RTO在C5石油樹脂廢氣治理中的應(yīng)用

陳建華，賀方斌，張衛(wèi)東，石俊峰，張開增，帕哈爾丁·坎馬爾丁

（新疆天利石化控股有限公司，新疆 獨(dú)山子 833699）

揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds,簡稱VOCs）在工藝中的應(yīng)用越來越廣泛。揮發(fā)性有機(jī)化合物大多數(shù)具有特殊的氣味，能導(dǎo)致人體呈現(xiàn)種種不適，并具有毒性，刺激性，致癌作用；在陽光照射下，大氣中的氮氧化物、碳?xì)溆袡C(jī)化合物與氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)光化學(xué)煙霧，危害人體健康及作物生長，破壞臭氧層。

某公司充分利用C5資源，建成間戊二烯石油樹脂裝置，采用國內(nèi)先進(jìn)工藝，生產(chǎn)C5石油樹脂，應(yīng)用于增粘劑、路標(biāo)漆、涂料、膠黏劑等。但該工藝流程中，高溫熔融樹脂儲(chǔ)經(jīng)泵輸送進(jìn)入鋼帶造粒機(jī)，通過造粒機(jī)頭成排滴落在經(jīng)冷卻的旋轉(zhuǎn)的鋼帶上，冷凝后從鋼帶上刮落。此過程中產(chǎn)生大量的樹脂煙氣，經(jīng)取樣分析，含有機(jī)廢氣成分達(dá)40種之多，VOCs濃度超過環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)。該公司將4臺(tái)C5樹脂造粒機(jī)機(jī)頭煙氣、4臺(tái)熔融樹脂罐排氣和裝車棧橋的19個(gè)裝車線廢氣一并考慮，對原有排氣流程進(jìn)行優(yōu)化改造，采用RTO技術(shù)將有機(jī)廢氣在高溫條件下分解生成CO2和H2O，從而凈化廢氣達(dá)標(biāo)排放。

1 廢氣基本情況

需要VOCs治理的廢氣為4臺(tái)造粒機(jī)機(jī)頭煙氣、4臺(tái)熔融樹脂儲(chǔ)罐廢氣和裝車棧橋廢氣三股氣源，其中造粒機(jī)機(jī)頭煙氣和樹脂熔體儲(chǔ)罐排氣為連續(xù)排氣源，主要成分為1-丁烯、2-戊烯、環(huán)丙烷等，有機(jī)物濃度3～5g/m3，含油量≤20mg/N m3，四臺(tái)造粒機(jī)風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)抽氣能力4000Nm3/h，風(fēng)機(jī)變頻操作，4臺(tái)熔融樹脂儲(chǔ)罐排氣進(jìn)水封罐后，從水封罐頂部通過風(fēng)機(jī)引入煙氣處理系統(tǒng)，排氣量1000 Nm3/h；裝車棧橋?yàn)闊o組織氣源，主要有混合甲基萘、混合芳烴、輕組分、輕/重油漿、苯乙烯、環(huán)戊烷、一甲基環(huán)戊烷、乙苯等產(chǎn)品在汽車裝車過程中產(chǎn)生的廢氣，考慮到安全的冗余設(shè)計(jì)，將廢氣稀釋至原有的10倍，稀釋后的廢氣量為5000 Nm3/h。

2 工藝流程描述

四臺(tái)造粒機(jī)機(jī)頭處煙氣經(jīng)煙氣分離器，除去煙氣中的固液相組分，防止堵塞管道或設(shè)備。除去固液相后的氣相經(jīng)各自風(fēng)機(jī)升壓后進(jìn)入煙氣總管，進(jìn)入總管前設(shè)置爆轟型阻火器；四臺(tái)樹脂熔體儲(chǔ)罐氣相統(tǒng)一進(jìn)入水封罐，水封罐氣相進(jìn)入煙氣總管；裝車棧橋五個(gè)棧橋共19個(gè)裝車線氣相，匯集冷卻到5℃后，進(jìn)入氣液分離罐，氣相經(jīng)風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入煙氣總管，在風(fēng)機(jī)出口設(shè)置阻火器；煙氣總管經(jīng)RTO進(jìn)氣風(fēng)機(jī)升壓后，進(jìn)入RTO單元處理達(dá)標(biāo)后排放。簡單工藝流程圖如圖1所示。

