蓄熱式氧化爐在處理SBS生產(chǎn)廢氣中的應(yīng)用

簡(jiǎn) 力，孫 昆

(天津樂金渤天化學(xué)有限責(zé)任公司，天津 300452)

0 有機(jī)廢氣回收處理技術(shù)概述

隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，大氣污染問題日益突出，這是當(dāng)今嚴(yán)重困擾經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一大課題［1］。有機(jī)廢氣治理種類多，來源廣，治理難度大，一次性投資和處理費(fèi)用高，造成有機(jī)廢氣治理尤為困難。隨著世界各國(guó)對(duì)有機(jī)物污染的日益重視和環(huán)保法規(guī)不斷嚴(yán)格有機(jī)廢氣的排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)有機(jī)廢氣的治理技術(shù)在不斷改進(jìn)和完善。在傳統(tǒng)處理工藝基礎(chǔ)上，不斷革新，處理效果顯著提高如文獻(xiàn)［2］。

總體而言，按照處理的方法，有機(jī)廢氣處理的方法主要有兩類:一類是回收法，另一類是消除法?；厥辗ㄖ饕刑课?、變壓吸附、冷凝法及膜分離技術(shù)，回收法是通過物理方法，用溫度、壓力、選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來分離有機(jī)廢氣的如文獻(xiàn)［3］。消除法有熱氧化、催化燃燒、生物氧化及集成技術(shù);消除法主要是通過化學(xué)或生化反應(yīng)，用熱、催化劑和微生物將有機(jī)物轉(zhuǎn)變成為CO2和H2O。

1 蓄熱式氧化爐有機(jī)廢氣處理技術(shù)

1.1 RTO工作原理

蓄熱式氧化爐英文為“Regenerative Thermal Oxidizer”，故簡(jiǎn)稱為“RTO”。其原理是把有機(jī)廢氣加熱到760℃以上，使廢氣中的VOC在氧化室氧化分解成CO2和H2O。氧化產(chǎn)生的高溫氣體流經(jīng)特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫而“蓄熱”，此“蓄熱”用于預(yù)熱后續(xù)進(jìn)入的有機(jī)廢氣，從而節(jié)省廢氣升溫的燃料消耗。陶瓷蓄熱體分成兩個(gè)(含兩個(gè))以上的區(qū)或室。每個(gè)蓄熱室依次經(jīng)歷蓄熱－放熱－清掃等程序，周而復(fù)始，連續(xù)工作。蓄熱室"放熱"后立即引入已處理合格的潔凈排氣的一部分對(duì)該蓄熱室進(jìn)行清掃(以保證有機(jī)廢氣去除率在95%以上)，待清掃完成后進(jìn)入“蓄熱”程序。RTO的爐體結(jié)構(gòu)(見圖1)可以保證有機(jī)廢氣在焚化爐內(nèi)充分的混合，并有足夠長(zhǎng)的停留時(shí)間，以確保有機(jī)廢氣的氧化反應(yīng)能充分、完全的進(jìn)行如文獻(xiàn)［4］。

圖1 RTO結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

(1)以陶瓷體結(jié)構(gòu)作為換熱媒，使用溫度可高達(dá)1 300℃;

(2)進(jìn)出口溫差可以降低到40℃，熱回收效率高達(dá)95%;

(3)運(yùn)行費(fèi)用低、性價(jià)比合理;

(4)凈化效率高，有機(jī)廢氣去除率≥95%;

(5)使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)保養(yǎng)容易;

(6)運(yùn)行安全可靠;

(7)操作方便，自動(dòng)化程度高。

1.3 適用范圍:

(1)低濃度、大風(fēng)量;

(2)同一生產(chǎn)線上，因產(chǎn)品不同，廢氣成份經(jīng)常發(fā)生變化;

(3)廢氣中含有使用催化劑中毒或活性衰退的成份。

RTO適用于濃度在0.1～3.5 g/m3的中低濃度有機(jī)廢氣，分解效率在95%～99%之間，SBS工藝裝置所產(chǎn)生的有機(jī)廢氣濃度約為1.7 g/m3，符合RTO焚燒的特點(diǎn)，輔以一定量的天然氣作為輔助燃料，可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的有效處理。

