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工業(yè)防毒課程設(shè)計聯(lián)合脫硫脫氮凈化方法在石油化工生產(chǎn)過程中的應用設(shè)計姓名:班級:學號:指導老師:日期:目錄TOC\o"1-3"\h\u21222摘要24144第一章石油概述3160641.1石油的元素組成3323131.2原油的分類38961第二章石油化工廢氣4319992.1石油化工工藝簡介4542.2石油化工廢氣4175152.1.1來自常減壓蒸餾的加熱爐 4189242.1.2來自催化裂化裝置 4204782.1.3熱裂解與深冷別離 549212.1.4重整與萃取別離 515778第三章硫化物和氮化物的危害及防治6176113.1石油化工過程中硫化物的產(chǎn)生6133293.2硫化物污染的危害及防治6205263.2.1硫化物的危害 654983.2.2硫氧化物防治 7128933.2.3治理SO2的先進技術(shù) 8103163.3氮化物的產(chǎn)生9266013.4氮化物污染的危害及治理9284893.4.1氮化物的危害 9182243.4.2氮化物治理方法 10295273.5硫化物和氮化物的聯(lián)合治理方法1265263.5.1聯(lián)合脫硫脫氮治理方法的產(chǎn)生 1252853.5.2爐內(nèi)燃燒脫硫脫氮 12210093.5.3煙氣聯(lián)合脫硫脫氮 1326135第4章石化企業(yè)硫化物和氮化物的治理狀況18313154.1東北某石化公司硫氮化物的治理狀況18279424.1.1該石化公司硫化物的治理 18257994.1.2該石化公司氮化物的治理 19126824.1.3聯(lián)合脫硫脫氮的建議 201146總結(jié)219068參考文獻2229953致謝23摘要石油的主要化學元素有碳、氫、硫、氮、氧五種元素,其中硫、氮為非烴組分,在石油加工過程中它們會形成硫、氮氧化物并隨著爐煙廢氣排放到大氣中造成環(huán)境污染。石化排放廢氣的污染程度與原油中硫氮含量上下有關(guān),原油中的硫氮不是以單質(zhì)形式而是以烴類化合物的形態(tài)存在。石油加工過程產(chǎn)生的主要硫化物有二氧化硫、硫化氫和硫醇,原油中硫含量高,會加快設(shè)備的腐蝕,加大了廢氣污染的風險。國內(nèi)外現(xiàn)有的煙氣凈化技術(shù)中脫硫、脫氮往往是通過多個獨立系統(tǒng)分別完成,目前最常用的脫硫方法是采用石灰石/石灰法、氨法、鈉法和鎂法等對煙氣脫硫。石化廢氣中的氮氧化物是大氣中氮氧化物的主要來源之一,現(xiàn)有的降低氮氧化物排放量的方法主要有:低NOX燃燒器法、選擇性催化復原法、選擇性非催化復原法等。然而,硫化物和氮氧化物的分別治理,不僅占地面積大,而且投資和運行費用高。為了降低煙氣凈化的費用,適應現(xiàn)有石油化工企業(yè)的需要,采用聯(lián)合脫硫脫氮已成為煙氣凈化技術(shù)開展的必然趨勢。聯(lián)合脫硫脫氮是在煙氣脫硫和脫氮技術(shù)的根底上開展起來的新型技術(shù),如同煙氣脫硫技術(shù)一樣,煙氣聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)也可以分為濕法、半干法和干法。石化企業(yè)由于煉制原油工藝的不同,其脫硫脫氮方法也有所不同,以東北某石化公司為例,其加工低硫低氮原油時,煙氣中硫化物和氮化物的含量均低于排放標準,節(jié)省了脫硫脫氮的費用。當加工高硫高氮原油時,煙氣中硫氮化物排放量也會超標。因此,采用適于該企業(yè)特點的聯(lián)合脫硫脫氮工藝是一個重要課題,本文建議采用活性炭法或SNOX(WSA-SNOX)工藝。第一章石油概述1.1石油的元素組成石油又稱為原油,是由沸點相近的烴類和含有氧、硫、氮及某些金屬雜原子的高分子烴類化合物組成的復雜液體混合物。石油經(jīng)過分餾和裂化等加工過程后可得到石油氣、汽油、煤油、柴油、潤滑油等等一系列產(chǎn)品。不同地區(qū)的原油性質(zhì)各不相同,可是它們的元素組成根本都是由碳、氫、硫、氮、氧五種元素構(gòu)成,其中以碳和氫兩種元素為主,它們在原油中占95%以上。原油的碳氫質(zhì)量比或者碳氫原子比是反映原油化學組成的一個重要參數(shù)。對于烴類化合物來說,碳氫比與它們的化學結(jié)構(gòu)差異以及分子量大小相關(guān),當石油以及加工的相關(guān)產(chǎn)品中的有機化合物的環(huán)狀結(jié)構(gòu)增加時,碳氫比就會降低,特別當芳香環(huán)結(jié)構(gòu)增加時,其碳氫比明顯減小。硫、氮、氧是以碳氫化合物為主的石油的雜原子,它們在原油中的含量只有百分之幾,但是含有這些雜原子的非烴化合物的含量卻比擬高,占原油的百分之幾十。