A級瀝青調(diào)和裝置惡臭氣體治理技術(shù)應(yīng)用

郭輝，李柏鑫，蔡珂瑋，王菊香，楊勇

（中國石化塔河煉化有限責(zé)任公司，新疆庫車 842000）

惡臭氣體是所有刺激嗅覺器官能引起人們不愉快及損壞生活環(huán)境的氣體物質(zhì)的總稱[1]。惡臭氣體有別于一般環(huán)境污染氣體對人體的直接傷害，其通過刺激人的感官神經(jīng)，破壞人體新陳代謝，會對人的神經(jīng)和心理造成傷害。長期處于惡臭氣體環(huán)境污染中，能引起厭食、記憶力下降、失眠及心情煩悶等疾病。有些有毒的惡臭氣體會對人體呼吸器官、皮膚、記憶力、黏膜、眼睛等造成刺激或傷害，引發(fā)呼吸道疾病[2]，嚴(yán)重的可以致癌或慢性中毒死亡[3]。惡臭氣體對人類的危害越來越大，研究和應(yīng)用惡臭氣體治理技術(shù)對人們的生活具有重大意義。

1 A級瀝青調(diào)和裝置惡臭氣體的產(chǎn)生

1.1 A級瀝青調(diào)和裝置工藝簡介

塔河減壓渣油蠟含量低、黏度高，所產(chǎn)的直餾瀝青高溫性能較好，生產(chǎn)高等級道路瀝青具有一定的潛在優(yōu)勢?？赏ㄟ^添加聚合物來輕度改性以提高低溫延度，改善瀝青的低溫性能，使所產(chǎn)A級瀝青綜合性能得到優(yōu)化提升，能生產(chǎn)出質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)異的A級瀝青產(chǎn)品，使劣質(zhì)塔河渣油得到充分合理的利用，為國家道路建設(shè)提供緊缺的優(yōu)質(zhì)道路瀝青[4]。

A級瀝青調(diào)和裝置主要由母液配制、A級瀝青調(diào)和、惡臭氣體治理、導(dǎo)熱油加熱四部分組成。經(jīng)破碎機破碎后的丁苯橡膠（SBR）顆粒通過鼓風(fēng)機輸送到溶解SBR顆粒的抽出油（FR1）配劑罐，在150℃左右的抽出油中溶解膨脹，經(jīng)罐底泵抽出循環(huán)剪切70 min后，進(jìn)入FR1發(fā)育罐，罐底連續(xù)循環(huán)剪切，罐內(nèi)發(fā)育至肉眼看不見細(xì)小顆粒為發(fā)育成熟（60~80 min）。發(fā)育成熟的FR1液再進(jìn)入穩(wěn)定液配制罐，與罐區(qū)送入的穩(wěn)定劑、減壓渣油充分?jǐn)嚢杌旌希?jīng)罐底泵抽出后用膠體磨循環(huán)研磨，配制好的穩(wěn)定液（母液）進(jìn)入穩(wěn)定液緩沖罐（80 min）。為防止穩(wěn)定液在緩沖罐內(nèi)出現(xiàn)離析分層，罐底可用螺桿泵一直循環(huán)，罐中下部的攪拌器一直攪拌。母液與減壓渣油按照一定的比例混合進(jìn)入A級瀝青調(diào)和罐，經(jīng)攪拌合格后即為A級瀝青產(chǎn)品，送出裝置。母液配制及A級瀝青調(diào)和工藝流程見圖1，裝置具體操作參數(shù)見表1。

圖1 母液配制及A級瀝青調(diào)和工藝流程

表1 裝置主要操作參數(shù)

1.2 惡臭氣體的產(chǎn)生

由表1可知，A級瀝青調(diào)和生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定液配制及A級瀝青調(diào)和過程都是在120~180℃的溫度范圍內(nèi)和常壓條件下進(jìn)行操作，母液及減壓渣油中的輕組分揮發(fā)出來。這部分氣體主要是大量多環(huán)芳烴（PAH）及含少量氧、硫的雜環(huán)烴化合物[5]，當(dāng)其泄漏到大氣中，會刺激到人的嗅覺，時間稍長就會感到惡心嘔吐。塔河煉化A級瀝青調(diào)和裝置惡臭氣體主要污染物濃度見表2。

