廢氣蓄熱回收技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析評(píng)價(jià)

劉 瑩 ， 孫小會(huì) ， 韓大明

(河南省煤氣(集團(tuán))有限責(zé)任公司 義馬氣化廠 ， 河南 義馬 472300)

廢氣蓄熱回收技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析評(píng)價(jià)

劉 瑩 ， 孫小會(huì) ， 韓大明

(河南省煤氣(集團(tuán))有限責(zé)任公司 義馬氣化廠 ， 河南 義馬 472300)

論述了化工裝置的尾氣處理的三種方法，即蓄熱氧化法、蓄熱氧化加脫硝和催化氧化法。并從技術(shù)方案、公用工程消耗、經(jīng)濟(jì)效益方面進(jìn)行對(duì)比分析。三種方法各有其優(yōu)點(diǎn)，綜合來看，催化氧化法是最適宜的。

VOCs ； 蓄熱回收 ； 分析評(píng)價(jià)

化工行業(yè)在生產(chǎn)過程中，工藝及裝置復(fù)雜，存在高溫高壓作業(yè)環(huán)境，原料和產(chǎn)品中均有不同程度的VOCs排放到大氣中。VOCs主要的排放來源有[1]：①在制備有機(jī)氣體的生產(chǎn)過程中，存在著不同程度的泄漏和人為排放問題；②工藝單元排放的有機(jī)廢氣無法徹底回收利用，盡管采用了焚燒、吸收、吸附冷凝等方式予以處理，但仍有部分有機(jī)尾氣排放到大氣中；③有機(jī)氣體在設(shè)備或管線組件連接處存在一定程度上的泄漏；④廢水經(jīng)過冷卻塔進(jìn)行冷卻，有一部分暫時(shí)溶解在水中，排出工廠儲(chǔ)罐運(yùn)輸過程中也不可避免地存在儲(chǔ)罐揮發(fā)和泄漏問題。

在煤化工行業(yè)中，許多項(xiàng)目選擇采用碎煤加壓氣化工藝，但碎煤加壓氣化工藝由于氣化溫度低并存在干餾層的原因，其配套低溫甲醇洗裝置排放氣(CO2尾氣)中非甲烷總烴(主要是C2和C3組分)含量要遠(yuǎn)高于氣流床氣化技術(shù)。根據(jù)煤質(zhì)不同，一般占排放氣總量的0.1%～1.0% (體積分?jǐn)?shù))，是煤制化工項(xiàng)目中最主要的VOCs 有組織排放源，目前環(huán)保政策要求必須采取有效措施進(jìn)行脫除。

1 廢氣蓄熱回收技術(shù)對(duì)比

1.1 蓄熱氧化法(RTO)

VOCs廢氣蓄熱燃燒原理[2]是把有機(jī)廢氣加熱到760 ℃以上，將廢氣中的VOCs氧化分解成二氧化碳和水[2]。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。陶瓷蓄熱體應(yīng)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，蓄熱式熱氧化器具有能耗低、安全性好、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。適合處理化工廠內(nèi)各種類型的低濃度無回收價(jià)值的VOCs(含硫化物)廢氣。該技術(shù)處理VOCs后，凈化尾氣中非甲烷總烴去除率99%以上，排放廢氣中非甲烷總烴小于20 mg/m3，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的深度達(dá)標(biāo)治理，同時(shí)回收利用氧化反應(yīng)熱發(fā)生蒸汽和制冷、發(fā)電等。

1.2 蓄熱氧化+脫硝(RTO+SCR)

廢氣經(jīng)蓄熱氧化分解后，會(huì)有NOx的二次污染產(chǎn)生，將NOx在SCR催化劑作用下與補(bǔ)加的氨進(jìn)行選擇性催化還原反應(yīng)，使尾氣中的NOx還原成N2和水，凈化尾氣隨后通過余熱鍋爐和省煤器放熱，產(chǎn)生低壓飽和蒸汽，回收熱量后的凈化氣體排入大氣。

1.3 催化氧化法(CO)