除碳、氫、硫、氮、氧外,原油中還含有微量的金屬和非金屬元素,其中含量較多的是鎳、釩、鐵、銅等。1.2原油的分類原油中的有機硫在煉制生產(chǎn)過程中會轉(zhuǎn)化成硫化氫,而硫化氫對煉制裝置腐蝕性較強,而按照原油中硫含量的上下對其分類,為石油煉制采取相應的生產(chǎn)工藝有著重要意義。通常分類有如下三種:低硫原油〔硫含量低于0.5%〕;含硫原油〔硫含量在0.5~2.0%之間〕;高硫原油〔硫含量高于2.0%〕。此外,原油也可以按照相對密度來進行分類。通常將相對密度不大于0.8654g/cm3的原油稱為輕質(zhì)原油;將相對密度介于0.8654~0.9340g/cm3之間的稱為中質(zhì)原油;將相對密度介于0.9340~1.0000g/cm3,之間的稱為重質(zhì)原油;將相對密度大于等于1.0000g/cm,的原油稱為特重原油。另外,按照原油中的蠟含量也把原油分為三類,低蠟原油的蠟含量通常低于2.5%,含蠟原油的蠟含量在2.5%~10.0%之間,而高蠟原油的蠟含量一般高于10.0%。第二章石油化工廢氣2.1石油化工工藝簡介石油化工是通過裂解一別離與重整一萃取的方法,獲得乙烯、苯、甲苯、二甲苯的過程。三烯與三苯都是重要的有機化工原料,制成高分子材料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、炸藥、涂料、染料、香料、溶劑、丙烯、丁烯與進一步加工可助劑等。石油煉制主要包括催化裂化、常減壓蒸餾、烷基化等過程。加氫裂化、常減壓蒸餾、催化裂化、催化重整、加氫精制、芳烴別離、烷基化、延遲焦化、氣體分餾、減粘裂化、氧化瀝青、脫硫、制硫、制氫等是其比擬常用的裝置。2.2石油化工廢棄氣石油化工廢氣是指在加工過程中由于物料在特定條件下經(jīng)過化學反響產(chǎn)生的含污染物質(zhì)的有毒有害氣體。2.1.1來自常減壓蒸餾的加熱爐常減壓蒸餾是常壓蒸餾與減壓蒸餾的組合,在常壓蒸餾中把汽油、航空煤油及柴油組分別離出來,然后將高沸點組分在減壓條件〔降低組分的沸點以防止熱分解〕下別離出石蠟和潤滑油組分及減壓渣油。常減壓裝置的頂氣主要來自常壓塔頂、減壓塔頂。由于頂氣可以通入加熱爐進行回收燃燒,不用直接排入大氣。因此,廢氣主要來自加熱爐煙氣。2.1.2來自催化裂化裝置催化裂化是將常減壓渣油在硅酸鋁催化劑的作用下,在450℃~480℃下把大分子烴類斷裂成C3以上的小分子烷烴的過程。催化裂化反響的產(chǎn)物可分割為高辛烷值的汽油、柴油等餾分。這種工藝裝置廢氣主要來源于再生器及原料加熱爐煙氣,特別是催化劑再生燒焦過程所排出的煙氣中含有大量的一氧化碳氣體,約占煙氣總體積的8%~10%。這種煙氣過去一般在一氧化碳鍋爐中燒掉,同時回收產(chǎn)生的熱量,以防止空氣污染。近年來,國內(nèi)外絕大多數(shù)催化裂化裝置采用一氧化碳助燃劑,將再生煙氣的一氧化碳燒掉,使煙氣中的一氧化碳量降至2%~0.2%。圖2.1石油常減壓生產(chǎn)流程2.1.3熱裂解與深冷別離裂解是使石油烴類在8000C~900℃的高溫下,發(fā)生碳鏈斷裂及脫氫反響生產(chǎn)低級烯烴的過程。裂解產(chǎn)物包括裂解氣及裂解汽油。裂解氣是多組分的混合物,主要有:氫、甲烷、乙烯、丙烯、丙烷、丁烯、戊烯、戊烷等。各組分的含量隨裂解原料及工藝條件而不同。各組分的別離是用深度冷凍〔-100℃〕的方法使烴類氣體液化,然后精餾分為各組分。2.1.4重整與萃取別離重整是在鉑催化劑的作用下,使環(huán)烷烴和烷烴進行脫氫芳構(gòu)化而形成芳香烴的復雜化學反響過程。重整油中含芳香烴30%~60%,此外是少量的烷烴和環(huán)烷烴。利用萃取劑的選擇性溶解,將芳香烴從重整油中溶出,再蒸餾萃取液,將混合芳香烴及萃取劑別離。再用3個精餾塔將混合芳香烴分為苯、甲苯、二甲苯及重質(zhì)芳香烴。烯烴和苯類的生產(chǎn)過程中這些裝置的加熱爐排放廢氣。第三章硫化物和氮化物的危害及防治3.1石油化工過程中硫化物的產(chǎn)生石油化工生產(chǎn)過程中形成SOX主要有以下4條途徑:〔1〕煉制加工中產(chǎn)生的不凝氣和渣油作為燃料燃燒時產(chǎn)生的SOX煙氣;〔2〕催化裂化裝置燒焦的催化劑將焦炭中的硫帶入再生煙氣;〔3〕生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的含硫氣體〔如催化干氣、液態(tài)烴、焦化富氣、加氫循環(huán)氫等〕,經(jīng)溶劑脫硫和溶劑再生裝置排出的含硫氣體及含硫污水汽提裝置排出的含硫氣體,同時送給硫磺回收裝置的含SOX尾氣;〔4〕操作不當或事故狀態(tài)時,含硫氣體通過平安閥放空,進入火炬系統(tǒng),燃燒后以SOX煙氣排放。3.2硫化物污染的危害及防治3.2.1硫化物的危害在石油非烴元素組成中,硫含量最高,其對石油加工生產(chǎn)影響也最大。