延遲焦化與熱電鍋爐一體化技術(shù)中高硫石油焦利用及污染治理

延遲焦化與熱電鍋爐一體化技術(shù)中高硫石油焦利用及污染治理

1國(guó)內(nèi)石油焦利用現(xiàn)狀石油焦是烹飪工藝的副產(chǎn)品，具有低養(yǎng)分、低蒸發(fā)、高熱值的特點(diǎn)。成分中含有相當(dāng)多的硫、氮元素和釩、鎳等堿金屬元素。隨著世界原油的重質(zhì)化、劣質(zhì)化和原油深度加工的進(jìn)展,石油焦產(chǎn)量不斷上升。石油焦中硫的含量決定了石油焦的最終用途,由于大多數(shù)的石油焦都是高硫石油焦,所以在石油焦的利用上,通過(guò)燃燒回收熱量依然是主導(dǎo)方向。目前國(guó)內(nèi)高硫石油焦利用主要摻煤在循環(huán)流化床鍋爐及煤粉鍋爐進(jìn)行燃燒,而煉廠內(nèi)產(chǎn)出的石油焦直接進(jìn)熱電鍋爐進(jìn)行一體化處理為比較合理的利用途徑。本文闡述不同硫含量石油焦的合理使用去向,重點(diǎn)論述延遲焦化與熱電鍋爐一體化技術(shù)中高硫石油焦利用及其污染治理措施。2石油焦的起源和特點(diǎn)2.1石油焦的收率石油焦主要來(lái)源于延遲焦化裝置,生產(chǎn)流程為:原油—常減壓蒸餾裝置—延遲焦化裝置—石油焦。通常原油經(jīng)常減壓裝置和延遲焦化裝置提取出大部分輕質(zhì)產(chǎn)品(如石腦油、汽油、柴油等),重質(zhì)產(chǎn)品即石油焦作為副產(chǎn)品出廠或自用;石油焦的收率一般在25%~30%。在含硫渣油的加工中,由于延遲焦化工藝技術(shù)可獲得大量輕質(zhì)產(chǎn)品,而且投資少,因此獲得了廣泛的應(yīng)用。而對(duì)國(guó)際原油的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明,減渣中硫含量為原油總硫含量的43.6%~76.0%,我國(guó)減渣中硫含量平均為原油總硫含量的70%,而延遲焦化產(chǎn)品中,石油焦中硫含量為原料減渣總硫含量的30%。1990年后,隨著高硫原油產(chǎn)量的增加,焦化裝置的原料減渣含硫量上升,硫含量大于3%的石油焦的數(shù)量大幅增加。探討高硫石油焦的合理利用對(duì)于節(jié)約能源和減少對(duì)環(huán)境的污染是十分重要的。2.2油焦硫含量及組成石油焦一般為黑色或暗灰色堅(jiān)硬固體,帶有金屬光澤,呈多孔性,由微小石墨結(jié)晶形成粒狀、柱狀或針狀構(gòu)成的炭體物;石油焦組分是碳?xì)浠衔?含碳90%~97%,含氫1.5%~8.0%,還含有氮、氯、硫及重金屬化合物;其低位發(fā)熱量約為煤的1.5~2.0倍。根據(jù)石油焦硫含量的不同,可分為高硫焦和低硫焦,硫含量3%以上的石油焦為高硫焦,含硫量小于3%為低硫石油焦。燃料級(jí)石油焦同煙煤比較具有熱值高、灰分低、揮發(fā)分低、硫及釩含量高等特性,其燃燒特性見(jiàn)表1。3石油焦的合理使用3.1采用高硫石油焦作為燃料硫含量小于3%的低硫石油焦可用做生產(chǎn)耗量較大的電極焦或冶金焦,此部分低硫石油焦?jié)M足延遲石油焦標(biāo)準(zhǔn)SH0527-92,可直接出廠作為產(chǎn)品供給冶煉廠和碳素廠。硫含量大于3%的高硫焦一般只能作為燃料使用。高硫石油焦售價(jià)低,產(chǎn)量大,價(jià)格一般只有低硫焦的50%~70%,通常的方法是利用高硫石油焦作為燃料,其比例達(dá)到50%以上。在高硫石油焦用于鍋爐燃料時(shí),通常需要與煤混合使用,一則降低硫含量,二則利用煤較高的揮發(fā)分有利于燃燒。與煤混合作燃料,一般根據(jù)石油焦的硫含量及燃燒性能確定混合比,石油焦的加入比例大多為10%~20%,可在普通燃煤鍋爐中使用。3.2石油焦的利用除利用石油焦作鍋爐燃料發(fā)汽發(fā)電之外,還有3種大量或?qū)ｉT(mén)燃燒石油焦的技術(shù),即用做水泥窯的燃料、循環(huán)流化床(CFB)鍋爐和氣化聯(lián)合裝置(IGCC)。CFB鍋爐主要生產(chǎn)蒸汽、電力;IGCC則生成氫氣、合成氣及蒸汽、電力等,具體見(jiàn)表2。