RTO在C5石油樹脂廢氣治理中的應用

陳建華，賀方斌，張衛東，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 獨山子 833699）

揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds,簡稱VOCs）在工藝中的應用越來越廣泛。揮發性有機化合物大多數具有特殊的氣味，能導致人體呈現種種不適，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、碳氫有機化合物與氧化劑發生化學反應，生產光化學煙霧，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，采用國內先進工藝，生產C5石油樹脂，應用于增粘劑、路標漆、涂料、膠黏劑等。但該工藝流程中，高溫熔融樹脂儲經泵輸送進入鋼帶造粒機，通過造粒機頭成排滴落在經冷卻的旋轉的鋼帶上，冷凝后從鋼帶上刮落。此過程中產生大量的樹脂煙氣，經取樣分析，含有機廢氣成分達40種之多，VOCs濃度超過環境排放標準。該公司將4臺C5樹脂造粒機機頭煙氣、4臺熔融樹脂罐排氣和裝車棧橋的19個裝車線廢氣一并考慮，對原有排氣流程進行優化改造，采用RTO技術將有機廢氣在高溫條件下分解生成CO2和H2O，從而凈化廢氣達標排放。

1 廢氣基本情況

需要VOCs治理的廢氣為4臺造粒機機頭煙氣、4臺熔融樹脂儲罐廢氣和裝車棧橋廢氣三股氣源，其中造粒機機頭煙氣和樹脂熔體儲罐排氣為連續排氣源，主要成分為1-丁烯、2-戊烯、環丙烷等，有機物濃度3～5g/m3，含油量≤20mg/N m3，四臺造粒機風機，每臺風機抽氣能力4000Nm3/h，風機變頻操作，4臺熔融樹脂儲罐排氣進水封罐后，從水封罐頂部通過風機引入煙氣處理系統，排氣量1000 Nm3/h；裝車棧橋為無組織氣源，主要有混合甲基萘、混合芳烴、輕組分、輕/重油漿、苯乙烯、環戊烷、一甲基環戊烷、乙苯等產品在汽車裝車過程中產生的廢氣，考慮到安全的冗余設計，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

四臺造粒機機頭處煙氣經煙氣分離器，除去煙氣中的固液相組分，防止堵塞管道或設備。除去固液相后的氣相經各自風機升壓后進入煙氣總管，進入總管前設置爆轟型阻火器；四臺樹脂熔體儲罐氣相統一進入水封罐，水封罐氣相進入煙氣總管；裝車棧橋五個棧橋共19個裝車線氣相，匯集冷卻到5℃后，進入氣液分離罐，氣相經風機增壓后進入煙氣總管，在風機出口設置阻火器；煙氣總管經RTO進氣風機升壓后，進入RTO單元處理達標后排放。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，把有機廢氣預熱至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，氧化產生的高溫氣體及熱量被蓄熱體“貯存”起來，用于預熱新進入的有機廢氣，從而節省升溫所需要的燃料消耗，降低運行成本。

本工藝為三室蓄熱陶瓷熱力焚燒爐裝置，一個焚燒爐膛，三個能量回用體（陶瓷蓄熱體），通過閥門的切換，回收高溫煙氣，達到節能凈化效果。待處理有機廢氣經進入蓄熱體A的陶瓷介質層（改陶瓷介質“貯存”了上一個循環的熱量），陶瓷釋放熱量，降低溫度，而有機廢氣吸收熱量，溫度升高，廢氣離開蓄熱室后以較高的溫度進入氧化室，此時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構。在氧化室中，有機廢氣再由燃燒器補燃，加熱升溫至設定的氧化溫度，使其中的有機物被分解成二氧化碳和水，由于廢氣已在蓄熱室內預熱，燃燒器的燃料用量大為減少。氧化室有兩個作用：一是保證廢氣能達到設定的氧化溫度，二是保證有足夠的停留時間使廢氣中的VOCs充分氧化。該項目設計停留時間大約1.2秒。廢氣流經蓄熱室A升溫后進入氧化室焚燒，成為凈化的高溫氣體后離開氧化室，進入蓄熱室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，經煙囪排入大氣，與此同時，引入部分凈化后的氣體對蓄熱室C進行吹掃以備進行下一輪熱交換。一般情況下排氣溫度比進氣溫度高60℃左右。循環完成后，進氣與排氣閥門進行一次切換，進入下一個循環，廢氣由蓄熱室B進入，蓄熱室C排出，能量被C內的陶瓷熱載體截留，用于下一次循環。如圖2所示。