表2 A級瀝青惡臭氣中主要污染物濃度 mg/m3（2014年）

2 惡臭氣體處理技術(shù)及應(yīng)用

2.1 惡臭氣體處理技術(shù)

目前，常用的惡臭氣體治理方法有物理法、生物法和化學(xué)法三大類[6]。各類方法在技術(shù)發(fā)展的過程中又衍生出新的更加具體的技術(shù)。

物理法是不改變惡臭氣體的化學(xué)性質(zhì)，用一種物質(zhì)將臭味掩蔽和稀釋，或者將惡臭物質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移至液相或固相。常用方法有掩蔽法、稀釋法、冷凝法和吸附法等。生物法是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的新興脫臭技術(shù)，利用微生物能夠在代謝過程中降解惡臭物質(zhì)這一原理開發(fā)，是大氣污染控制的新技術(shù)，可以達(dá)到無臭化、無害化的目的。常用方法有生物過濾池法、生物滴濾池法和生物制劑法。

化學(xué)法是用一種物質(zhì)與惡臭氣體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，改變惡臭氣體的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使惡臭氣體轉(zhuǎn)變?yōu)闊o臭物質(zhì)或臭味較低的物質(zhì)。常見的方法有燃燒法、氧化法和化學(xué)吸收法（酸堿中和法）等。其中，燃燒法有直接燃燒、熱力燃燒、蓄熱燃燒和催化氧化4種。①直接燃燒是將有機廢氣作燃料來燃燒。適用于廢氣中所含可燃物濃度非常高，要高于爆炸濃度上限，不添加輔助燃料能維持燃燒所需的溫度。直接燃燒法的火焰燃燒溫度一般在1 100℃左右。②熱力燃燒即有機廢氣中所含可燃物濃度極低，不能維持燃燒，須憑借輔助燃料燃燒產(chǎn)生的熱量來提高廢氣溫度，使有機廢氣中的有害物質(zhì)氧化轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的燃燒方式。熱力燃燒過程廢氣在燃燒室中的停留時間在0.3~0.5 s，溫度720~1 250℃。③蓄熱式燃燒。在生產(chǎn)過程中通過冷卻凈化氣來預(yù)熱有機廢氣，不使用或使用少量燃料使其達(dá)到燃燒室溫度。這種典型的蓄熱換熱方法，需要兩臺換熱器來實現(xiàn)加熱和冷卻周期的切換。蓄熱式燃燒溫度為800~850℃，可處理低濃度、風(fēng)量大的有機廢氣。④催化氧化。采用催化劑降低有機物氧化所需的活化能，提高反應(yīng)速率，可以在較低的溫度和催化劑作用下進(jìn)行氧化，使廢氣中可燃性組分徹底氧化分解，將氣體凈化處理。這種方法具有安全性好，對可燃物濃度、熱值限制小、起燃溫度低、反應(yīng)溫度低、反應(yīng)空速高（一般在10 000~40 000 h-1）等優(yōu)點。其不足之處是催化劑對原料要求嚴(yán)格，要先對廢氣進(jìn)行預(yù)處理，以防止催化劑中毒[7]。

催化氧化工藝流程有分建式和組合式兩種。在分建式流程中，預(yù)熱器、換熱器、反應(yīng)器均作為獨立設(shè)備分別設(shè)立，其間用相應(yīng)的管路連接，一般應(yīng)用于處理氣量較大且連續(xù)排放的場合。組合式流程將預(yù)熱、換熱及反應(yīng)等部分組合安裝在同一設(shè)備中，流程緊湊，一般應(yīng)用于處理氣量較小且連續(xù)排放的場合。A級瀝青調(diào)和裝置根據(jù)自身的特點選用催化氧化組合流程來處理產(chǎn)生的惡臭氣體。組合式催化氧化工藝要求進(jìn)催化氧化的氣體要經(jīng)過預(yù)處理，除去粉塵、液滴及有害組分，避免催化床層堵塞和催化劑中毒。在投運時，對冷進(jìn)氣必須進(jìn)行預(yù)熱，后序可利用氧化尾氣的熱量預(yù)熱進(jìn)口氣體。