石油焦用做水泥窯的燃料只能用于立式窯,這種窯的技術(shù)性能較差,國(guó)內(nèi)使用該種工藝的水泥廠較少,大規(guī)模推廣存在一定困難;IGCC投資較高,不宜在小規(guī)模下使用,國(guó)外近幾年來(lái)應(yīng)用該工藝建設(shè)了一些工業(yè)裝置,但進(jìn)展緩慢;CFB鍋爐在我國(guó)已經(jīng)得到大量的應(yīng)用,技術(shù)上和實(shí)踐上都日趨成熟,CFB鍋爐將是近期和稍后一個(gè)時(shí)期我國(guó)高硫石油焦利用處理的發(fā)展方向。特別是煉油廠采用延遲焦化與熱電鍋爐一體化技術(shù)將高硫石油焦直接利用于熱電鍋爐,可根據(jù)石油焦的固定特性和摻燒比例選擇合適的爐型,優(yōu)化操作,在降低產(chǎn)汽發(fā)電成本同時(shí)減少高硫石油焦外運(yùn)量,減少SO2,NOx排放量,滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。4cfb鍋爐燃料的發(fā)展石油焦作為煉油廠燃料一般需摻煤燃燒,鍋爐爐型采用CFB鍋爐為宜。CFB燃燒技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的高效、低污染的清潔燃燒技術(shù),在國(guó)際和國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用,我國(guó)自20世紀(jì)80年代初開(kāi)始研究以來(lái),開(kāi)發(fā)了各種形式的CFB鍋爐;經(jīng)過(guò)多年來(lái)對(duì)CFB鍋爐的氣固兩相流動(dòng)、燃燒室中高物料濃度條件下的傳熱、大物料循環(huán)過(guò)程中的傳質(zhì)、燃燒過(guò)程、污染物控制、物料平衡以及煤種適應(yīng)性等方面的詳細(xì)研究,對(duì)于石油焦的燃燒特性、結(jié)焦特性以及污染物排放特性也進(jìn)行了針對(duì)性研究,為高硫石油焦在CFB鍋爐上的應(yīng)用提供了良好的保證。大量的應(yīng)用實(shí)踐充分證實(shí)作為燃料在CFB鍋爐上燃燒,是解決高硫石油焦出路的最佳選擇之一。在國(guó)外,最具代表性的是1990年美國(guó)NISCO公司采用Foster-Wheeler技術(shù)在Louisians州建造2臺(tái)100MW的CFB鍋爐,采用高硫石油焦作為燃料,運(yùn)行狀況良好,滿足歐美苛刻的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn);之后美國(guó)多家電廠和熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐采用CFB鍋爐燃燒高硫石油焦,取得了良好的效果。在國(guó)內(nèi),中石化鎮(zhèn)海煉化公司于1999年引進(jìn)2臺(tái)220t/h純燒高硫石油焦CFB鍋爐,采用美國(guó)Foster-Wheeler技術(shù),于2000年投產(chǎn)運(yùn)行,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益;金陵石化熱電廠引進(jìn)美國(guó)Foster-Wheeler生產(chǎn)的Pyroflow型220t/hCFB鍋爐,原設(shè)計(jì)燃料為油頁(yè)巖,后改為燃用100%煙煤或50%煙煤+50%石油焦,石油焦為延遲焦化的副產(chǎn)品,于2001年8月及2002年1月2臺(tái)機(jī)組相繼投產(chǎn);遼寧華錦集團(tuán)新建2臺(tái)410t/h熱電鍋爐設(shè)計(jì)擬摻燒高硫石油焦,以削減乙烯原料工程產(chǎn)生的石油焦。高硫石油焦作為CFB鍋爐燃料,已經(jīng)為大量的實(shí)踐所證實(shí)。目前世界上大約有20多臺(tái)純燒石油焦的CFB鍋爐在運(yùn)行,其中絕大部分達(dá)到了設(shè)計(jì)要求和當(dāng)?shù)丨h(huán)保政策的要求。