圖2

3.1 進入RTO焚燒爐的廢氣要求

（1）適用于大風量，低濃度的廢氣焚燒。（2）含酸性污染物先進行預處理，去除絕大部分無機酸。（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，否則必須經過預除塵、過濾處理。（5）禁止混入氫氣、甲烷氣、乙烯等危險性較大的廢氣。

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，則需要經過稀釋處理，就會降低焚燒的經濟性。（3）廢氣量根據設計流量平穩排放，不得突然超量排放。（4）不能處理廢液，廢水，固廢。

4 主體設備設計參數

本處理系統廢氣設計處理量為22000Nm3/h，由燃燒室、蓄熱室、布風箱、廢氣風機、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，材質為的壁薄孔徑小，比表面積大，熱膨脹系數小，蓄熱放熱速度快，壓力損失小。

氣動切換閥門采用氣動撲克式結構，具有泄漏量小（≤0.3%），壽命長（可達100萬次），啟閉迅速（≤1s）的特點，通過控制不銹鋼閥板與密封圈接觸從而實現閥門的啟閉，運行可靠。

燃燒器采用美國麥克產品實現連續比例調節，燃料為天然氣，高壓點火，系統含助燃風機、高壓電火變壓器、比例調節閥、火焰檢測器等。比例調節閥根據爐膛所需要的溫度變化來調節其開度，節省燃料，燃料和助燃空氣同步變化，穩定燃燒。

廢氣風機采用變頻電機驅動，與壓力變送器聯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《煙囪設計規范》GB50051-2013進行標準設計，高度為40米。設置檢測口和檢測平臺，頂部設置避雷針，與地面避雷裝置連接。

5 處理效果

使用該系統處理三股廢氣后，經當地環保部門多次檢測，均達到了《大氣污染物綜合排放標準》二級GB16297-1996、《石油化學工業污染物排放標準》GB 31571-2015和《合成樹脂工業污染物排放標準》GB31572-2015中特別排放限值。檢測結果見表1。

6 結語

從目前RTO運行來看，現場煙氣全部引入RTO焚燒，現場環境得到了較大改善；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，在大風量下夾帶進入RTO爐體；溫度偏低時流動差，在管道內積聚，不易排出，影響廢氣流通，應采取措施保證煙氣溫度，及時排除凝油。

表1 廢氣進RTO前后檢測記錄

（2）國內C5樹脂裝置的產品多用于路標漆行業，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，節約成本。

（3）確保RTO安全平穩運行，需要精心操作，確保廢氣中可燃氣體濃度低于爆炸下限的25%運行，并嚴格控制溫度，不得超過850℃。

蓄熱室氧化處理技術相對于傳統的焚燒處理技術，有明顯的優勢，雖在其他行業領域已經很成熟應用，但在樹脂行業使用較少，在提高VOC破壞去除效率，擴大適用范圍和降低運行費用等方面有待探索。以綠色環保循環利用為目的RTO技術將是VOC處理技術發展趨勢之一。

[1]童志權. 工業廢氣凈化與利用[M].北京：化學工業出版社,2001.

[2]周明艷，楊明德，黨杰. 蓄熱室熱氧化器處理揮發性有機化合物[J].環境保護，2001,13（11）：16-19.

[3]簫琦，姜澤毅，張欣欣.多室蓄熱室有機廢氣焚燒爐工程應用研究[J].環境工程，2011,4(29-2):69-71.

[4]鄒航.蓄熱室廢氣焚燒爐RTO在彩涂線的應用[J].工業爐,2010.3.

[5]楊媛.國內外碳五石油樹脂的生產和應用[J].當代化工研究.2017.2.