一種大風(fēng)量、低AN濃度尾氣的處理方法探討

陳偉峰，劉格宏，武春雷，辛立坤，王全

(北京石油化工工程有限公司,陜西西安710075)

1 尾氣簡介

天津大沽化工股份有限公司40 萬t/a ABS 裝置HRG 單元共有 4 條絮凝干燥線，HRG 漿料經(jīng)過旋轉(zhuǎn)干燥器干燥后尾氣經(jīng)除塵器風(fēng)機(jī)排出，每條線風(fēng)量可達(dá)12 萬Nm3/h，含有一定濃度的AN，同時(shí)也有少量SM、BD 和其它有機(jī)物質(zhì)，其主要成分及濃度設(shè)計(jì)值如表1。

表1 HRG 除塵尾氣主要成分及濃度

由表1 可見，根據(jù)《合成樹脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB31572-2015），尾氣的 AN 含量和總VOCs 不符合排放要求，必須對其進(jìn)行治理以確保AN＜0.5mg/m3的同時(shí)總VOCs 等項(xiàng)目均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。因除塵尾氣風(fēng)量大，且含有AN，處理難度大[1]。

2 處理方法介紹

因HRG 除塵尾氣單線風(fēng)量大，且存在AN，處理難度較大，一般的活性炭吸附再生方法難以達(dá)標(biāo)，通?？梢允褂茫撼卮呋?、催化氧化法(RCO)、蓄熱式燃燒法（RTO）和直接催化氧化法。因HRG 絮凝干燥線單線風(fēng)量巨大，可考慮使用吸附濃縮或直接進(jìn)氣焚燒的方法，但現(xiàn)場處于原有建筑物二層位置除塵器周邊，帶明火的直接焚燒RTO 裝置無法使用且其成本高，因此重點(diǎn)研究常溫催化法、吸附濃縮催化氧化法和催化氧化法對此尾氣進(jìn)行處理的效果[2，3]。

2.1 常溫催化法

常溫催化法采用自由基激發(fā)器，將空氣中的氧氣和水轉(zhuǎn)化為高濃度的強(qiáng)氧化自由基，與尾氣混合后，在常溫高效催化劑的作用下，在適合的大型氣固相反應(yīng)器內(nèi)將尾氣中的有機(jī)物氧化為CO2和H2O。工藝流程簡圖如圖1。

圖1 常溫催化法工藝流程簡圖

此項(xiàng)技術(shù)方案工藝流程相對簡單，能耗相對較低。由于運(yùn)行溫度較低，可以有效避免苯乙烯和丁二烯等單體自聚的問題[4]。

2.2 吸附濃縮催化氧化法

吸附濃縮催化氧化法是根據(jù)吸附和催化燃燒兩個(gè)基本原理設(shè)計(jì)的，即含有機(jī)物的尾氣經(jīng)過活性炭吸附，有機(jī)物質(zhì)被活性炭截留在其內(nèi)部，潔凈氣體排出；經(jīng)過一段時(shí)間后，活性炭達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，停止吸附，此時(shí)有機(jī)物已被濃縮在活性炭內(nèi)。再經(jīng)加熱到有機(jī)物的沸點(diǎn)時(shí)，有機(jī)物從活性炭內(nèi)脫附出來，進(jìn)入催化室進(jìn)行催化分解成CO2和H2O，同時(shí)釋放出能量。利用釋放出的能量再進(jìn)入吸附床脫附時(shí)，此時(shí)加熱裝置停止工作，有機(jī)廢氣在催化燃燒室內(nèi)維持自燃，此過程循環(huán)進(jìn)行，直至有機(jī)物完全從活性炭內(nèi)部分離并在催化室分解?；钚蕴康玫搅嗽偕?，有機(jī)物得到催化分解處理。吸脫附可采用活性炭罐進(jìn)行也可采用轉(zhuǎn)輪進(jìn)行，本文以活性炭罐進(jìn)行試驗(yàn)。工藝流程簡圖如圖2。[5]

圖2 吸附濃縮催化氧化法工藝流程簡圖

2.3 直接催化氧化法

此方法是將尾氣在Pt 等貴金屬催化劑直接作用下催化氧化，所用催化劑是典型的氣－固相催化反應(yīng)的催化劑，其實(shí)質(zhì)是活性氧參與的深度氧化作用。Pt 貴金屬催化劑表面原子因受力場不平衡，有多余電子或軌道未得到飽和，形成了表面活性中心。吸附在活性基體上的烴類分子、H2、O2會被活化而參加反應(yīng)。VOCs 組分與氧之間在催化劑活性中心處發(fā)生無焰氧化，生成CO2和H2O，達(dá)到去除尾氣中的有害物質(zhì)的目的，同時(shí)放出熱量。工藝流程簡圖如圖3。[6]

圖3 直接催化氧化法工藝流程簡圖

3 試驗(yàn)和測試

試驗(yàn)時(shí)制作了常溫催化法、吸附濃縮催化氧化法和直接催化氧化法三套裝置，通過用風(fēng)機(jī)從現(xiàn)場HRG 除塵尾氣排口抽取約1000m3/h 的尾氣進(jìn)各自裝置，每天取樣檢測，情況如下。

3.1 在常溫催化中試的過程中因初期只安裝了主體裝置，未考慮到尾氣中含水、含粉塵的影響，導(dǎo)致催化劑嚴(yán)重失活。經(jīng)改造后，裝置可以正常連續(xù)運(yùn)行。試驗(yàn)期間測試結(jié)果如表2。

表2 常溫催化法試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 在吸附濃縮催化氧化法測試過程中，初期尾氣中含水（HRG 除塵尾氣中約有4%wt 的水）對催化燃燒室影響較大，催化室升溫不穩(wěn)定。后經(jīng)增加冷卻器除水后運(yùn)行基本正常。試驗(yàn)期間測試結(jié)果見表3。

3.3 在直接催化氧化中試過程中，因HRG 尾氣VOCs 含量相對較低，在催化氧化過程中本身放出的熱量不能夠維持熱平衡，需外界提供熱量，試驗(yàn)時(shí)為 方便采用電加熱器加熱。試驗(yàn)期間測試結(jié)果見表4。

表3 吸附濃縮催化氧化法試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 直接催化氧化法試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過第三方檢測得到三種方法處理后尾氣的總 VOCs 分別在 15 mg/m3，50 mg/m3和 7mg/m3，綜上可見直接催化氧化法能完全滿足《合成樹脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，且結(jié)果穩(wěn)定。

表5 各種方法處理HRG 除塵尾氣優(yōu)缺點(diǎn)對比

4 總結(jié)

經(jīng)過試驗(yàn)，在測試期間所進(jìn)行的三種尾氣處理方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)對比如表5。

HRG 絮凝干燥工藝是連續(xù)工藝，要求除塵尾氣處理裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，處理裝置不能有明火，所用設(shè)備便于現(xiàn)場布置，且要維護(hù)簡單，有足夠的巡檢、檢修空間，綜合上述工藝的優(yōu)缺點(diǎn)和試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為以直接催化氧化為技術(shù)核心的處理方案較適用于類似HRG 除塵尾氣這種大風(fēng)量、低AN 濃度尾氣的治理。