淺談蓄熱式焚燒爐在苯氧化生產(chǎn)順酐尾氣治理中的應用

李 霞 周枚花

(1.新余前衛(wèi)化工有限公司;2.華東交通大學)

0 前言

順酐(順丁烯二酸酐)是一種重要的四碳平臺化合物，是重要的有機基本化工原料，主要用于塑料、涂料、合成樹脂、造紙、農(nóng)藥和醫(yī)藥等行業(yè)。目前順酐生產(chǎn)的技術路線為苯氧化法和正丁烷氧化法，而正丁烷的質(zhì)量要求較高，原料來源受到限制，因此，國內(nèi)大部分順酐生產(chǎn)廠家采用苯氧化法技術路線。

苯氧化生產(chǎn)順酐的工藝如下:苯在催化劑作用下，在350～360℃與空氣中的氧氣進行催化氧化反應生成順丁烯二酸酐(簡稱順酐)。反應方程式如下:

副反應有苯的深度氣化、苯的不完全氧化及順酐的二次氧化，產(chǎn)物是一氧化碳、二氧化碳和水。氧化尾氣主要成分包括未反應的苯、CO、CO2及少量順酸，這就構成了尾氣中以苯為主的揮發(fā)性有機物和CO對大氣環(huán)境的污染，成為順酐生產(chǎn)企業(yè)最為主要的氣相污染源。

1 尾氣組成

苯氧化生產(chǎn)順酐的氧化尾氣的組分見表1。由表1可知，苯氧化生產(chǎn)順酐尾氣中主要的污染成分為CO、苯及微量的順酸和乙酸等有機物。尾氣有一部分熱量，同時又含有一些有毒、難處理的揮發(fā)性有機化合物(VOCs)，同時揮發(fā)性有機化合物的含量相對較低。

表1 苯氧化生產(chǎn)順酐的氧化尾氣的組分

2 尾氣處理方式

國內(nèi)一些廠家順酐工藝中尾氣普遍采取高空排放的方式，沒有采取有效的方式對尾氣進行處理，這樣不僅污染環(huán)境，同時也造成資源的浪費。按照推算，2012年全國每年至少有8750噸(按照年產(chǎn)70萬噸順酐計算)的苯被順酐企業(yè)排放到大氣中。隨著國家環(huán)境保護政策法規(guī)的逐步加強，順酐尾氣直排已經(jīng)不能滿足國家的環(huán)保要求。無害化并能夠產(chǎn)生一定的環(huán)保凈效益的尾氣處理方式將成為眾多順酐生產(chǎn)企業(yè)的選擇。

針對含揮發(fā)性有機化合物尾氣的處理思路主要有兩種:一是以回收其中的有機物同時進行無害化處理為目的的物理法，主要有吸收法、吸附法、冷凝法和膜分離法;一是以消除其中的有機物進行無害化處理為目的的化學消除法，包括直接焚燒、催化燃燒法、普通熱焚燒等。

現(xiàn)有的順酐廢氣治理可選用的工藝有催化焚燒、直接焚燒、普通蓄熱焚燒。催化焚燒工藝作為成熟工藝已經(jīng)應用在順酐廢氣的治理中，但其一次性投資大，回收熱量少(產(chǎn)生蒸汽量少)，還要定期更換昂貴的貴金屬催化劑。熱力焚燒也應用在正丁烷法順酐的廢氣處理上，但其運行成本極大，以2萬噸正丁烷順酐為例，每小時消耗天然氣1640m3/h左右，年運行費用大1600多萬元。蓄熱焚燒爐(RTO)是處理中低濃度VOC應用較廣的一種新型的節(jié)能環(huán)保裝置。

2.1 蓄熱式焚燒爐(Regenerative Thermal Oxidizer)

蓄熱式焚燒爐通常由多個蓄熱室組成。其工作原理是在設備運行前，運用點火燃燒機加溫將廢氣加熱到760℃以上，廢氣中的VOC在高溫下發(fā)生氧化反應，使其變成無害的CO2和H2O。這種氧化反應很像化學上的燃燒過程，只不過VOC的濃度低，反應中不會產(chǎn)生可見的火。其結構的新穎性在于將傳統(tǒng)的氣體焚燒爐與一套蓄熱式陶瓷床換熱器職責成一體，蓄熱式陶瓷床換熱器的熱回收率可達到95%以上，通常在處理中低濃度有機廢氣時使用很少的燃料(甚至不使用燃料)，當有機廢氣的濃度在0.045%以上還可以進行余熱回收(每小時可副產(chǎn)1.8MPa的飽和蒸汽6噸以上)?？梢愿鶕?jù)工廠的需要，設計一套余熱鍋爐用來回收熱量。吸收塔后加設蓄熱式焚燒爐(RTO)裝置主要目的是消除尾氣中的污染物，凈化空氣、保護環(huán)境。經(jīng)環(huán)保部門檢測，處理后的尾氣完全達到GB16297－1996《大氣污染物綜合排放標準》的二級排放要求。

2.2 蓄熱式焚燒爐在行業(yè)中的應用

由天華化工機械及自動化研究設計院研發(fā)設計的國內(nèi)首套蓄熱式焚燒爐順酐尾氣處理裝置—30kt/a順酐尾氣處理裝置在常州亞邦化學有限公司一次開車成功以來，已有約30套的RTO成功應用于化工、涂料及使用化工等行業(yè)。

3 結束語

蓄熱式焚燒爐系統(tǒng)設備緊湊，占地面積小，熱效率高，運行可靠、維護費用低和自動化程度高。該技術的推廣應用將可創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用，為我國經(jīng)濟和社會的可持續(xù)性發(fā)展做出貢獻，因此也必將展現(xiàn)出廣闊的應用前景和市場競爭力。