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催化燃燒技術,催化燃燒設備,RTO催化燃燒設備

催化燃燒技術,催化燃燒設備,RTO催化燃燒設備摘要

催化燃燒技術處理石油化工企業(yè)含VOCS廢氣的工藝研究 石油化工企業(yè)工藝裝置尾氣及污水處理場逸散的廢氣均含有VOCs,其排放給區(qū)域空氣質量和人體健康帶來嚴重威脅.針對工藝尾氣和污

催化燃燒技術處理石油化工企業(yè)含VOCS廢氣的工藝研究

石油化工企業(yè)工藝裝置尾氣及污水處理場逸散的廢氣均含有VOCs,其排放給區(qū)域空氣質量和人體健康帶來嚴重威脅.針對工藝尾氣和污水處理場廢氣的特點,研究了催化燃燒工藝在處理這兩類廢氣時工藝流程及控制方案.對工藝尾氣采用堿洗—催化燃燒組合工藝,對污水處理場廢氣采用脫硫一均化—催化燃燒組合工藝.研究表明,針對上述兩種廢氣,合理選擇催化燃燒組合工藝及控制方案,能夠有效處理廢氣中的VOCs組分,且處理后的氣體烴類濃度均可達到國家有關標準.

石油化工企業(yè)工藝裝置及污水處理場會向空氣中逸散含VOCs廢氣。此類廢氣不僅會導致區(qū)域空氣質量下降,而且其中的某些成分會刺激人體的呼吸道系統(tǒng)、血液系統(tǒng)和神經系統(tǒng),職工長期接觸這類廢氣會對人體健康造成嚴重威脅,因此這類廢氣需要進行治理。

催化燃燒技術

現有技術中,處理含VOCs廢氣治理方法主要有焚燒法、催化燃燒法、冷凝法、吸收法、吸附法、生物法等。

焚燒法處理低濃度廢氣時存在能耗較高的缺點;采用冷凝法和吸收法時,對低濃度廢氣處理效果有限,且須于其他技術(如催化燃燒)結合才能使廢氣達標排放,流程比較復雜,投資較大;現有的生物凈化法對高VOCs濃度廢氣去除效果有限;催化燃燒工藝對廢氣中的污染物凈化效率高,可滿足苛刻的國家環(huán)保標準要求,因此在石油化工 企業(yè)含 VOCs廢氣治理中應用廣泛。

本研究針對工藝尾氣和污水處理場逸散廢氣的特點,研究了催化燃燒工藝在處理這兩類廢氣時工藝流程及控制方案,以使催化燃燒工藝在處理上述兩種廢氣時更加安全有效。

1 催化燃燒處理工藝尾氣

1.1 工藝尾氣特點

煉油與石油化工企業(yè)工藝單元排放(有組織排放)的有機工藝尾氣具有以下特點(以聚丙烯裝置尾氣為例):

(1)濃度與流量波動較??;

(2)有機工藝尾氣中不含有氧氣;

(3)對高濃度具有回收價值的尾氣應首先采用回收工藝進行回收,回收之后的尾氣采用催化燃燒工藝達標處理,對低濃度尾氣直接采用催化燃燒工藝處理;

(4)尾氣中可能含有氯化物、硫化物等易使催化燃燒催化劑中毒的組分。

1.2 工藝尾氣處理工藝流程

根據工藝尾氣的特點,處理工藝尾氣的催化燃燒工藝如圖 1 所示。

圖 1 催化燃燒工藝處理工藝尾氣工藝流

如圖 1 所示,工藝裝置排放的有機廢氣在增壓風機的作用下首先進入堿洗塔,利用堿液脫除廢氣中的氯化物、硫化物等對催化燃燒催化劑有毒的物質。堿洗塔上部設置水洗段,除去廢氣攜帶的堿液。 經過預處理后的工藝廢氣進入尾氣換熱器,與燃燒后的高溫尾氣充分換熱,預熱到反應溫度后進入催化燃燒反應器,在催化劑的作用下,與氧氣進行催化燃燒反應,將廢氣中的VOCs轉化為二氧化碳和水。從催化燃燒反應器出來的凈化氣體進入尾氣換熱器回收熱量,凈化尾氣通過排氣筒排放到大氣中。

在本工藝中,設置循環(huán)尾氣冷卻器及循環(huán)鼓風機,將循環(huán)尾氣冷卻到40~50℃引入尾氣換熱器入口,以此來控制催化燃燒反應器出口溫度。由于工藝尾氣中不含有氧氣,因此進行催化燃燒反應所必須的 氧氣由空氣鼓風機從大氣中引入裝置。本工藝開工 階段利用電加熱器加熱尾氣的方式進行開工預熱, 正常運行時電加熱器停用。