通常能直接與金屬作用的硫化物稱為“活性硫〞,如S、HZS、RSH。HAS是無色氣體,有類似腐爛雞蛋的惡臭味。它易溶于水,其水溶液呈酸性,能與堿生成鹽,可用堿溶液來吸收除去氣體中的H2S。硫化氫具有很強的急性毒性,空氣中濃度到達140mg/m,時,會引起結(jié)膜炎和角膜炎,當濃度大約為280mg/m3時會造成昏迷,呼吸癱瘓甚至死亡。低濃度H2S引起的病癥有頭痛、嘔吐、失眠、乏力,眼睛和粘膜發(fā)炎。RSH不溶于水,呈酸性,能與金屬鹽類或堿作用。RSH在加熱條件下可分解成烯烴與H2S,分解溫度為150~250℃。低分子量的RSH具有令人厭惡的氣味,濃度僅為1×10-3g/L,就可被人嗅覺出來。石油化工廢氣中的硫化物主要是SO2。在常溫時,SO2是無色氣體,具有強烈的刺激性氣臭味。SO2是一種酸性氧化物,它極易溶于水,其水溶液呈酸性。SO2與氧在完全千燥的情況下幾乎不反響,當在有初生態(tài)氧的燃燒環(huán)境中,或者對SO2與O2或與O3的混合物進行無聲放電,那么發(fā)生氧化反響生成SO3。SO2的毒性主要表現(xiàn)在對人的呼吸系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的傷害作用,大氣中SO2的濃度達1~5PPm,會刺激呼吸道,可使氣管支氣管的管腔縮小,氣道阻力增大。假設(shè)SO2和飄塵進行協(xié)同作用,其危害那么更大。在SO2中混雜的SO3的毒性,是SO2的10倍,在空氣中的顆粒物的參與下可形成酸霧和酸雨,影響人體健康牲畜平安及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)并腐蝕建筑物。中國因排放SO2形成的酸雨量己居世界三大酸雨區(qū)之首,而且有范圍擴大的趨勢,危害加劇程度不減。3.2.2硫氧化物防治據(jù)統(tǒng)計,原油中的硫有87.5%可轉(zhuǎn)化為硫磺產(chǎn)品,動力鍋爐、加熱爐燃燒煙氣、催化再生煙氣、硫磺回收尾氣等排放的廢氣中排放的SOX占總硫量的5.2%,產(chǎn)品帶走7.1%,廢水廢渣帶走0.2%。硫污染治理方法有很多,目前常用的方法有:排煙脫硫,即從燃料燃燒或工業(yè)生產(chǎn)排放的廢氣中除去二氧化硫;二是燃料脫硫,即將燃料凈化,除去硫,使之變?yōu)榈土蛉剂希谷剂喜辉斐晌廴?;三是高煙囪排放,利用高氣流將燃燒產(chǎn)生的二氧化硫擴散開,不造成高部污染。對煙氣中硫氧化物的防治以SO2為主。而對SOX的防治那么以煙氣脫硫為主。雖然世界各國為防治SOX污染進行了長期和大量的工作,提出了近兩百種煙氣脫硫的方法,但真正實現(xiàn)工業(yè)化的也只有近20種。選擇使用投資本錢低以及操作簡便、技術(shù)領(lǐng)先、且能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的煙氣脫硫裝置,是治理石化廢氣中SO2污染的開展趨勢。煙氣脫硫方法按照脫硫劑的物相分類大致分為兩種,即干法脫硫與濕法脫硫。干法脫硫是指利用吸附劑、催化劑或固相吸收劑脫除煙氣中的S02。干法脫硫具有無廢酸和廢水排放,減少了二次污染。但其有脫硫效率低且不穩(wěn)定,設(shè)備龐大,操作要求較高的缺點;濕法脫硫通常采用的是堿性溶液做吸收劑脫除S02具有設(shè)備簡單,操作容易,脫硫效率較高且穩(wěn)定的優(yōu)點。因為不同的吸收劑會產(chǎn)生不同的副產(chǎn)物,所以對副產(chǎn)物的處理方法分為拋棄法和回收法。拋棄法是指把脫硫產(chǎn)生的副產(chǎn)物作為廢物拋棄的方法,其優(yōu)點是簡單,處理費用低,但缺點是占地面積大,有二次污染,而且硫資源被浪費。回收法雖然需要增加大量的治理投資及操作費用,但資源利用充分,二次污染少。目前,最常用的方法是石灰石/石灰法、氨法、鈉法和鎂法等。例如,在日本已投運的脫硫裝置,按脫除的SO2量計算,石灰石/石灰法占87.1%,鐵法、鈉法占9.5%,其它方法占3.4%。石灰石/石灰法原理是采用石灰石/石灰粉制成漿液作為脫硫吸收劑,與進入吸收塔的SO2煙氣混合反響,煙氣中的SO2最終反響生成CaSO3和石膏。這個方法開發(fā)最早,并積累了不少設(shè)計制造和運行經(jīng)驗,技術(shù)上已經(jīng)相對成熟。脫硫效率高,工作的可靠性高,設(shè)各運轉(zhuǎn)率高〔大于90%〕,吸收劑利用率高〔大于90%〕,其主要優(yōu)點是脫硫劑來源豐富且廉價,但缺點也比擬明顯,譬如初期投資費用高,占地面積大,運行費用高,磨損腐蝕結(jié)垢現(xiàn)象較為嚴重,反響產(chǎn)物石膏銷售難,廢水較難處理等。3.2.3治理SO2的先進技術(shù)對位于沿海的石油化工企業(yè)來說,海水洗滌法具有天然的優(yōu)勢,如北歐挪威等國都建立了海水洗滌工業(yè)化裝置,我國深圳電廠也建成了第一套用海水法對煙氣進行脫硫的裝置。