2 蓄熱式氧化爐在SBS生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

2.1 SBS生產(chǎn)裝置簡(jiǎn)介

SBS(即苯乙烯－丁二烯－苯乙烯多嵌段共聚物)，兼有塑料和橡膠的特性，被稱為“第三代合成橡膠”，目前主要用于橡膠制品、瀝青改性、粘合劑、樹脂改性等領(lǐng)域。天津樂金渤天化學(xué)有限責(zé)任公司6萬t/年SBS生產(chǎn)裝置，系引進(jìn)韓國(guó)LG化學(xué)株式會(huì)社原有技術(shù)，采用陰離子聚合法制備SBS，是一種間歇聚合工藝，主要原材料為丁二烯，苯乙烯、環(huán)己烷等。

SBS工藝(見圖2)由原料儲(chǔ)存、精制、聚合、摻混、溶劑回收(氣提)、后處理、包裝工藝構(gòu)成。溶劑、苯乙烯及丁二烯由儲(chǔ)存區(qū)輸送到精制區(qū)經(jīng)脫水脫重組分后，與催化劑、偶合劑、抗氧劑等化學(xué)品加入聚合釜，在適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件進(jìn)行聚合，產(chǎn)品達(dá)到預(yù)定門尼粘度后，再送到摻混單元加入其他化學(xué)品，再經(jīng)汽提區(qū)域，回收其中溶劑，脫除的溶劑經(jīng)處理后重復(fù)使用。凝聚后的SBS則送到成品后處理單元進(jìn)行脫水、干燥、冷卻，包裝后即成為SBS產(chǎn)品出廠。

圖2 SBS生產(chǎn)工藝流程示意圖

2.2 SBS生產(chǎn)裝置有機(jī)廢氣的產(chǎn)生

生產(chǎn)SBS過程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣主要包括正己烷、環(huán)己烷、丁二烯及苯乙烯等有機(jī)廢氣。主要來源于后處理擠壓機(jī)、干燥機(jī)，丁二烯精餾塔、精餾塔頂凝液罐、儲(chǔ)罐及工藝廢水池。SBS生產(chǎn)裝置有機(jī)廢氣的產(chǎn)生來源詳見表1。

2.3 廢氣處理工藝流程

天津樂金渤天化學(xué)有限責(zé)任公司6萬t/年SBS生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的有機(jī)廢氣主要應(yīng)用以下工藝流程:

后處理干燥工藝所產(chǎn)生的廢氣先經(jīng)過洗滌塔SC－5936，洗滌塔通過水持續(xù)循環(huán)噴淋除去廢氣中的SBS粉料，然后與聚合工藝所產(chǎn)生的工藝廢氣、儲(chǔ)罐排氣、污水池上部空氣在MX－5936靜態(tài)混合器混合，最后與環(huán)境空氣一起經(jīng)風(fēng)機(jī)BL－5936抽送至RTO－5936。RTO－5936裝置由LNG助燃，燃燒溫度控制在810～850℃，將混合廢氣進(jìn)行熱裂解，處理成達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的廢氣經(jīng)煙囪ST－5936排放至大氣。SBS生產(chǎn)中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣處理流程詳見圖3。

表1 SBS生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的有機(jī)廢氣主要來源

圖3 有機(jī)廢氣處理流程圖

2.4 RTO處理工藝詳述

2.4.1 RTO性能

(1)進(jìn)口氣體參數(shù)

RTO通入流量:74 000 Nm3/hr;

VOC濃度:765 ppmv(作為最大濃度);

環(huán)己烷:308 ppmv;

正己烷:51 ppmv;

苯乙烯:14 ppmv;

丁二烯:392 ppmv;

(2)出口氣體參數(shù)

NOx(氮氧化物):40 mg/m3以下;

SOx(硫氧化物):19 mg/m3以下;

DUST(顆粒物):18 mg/m3以下;

(3)有機(jī)物處理效率

性能保證值:98%以上(滿負(fù)荷情況下)。

2.4.2 RTO主要構(gòu)造

RTO主要由椎形通道和陶瓷體蓄熱床、燃燒爐構(gòu)成。Cone Duct中間有一個(gè)陶瓷過濾層，是用于過濾廢氣中的粉塵和粘性有機(jī)物，保護(hù)蓄熱床免受污染的一種過濾裝置，因其本身是陶瓷材質(zhì)，所以也具有蓄熱功能。蓄熱床中的陶瓷體作為蓄熱材料，通過和有機(jī)廢氣、潔凈氣體的熱交換起到蓄熱和放熱的作用。

2.4.3 RTO各室工作循環(huán)構(gòu)成

三室RTO在三個(gè)陶瓷蓄熱床之間經(jīng)過一定的時(shí)間間隔(1～2 min)轉(zhuǎn)換氣體進(jìn)入輸出的方向，反復(fù)進(jìn)行冷卻→吹掃→加熱循環(huán)見表2、圖4。

