钙 - 钠双碱法在油母页岩炼油企业的应用

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摘要：钙-钠双碱法利用石灰浆液吸收烟气中的SO2，反应后的吸收液与钠碱反应而得以再生，并生成石膏。本文通过对比研究湿法、干法和半干法等烟气脱硫技术，确定以湿法脱硫技术中的钙-钠双碱法作为油母页岩低温干馏烟气中SO2的处理措施，并分析该脱硫技术方案的经济效益，为油母页岩炼油企业可持续发展提供科学依据。

关键词：油母页岩；钙-钠双碱法；经济效益；烟气脱硫

油母页岩是剥离煤层的产物，是一种重要的能源资源，也是一种可燃性固体矿产，可通过低温干馏的方法产生类似天然石油的页岩油。页岩油低温干馏过程产生的主要污染物是加热炉烟气，它是可燃气体燃烧的产物[1]。加热炉烟气以SO2为主要污染物，其浓度可达2000mg/m3[2]。当前，环境保护要求逐步提高，我国SO2排放标准日趋严格。为了提高社会效益和环境效益，必须严格控制固定污染源大气污染物的排放量，尤其是SO2。本文通过烟气脱硫技术比选，将钙-钠双碱法应用在油母页岩炼油企业烟气脱硫中，以改善生态环境，提高综合效益。

1烟气脱硫技术比选

根据操作过程的物相不同，烟气脱硫技术可分为湿法、干法和半干法。

1.1湿法烟气脱硫技术

湿法烟气脱硫技术以气液反应为基本机理，反应速度快，脱硫效率高，一般均高于90%，技术成熟，适用面广，生产运行安全可靠[3]，在众多的脱硫技术中，其始终占据主导地位。但是，生成物是液体或淤渣，较难处理，设备腐蚀严重，洗涤后烟气需要再热，能耗高，占地面积大，投资和运行费用高。一是钙-钠双碱法。该方法利用石灰浆液吸收烟气中的SO2，反应后的吸收液与钠碱反应而得以再生，并生成石膏。二是石灰石-石膏法。该方法利用石灰石或石灰浆液吸收烟气中的SO2，生成亚硫酸钙。三是柠檬吸收法。该方法原理是SO2与柠檬酸盐液体中H+发生反应，生成H2SO3络合物。该方法仅适于低浓度SO2烟气，应用范围比较窄[4]。

1.2干法烟气脱硫技术

干法烟气脱硫技术以气固反应为基本机理，具有设备简单、占地面积小、投资和运行费用低、操作方便、能耗低、生成物便于处置、无污水处理系统等优点。但是，反应速率慢，吸收剂利用率低，磨损、结垢现象比较严重，脱硫效率低，设备维护难度较大，设备运行稳定性与可靠性不高，且寿命较短。一是活性炭吸附法。该方法原理是SO2被活性炭吸附并被催化氧化为SO3，再与水反应生成H2SO4。二是电子束辐射法。该方法用高能电子束照射烟气，生成大量的活性物质，将烟气中的SO2氧化为SO3，进一步生成H2SO4。三是荷电干式吸收剂喷射脱硫法。该方法原理是通过高压静电电晕充电区的SO2吸收剂带有静电荷，将其喷射到烟气流中，以同性排斥原理来达到去除SO2的目的，脱硫效率大于90%。但此方法产生的高强度辐射对人体有害，需要设置防辐射屏蔽。四是金属氧化物脱硫法。该方法原理是金属氧化物对S02具有较强的吸附性，在常温或低温下，金属氧化物吸附S02；高温情况下，金属氧化物与SO2发生化学反应。

1.3半干法烟气脱硫技术

一是喷雾干燥法。该方法工艺设备简单，生成的干态硫酸钙易处理，没有严重的设备腐蚀和堵塞情况，耗水量低。但是，脱硫效率低，自动化要求比较高，吸收剂用量不易控制，吸收效率低。二是半干半湿法。半干半湿法的脱硫效率和脱硫剂利用率介于干法与湿法之间，其主要适用于中小锅炉的烟气治理。三是粉末-颗粒喷动床烟气脱硫法。该方法原理是含SO2的烟气经过预热器进入粉末-颗粒喷动床，在床内与喷动粒子充分混合，借助和热烟气的接触，脱硫与干燥同时进行，脱硫产物以干态粉末形式从分离器中吹出。综上，根据油母页岩炼油企业干馏装置运行技术参数和烟气污染指标监测结果，针对烟气排放特点，本着技术先进实用、安全可靠、操作维修简单、运行费用低的原则，初步设计采用湿法脱硫技术中的钙-钠双碱法烟气脱硫工艺，主体设备采用高效的喷淋脱硫塔。该技术的实施具有显著的社会经济和环境效益，可确保油母页岩炼油企业可持续发展。

2技术应用研究

抚顺矿业集团有限责任公司页岩炼油厂现有8套干馏装置，每套干馏装置的瓦斯燃烧交换系统有3台加热炉。加热炉内瓦斯燃烧后，烟气通过排气筒排放至大气环境中。烟气中SO2等有害气体对环境空气质量影响较大。为完成国家规定的炼油厂减排指标，满足日益严格的环境保护标准要求，必须加强烟气污染物排放浓度的控制。该项目以湿法脱硫技术中的钙-钠双碱法作为油母页岩低温干馏烟气中SO2的处理措施。

2.1控制目标

为保证脱硫装置平稳运行，实现SO2达标排放，有必要开展加热炉烟气脱硫技术研究。脱硫系统改造应满足以下要求：脱硫效率大于80%，SO2排放浓度控制在200mg/Nm3以下；脱硫后不产生二次污染；尽量降低脱硫系统的运行费用；整套脱硫系统布置切合现有场地特征，布设合理，系统简洁，操作容易，维修方便，管理简单，占地面积小，工程投资少。

2.2烟气控制标准与计算结果

该项目烟气排放执行《工业窑炉大气污染物排放标准》（GB9078—1996）中1997年1月1日起新、改、扩建的工业窑炉标准，工业窑炉SO2排放标准限值如表1所示。从标准限值来看，SO2含量不得大于850mg/m3。经计算，各参数结果如表2所示。

3经济性分析

3.1运行成本

运行成本包括电费、药剂费和人工费，如表3所示。本项目烟气脱硫系统装机容量为276kW，运行功率为110kW，运行系数取0.7，经计算，日运行负荷为1848kW·h，工业电费按0.5元/（kW·h）计。药剂费分为两部分：日耗石灰量为1920kg，以300元/t计；日耗碱量为125kg，以800元/t计。定岗人员有5人，月工资按2000元计，即人工费。经合计，日运行成本为1930元/d。年运行时间为7200h，经计算，本项目烟气脱硫系统的年运行成本为57.9万元。

3.2经济效益

经济效益包括SO2环保减排费用、废油回收费用和石膏回收费用，如表4所示。一是SO2环保减排费用。SO2回收量为74.6kg/h，每天回收1790kg，同时页岩炼油厂异味得到进一步控制。二是废油回收费用。日回收纯废油546～1020kg，以3000元/t计。三是石膏回收费用。日回收石膏泥饼5.4t，外卖砖厂，以32元/t计。经合计，年回收效益为86.56～129.22万元。

4结论

作为一种典型的烟气脱硫技术，钙-钠双碱法可以保证生产正常运行且SO2达标排放，这是完全可行的。经分析，脱硫后副产物具有一定的经济价值，大气污染也得到有效治理。

作者：胡广军 单位：抚顺矿业集团有限责任公司工程技术研究中心