廢舊輪胎裂解爐廢氣治理措施分析

張?zhí)禊i

（山西清澤陽(yáng)光環(huán)?？萍加邢薰?，山西 太原 030000）

引言

近年來(lái)，隨著廢舊輪胎熱裂解回收企業(yè)的興起，由此帶來(lái)的廢舊輪胎熱裂解爐產(chǎn)生的煙氣治理問(wèn)題也日益凸顯[1]。廢輪胎熱裂解（≤500 ℃）環(huán)節(jié)廢氣中主要產(chǎn)生顆粒物、二氧化硫、硫化氫、氮氧化物、苯系物和非甲烷總烴等污染物，通常采用堿法噴淋+UV除臭、堿法噴淋+活性炭吸附等技術(shù)進(jìn)行處理；高溫?zé)崃呀猓ǎ?00 ℃）除了產(chǎn)生顆粒物、二氧化硫、硫化氫、氮氧化物、苯系物和非甲烷總烴外，還會(huì)產(chǎn)生二噁英，通常采用二燃室+急冷+堿法噴淋+UV 除臭、二燃室+堿法噴淋+活性炭吸附等技術(shù)進(jìn)行處理。但對(duì)于二燃室產(chǎn)生的廢氣中的氮氧化物的治理以及氮氧化物治理措施與二噁英治理措施之間如何串聯(lián)實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放[2]，目前研究研究較少，本文通過(guò)項(xiàng)目實(shí)例，針對(duì)廢舊高溫裂解工藝廢氣治理措施進(jìn)行了探析。

1 廢舊輪胎高溫裂解項(xiàng)目實(shí)例

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

該項(xiàng)目年處理8 萬(wàn)t 廢舊輪胎，建設(shè)4 臺(tái)50 t/d膠粉加工能力的裂解爐，1t 廢輪胎可生成15%鋼絲、29.12%炭黑、46.55%裂解油和8.82%裂解氣。本項(xiàng)目年裂解8 萬(wàn)t 廢輪胎，鋼絲年產(chǎn)量為12 000 萬(wàn)t，炭黑為23 294.12 萬(wàn)t，裂解油年產(chǎn)量為37 237.65萬(wàn)t，裂解不凝氣年產(chǎn)量為7 058.82 萬(wàn)t。

1.2 項(xiàng)目生產(chǎn)工藝（見第216 頁(yè)圖1）

圖1 項(xiàng)目工藝流程及產(chǎn)污環(huán)節(jié)圖

該項(xiàng)目設(shè)置4 套全封閉一體化連續(xù)式裂解設(shè)備，膠粉連續(xù)投入裂解爐反應(yīng)釜后，裂解爐上裝有數(shù)顯溫控儀，通過(guò)裂解爐上的熱電阻將溫度反饋到數(shù)顯溫控儀上。喂料機(jī)通過(guò)氣鎖連續(xù)計(jì)量喂料機(jī)自動(dòng)計(jì)算給料，按照比例將膠粉投加到熱解爐內(nèi)，熱解爐內(nèi)保持微負(fù)壓狀態(tài)（-5Pa）。通過(guò)控制入爐膠粉量、通風(fēng)量對(duì)裂解爐爐膛進(jìn)行分段加熱：第一段（進(jìn)料端）溫度為260 ℃左右，第二段溫度為320 ℃左右，第三段溫度為380 ℃左右，第四段溫度為420 ℃左右。在第一階段溫度為260 ℃時(shí)，裂解開始；第二階段溫度達(dá)到350 ℃時(shí)，解反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行；第三階段溫度達(dá)到380 ℃時(shí)，裂解反應(yīng)基本結(jié)束；在裂解完成后，進(jìn)入第四階段420 ℃以上的揮發(fā)爐，將裂解氣體蒸發(fā)，裂解產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入分離器，實(shí)現(xiàn)煙氣與重油的初步分離；然后通過(guò)循環(huán)水冷卻、油氣再次分離，C4以上有機(jī)烴類冷凝為裂解油生產(chǎn)4 號(hào)裂解油；產(chǎn)生的不冷凝氣（H2、CH4-C4H10和H2S）經(jīng)過(guò)一道安全設(shè)置干氣阻火罐（阻火罐的作用是避免明火從燃燒室返回與廢氣相遇發(fā)生爆炸），返回燃燒室作為燃料加熱爐膛燃料，多余的不凝氣進(jìn)入二燃室作為二燃室燃料。燃燒室燃燒后的廢氣進(jìn)入二燃室再次燃燒進(jìn)一步去除非甲烷總烴、硫化氫、甲苯、二甲苯、二噁英的污染物。

