MTO再生烟气除尘工艺对比及应用

时间：2024-07-28

赖志华

（福建龙净环保股份有限公司，福建龙岩 364000）

甲醇制烯烃（MTO）是指以煤基或天然气基合成的甲醇为原料，借助类似催化裂化装置的流化床反应形式，主要生产乙烯、丙烯和少量的正丁烯。反应过程需要采用催化剂，其成分是11.17% CO、2.72% O2、76.64% N2、9.47% H2O。催化剂在烧焦再生过程中会产生大量的再生烟气（从催化剂再生炉排出的高温烟气），再生烟气不可避免地会携带一部分催化剂粉末，对生态环境有一定影响[1]。催化剂粉尘成分是硅铝酸盐颗粒物，硬度高，粒径细。目前，大多MTO装置再生后的烟气主要含有小于10μm的硅铝酸盐颗粒物、二氧化碳、氮气和蒸汽，经再生器三级旋风分离器除去夹带的催化剂后，经双动滑阀、蝶阀后进入余热锅炉，经烟囱排放至大气。排放烟气粉尘浓度为70—300mg/m3，温度为170℃—320℃。

国家对MTO再生烟气排放标准日趋严格。《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570—2015）[2]对催化裂化再生烟气颗粒物的排放限值为20mg/m3。对于特定区域执行大气污染物特别排放限值的，催化裂化再生烟气颗粒物排放限值为30mg/m3。

MTO再生烟气系统中小于5μm的催化剂用旋风分离器很难回收完全，而余热锅炉后又未配备环保设备，无法满足最新超低排放环保要求，必须增设除尘装置，才能保证再生烟气排放达标。目前，再生烟气除尘工艺路线主要有湿法除尘和干法除尘两种。

1 MTO再生烟气湿法除尘工艺路线

1.1 工艺流程

湿法除尘是将湿式除尘器置于整个系统的最末端，即放在余热锅炉后、烟囱前，因余热锅炉出口温度高，为170℃—320℃，必需先通过设置喷淋塔对烟气进行降温及预除尘，降温后，饱和湿烟气经过湿式电除尘器继续脱除烟气中的粉尘，达到超低排放要求后排往烟囱。工艺流程见图1。

图1 湿法除尘工艺流程

1.2 技术原理及特点

湿法除尘是将喷淋洗涤塔与湿式电除尘器有机结合，喷淋洗涤塔通过含尘气体与水逆流接触，借助液滴和粉尘间的碰撞、凝聚作用实现粉尘从含尘气体中分离而达到预除尘的作用。同时，将烟气温度从高温降低至50℃饱和状态，然后进入湿式电除尘器，进行终端处理。

湿式电除尘器的收尘经过荷电、收集和清灰三个阶段，即向电场空间输送负高压，通过电晕极高压电晕放电把空间气体电离，使烟气中的粉尘颗粒或雾滴颗粒荷电，荷电后的粉尘或雾滴在电场力的作用下移动到收尘极，从而被收集在收尘极的表面，电晕极和收尘极上的粉尘颗粒或雾滴颗粒通过在收尘极表面形成的连续不断的水膜自重下落或靠间歇式水冲洗而去除。湿式电除尘器主要处理含水较多乃至饱和的湿气体，烟气中含有大量的雾滴，烟气温度较低[3]。

湿法除尘清灰效果好，运行可靠，除尘效率高，具有脱除SO3、SO2、NH3、Hg等重金属污染物的能力[4]。但清灰过程中需要消耗大量的水，还会产生废水造成二次污染，为此需同步增加废水处理装置和烟气消白设备。设备在应用过程中，还存在一定低温腐蚀问题，对设备的耐腐蚀性能要求较高。

1.3 推广应用情况

湿法除尘主要作为大气混合污染物控制系统的最终精处理技术装备，用于去除湿烟气中的粉尘、雾滴、控制PM2.5排放及解决烟气排放浊度等问题，可将烟尘排放控制在10mg/m3以内。在我国实现烟尘超低排放的燃煤电厂项目中，湿式电除尘器+湿法脱硫组合已得到了广泛应用。MTO再生烟气超低排放采用湿法工艺比较典型的有山东某100万吨甲醇制烯烃项目（见图2）。

图2 山东某100万吨甲醇制烯烃项目MTO再生烟气湿法除尘

该项目MTO再生烟气经旋风分离进入CO焚烧炉，烟气在CO焚烧炉内燃烧后直接进入余热锅炉回收热能，然后通过湍冲文丘里喷淋洗涤装置降温、湿式电除尘器除尘后，烟气排放至烟囱。烟囱CEMS在线显示，颗粒物排放长时间稳定在10mg/m3以下，满足超低排放标准。