1.3 主要控制方案

為保證催化燃燒工藝在處理工藝尾氣時能高效安全平穩(wěn)的運行,主要的控制與聯鎖方案如下:

(1)催化燃燒反應器出口溫度控制——催化燃燒反應器的出口溫度控制是通過調節(jié)循環(huán)凈化尾氣量來實現的。當催化燃燒反應器出口溫度大于設定值時,增大循環(huán)鼓風機入口調節(jié)閥的開度,增大循 環(huán)尾氣量,使催化燃燒反應器出口溫度回到設定值;當催化燃燒反應器出口溫度小于設定值時,減小循環(huán)鼓風機入口調節(jié)閥的開度,降低循環(huán)尾氣量,使催化燃燒反應器出口溫度回到設定值。

(2)催化燃燒反應器入口溫度控制——催化燃燒反應器的入口溫度是通過調節(jié)尾氣換熱器旁路調節(jié)閥來實現的。當催化燃燒反應器入口溫度大于設定值時,增大尾氣換熱器旁路調節(jié)閥的開度,減小 換熱尾氣量,使催化燃燒反應器入口溫度回到設定值;當催化燃燒反應器入口溫度小于設定值時,減小尾氣換熱器旁路調節(jié)閥的開度,增大換熱尾氣量,使催化燃燒反應器入口溫度回到設定值。

(3)當催化燃燒反應器催化劑床層測溫超過設定值、循環(huán)尾氣冷卻器出口測溫超過設定值、循環(huán) 鼓風機出口流量低于設定值、循環(huán)鼓風機停止運行或空氣鼓風機停止運行時,以上條件,只要滿足一 個即觸發(fā)聯鎖,即關閉尾氣調節(jié)閥,同時打開尾氣放空閥、關閉空氣鼓風機、空氣調節(jié)閥以及停增壓風機。

1.4 應用效果

某石化公司聚丙烯裝置在生產過程中會向大氣中排放聚丙烯尾氣,其組成如表 1 所示。

表 1 聚丙烯尾氣組成和性質

M-303 尾氣中非甲烷總烴數值約為 65 477 mg/ Nm3,遠超國家標準《合成樹脂工業(yè)污染物排放標 準》(GB 31572-2015)對合成樹脂工業(yè)非甲烷總烴 的排放要求(非甲烷總烴排放限值為 100 mg/m3 )。 由于 M-303 尾氣有機烴濃度不高,回收沒有太 大的經濟價值,考慮直接采用催化燃燒工藝對M-303尾氣進行治理。

由于尾氣中含有少量對催化 劑有毒物質 HCL,首先采用堿洗除去 HCL,之后進 入催化燃燒單元除去尾氣中的非甲烷總烴,工藝流 程如圖 1 所示。

在反應器入口溫度 350~450 ℃的條件下,經過 催化燃燒裝置處理,凈化氣體中的非甲烷總烴濃度 低于 60 mg/m3 ,符合我國《合成樹脂工業(yè)污染物排放標準》(GB 31572-2015)規(guī)定的排放要求。

2 催化燃燒處理污水處理場廢氣

2.1 污水處理場廢氣特點煉油與石油化工企業(yè)污水處理場排放的廢氣 具有以下特點:

(1)濃度與流量波動較大;

(2)污水處理場排放的廢氣含有充足的氧氣;

(3)污水處理場前端構筑物如隔油池、浮選 池等排放的廢氣中非甲烷總烴濃度較高,約為 2 000~5 000 mg/m3 ,可考慮直接采用催化燃燒工藝來 進行處理;后端構筑物如曝氣池、生化池等排放的 廢氣中非甲烷總烴濃度較低,約為 100~500 mg/m3 , 如直接采用催化燃燒工藝處理能耗較高,可考慮先 采用吸附濃縮再采用催化燃燒工藝來進行處理;

(4)污水處理場排放的廢氣中含有硫化氫、 硫醇、硫醚等易使催化燃燒催化劑中毒的組分。

2.2 污水處理場廢氣處理工藝流程

根據污水處理場排放廢氣的特點,處理污水處 理場廢氣的催化燃燒工藝如圖 2 所示。

圖 2 催化燃燒工藝處理污水處理場廢氣

隔油池、浮選池等構筑物逸散的含 VOCs 廢氣 由催化風機引出經阻火器進入脫硫罐,脫硫罐中內 置脫硫吸附劑,脫除廢氣中的有機硫、無機硫。脫 硫處理之后的廢氣之后進入均化罐,利用均化罐中 的均化劑完成廢氣總烴濃度的均化,使廢氣中的總 烴濃度維持在較穩(wěn)定的水平避免對催化燃燒反應器 的沖擊。