2 目前煙氣治理措施分析

2.1 二燃室+急冷+堿法噴淋+UV 除臭

該治理措施優(yōu)點(diǎn)：

1）該治理措施通過(guò)二燃室裂解爐加熱室煙氣再次燃燒，將使裂解爐加熱室燃燒不完全的有機(jī)廢氣進(jìn)一步燃燒，避免有機(jī)廢氣超標(biāo)排放。

2）通過(guò)二燃室燃燒的煙氣急冷避免煙氣在200 ℃～400 ℃停留，生成二噁英。

該治理措施缺點(diǎn)：

1）該治理措施沒有考慮二燃室熱力型氮氧化物的治理，氮氧化物可能存在超標(biāo)問(wèn)題。

2）二燃室煙氣中的二噁英大多數(shù)以固體飛灰形式存在，UV 光解分解效率低，需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，經(jīng)濟(jì)性差，且不能完全分解二噁英。

3）堿法噴淋裝置氫氧化鈉的用量較大，運(yùn)行費(fèi)用高。

2.2 二燃室+堿法噴淋+活性炭吸附

該治理措施優(yōu)點(diǎn)：

該治理措施通過(guò)二燃室使裂解爐加熱燃燒室燃燒不完全的有機(jī)廢氣進(jìn)一步燃燒，避免有機(jī)廢氣超標(biāo)排放。

該治理措施缺點(diǎn)：

1）該治理措施沒有考慮二燃室熱力型氮氧化物的治理，氮氧化物可能存在超標(biāo)問(wèn)題。

2）堿法噴淋裝置后煙氣濕度較大，活性炭吸附裝置吸附孔易堵塞，活性炭頻繁更換導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用高。

3）堿法噴淋裝置氫氧化鈉的用量較大，運(yùn)行費(fèi)用高。

4）該措施未考慮急冷措施，二燃室高溫燃燒后二噁英在煙氣降溫過(guò)程中200 ℃～400 ℃時(shí)再次生成，導(dǎo)致二噁英超標(biāo)排放。

3 建議采用的治理措施

裂解爐產(chǎn)生的不凝氣先經(jīng)過(guò)氧化鐵脫硫塔脫硫處理后在進(jìn)入裂解爐和二燃室燃燒，裂解爐燃燒室燃燒后廢氣經(jīng)二燃室焚燒后，二燃室煙氣再經(jīng)氣氣換熱器+驟冷+活性炭噴射+布袋除塵器+SCR 脫硝+雙堿法脫硫裝置經(jīng)排氣筒達(dá)標(biāo)排放。

3.1 二噁英治理措施

目前對(duì)于二噁英國(guó)際上普遍采用的治理措施是“3T+E”控制法，即要求爐膛溫度（temperature）高于850℃，煙氣在高溫段停留時(shí)間（time）要超過(guò)2 s，在高溫區(qū)送入二次空氣增強(qiáng)湍流度（turbulence），稍過(guò)量的空氣系數(shù)（excess oxygen）。

要求二燃室采用的燃燒室內(nèi)徑為1.6 m，長(zhǎng)4.4 m，經(jīng)計(jì)算煙氣在二燃室內(nèi)停留時(shí)間為2.22 s。二燃室耐火層厚度為1.5 m，隔熱層為2.0 m，爐內(nèi)溫度控制為850 ℃～1 100 ℃，為減少二噁英的產(chǎn)生，爐溫不得低于850 ℃。燃燒室煙氣進(jìn)口夾角為56°，爐內(nèi)煙氣可適當(dāng)產(chǎn)生湍流。煙氣氧體積分?jǐn)?shù)控制在6%左右。裂解爐燃燒室及二燃室采用低氮燃燒器，二燃室尾氣經(jīng)過(guò)氣氣換熱器裝置將850 ℃的煙氣冷卻至630 ℃左右，再經(jīng)過(guò)急冷裝置再1s 內(nèi)將煙氣冷卻到200 ℃以下。本項(xiàng)目煙氣走向圖見217 頁(yè)圖2。

圖2 本項(xiàng)目煙氣走向圖

煙氣降溫過(guò)程中可能有少量二噁英再生，該項(xiàng)目采用在布袋除塵器進(jìn)口，用高壓風(fēng)機(jī)（流速0.2 m/s～0.5 m/s）向布袋進(jìn)口管道內(nèi)噴射活性炭（木質(zhì)活性炭粉粒度：100 nm～150 nm），利用活性炭超強(qiáng)的過(guò)濾面積來(lái)吸附煙氣中煙氣中的二噁英粉塵，配送速度為0.2 m/s～0.5 m/s，噴射比例為1∶2.5。