(1)Cooling(冷卻):有機(jī)氣體 進(jìn)入/預(yù)熱，蓄熱床冷卻;

(2)Purge(吹掃):冷卻結(jié)束后通入新鮮空氣，吹掃蓄熱室中未處理的氣體;

(3)Heating(加熱):高溫氣體 排放/冷卻，蓄熱床蓄熱。

有機(jī)氣體進(jìn)入A室，處理完的氣體從C室排出，B室中通入新鮮空氣或者處理后的氣體進(jìn)行吹掃(循環(huán)1)。下一個(gè)循環(huán)中有機(jī)氣體進(jìn)入C室，處理完的氣體從B室排出，在A室中吹掃循環(huán)1中進(jìn)入的有機(jī)氣體在轉(zhuǎn)換時(shí)未排凈的部分。(循環(huán)2)下一個(gè)循環(huán)3中有機(jī)氣體進(jìn)入B室，吹掃過的A室排出處理過的氣體，在此期間C室(在循環(huán)2中有機(jī)氣體進(jìn)入此室)通入新鮮空氣或處理過的氣體進(jìn)行吹掃。

各個(gè)陶瓷蓄熱床都要反復(fù)經(jīng)過進(jìn)入有機(jī)氣體→吹掃→排放處理潔凈的氣體，即冷卻、吹掃、加熱階段，陶瓷體蓄熱床從冷卻階段(進(jìn)入有機(jī)氣體階段)進(jìn)行切換時(shí)要通入新鮮空氣或者處理后的潔凈氣將有可能從煙囪排出的未處理廢氣吹掃到焚燒爐的上部，防止未處理廢氣排放到大氣中，所以3室RTO的有機(jī)氣體處理效率達(dá)到99%以上。

表2 切換操作時(shí)閥的動(dòng)作狀況(3－Bed)

2.4.4 RTO運(yùn)行工藝參數(shù)

為了確保 RTO效果，燃燒室的溫度使用TIC5953C調(diào)節(jié)閥控制，設(shè)定值為810℃，在燃燒室平均溫度低于810℃時(shí)，引入天然氣、空氣燃燒加熱，待燃燒室平均溫度上升至850℃時(shí)停止加熱見表3。

圖4 SBS有機(jī)氣體在三室RTO處理路徑

表3 RTO工藝詳細(xì)參數(shù)

3 運(yùn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果及評(píng)價(jià)

通過表3可以看出，RTO處理后廢氣排放中SO2濃度在8.58～18.1 mg/m3之間，排放速率在0.294～0.66 kg/h之間，NOX濃度在10.1～30 mg/ m3之間，排放速率在0.347～1.20 kg/h之間，非甲烷總烴濃度在0.28～0.992 mg/m3之間，排放速率在0.018～0.041 kg/h之間，顆粒物濃度在1.68～17.2 mg/m3之間，排放速率在0.056～0.58 kg/h之間。通過表3與表4對(duì)比，可以看出以上各項(xiàng)結(jié)果均符合《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297－1996)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求。苯乙烯濃度在未檢出～3.22 mg/m3之間，排放速率在0～0.21 kg/h之間，通過表3與表5對(duì)比，苯乙烯排放符合《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB14554－1993二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 SBS生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的有機(jī)廢氣處理后污染物監(jiān)測(cè)指標(biāo)

表5 大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)論

天津樂金渤天化學(xué)有限責(zé)任公司6萬t/年SBS生產(chǎn)裝置自2010年試生產(chǎn)至今，運(yùn)行三年，生產(chǎn)產(chǎn)生有機(jī)廢氣經(jīng)RTO裝置處理運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)標(biāo)排放，處理效率達(dá)到98%以上。同時(shí)，蓄熱陶瓷回收了大量的煙氣余熱，節(jié)約了天然氣的使用量，在減少污染物排放量的同時(shí)減少了天然氣的消耗，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約資源、減少污染物排放。

［1］白忠彬，溫步瀛，文福栓.排污權(quán)交易制度下電力系統(tǒng)多目標(biāo)環(huán)境經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2012，28 (1):29－34.

［2］郝吉明，馬廣大.大氣污染控制工程［M］.北京:高等教育出版社，2002.

［3］張正怡.淺談化工行業(yè)有機(jī)廢氣處理技術(shù)［J］.科技信息，2012，6.

［4］溫良英，張正榮，韓明榮.蓄熱式燃燒技術(shù)的研究及應(yīng)用進(jìn)展［J］.四川冶金，2001，1.