 Kgu 某石化厂某石化厂120万吨万吨/年催化裂化装置,年催化裂化装置,烟气量总计约烟气量总计约16万万Nm3/h, 硫含量硫含量620mg/m3 。l拟采用钠碱拟采用钠碱法湿法脱硫法湿法脱硫技术,已完技术,已完成工艺设计成工艺设计,预计年底,预计年底完成设备安完成设备安装与调试工装与调试工作。作。8、结语及展望、结语及展望颗粒直径/m比例%颗

28、粒直径/m比例%0.32.05.055.00.55.010.080.01.014.015.010010 m(落尘),(落尘),10 m(漂尘),(漂尘),0.55 m (可吸入颗粒)可吸入颗粒)10 m粒子沉降到地面需粒子沉降到地面需49h,1 m则需则需1998d。催化裂化装置余热锅炉排出的烟气是含尘含 SO2及 SO3、 NOX的烟气,其特点特点:1) 烟气温度高、温度波动大(正常温度烟气温度高、温度波动大(正常温度 180240,最高可达,最高可达 500 )。)。2)再生烟气流量不大,总的)再生烟气流量不大,总的SO2、 NOX含量不高;含量不高;3)烟气含尘浓度较高,波动大;)烟气含

29、尘浓度较高,波动大; 按工艺要求,催化裂化装置余热锅炉要定期“吹灰”(每周吹一次,一次约二 个小时左右);三旋故障工况时烟气中会含大量的催化剂;4)烟气中烟尘粒径分布较小(经过三旋或四旋风除尘后,)烟气中烟尘粒径分布较小(经过三旋或四旋风除尘后,05m 粒径占粒径占 55%)5)烟气中催化剂硬度高(硅铝氧化物催化剂)、磨损性强,会对系统设备造成烟气中催化剂硬度高(硅铝氧化物催化剂)、磨损性强,会对系统设备造成严重磨蚀严重磨蚀;一套一套1.2Mt/a的的RFCCU每年向每年向大气中排放粉尘大气中排放粉尘360t/a,这些,这些粉尘大部分粉尘大部分10m m,0 05 5 m m的占约的占约60%60

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