隨著科技的進步開展,新的脫硫方法也不斷的涌現(xiàn),像等離子體法是上個世紀末開展起來的聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù),在國際上被公認為是很有發(fā)展前途的處理煙氣二氧化硫的新一代技術(shù)。還有電子束照射法,它是由日木在原制作所首先提出的治理技術(shù),該技術(shù)至今已在美國等一些國家建立了20多套處理裝置。我國也采用了該技術(shù)并在成都熱電廠進行了實驗運行,并準備在其他地區(qū)進行試點。近年來,國內(nèi)外又研究開發(fā)了一些新的工業(yè)廢氣中的二氧化硫治理技術(shù)。HaldorTopsoe公司推出了硫氧化物催化脫除工藝〔WSA〕,可從大多數(shù)含硫廢氣中去除99%以上的硫化物,并直接回收工業(yè)級濃硫酸,主要用于處理含硫化氫的酸性氣、烷基化酸的再生氣和FCC再生煙氣。該工藝有如下幾個特點:①脫硫率高,并可作為工業(yè)硫酸全部回收;②操作費用隨廢氣中硫化物濃度增加而降低;③自動化程度高,操作彈性較大;④無廢水和固體廢物產(chǎn)生,不存在二次污染。我國第一套WSA處理裝置于2002年在湖南岳陽建成運行。日本制定和公布的大氣污染防治法規(guī)定對硫氧化物的控制采取K值方式,這是一種濃度控制方式。日本石化企業(yè)根本完成了對排放廢氣中SOX的污染治理,其中主要措施有兩點:一是使用低硫原料和燃料。如對原油和重油加氫脫硫,大量進口LPG,LNG等清潔原料〔燃料〕等;二是排煙脫硫。日本石化企業(yè)基于其自身情況多采用濕法脫硫。如某石化公司化工廠采用Na2SO3溶液吸收法處理鍋爐煙氣,SOX的去除率到達99%。濕法雖然初期投資較高,但運行費用較低,副產(chǎn)物可進一步加以利用。3.3氮化物的產(chǎn)生NOX一般是指NO和NO2。人類活動排放到大氣中的NOX主要有三個來源:電廠廢氣〔約占46%〕、汽車尾氣〔約占49%〕和石化廢氣〔約占5%〕,今年來電廠和汽車尾氣排放的NOX得到了一定的控制,但工業(yè)排放如石化工廠催化裂化裝置排放到大氣中的NOX的比例卻有所增加,因此控制石化生產(chǎn)過程中的NOX就變得越來越重要。石化企業(yè)NOX主要產(chǎn)生于燃料燃燒過程并通過燃燒煙氣排出。加熱爐煙氣和催化再生煙氣是產(chǎn)生含NOX煙氣的主要途徑,NOX的來源與燃燒溫度有關(guān)。工藝加熱爐溫度高,煙氣中NOX主要來源于助燃空氣中的氮,而催化再生煙氣溫度只有700℃左右,NOX幾乎完全來自焦炭中的氮。加熱爐煙氣中的NOX占生產(chǎn)NOX總量的大局部。氣態(tài)的NO無色無嗅,幾乎不溶于水,微溶于硝酸,且隨硝酸濃度增加,溶解度增加,NO易被O2氧化成NO2。NO2通常狀態(tài)下為紅棕色氣體,有異腥味,比空氣重,有毒。NO2與水發(fā)生反響生成硝酸,且易與純堿、燒堿、氫氧化鈣等反響生成硝酸鹽和亞硝酸鹽。3.4氮化物污染的危害及治理3.4.1氮化物的危害NOX的危害主要表現(xiàn)在以下4個方面:〔1〕在大氣平流層中形成硝酸,進入云中形成酸性降雨。〔2〕NO因為能與大氣中的臭氧分子反響,致使大氣中的臭氧含量降低從而破壞臭氧層?!?〕NOX是主要的溫室氣體之一,能吸收中心波長為7.78μm,8.56gm和16.98μm的長波紅外輻射,引起地表溫度升高。〔4〕在太陽光的照射下NOX會釋放出活性氧原子,產(chǎn)生氧化性很強的物質(zhì),形成的光化學煙霧對人體和植物危害較大。3.4.2氮化物治理方法石油化工廢氣中NOX主要來自催化裂化裝置和發(fā)電廠,NOX的生成主要與燃燒火焰的溫度、燃燒氣體中氧的濃度、燃燒氣體在高溫下的滯留時間及燃料中的含氧量等因素有關(guān)。一般來說,鍋爐燃料降低NOX的排放量有三個途徑,其一是通過煙氣凈化處理,使得煙氣中的NOX在排入大氣前大幅度降低,該方法可除去煙氣中近90%的NOX,并同時可去除煙氣中的一局部SOX。目前常用的方法有氨選擇性催化復原法,貴金屬、金屬氧化物和分子篩催化分解法,烴選擇性復原法,活性炭為載體和復原劑的催化復原法,CO脫除法,紫外光作用下氣相光催化氧化法和生物脫硝技術(shù)等等。但這些方法的主要問題是設(shè)備初始投資大,在大型電站鍋爐上應用較多,但不適用于小型工業(yè)鍋爐。其二是通過改變鍋爐運行方式來降低NOX的排放量,如采用較低的過量空氣系數(shù)等,但這種方法要以犧牲鍋爐熱效率作為代價。第三種途徑是通過控制燃燒過程中產(chǎn)生的NOX量來降低其排放量。以下是降低NOX的排放量的幾種方法。〔1〕低NOX燃燒器法低NOX燃燒器法〔Lightnitrogenburn,LNB〕,是一種漸變且費用不高的燃燒技術(shù),其中燃燒器采用分段進燃料,燃燒火焰較短,適用于使用氣體燃料的場合。