圖1

3 RTO工作原理

RTO，即蓄熱式焚燒爐，把有機(jī)廢氣預(yù)熱至750℃左右，在燃燒室加熱升溫至800℃以上，使廢氣中的VOCs氧化分解成為無害的CO2和H2O，氧化產(chǎn)生的高溫氣體及熱量被蓄熱體“貯存”起來，用于預(yù)熱新進(jìn)入的有機(jī)廢氣，從而節(jié)省升溫所需要的燃料消耗，降低運(yùn)行成本。

本工藝為三室蓄熱陶瓷熱力焚燒爐裝置，一個(gè)焚燒爐膛，三個(gè)能量回用體（陶瓷蓄熱體），通過閥門的切換，回收高溫?zé)煔猓_(dá)到節(jié)能凈化效果。待處理有機(jī)廢氣經(jīng)進(jìn)入蓄熱體A的陶瓷介質(zhì)層（改陶瓷介質(zhì)“貯存”了上一個(gè)循環(huán)的熱量），陶瓷釋放熱量，降低溫度，而有機(jī)廢氣吸收熱量，溫度升高，廢氣離開蓄熱室后以較高的溫度進(jìn)入氧化室，此時(shí)廢氣溫度的高低取決于陶瓷體體積、廢氣流速和陶瓷體的幾何結(jié)構(gòu)。在氧化室中，有機(jī)廢氣再由燃燒器補(bǔ)燃，加熱升溫至設(shè)定的氧化溫度，使其中的有機(jī)物被分解成二氧化碳和水，由于廢氣已在蓄熱室內(nèi)預(yù)熱，燃燒器的燃料用量大為減少。氧化室有兩個(gè)作用：一是保證廢氣能達(dá)到設(shè)定的氧化溫度，二是保證有足夠的停留時(shí)間使廢氣中的VOCs充分氧化。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)停留時(shí)間大約1.2秒。廢氣流經(jīng)蓄熱室A升溫后進(jìn)入氧化室焚燒，成為凈化的高溫氣體后離開氧化室，進(jìn)入蓄熱室B釋放熱量，降溫后排出，而蓄熱室B吸收大量熱量后升溫。處理后氣體離開蓄熱室B，經(jīng)煙囪排入大氣，與此同時(shí)，引入部分凈化后的氣體對蓄熱室C進(jìn)行吹掃以備進(jìn)行下一輪熱交換。一般情況下排氣溫度比進(jìn)氣溫度高60℃左右。循環(huán)完成后，進(jìn)氣與排氣閥門進(jìn)行一次切換，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，廢氣由蓄熱室B進(jìn)入，蓄熱室C排出，能量被C內(nèi)的陶瓷熱載體截留，用于下一次循環(huán)。如圖2所示。

圖2

3.1 進(jìn)入RTO焚燒爐的廢氣要求

（1）適用于大風(fēng)量，低濃度的廢氣焚燒。（2）含酸性污染物先進(jìn)行預(yù)處理，去除絕大部分無機(jī)酸。（3）廢氣中VOC濃度不能過高，一般控制在爆炸下限的35%以下。（4）廢氣不能含明顯固體，粉塵，否則必須經(jīng)過預(yù)除塵、過濾處理。（5）禁止混入氫氣、甲烷氣、乙烯等危險(xiǎn)性較大的廢氣。