催化氧化工作原理[3]是將有機(jī)廢氣和空氣混合后，通過尾氣換熱器加熱到300～400 ℃，在催化劑的作用下將廢氣中的有機(jī)物和一氧化碳等可燃物進(jìn)行深度無焰氧化，生成二氧化碳和水而達(dá)到脫除VOCs的目的[3]。有機(jī)廢氣和高溫?zé)煔馔ㄟ^尾氣換熱器進(jìn)行間接換熱以回收反應(yīng)熱量，廢氣中很少的有機(jī)組分即可實(shí)現(xiàn)裝置自身熱量平衡。催化氧化法和蓄熱技術(shù)結(jié)合，衍生出蓄熱催化氧化法( CO)催化氧化法的核心在于催化劑，通過降低反應(yīng)活化能，在較低溫度下發(fā)生有機(jī)物的氧化反應(yīng)。

2 三種方法經(jīng)濟(jì)分析評(píng)價(jià)

我廠低溫甲醇洗裝置產(chǎn)生的CO2尾氣，主要成分為二氧化碳、氮?dú)狻⑺魵?，同時(shí)含有一定量的一氧化碳、甲烷、乙烷等物質(zhì)，含硫量約30×10-6，氣體排放臭味較大，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害的成分主要為非甲烷總烴。需要選擇合適的方法可以有效處理CO2尾氣中的乙烷、甲醇等有機(jī)物，使排放尾氣符合《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16297-1996)。

2.1 低溫甲醇洗單元CO2尾氣組成(見表1)

表1 低溫甲醇洗單元CO2尾氣組成

2.2 技術(shù)方案對(duì)比

以表1所述的尾氣(下同)進(jìn)行技術(shù)方案對(duì)比，結(jié)果見表2。

表2 技術(shù)方案對(duì)比

2.3 公用工程消耗對(duì)比(見表3)

2.4 經(jīng)濟(jì)效益分析對(duì)比(見表4)

3 結(jié)論

從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益方面來看三種方法都可以用于低溫甲醇洗裝置產(chǎn)生的CO2尾氣的處理。每種技術(shù)產(chǎn)生的效益都在100萬元以上，其中，蓄熱氧化法的技術(shù)投資最少，產(chǎn)生的效益也最少，投資回收期時(shí)間中等，但是可能有氮氧化物的二次污染產(chǎn)生。催化氧化法投資最高，其產(chǎn)生的效益也是最高的，投資回收期時(shí)間最短。蓄熱氧化加脫硝的方法投資回收期最長(zhǎng)，產(chǎn)生效益中等。

表3 公用工程消耗對(duì)比

項(xiàng)目蓄熱氧化(RTO)蓄熱氧化+脫硝(RTO+SCR)催化氧化(CO)鍋爐給水/t·h-14．31118天然氣/Nm3·h-1200(開車時(shí))150(開車時(shí))10(運(yùn)行時(shí))儀表空氣/Nm3·h-1602020冷卻水/t·h-10．5氨/kg·h-140風(fēng)機(jī)/kW160+22+7．5(7．5kW為開工風(fēng)機(jī))400+15+30355電加熱器/kW400(開車)

表4 經(jīng)濟(jì)效益分析對(duì)比

注：運(yùn)行成本(按8 000 h計(jì))單位為萬元/a。

[1] 葉建平,趙建國(guó),楊麗嫻.石化行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及VOCs控制技術(shù)研究[J].廣州化工,2011(24)：11-13.

[2] 曹 進(jìn),吳梅霞.蓄熱式熱力氧化法在順酐廢氣處理中的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能,2016(6)：110-112.

[3] 馬劍飛,馮 華,沈 華.蓄熱氧化技術(shù)在低溫甲醇洗排放氣處理上的應(yīng)用[J].河南化工,2015(32)：40-42.

2016-11-09

劉 瑩(1984-)，女，工程師，從事煤化工技術(shù)研究開發(fā)工作，電話：15890901918。

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1003-3467(2017)01-0052-02