由于空氣是分段通入的,并且在第一燃燒段里助燃氣量〔空氣〕輸入缺乏,導致火焰溫度較低,因而形成氮氧化物比擬困難,同時燃料中的氮化物在復原氣氛下更多地復原成N2,而不會生成氮氧化物。隨著超低氮氧化物燃燒技術(shù)的出現(xiàn),它能將燃料分段輸入以及燃燒產(chǎn)物在爐內(nèi)循環(huán)的技術(shù)相融合,進而又大大降低了燃燒中形成氮氧化物的可能性?!?〕選擇性催化復原法選擇性催化復原〔SelectivecatalyticreductionSCR〕是一種獨特的控制技術(shù),它是在催化劑的作用下,以NH3、H2、CO等介質(zhì)與廢氣中的NOX作用,將NOX復原為N2和H2O,廢氣中的O2不參與反響。它根據(jù)具體應用可采用各種催化劑類型,操作溫度范圍在300~590℃之間變化。SCR的脫氮率可達90%以上。圖3.1SCR反響系統(tǒng)圖3.1展示的選擇性催化復原廢氣脫硫裝置主要由液氨供應系統(tǒng)、氣體排放系統(tǒng)、控制氨氣系統(tǒng)、預熱系統(tǒng)和催化反響器等五個局部組成。液氨從儲罐輸出后在蒸發(fā)器內(nèi)氣化成氨氣,氨氣加熱到常溫后進入氨氣緩沖罐備用。氨氣在氨氣緩沖罐中經(jīng)調(diào)壓閥減壓后,通過噴氨格柵的噴嘴噴入廢氣中與廢氣混合,再經(jīng)靜態(tài)混合器充分混合后進入催化反響器。當排放的廢氣溫度較低時,用預熱系統(tǒng)來對其加熱,當廢氣與氨氣充分混合到達反響溫度并流經(jīng)選擇性催化復原反響器的催化層時,氨氣與氧化氮發(fā)生催化復原反響,將氧化氮復原為無二次污染的H2O和N2?!?〕催化助熱燃燒技術(shù)催化助熱燃燒技術(shù)〔CatalyticsupporttechnologyCST〕是采用催化劑使燃燒火焰溫度從1800~2000℃降低到1500℃左右,從而顯著地降低了氮氧化物的生成。該方法主要針對含氮少的氣體燃燒,可有效降低氮氧化物的排放。根據(jù)現(xiàn)有的脫氮處理裝置的安置數(shù)量可知,選擇性催化復原法是去除煙氣中NOX的主打技術(shù)。KTI公司曾做過實際調(diào)查比照,結(jié)果顯示,低溫選擇性催化復原〔SDS〕工藝要低于傳統(tǒng)的SCR和低氮氧化物燃燒技術(shù)。這是因為采用SDS工藝去除1t.NOX的費用約為1000~2000美元,而采用低氮氧化物燃燒技術(shù)約為SDS費用的4倍,假設(shè)采用SCR工藝那么比SDS費用約高出5~9倍。由此可見,SDS工藝的操作費用對開展中國家而言也是很高的,這也是NOX處理技術(shù)在這些國家的應用程度遠低于SO2處理技術(shù)的一個重要因素。3.5硫化物和氮化物的聯(lián)合治理方法3.5.1聯(lián)合脫硫脫氮治理方法的產(chǎn)生隨世界各國對環(huán)境保護的投入不斷增加,人們逐漸認識到對SOX和NOX分別治理,不僅侵占大量的上地資源,而且投入和運行成木都昂貴。為了工業(yè)廢氣排放到達規(guī)定的控制標準,石油化企業(yè)及電廠將不得不考慮安裝更多的煙氣控制設(shè)備。雖然石化行業(yè)擁有雄厚的資金能夠滿足治理技術(shù)的實現(xiàn),但根據(jù)其生產(chǎn)企業(yè)的流水式加工、固有裝置布局的連續(xù)性以及上地規(guī)劃等實際狀況,這種擴張式的改造建設(shè)是難以實現(xiàn)的。為了降低煙氣凈化的費用,適應現(xiàn)有石油化工廠的需要,開發(fā)聯(lián)合脫硫脫氮的新技術(shù)、新設(shè)備己成為煙氣凈化技術(shù)〔FGC〕開展的必然趨勢。目前為止,聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)大體可以分為兩大類:一是爐內(nèi)燃燒過程中同時脫硫脫氮技術(shù);二是燃燒后煙氣中聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)。3.5.2爐內(nèi)燃燒脫硫脫氮最初此技術(shù)是為了降低NOX在燃燒過程中產(chǎn)生的量而進行的爐內(nèi)脫氮的研究,如今這項研究依然很活潑。在這個根底上,又參加固硫劑來到達脫硫的目的,并且脫除了燃燒過程中產(chǎn)生的SO2,到達了同時脫硫脫氮的效果。最具代表性的技術(shù)有PFBC-CC〔增壓流化床燃燒/蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電〕、CFBC〔循環(huán)流化床燃燒〕、LIMB〔石灰石注入爐內(nèi)分段燃燒〕等。它們都是通過控制燃燒溫度來減少NOX生成的,同時利用Ca吸收劑吸收燃燒過程中產(chǎn)生的SO2,以到達同時控制SO2和NOX排放的目的。