三床式 RCO 在丁苯橡膠干燥廢氣處理中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2020-12-01
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揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOCs)種類(lèi)繁多，主要包括烷烴、芳香烴、芳烴類(lèi)、烯烴、醇類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)、鹵代烴等。VOCs 是產(chǎn)生二次氣溶膠誘導(dǎo)形成霧霾天氣的重要因素之一。2012 年 l2 月5 日，環(huán)保部正式發(fā)布了《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五 ”規(guī)劃》，要求 “煉油與石油化工生產(chǎn)工藝單元排放的有機(jī)工藝廢氣應(yīng)回收利用，不能回收利用的應(yīng)采用鍋爐、工藝加熱爐、焚燒爐、火炬予以焚燒，或采用吸收、吸附、冷凝等非焚燒方式予以處理”。2015 年國(guó)家環(huán)保部會(huì)同國(guó)家質(zhì)檢總局發(fā)布了《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 (GB 31571—2015 ) ，要求有機(jī)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(wàn) t/a 丁苯橡膠裝置干燥廢氣**排放量約10 萬(wàn) Nm /h ，其中苯乙烯濃度約為 500 mg/m3 非甲烷烴濃度約為 800mg/m3 ，大量超過(guò)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)要求，必須進(jìn)行凈化治理。
1 廢氣凈化技術(shù)的選擇
常用的廢氣凈化處理方法包括吸收、吸附、濃縮、膜分離、光催化氧化法、化學(xué)氧化法等。根據(jù)丁苯橡膠干燥廢氣中VOCs 濃度高、排放量大的特點(diǎn)，化學(xué)氧化法更為適宜，可將 VOCs 全部轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。化學(xué)氧化法處理VOCs效率高，處理徹底，能耗低，設(shè)備體積小，控制方便，已成為控制 VOCs *重要的方法之一 。蓄熱式催化氧化燃燒裝置(英文縮寫(xiě) RCO )有其他氧化法不能比擬的優(yōu)點(diǎn)：首先，它采用蓄熱式換熱，極大的提高反應(yīng)器換熱效率，降低工作能耗;其次，它對(duì) VOCs 的氧化不需要特別高的溫度，不會(huì)產(chǎn)生NOx 等二次污染，因而被認(rèn)為是目前在發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用的蓄熱氧化法 RTO 的替代技術(shù)。目前世界上已有很多公司生產(chǎn) RCO 產(chǎn)品，不僅有兩床結(jié)構(gòu)的還有旋轉(zhuǎn)床(單床)和三床結(jié)構(gòu)的。通過(guò)對(duì)技術(shù)、投資、運(yùn)行、能耗、安全操控等方面進(jìn)行比選，*終采用三床式 RCO 技術(shù)處理丁苯橡膠干燥廢氣 。
2 三床式 RCO 處理丁苯橡膠干燥廢氣
2.1 工藝流程設(shè)計(jì)
干燥箱來(lái)的廢氣經(jīng)袋式過(guò)濾器去除低聚物和焦油后進(jìn)入 RCO 反應(yīng)器，廢氣中的苯乙烯和非甲烷總烴經(jīng)催化氧化反應(yīng)后全部轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，凈化后的廢氣由工藝風(fēng)機(jī)抽送至煙囪進(jìn)行高空排放。當(dāng)廢氣中有機(jī)污染物濃度高，造成RCO反應(yīng)器超溫時(shí)，可用空氣來(lái)稀釋廢氣，使其濃度降低，可在一定的范圍內(nèi)降低反應(yīng)溫度。如果稀釋空氣還不足以把反應(yīng)溫度降下來(lái)時(shí)，可利用旁路將工藝廢氣直接引入到 RCO 反應(yīng)器內(nèi)部，將反應(yīng)溫度迅速降至合理區(qū)間。具體工藝流程見(jiàn)圖1。
2.2 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與工作原理
三床式 RCO 反應(yīng)器包括 1個(gè)燃燒室、3 個(gè)反應(yīng)床，以及眾多閥組和管道。其燃燒室頂部設(shè)有電加熱器和廢氣旁通冷卻設(shè)施，反應(yīng)床上層設(shè)有催化劑，下層設(shè)有蓄熱陶瓷，三床式 RCO 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。
廢氣從第1蓄熱床底部進(jìn)入 RCO 反應(yīng)器，吸收存儲(chǔ)在蓄熱陶瓷中的熱量后被預(yù)熱，經(jīng)催化劑層進(jìn)人氧化反應(yīng)室后被加熱到反應(yīng)溫度。廢氣在第Ⅱ蓄熱床催化劑層進(jìn)行氧化反應(yīng)，將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水蒸氣，凈化后的廢氣再經(jīng)蓄熱陶瓷層流出 RCO 反應(yīng)器，氧化反應(yīng)過(guò)程釋放的熱量被蓄熱陶瓷吸收。當(dāng)?shù)? 蓄熱床的熱量被廢氣吸收殆盡之后，PLC 程序控制 RCO 反應(yīng)器出人口閥切換，廢氣從第Ⅱ蓄熱床底部進(jìn)入 RCO 反應(yīng)器，凈化后的廢氣從第Ⅲ蓄熱床流出。當(dāng)?shù)冖蛐顭岽驳臒崃勘粡U氣吸收殆盡之后，廢氣從第Ⅲ蓄熱床底部進(jìn)入 RCO 反應(yīng)器，凈化后的廢氣從第1 蓄熱床流出。當(dāng)?shù)冖笮顭岽驳臒崃勘粡U氣吸收殆盡之后，廢氣從第1 蓄熱床底部進(jìn)入 RCO 反應(yīng)器，凈化后的廢氣從第Ⅱ蓄熱床流出。RCO反應(yīng)器按照上述循環(huán)凈化廢氣 ，蓄熱 陶瓷用來(lái)儲(chǔ)存、釋放催化氧化反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的熱量。在廢氣中有機(jī)污染物濃度高于489 mg/m3 的情況下，催化氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量 以滿足RCO 反應(yīng)器內(nèi)部所需溫度，不需要啟動(dòng)電加熱器補(bǔ)充熱量。