經過脫硫、均化的廢氣與空氣混合,使廢 氣中的總烴濃度滿足催化燃燒反應器對濃度的要求 (濃度低于爆炸下限的 25%),之后廢氣進入過濾 器,脫除廢氣中的顆粒物,避免堵塞催化劑床層。 經過預處理后的廢氣進入尾氣換熱器,與燃燒后的 高溫尾氣充分換熱,進入催化燃燒反應器,在催化 劑的作用下,與氧氣進行催化燃燒反應,將廢氣中 的 VOCs 組分轉化為二氧化碳和水,并釋放出大量 的反應熱。從催化燃燒反應器出來的凈化氣體攜帶 熱量,進入尾氣換熱器與待處理廢氣進行充分換熱。 最后凈化尾氣通過排氣筒排放到大氣中。

2.3 主要控制方案

為保證催化燃燒工藝在處理污水處理場廢氣時能 高效安全平穩(wěn)的運行,主要的控制與聯鎖方案如下:

(1)催化燃燒反應器出口溫度控制——催化燃 燒反應器的出口溫度控制是通過調節(jié)空氣量來實現 的。當催化燃燒反應器出口溫度大于設定值時,增 大空氣入口調節(jié)閥的開度,增大空氣量,使催化燃 燒反應器出口溫度回到設定值;當催化燃燒反應器 出口溫度小于設定值時,減小空氣入口調節(jié)閥的開 度,降低空氣量,使催化燃燒反應器出口溫度回到 設定值。

(2)催化燃燒反應器入口溫度控制——催化燃 燒反應器的入口溫度是通過調節(jié)電加熱器輸出功率 來實現的。當催化燃燒反應器入口溫度大于設定值 時,降低電加熱器輸出功率,使催化燃燒反應器入 口溫度回到設定值;當催化燃燒反應器入口溫度小 于設定值時,增大電加熱器輸出功率,使催化燃燒 反應器入口溫度回到設定值。

(3)當催化燃燒反應器入口溫度超過設定值、 催化燃燒反應器出口溫度超過設定值、電加熱器內 部溫度超過設定值或電加熱器故障時,以上條件, 只要滿足一個即觸發(fā)聯鎖即切斷廢氣進裝置、全開 空氣閥、關閉電加熱器。

2.4 應用效果

某污水處理場預處理設施在水處理過程中會向 外逸散含 VOCs 惡臭廢氣,其組成如表 2 所示。

表 2 污水處理場廢氣組成和性質

由表 2 可知,污水處理場隔油池、浮選池等污 水預處理設施排放的廢氣遠超國家標準《石油煉制 工業(yè)污染物排放標準》(GB 31570-2015)對污水處 理場廢氣排放要求(非甲烷總烴排放限值為 120 mg/ Nm3 ,苯排放限值為 4 mg/Nm3 ,甲苯排放限值為 15 mg/ Nm3 ,二甲苯排放限值為 20 mg/Nm3 )。

由于污水處理場預處理設施排放的廢氣達到 3 000 mg/Nm3 ,廢氣燃燒放出的熱量可維持系統(tǒng)的 熱量平衡,因此考慮直接采用催化燃燒工藝對廢氣 進行治理。廢氣中含有的對催化劑有毒物質硫化氫、 甲硫醇,首先采用干法脫硫吸附脫除(總硫小于 10 mg/Nm3 ),之后進入催化燃燒單元除去尾氣中的非 甲烷總烴、三苯類物質,工藝流程如圖 2 所示。

表 3 催化燃燒處理工藝尾氣及污水處理

在反應器入口溫度 250~350 ℃的條件下,經過 催化燃燒裝置處理,凈化氣體中的非甲烷總烴濃度 低于 100 mg/Nm3 、苯濃度低于 3 mg/Nm3 、甲苯濃度 低于 10 mg/Nm3 ,二甲苯濃度低于 10 mg/Nm3 ,符合 我國《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》( GB 31570-2015)規(guī)定的排放要求。

3 結 論

針對工藝尾氣及污水處理場廢氣的不同特點, 對催化燃燒工藝處理這兩類廢氣的工藝流程及主要 控制方案進行了研究,結果對比如表 3 所示。 采用催化燃燒工藝來處理工藝尾氣及污水處理 場廢氣時,應根據不同種類廢氣的特點合理組織工 藝流程及控制聯鎖方案:針對工藝尾氣采用堿洗— 催化燃燒組合工藝,針對污水處理場廢氣采用脫硫 —均化—催化燃燒組合工藝。研究表明,針對上述 兩種廢氣,合理選擇催化燃燒組合工藝及控制方案, 能夠有效處理廢氣中的 VOCs 組分,且處理后的氣 體烴類濃度均可達到國家有關標準。

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