2 MTO再生烟气干法除尘工艺路线

2.1 工艺流程

MTO再生烟气超低排放干法除尘工艺路线主要以高温袋式除尘为主。高温袋式除尘器最大优点是不受粉尘种类、粒径大小、粉尘浓度、比电阻大小的限制。MTO再生烟气经三级旋风分离器可除去携带的大部分催化剂粉尘，经余热锅炉回收热量后，送至高温袋式除尘器。烟气由导流管进入除尘器内部过滤室，其中含尘气体的较大颗粒粉尘通过自然沉降分离后直接落入灰斗，其余细小的粉尘经滤袋过滤拦截后吸附在滤袋外表面上。过滤后的洁净气体透过滤袋排出除尘器，由烟囱排放至大气中。工艺流程见图3。

图3 干法除尘工艺流程

2.2 技术原理及特点

袋式除尘器是使含尘气体通过滤袋对其中固体颗粒进行分离的装置。其过滤机理是：当含尘气体经过滤袋时，比滤袋空隙大的粉尘，由于重力沉降或惯性作用被滤袋挡住，比滤袋空隙小的粉尘，与滤袋发生碰撞或被滤袋中纤维静电吸引，最终在滤袋的表面和空隙中与气体分离[5]。

滤袋是袋式除尘器的核心。目前PPS、P84、PTFE、玻璃纤维等滤料普遍应用在80℃—220℃的烟气场合中。但MTO再生烟气温度最高达320℃，无法使用普通滤料。为解决MTO高温除尘问题，高温陶瓷滤管过滤技术和高温合金纤维滤料过滤技术应运而生。

高温陶瓷滤管以陶瓷纤维复合过滤元件做为高温过滤介质。目前该项研究在国内刚刚起步，技术发展不平衡。净化高温气体时，其过滤介质的孔径分布不易控制、使用寿命较低、抗热震性不高、抗断裂韧性差，而且过滤速度低，经济性差。MTO烟气中的粉尘大多是粒径小于5μm的硅铝酸盐颗粒物，粒径小、硬度高，而陶瓷比较脆，在高温烟气工况下易损易裂，而且造价高。

合金纤维滤料是用各种微米级丝径的金属纤维经过无纺铺制后烧结而成，孔隙率达到75%—88%，表面积大，内部弯曲的通道能阻拦、吸附大量不同形状、粒径的污染物，并且阻力小，纳污能力高。所以制成的合金纤维滤袋过滤精度高、耐高温耐腐蚀性能好、机械强度高、使用寿命较长，相比高温陶瓷滤管，合金纤维滤袋具有废料可回收利用、无二次污染的优点。目前该技术在有色冶炼、钢铁等高温净化领域已有成功应用经验，而且在氧化铝、石灰窑、玻璃窑等更复杂恶劣的烟气工况下也可用该合金滤料技术，证明该技术成熟可靠。

2.3 工程应用

高温袋式除尘器的除尘效率受工况变化的影响很小，滤袋采用高精度合金纤维过滤滤料，对PM2.5等微细粉尘的捕集效率较高，同时滤料使用一段时间后，由于筛滤、碰撞、滞留、扩散、静电等效应，滤袋表面积聚了粉饼层，起到了增强过滤的效果，依靠粉饼层的作用可实现烟气排放浓度长期稳定＜10mg/m3，甚至＜5mg/m3，除尘效率高且稳定。目前国内已有多条MTO再生烟气除尘工艺路线选择高温袋式除尘技术，如神华某60万吨煤制烯烃项目、青海某100万吨甲醇制烯烃项目、陕西某70万吨甲醇制烯烃项目等。

陕西某70万吨甲醇制烯烃装置再生烟气超低排放除尘项目是全国首台套采用高温合金纤维滤袋的项目（见图4）。催化剂在再生器内烧焦再生后，其烟气通过再生器三级旋风分离后回收至废催化剂罐，细小催化剂粉尘无法回收。烟气经过CO焚烧炉后进入余热锅炉回收烟气热量，然后经高温袋式除尘，最后经烟囱排放至大气。原烟囱出口烟尘浓度在300mg/m3，增设高温袋式除尘器后，经第三方测试，除尘器出口烟尘排放浓度为4.75mg/m3，大大低于污染物排放限值，实现了超低排放目标。

图4 陕西某70万吨甲醇制烯烃再生烟气高温袋式除尘