此后,爐內(nèi)同時脫硫脫氮的研究又開辟了一些新的方法,并相繼涌現(xiàn)出一些新的技術(shù)。其中比擬引人注目的有石灰/尿素噴射法、鈣質(zhì)吸收劑噴射法、氣體二次燃燒吸收劑噴射工藝及爐內(nèi)噴入有機酸鹽吸收劑工藝等。這些技術(shù)的脫硫率一般達70%~80%、脫氮率50%~70%。3.5.3煙氣聯(lián)合脫硫脫氮燃燒后煙氣中聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)是在FGD技術(shù)根底上開展起來的。與單獨的脫硫脫氮工藝相比,在一個系統(tǒng)內(nèi)同時脫硫脫氮的工藝有很大的優(yōu)越性,比方,減少系統(tǒng)復雜性、更好的運行性能以及低成木。煙氣聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)與煙氣脫硫技術(shù)一樣也可以分為濕法、半干法和干法。聯(lián)合脫硫脫氮處理也是我國煙氣治理的開展方向。根據(jù)一些研究的結(jié)果來看,濕法同時脫硫脫氮可以到達滿意的脫硫脫氮效率,而且運行費用相對較低,二次污染較低,是有前途和有研究價值的同時脫硫脫氮技術(shù)。半干法同時脫硫脫氮是在爐膛、煙道或噴霧洗滌塔內(nèi)噴入石灰石、氫氧化鈉、碳酸氫鈉等堿性物質(zhì)的溶液或尿素溶液來進行脫硫脫氮。但是在該法噴射的吸收劑對SO2脫除效果顯著,而對脫氮效果不佳,脫氮效率卞要與煙氣中SO2和NOX的體積比、吸收劑的粒度、反響溫度和停留時間有關(guān)?,F(xiàn)在,比擬成熟的半干法同時脫硫脫氮技術(shù)有LIFAC工藝、尿素法等。干法同時脫硫脫氮技術(shù)包括活性焦吸附法、氧化銅法、等離子體法。近年來,在聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)的應用研究十分活潑,其中被認為具有實際應用價值的方法大致有如下幾種:〔1〕活性炭法BF工藝是用活性炭脫硫脫氮,活性炭流化床吸附器是其主體設(shè)備,這個設(shè)備是一個類似于超吸附塔的設(shè)備,煙氣中的SO2在這個吸附器內(nèi)被氧化成S03并溶于水中,產(chǎn)生稀硫酸氣溶膠,隨后由活性炭吸附。把氨注入到吸收塔內(nèi),氨與NOX在活性炭的催化復原作用下生成N2。在脫吸器中將帶有SO3的活性炭加熱再生,然后通過Claus反響將再生出的SO2氣體中的硫回收。一些實驗結(jié)果顯示,該方法的脫氮率達50%~80%,脫硫率高達95%。由此可見,活性炭法可以有效地實現(xiàn)硫的再資源化,同時脫硫脫氮可降低煙氣凈化費用?;钚越刮椒ǎ菏怯没钚越沟奈阶饔眠M行煙氣的同時脫硫和脫氮?;钚越乖跓煔獠粌H可以作為二氧化硫的吸收劑,還可以作為復原氮氧化物的催化劑。二氧化硫是通過活性焦的微孔催化吸附作用,生成硫酸儲存于焦碳微孔內(nèi),然后通過熱再生。吸附的二氧化硫可以回收制成化肥、濃硫酸、液態(tài)二氧化硫、高純硫磺等各種價值較高的副產(chǎn)品。在加氨的條件下,氮氧化物經(jīng)活性焦的催化作用生成氮氣和水再排入大氣?;钚越雇瑫r脫硫脫氮涉及的主要化學反響為:2SO2+O2+2H2O→2H2SO4〔1〕4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O 〔2〕2NO+C→CO2+N2〔3〕2NO2+2C→2CO2+N2〔4〕活性焦吸附法脫硫率兒乎到達100%,脫氮率可達80%以上,它足一種先進、佰效的聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)。如圖3.2所示,一再生后的活性炭可以垂復使用。圖3.2活性炭法脫硫脫氮流程圖〔2〕SNOX工藝SNOX〔煙道氣催化復原〕工藝是一種可同時脫除SOX和NOX的工藝,煙氣中SO2和SO3的脫除率達98%。NOX脫除率達95%。通過計算煙氣中的過剩水含量,硫可一再生為93%~96%的商品級的濃硫酸。NOX經(jīng)催化復原反響后形成N2,同時在反響過程中還脫除了煙氣中大量的顆粒和塵埃。通過回收在此過程中產(chǎn)生的熱量以及煙氣被冷卻至100℃時所損失的熱量,用于預熱助燃空氣和生產(chǎn)蒸汽,以提高鍋爐效率,補償煙氣鼓風機和空氣鼓風機的電耗。這個工藝不產(chǎn)生如廢水、廢漿或廢渣達樣的一次污染,也不消耗水或其它物料,僅需要氨來催化復原NOX,以及極少量的控制酸霧的化學品和催化反響器入口的一局部補充熱量。SNOX工藝的主要步驟:①用靜電除塵器脫除非可燃性煙塵至小于等于5mg/m3;②將煙氣加熱到390~400℃;③在NOX反響器入口向氣流中參加氨,催化復原NOX;④在后續(xù)氧化反響器中將SO2催化氧化為SO3;⑤將氣體冷卻到250~260℃;⑥在WSA冷凝器的空冷玻璃管內(nèi)將氣體進一步冷卻到100℃左右,使SO3和H2SO4蒸汽冷凝,濃硫酸從冷凝器底部排出。