三床式RCO在丁苯橡膠乾燥廢氣處理中的應用

2020-12-04 北極星環保網

北極星VOCs在線訊:摘 要 ：針對丁苯橡膠裝置乾燥廢氣流量大、汙染物濃度高的特點，經過技術對比分析，發現三床式催化氧化技術(R C O )更適合處理丁苯橡膠乾燥廢氣。通過分析三床式 RCO 反應器工作原理以及影響運行效果的因素，找出了最佳 的工藝控制參數，確保其穩定、高效 、節能、達標運行。經三床式 RCO 反應器處理後，乾燥廢氣中苯乙烯含量降至 30m g/m3以下，非甲烷烴含量降至 20 mg/m3以下，達到了《石油化學工業汙染物排放標準》 對廢氣中特徵汙染物苯乙烯和非甲烷烴排放限值的要求，實現了清潔生產的目標。

關鍵詞 ：蓄熱式催化氧化燃燒裝置 揮發性有機化合物 丁苯橡膠廢氣 苯 乙烯

揮發性有機化合物 (VOCs)種類繁多，主要包括烷烴、芳香烴、芳烴類、烯烴、醇類、醛類、酮類、滷代烴等。VOCs 是產生二次氣溶膠誘導形成霧霾天氣的重要因素之一。2012 年 l2 月5 日，環保部正式發布了《重點區域大氣汙染防治「十二五 」規劃》，要求 「煉油與石油化工生產工藝單元排放的有機工藝廢氣應回收利用，不能回收利用的應採用鍋爐、工藝加熱爐、焚燒爐、火炬予以焚燒，或採用吸收、吸附、冷凝等非焚燒方式予以處理」。2015 年國家環保部會同國家質檢總局發布了《石油化學工業汙染物排放標準》 (GB 31571—2015 ) ，要求有機工藝廢氣中苯乙烯濃度 450 mg/m3 ，非甲烷烴濃度≤120 mg/m3。蘭州石化公司 15 萬 t/a 丁苯橡膠裝置乾燥廢氣最大排放量約10 萬 Nm /h ，其中苯乙烯濃度約為 500 mg/m3 非甲烷烴濃度約為 800mg/m3 ，大大超過國家排放標準要求，必須進行淨化治理。

1 廢氣淨化技術的選擇

常用的廢氣淨化處理方法包括吸收、吸附、濃縮、膜分離、光催化氧化法、化學氧化法等。根據丁苯橡膠乾燥廢氣中VOCs 濃度高、排放量大的特點，化學氧化法更為適宜，可將 VOCs 全部轉化成二氧化碳和水。化學氧化法處理VOCs效率高，處理徹底，能耗低，設備體積小，控制方便，已成為控制 VOCs 最重要的方法之一 。蓄熱式催化氧化燃燒裝置(英文縮寫 RCO )有其他氧化法不能比擬的優點：首先，它採用蓄熱式換熱，極大的提高反應器換熱效率，降低工作能耗;其次，它對 VOCs 的氧化不需要特別高的溫度，不會產生NOx 等二次汙染，因而被認為是目前在發達國家廣泛應用的蓄熱氧化法 RTO 的替代技術。目前世界上已有很多公司生產 RCO 產品，不僅有兩床結構的還有旋轉床(單床)和三床結構的。通過對技術、投資、運行、能耗、安全操控等方面進行比選，最終採用三床式 RCO 技術處理丁苯橡膠乾燥廢氣 。

2 三床式 RCO 處理丁苯橡膠乾燥廢氣

2.1 工藝流程設計

乾燥箱來的廢氣經袋式過濾器去除低聚物和焦油後進入 RCO 反應器，廢氣中的苯乙烯和非甲烷總烴經催化氧化反應後全部轉化為二氧化碳和水，淨化後的廢氣由工藝風機抽送至煙囪進行高空排放。當廢氣中有機汙染物濃度高，造成RCO反應器超溫時，可用空氣來稀釋廢氣，使其濃度降低，可在一定的範圍內降低反應溫度。如果稀釋空氣還不足以把反應溫度降下來時，可利用旁路將工藝廢氣直接引入到 RCO 反應器內部，將反應溫度迅速降至合理區間。具體工藝流程見圖1。

2.2 反應器結構與工作原理

三床式 RCO 反應器包括 1個燃燒室、3 個反應床，以及眾多閥組和管道。其燃燒室頂部設有電加熱器和廢氣旁通冷卻設施，反應床上層設有催化劑，下層設有蓄熱陶瓷，三床式 RCO 反應器結構見圖2。

廢氣從第1蓄熱床底部進入 RCO 反應器，吸收存儲在蓄熱陶瓷中的熱量後被預熱，經催化劑層進人氧化反應室後被加熱到反應溫度。廢氣在第Ⅱ蓄熱床催化劑層進行氧化反應，將有機汙染物轉化為二氧化碳和水蒸氣，淨化後的廢氣再經蓄熱陶瓷層流出 RCO 反應器，氧化反應過程釋放的熱量被蓄熱陶瓷吸收。當第1 蓄熱床的熱量被廢氣吸收殆盡之後，PLC 程序控制 RCO 反應器出人口閥切換，廢氣從第Ⅱ蓄熱床底部進入 RCO 反應器，淨化後的廢氣從第Ⅲ蓄熱床流出。當第Ⅱ蓄熱床的熱量被廢氣吸收殆盡之後，廢氣從第Ⅲ蓄熱床底部進入 RCO 反應器，淨化後的廢氣從第1 蓄熱床流出。當第Ⅲ蓄熱床的熱量被廢氣吸收殆盡之後，廢氣從第1 蓄熱床底部進入 RCO 反應器，淨化後的廢氣從第Ⅱ蓄熱床流出。RCO反應器按照上述循環淨化廢氣 ，蓄熱 陶瓷用來儲存、釋放催化氧化反應過程產生的熱量。在廢氣中有機汙染物濃度高於489 mg/m3 的情況下，催化氧化反應產生的熱量 以滿足RCO 反應器內部所需溫度，不需要啟動電加熱器補充熱量。

2.3 影響 RCO 反應器處理效果的因素

RCO 反應器內部真空度過大時，廢氣流速快，在催化劑層的停留時間短，催化氧化反應不徹底，汙染物去除效率低;RCO 反應器內部真空度過小時，廢氣流速慢，造成乾燥箱憋壓，廢氣無法及時排出，產生溼斑膠，影響產品質量。

廢氣中汙染物濃度過高時，催化氧化反應產生的熱量較多，造成 RCO 反應器 溫度超過設計值，影響催化劑命，且存在安全風險。因此，需要控制橡膠膠乳中殘留的游離苯乙烯含量。

為了使 RCO 反應器平穩運行，適當增大空氣稀釋溫度與電加熱器啟動溫度(350 ℃ ) 的溫差，避免電加熱器頻繁啟動;增大廢氣冷卻溫度與空氣稀釋溫度的溫差，儘量減少工藝廢氣經旁通流程直接進入 RCO 反應器，造成汙染物超標排放。經過長時間摸索與優化，找出了 RCO 反應器穩定、高效運行的工藝條件，最佳工藝控制參數見表1。

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