活性炭噴射系統(tǒng)工作原理采用在布袋除塵器前采用高壓風(fēng)噴射活性炭，對(duì)煙氣中的殘留二噁英通過(guò)活性炭吸附。細(xì)小的活性炭敷在濾袋表面，形成一層過(guò)濾床，煙氣通過(guò)活性炭過(guò)濾層被吸附掉有毒有害物質(zhì)。通過(guò)活性炭噴射吸附煙氣中的二噁英顆粒，使煙氣得到有效凈化，煙氣中的二噁英吸附效率達(dá)到85%,活性炭的使用周期為3 個(gè)月～4 個(gè)月?；钚蕴渴Ш?，對(duì)布袋進(jìn)行清掃，落到布袋除塵器底部，底部的泄灰裝置把失效的活性炭排到灰罐。

3.2 二氧化硫治理措施

根據(jù)雙堿法脫硫的效率最高可達(dá)到90%，根據(jù)硫平衡計(jì)算該項(xiàng)目單純使用雙堿法脫硫裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，因此要求裂解爐產(chǎn)生的不凝氣接入氧化鐵脫硫裝置進(jìn)行脫硫處置，脫硫劑選用CT8-6 系列氧化鐵固體脫硫劑，比表面積為55 m2/g，球磨強(qiáng)度為80%，粒度為3.5mm。脫硫劑飽和硫容為0.5 kg/kg，按照吸附率50%更換考慮，脫硫劑裝填量為12 t，更換周期為45 d。

3.3 氮氧化物治理措施

二燃室為將不凝氣中的有機(jī)物充分燃燒，爐內(nèi)燃燒溫度較高（1 100 ℃左右），熱力型氮氧化物大量產(chǎn)生，經(jīng)采用低氮燃燒器無(wú)法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，必須采用SCR 煙氣脫硝裝置。本項(xiàng)目SCR 采用低粉塵布置方式，SCR 反應(yīng)器布置在布袋除塵器之后，該布置方式可防止煙氣中的飛灰對(duì)催化劑的污染、磨損和堵塞，為防止煙氣低溫?zé)o法運(yùn)行，二燃室設(shè)置氣氣換熱器將90%煙氣返回二燃室煙道氣氣換熱器冷端換熱后溫度達(dá)到450 ℃，與剩余10%的煙氣混合后溫度達(dá)392 ℃，滿足380 ℃～450 ℃高溫脫硝反應(yīng)溫度區(qū)間。催化劑選用蜂窩式平行流道式催化劑，催化劑主要成分為V2O5/TiO2，還原劑采用氨水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%）。

4 結(jié)論

該工程采用裂解爐產(chǎn)生的不凝氣先經(jīng)過(guò)氧化鐵脫硫塔脫硫處理后在進(jìn)入裂解爐和二燃室燃燒，裂解爐燃燒室燃燒后廢氣經(jīng)二燃室焚燒后，二燃室煙氣再經(jīng)氣氣換熱器+驟冷+活性炭噴射+布袋除塵器+SCR 脫硝+雙堿法脫硫裝置處理。該處理工藝具有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

1）相比堿法噴淋+活性炭吸附，本項(xiàng)目采用的活性炭噴射系統(tǒng)活性炭容易更換，同時(shí)避免濕法脫硫之后煙氣濕度較大堵塞活性炭，造成活性炭吸附裝置效率下降的問(wèn)題。

2）裂解不凝氣采用氧化鐵脫硫，可脫出不凝氣中的硫化氫，減少二燃室煙氣中的二氧化硫含量，且氧化鐵來(lái)源廣、硫容大等優(yōu)點(diǎn)，符合《廢輪胎廢塑料裂解油化成套生產(chǎn)裝備》的規(guī)定。

3）采用SCR 脫硝需要300 ℃～400 ℃的反應(yīng)溫度區(qū)間，本項(xiàng)目設(shè)置二燃室氣氣換熱器在保證二燃室余熱充分利用，同時(shí)經(jīng)氣氣換熱器的熱煙氣被冷卻至650 ℃進(jìn)入急冷裝置，避免了煙氣的在200 ℃～400 ℃溫度區(qū)間停留。

4）按照“3T+E”控制二噁英生成，同時(shí)采用活性炭噴射裝置吸附煙氣降溫過(guò)程中生成的少量的二噁英，極大程度減少二噁英的排放。同時(shí)活性炭易更換。