該工藝對重油、硫化氧氣體、石油焦和高硫煤等這種高硫燃料特別適用。與其它脫硫技術(shù)相比,SNOX技術(shù)具有較低的運行和維護要求,而且具有高的可靠性,缺乏之處是能耗較大,投資費用較高,而且濃硫酸的儲存及運輸較困難。〔3〕電子束脫硫〔EBA〕工藝EBA是由日木茬原公司首先提出的一種脫硫新工藝。它是通過直流高壓電源和電子加速器即電子束照射法產(chǎn)生具有高能量并且具有高速度的電子〔400~800kev〕促進分子間的化學反響的。利用電子輻照燃燒后的廢氣來激活H2O、O2、SO2、NOX等氣體分子,并使其通過電離甚至裂解產(chǎn)生·OH、·HO2、·O等氧化性很強的活性粒子來氧化NOX和SO2,使其形成HNO3和H2SO4,再使之與NH3反響,生成可作為農(nóng)用化肥的(NH4)2SO4和NH4NO3粉末。EBA的工藝過程分為四個局部:a〕游離基的產(chǎn)生;b〕脫硫脫硝反響;c〕硫酸鉸、硝酸銨的產(chǎn)生。電子束法同時脫硫脫氮,其脫硫率可達90%以上,脫氮率達80%以上。具有耗水量小不需排水處理設(shè)施、反響速度快、設(shè)備適應性強、副產(chǎn)品可以作肥料、占地面積小、便于操作控制等優(yōu)點?!?〕濕式FGD加金屬螯合物工藝傳統(tǒng)的濕法脫硫工藝可以脫除90%以上的SO2,但由于NO在水中溶解度很低,故很難去除。在濕法脫硫的根底上開發(fā)了濕式絡(luò)合吸收法同時脫硫脫氮,這種方法是用金屬螯合物來促進NOX的脫除,因為它們能快速地溶解并和NO反響形成復雜的亞硝酞亞鐵螯合物,反響式為:Fe(II)(EDTA)2-+NO→Fe(II)(EDTA)(NO)2-配位的NO能夠和溶解的O2和SO2反響生成N2、N2O、硫酸鹽和連二硫酸鹽,以及各種N-S化合物和三價鐵螯合物。再生過程需從吸收液中去除硫酸鹽、連二硫酸鹽和N-S化合物以及將三價鐵鰲合物復原成亞鐵螯合物。因為典型的石灰石-石膏法仍是主要脫除方法,因此,采用促進NOX吸收的化學添加劑對控制NOX有重要影響。已有的研究說明,一些金屬螯合物具有促進NOX吸收的作用,因為一些金屬鰲合物例如Fe(II)EDTA等能與溶解的NOX快速反響。Harkness及Benson等開發(fā)出了聯(lián)合脫除SO2和NOX的方法,即用濕式洗滌系統(tǒng),這種方式利用了Fe-EDTA金屬螯合物以及6%MgO的增強石灰來共同脫除二氧化硫和氮氧化物的技術(shù),到達了脫硫率接近100%和脫氮率60%以上的效果。Mendelsohn等針對Fe(II)(EDTA)螯合物中的Fe(II)易被氧化成Fe(III)的特點,改善了吸收劑對NOX吸收的缺點,提出將有機多酚化合物在Fe(II)(EDTA)鰲合物吸收液中適量的參加,NOX的脫除效果明顯增強,說明溶解氧對Fe(II)的氧化作用在有機多酚化合物存在的情況下能夠得到有效的抑制,同時可以迅速復原任何被氧化的Fe(III)為Fe(II),使吸收液對SO2和NO的脫除效率能夠長時間的保持在較高狀態(tài)。同時針對NTA和EDTA的缺乏,有人提出用含有-SH基團的氨基酸和脂肪酸的Fe(II)吸收液中的添加劑來同時脫硫脫氮,通過參加含有-SH基團的Fe(II)螯合物,NO的溶解速率也可以被明顯提高,吸收NO后生成亞硝酞Fe(III)含-SH基螯合物,含-SH基團的Fe(II)螯合物比Fe(II)(NTA)或Fe(II)(EDTA)的抗氧化性更好,從而開辟了一條有效的同時脫硫脫氮途徑。螯合物作為金屬螯合物工藝的一個較大缺點是螯合物的循環(huán)利用比擬困難,因為在反響中螯合物會有損失,這造成運行費用很高?!?〕尿素法俄羅斯門捷列夫化學工藝學院等單位聯(lián)合開發(fā)了尿素凈化煙氣工藝,SO2和NOX可被同時去除,SO2的脫除率近100%,NOX脫除率高于95%。此工藝采用的吸收液pH為5-9對設(shè)備無腐蝕作用,煙氣中SO2、NOX的濃度與其脫除率無關(guān),尾氣可直接排放,吸收液經(jīng)處理后可回收硫酸錢,總反響如下:NO+NO2+(NH2)2CO→CO2+2N2+2H2O(1)4SO2+O2+4H2O+2(NH2)2CO→2(NH4)2SO4+2CO2(2)俄羅斯在茲米約夫電站建立了該法的工業(yè)裝置,吸收器規(guī)格為3m×80m,處理能力為60m3/h,試驗結(jié)果說明,當吸收液中尿素濃度為70-120g/L、反響溫度70~95℃時,SO2和NOX的脫除率接近100%。同時脫硫脫氮的聯(lián)合處理工藝受重視的程度從近幾年國外煙氣治理的趨勢看是很高的??刂茻煔庵蠸OX和NOX的各種方法中燃煤煙氣同時脫硫脫氮技術(shù)是最為行之有效的途徑,將是我國煙氣治理的重點開展方向。盡管各國學者在煙氣聯(lián)合脫硫脫氮工藝研究方面都取得了很大的進步,但絕大多數(shù)方法仍僅停留在試驗研究階段。