這些比較成功運(yùn)行的CFB鍋爐,基本上與燃煤爐一樣,僅僅是針對(duì)石油焦燃燒特性、結(jié)焦特性以及物料平衡方面局部稍進(jìn)行了調(diào)整。5燃煤與石油焦的排放改造高硫石油焦進(jìn)鍋爐作燃料燃燒需解決煙氣中SO2,NOx及煙塵的達(dá)標(biāo)排放問(wèn)題,CFB鍋爐可采用爐內(nèi)噴鈣脫硫脫氮可有效控制煙氣中SO2,NOx的排放,由于石油焦灰分(0.1%~0.3%)較低,摻煤燃燒產(chǎn)生的煙塵與燃煤一樣,可采用布袋除塵等措施即可滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13223-2003中標(biāo)準(zhǔn)限值要求,本文僅論述煙氣中SO2,NOx達(dá)標(biāo)排放措施。CFB鍋爐是近年來(lái)在國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的新一代高效、低污染清潔燃燒技術(shù),具有燃燒效率高、燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好、灰渣利于綜合利用等優(yōu)點(diǎn),通過(guò)添加脫硫劑,能有效降低SO2的排放量,因而它是燃燒石油焦的首選方式。5.1煙氣脫硫效率CFB鍋爐的煙氣脫硫是在爐內(nèi)進(jìn)行的,根據(jù)入爐燃料中含硫量的大小,按一定的鈣硫比值向鍋爐內(nèi)直接加入符合粒徑分布要求(粒徑0.45~0.90mm)的石灰石、白云石(MgCO3)等脫硫劑;在爐內(nèi)高溫條件下,脫硫劑受熱分解生成CaO,MgO,并與燃料燃燒后產(chǎn)生的SO2發(fā)生化合反應(yīng),最終以固體硫化物的形態(tài)隨鍋爐灰渣排出爐外;正常運(yùn)行工況下,CFB鍋爐的脫硫效率一般可達(dá)90%~95%。根據(jù)中石化集團(tuán)鎮(zhèn)海煉化熱電廠引進(jìn)的2臺(tái)220t/h石油焦CFB鍋爐的運(yùn)行情況,石油焦消耗量為19577kg/h,石灰石消耗量為3720kg/h,煙氣中SO2排放濃度為103mg/Nm3,脫硫效率91%以上,鍋爐投運(yùn)率為90%以上;金山石化熱電廠、武漢石化等國(guó)內(nèi)運(yùn)行的其他幾家有代表性的燃燒石油焦CFB鍋爐在煙氣脫硫方面均取得良好的效果。除了煙氣干法脫硫,還可考慮濕法脫硫,可取得更高的脫硫效率,但濕法脫硫與干法脫硫相比有投資大、設(shè)備占地面積較大等缺點(diǎn)。遼寧華錦集團(tuán)新建2臺(tái)410t/hCFB鍋爐石油焦設(shè)計(jì)摻燒比例為13%,煙氣采用氨法煙氣脫硫工藝,脫硫效率可達(dá)95%。高硫石油焦作為CFB鍋爐燃料采用爐內(nèi)干法脫硫和濕法脫硫,排放煙氣中SO2均能滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13223-2003中標(biāo)準(zhǔn)限值要求。5.2cfb鍋爐nx的生長(zhǎng)CFB燃燒技術(shù)為高效、低污染的清潔燃燒技術(shù),外排煙氣中NOx生成量的抑制則是由它本身的燃燒條件所決定的;CFB鍋爐燃燒溫度一般控制在850~950℃,這一溫度不僅對(duì)脫硫有利,而且也可抑制CFB的形成;另一因素是CFB鍋爐普遍采用較低的一次供風(fēng)率及分段送入二次風(fēng),爐內(nèi)氮?dú)庋趸磻?yīng)所需的氧明顯不足,因而也大大降低了NOx的生成量,一般情況下,CFB鍋爐NOx的生成量?jī)H為常規(guī)煤粉爐的20%左右。排放煙氣中NOx均能滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13223-2003中標(biāo)準(zhǔn)限值要求。6低能耗污染的清潔燃燒技術(shù)煉油廠延遲焦化裝置產(chǎn)出高硫石油焦直接進(jìn)廠內(nèi)CFB熱電鍋爐作為燃料的一體化處理技術(shù),為目前處理高硫石油焦較為合理的處理途徑,既消化了價(jià)格低廉的高硫石油焦,減少燃煤消耗或替代部分燒油鍋爐,節(jié)約寶貴的