3.2 RTO的局限性

（1）不能處理高含量含氫廢氣、甲烷廢氣、腐蝕性廢氣、乙烯廢氣等危險(xiǎn)性廢氣。（2）不能處理LEL濃度超過25%的廢氣，如果高于該濃度要求，則需要經(jīng)過稀釋處理，就會(huì)降低焚燒的經(jīng)濟(jì)性。（3）廢氣量根據(jù)設(shè)計(jì)流量平穩(wěn)排放，不得突然超量排放。（4）不能處理廢液，廢水，固廢。

4 主體設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)

本處理系統(tǒng)廢氣設(shè)計(jì)處理量為22000Nm3/h，由燃燒室、蓄熱室、布風(fēng)箱、廢氣風(fēng)機(jī)、燃燒器、阻火器、煙氣混合箱等組成。

蓄熱體采用蜂窩型陶瓷填料，尺寸為150×150×300mm，材質(zhì)為的壁薄孔徑小，比表面積大，熱膨脹系數(shù)小，蓄熱放熱速度快，壓力損失小。

氣動(dòng)切換閥門采用氣動(dòng)撲克式結(jié)構(gòu)，具有泄漏量小（≤0.3%），壽命長（可達(dá)100萬次），啟閉迅速（≤1s）的特點(diǎn)，通過控制不銹鋼閥板與密封圈接觸從而實(shí)現(xiàn)閥門的啟閉，運(yùn)行可靠。

燃燒器采用美國麥克產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)連續(xù)比例調(diào)節(jié)，燃料為天然氣，高壓點(diǎn)火，系統(tǒng)含助燃風(fēng)機(jī)、高壓電火變壓器、比例調(diào)節(jié)閥、火焰檢測器等。比例調(diào)節(jié)閥根據(jù)爐膛所需要的溫度變化來調(diào)節(jié)其開度，節(jié)省燃料，燃料和助燃空氣同步變化，穩(wěn)定燃燒。

廢氣風(fēng)機(jī)采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與壓力變送器聯(lián)鎖有效控制輸送的廢氣量，流量為22000～24000Nm3/h,壓力為4400kPa。

煙囪根據(jù)《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50051-2013進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，高度為40米。設(shè)置檢測口和檢測平臺(tái)，頂部設(shè)置避雷針，與地面避雷裝置連接。

5 處理效果

使用該系統(tǒng)處理三股廢氣后，經(jīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門多次檢測，均達(dá)到了《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)GB16297-1996、《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 31571-2015和《合成樹脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB31572-2015中特別排放限值。檢測結(jié)果見表1。

6 結(jié)語

從目前RTO運(yùn)行來看，現(xiàn)場煙氣全部引入RTO焚燒，現(xiàn)場環(huán)境得到了較大改善；但也存在以下問題。

（1）高溫樹脂煙氣冷凝后，析出凝油，溫度稍高時(shí)，在大風(fēng)量下夾帶進(jìn)入RTO爐體；溫度偏低時(shí)流動(dòng)差，在管道內(nèi)積聚，不易排出，影響廢氣流通，應(yīng)采取措施保證煙氣溫度，及時(shí)排除凝油。

表1 廢氣進(jìn)RTO前后檢測記錄

（2）國內(nèi)C5樹脂裝置的產(chǎn)品多用于路標(biāo)漆行業(yè)，RTO投資成本過大造成效益虧損，大部分樹脂廠家采用吸附或冷凝方式，減少投資，節(jié)約成本。

（3）確保RTO安全平穩(wěn)運(yùn)行，需要精心操作，確保廢氣中可燃?xì)怏w濃度低于爆炸下限的25%運(yùn)行，并嚴(yán)格控制溫度，不得超過850℃。

蓄熱室氧化處理技術(shù)相對于傳統(tǒng)的焚燒處理技術(shù)，有明顯的優(yōu)勢，雖在其他行業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)很成熟應(yīng)用，但在樹脂行業(yè)使用較少，在提高VOC破壞去除效率，擴(kuò)大適用范圍和降低運(yùn)行費(fèi)用等方面有待探索。以綠色環(huán)保循環(huán)利用為目的RTO技術(shù)將是VOC處理技術(shù)發(fā)展趨勢之一。

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