大量最新的工程理論及技術(shù)隨著科學技術(shù)的開展被引入了煙氣治理領(lǐng)域,這些新技術(shù)、新觀念的引入,必定促進技術(shù)成熟、工藝可行的新型煙氣治理技術(shù)的不斷涌現(xiàn)。雖我國學者在此根底上也進行了一些研究,但離工業(yè)應用還有一段距離,因此還須不斷研究開發(fā)更經(jīng)濟、更有效的煙氣同時脫硫脫氮技術(shù)。第4章石化企業(yè)硫化物和氮化物的治理狀況4.1東北某石化公司硫氮化物的治理狀況由于石化企業(yè)的生產(chǎn)工藝各不相同,因而對排放廢氣中硫化物和氮化物的污染與防治手段也不盡相同,本文以東北某石化公司為例,針對該公司的污染情況及治理方法進行了探討,并提出進一步治理硫氮化物排放的建議。隨著東北某石化公司規(guī)模的擴大,控制石油煉制中廢氣污染日趨成為嚴峻的問題。廢氣污染不僅關(guān)系到石化公司職工的身體健康,由于氣體的擴散性,還會影響到附近的居民。因此,嚴格控制廢氣排放是石化公司刻不容緩的工作。該石化公司目前對煉油廢氣中硫化物和氮化物的治理方法如下。4.1.1該石化公司硫化物的治理該石化公司煉制的原油主要來自我國的大慶油田以及由印度尼西亞進口的原油,這些都屬于低硫原油。根據(jù)該石化公司生產(chǎn)工藝的自身特點,硫化物主要來自生產(chǎn)汽油、液化氣時產(chǎn)生的硫化氫、硫醇及燃燒時產(chǎn)生的二氧化硫。前兩者通過硫磺回收裝置后,大局部被回收。因此,該石化公司對硫化物的控制和治理主要是對硫化氫、硫醇的治理。對汽油、液化氣中硫化氫、硫醇的脫除采用氫氧化鈉堿洗的方法。反響方程式如下:2NaOH+H2S→Na2S+2H2O(1)NaOH+RSH→RSNa+H2O(2)由于該技術(shù)更換NaOH溶液比擬頻繁,致使廢堿液產(chǎn)生量較大,在對廢堿液處理的同時也增加了該公司的本錢。為了解決這些難題,該石化公司通過改變堿洗方式〔如用能夠再生的固體堿代替液體堿等〕和利用有效堿循環(huán)降低堿用量等技術(shù)改造,最終實現(xiàn)了廢堿液的零排放。硫化氫、硫醇經(jīng)過堿洗回收后,少量殘留的局部將通過燃燒處理,燃燒氣體會產(chǎn)生二氧化硫。同時,鍋爐渣油燃燒等也將產(chǎn)生二氧化硫。因此,該石化公司煉油廢氣中二氧化硫的來源主要有三個:〔1〕來自硫磺回收裝置處理:極少局部無法回收的硫化氫、硫醇通過燃燒產(chǎn)生少量的二氧化硫直接高空排入大氣?!?〕催化劑再生燒焦時產(chǎn)生二氧化硫。〔3〕加熱爐燃燒干氣中產(chǎn)生二氧化硫。二氧化硫各排放口及排放量控制標準見圖4.1。圖4.1東北某石化公司一氧化硫各排放口排放量控制標準從排放量的濃度控制可以看到,發(fā)電廠是二氧化硫濃度最高、污染最嚴重的地方。因此,發(fā)電廠應列為二氧化硫重點治理區(qū)。其他各排放口的二氧化硫排放量相對較低,發(fā)電廠的燃料是原油經(jīng)過常減壓裝置、催化裂化裝置提煉后出來的催化渣油。這局部渣油含大量重組分,己經(jīng)無法提煉出可以出售的成品油,作為燃料屬于廢渣的再循環(huán)利用。渣油在鍋爐內(nèi)加熱燃燒會產(chǎn)生含二氧化硫的煙氣。由于原油本身的低硫性,渣油無需脫硫即可作為低硫燃料燃燒,如果廢氣中的二氧化硫低于控制標準就可以直接高空排放。4.1.2該石化公司氮化物的治理圖4.2是根據(jù)東北某石化公司各排放口氮氧化物控制標準和實測數(shù)據(jù)所做的。從表中可以看出,該石化公司的氮氧化物排放量以一催化、二催化的最多,這兩個催化裝置的氮氧化物排放量加起來占了該石化公司總排放量的一半以上。但是,氮氧化物排放量遠遠低于控制標難,所以,煙氣可直接高空排入大氣。由于該石化公司一直煉制低氮的原油,所以該石化公司沒有設(shè)置煙氣脫氮的設(shè)備,節(jié)省了本錢和操作費用,但是出于環(huán)境保護的需求,該石化公司始終堅持監(jiān)測氮氧化物的排放量。圖4.2東北某石化公司氮氧化物排放的實際情況4.1.3聯(lián)合脫硫脫氮的建議由于東北某石化公司一直以來煉制的都是低硫低氮原油,不需要經(jīng)過原油脫硫處理即可煉制,且煉制過程產(chǎn)生的煙氣中硫化物和氮化物含量均低于國家控制標準,因而該石化公司沒有進一步引進煙氣脫硫脫氮的設(shè)備,節(jié)省了生產(chǎn)本錢及操作費用。但是,隨著該石化公司煉油生產(chǎn)規(guī)模的擴大以及低硫低氮原油的短缺,而且近年來原油價格一直處在波動上浮的狀態(tài),石化公司為了節(jié)約本錢引進多種原油再混煉,始嘗試煉制文萊、澳大利亞不同的原油。這些都使其原油組成發(fā)生變化,平均含硫量、含氮量將會有所升高。為了防止增
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