2.3 影響 RCO 反應(yīng)器處理效果的因素
RCO 反應(yīng)器內(nèi)部真空度過(guò)大時(shí)，廢氣流速快，在催化劑層的停留時(shí)間短，催化氧化反應(yīng)不徹底，污染物去除效率低;RCO 反應(yīng)器內(nèi)部真空度過(guò)小時(shí)，廢氣流速慢，造成干燥箱憋壓，廢氣無(wú)法及時(shí)排出，產(chǎn)生濕斑膠，影響產(chǎn)品質(zhì)量。
廢氣中污染物濃度過(guò)高時(shí)，催化氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量較多，造成 RCO 反應(yīng)器 溫度超過(guò)設(shè)計(jì)值，影響催化劑命，且存在安全風(fēng)險(xiǎn)。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(yīng)器平穩(wěn)運(yùn)行，適當(dāng)增大空氣稀釋溫度與電加熱器啟動(dòng)溫度(350 ℃ ) 的溫差，避免電加熱器頻繁啟動(dòng);增大廢氣冷卻溫度與空氣稀釋溫度的溫差，盡量減少工藝廢氣經(jīng)旁通流程直接進(jìn)入 RCO 反應(yīng)器，造成污染物超標(biāo)排放。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間摸索與優(yōu)化，找出了 RCO 反應(yīng)器穩(wěn)定、高效運(yùn)行的工藝條件，**工藝控制參數(shù)見(jiàn)表1。
3 運(yùn)行效果評(píng)價(jià)
3.1 安全穩(wěn)定性
三床式蓄熱型催化氧化反應(yīng)器開(kāi)啟、運(yùn)行和停機(jī)均由 PLC 系統(tǒng)程序自動(dòng)控制，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)運(yùn)行過(guò)程中存在的故障報(bào)警。當(dāng)故障報(bào)警為非嚴(yán)重報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，并顯示報(bào)警內(nèi)容，操作人員應(yīng)盡快排除故障。當(dāng)故障報(bào)警為嚴(yán)重報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)、降溫、自保狀態(tài)。此時(shí)，需要排除故障后方可重新啟動(dòng) RCO 系統(tǒng)。從實(shí)際運(yùn)行結(jié)果來(lái)看，三床式蓄熱型 RCO 系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中安全性高、智能化強(qiáng)，可滿足石油化工裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的需要。
3.2 經(jīng)濟(jì)節(jié)能性
由于本裝置廢氣中的污染物濃度較高，在三床式 RCO 反應(yīng)器中進(jìn)行催化氧化反應(yīng)釋放的熱量完全滿足自身需求。因此，在正常運(yùn)行過(guò)程中不需要電加熱器提供熱量，只需在反應(yīng)器開(kāi)啟過(guò)程中利用電加熱器將溫度升高至 350 ℃，而后 自動(dòng)停止加熱。
3.3 廢氣處理效果
三床式 RCO 反應(yīng)器投用后，對(duì)其處理能力進(jìn)行了標(biāo)定，標(biāo)定期間裝置兩條生產(chǎn)線運(yùn)行。對(duì)處理后的丁苯橡膠干燥廢氣中苯乙烯和非甲烷烴含量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)分析，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：廢氣中苯乙烯和非甲烷烴含量完全達(dá)到國(guó)家新頒布的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)RCO 處理后的干燥廢氣中的污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。
采用三床式 RCO 技術(shù)處理丁苯橡膠裝置干燥廢氣安全可靠性高，能源消耗少，處理效果好。廢氣中特征污染物苯乙烯含量可降至30 mg/m3 以下，非甲烷烴含量可降至 20 mg/m3 以下，達(dá)到了國(guó)家環(huán)保部新頒布的《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 (GB 31571 —2015 )要求，裝置實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)和環(huán)保優(yōu)先的目標(biāo)，也為國(guó)內(nèi)眾多生產(chǎn)丁苯橡膠的企業(yè)在廢氣達(dá)標(biāo)排放方面提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn) 。