2.2 催化氧化工藝原理

在催化氧化反應(yīng)器中，惡臭氣體中的有機物在催化劑作用下，與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，生成H2O和CO2，釋放出大量的反應(yīng)熱。廢氣中的烴類經(jīng)催化氧化反應(yīng)后所產(chǎn)生的氣體符合國家和地方的相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，可直接通過煙囪排放到大氣中。

2.3 惡臭氣體處理技術(shù)應(yīng)用

A級瀝青調(diào)和裝置500 m3/h的惡臭氣體采用中國石化撫順石油化工研究院的催化氧化處理技術(shù)進(jìn)行治理。項目總投資350萬元，電加熱器只在開工初期投用，待催化氧化反應(yīng)發(fā)生后可以停用電加熱器，利用反應(yīng)放熱給廢氣加熱可以達(dá)到反應(yīng)溫度。新鮮水每周補水1次，補水量2 t，該技術(shù)的運行成本并不高。

廢氣經(jīng)匯總后要進(jìn)行預(yù)處理。先水洗，水噴淋吸收惡臭氣體中含有的瀝青類霧狀顆粒、油霧及部分水溶性的污染物；再脫硫，水洗后的氣體從固態(tài)脫硫罐下部進(jìn)入泡沫網(wǎng)先脫除氣體中攜帶的微量水，從脫硫罐底部逆流進(jìn)入脫硫劑床層脫除硫化物，避免硫引起催化劑中毒或排放氣中SO2濃度超過100 mg/m3；再過濾，脫硫后的惡臭氣體經(jīng)風(fēng)機送入過濾器，過濾除去氣體中粒徑≥20 μm的粉塵；最后催化反應(yīng)，預(yù)處理后的惡臭氣體進(jìn)入換熱（加熱）－催化氧化反應(yīng)單元，有機物在300℃和催化氧化劑的作用下，發(fā)生氧化反應(yīng)，生成H2O和CO2，釋放出大量的反應(yīng)熱。凈化后的氣體攜帶熱量，進(jìn)入換熱器與預(yù)處理后的氣體進(jìn)行充分換熱，加熱部分為電加熱，只在開工初期運行來滿足催化氧化反應(yīng)的溫度條件。凈化氣被冷卻到120℃左右通過煙囪排放到大氣。工藝流程見圖2，圖中虛線部分為組合式設(shè)備。催化劑氧化反應(yīng)的操作參數(shù)見表3，蜂窩陶瓷貴金屬催化劑性質(zhì)表4。

表4 WSH-2型Pt-Pd催化劑物理化學(xué)性質(zhì)

圖2 催化氧化法工藝流程

《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31570－2015）要求處理后的凈化氣中瀝青煙濃度≤20 mg/m3，苯并芘≤0.3μg/m3，非甲烷總烴≤120 mg/m3，非甲烷總烴去除率95%以上。經(jīng)處理后的凈化氣數(shù)據(jù)見表5，從表5可以看出，各項數(shù)據(jù)都滿足上述標(biāo)準(zhǔn)要求，且優(yōu)于指標(biāo)。

表5 凈化后的氣體分析數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

A級瀝青調(diào)和裝置惡臭氣體經(jīng)催化氧化技術(shù)處理后，凈化氣瀝青煙和苯并芘等特征污染物均未檢出，非甲烷總烴含量平均值從490.22 mg/m3下降到0.74 mg/m3，遠(yuǎn)優(yōu)于非甲烷總烴含量120 mg/m3的排放指標(biāo)，非甲烷總烴去除率99.84%，優(yōu)于去除率99.50%的指標(biāo)要求。各項指標(biāo)均達(dá)到了《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31570－2015）要求，從根本上解決了現(xiàn)場氣味惡臭的問題。