本頭條號每天都會發布環保以及相關行業的法規，資訊以及技術文章，如果感興趣，請關注本頭條號。
摘要： 利用獨創的高效耐腐蝕“Y”型三床式大型蓄熱氧化反應器(RTO)及性能可靠的耐腐蝕專用蓄熱氧化氣流切換提升閥,並採用蓄熱氧化-鹼洗-吸附組合工藝,對某企業氯苯、硝基氯苯等生產裝置和罐區的含氯揮發性有機物廢氣進行集中處理,考察了廢氣處理工業裝置的運行效果.在小型裝置上找出最佳操作條件,在入口總烴濃度為2000 ～3 000mg/m3,氧化溫度為850℃時,處理後淨化氣總烴質量濃度小於10 mg/m3.15 dam3/h蓄熱氧化處理裝置的生產運行和性能考核表明,氯苯化工裝置和罐區VOCs廢氣經過蓄熱氧化-鹼洗-吸附組合工藝的處理,淨化氣中有機物去除率99%以上,非甲烷總烴質量濃度小於10mg/m3,氯苯、苯、HCl等汙染物濃度低於檢出限,二噁英排放達標.
中國石化某化工廠長期排放大量含氯揮發性有機物廢氣，廢氣分別來自氯苯裝置和硝基氯苯裝置及附屬原料和產品罐區，其中，氯苯裝置廢氣已經過水洗、鹼洗處理，脫除了氯化氫(HCl)和氯氣(Cl2)，但廢氣中還有苯、氯苯等汙染物需要處理;硝基氯苯裝置廢氣經冷卻分液過程處理，廢氣中還有氯苯和硝基氯苯需要治理;罐區呼吸廢氣直接排放。這幾股廢氣所含汙染物組分複雜、異味大、毒性大，如不經處理直接排放，將嚴重超標，且有安全風險。
本研究採用中國石油化工股份有限公司大連石油化工研究院自行開發的蓄熱氧化(RTO)技術及反應器，對該企業氯苯裝置和硝基氯苯裝置及附屬原料和產品罐區的含氯揮發性有機物廢氣進行集中處理，考察了廢氣處理工業裝置的運行效果。
1治理目標
目前國內外有機化工裝置的苯和氯苯類汙染物排放標準見表1。我國各項汙染物排放標準均嚴於美國EPA的排放標準。
按表1中各汙染物排放最為嚴格的標準制定了該企業的治理目標，即P(非甲烷總烴)不大於20 mg/m3;p(苯)不大於4 mg/m3;p(氯苯類)不大T50 mg/m3;P(氯化氫)不大於30 mg/m3;p(二噁英)不大於0.1 ng/m3。
2廢氣排放情況
該企業廢氣來源主要為氯苯裝置真空泵和硝基氯苯裝置真空泵及附屬原料和產品罐區，見表2。這些廢氣中的主要汙染物是氯苯和苯，硝基氯苯由於凝固點(46 oC)和沸點(213.5℃)高、揮發性小，又採用氯苯作為液環真空泵的工作液，故在廢氣中的濃度低於檢出限值。這些廢氣的總排放氣量(以標準狀態計，下同)在750—2 350 m3/h波動，其中標準狀態單位體積氣體的氯苯質量濃度為5000—30000mg/m3，苯質量濃度為150—2000mg/m3。
3治理工藝路線的選擇
該企業的此股廢氣中主要含有氯苯、苯及少量多氯苯等汙染物，屬於含氯揮發性有機物廢氣，是揮發性有機物(VOCs)廢氣中最難處理的廢氣種類之一。現有的含氯揮發性有機物廢氣處理技術主要有回收法和熱氧化法，其中國內多采用回收法。該企業曾採用吸收一冷凝.吸附工藝對氯苯裝置尾氣進行治理，但是由於此工藝不能使尾氣達標排放，治理裝置目前已停運。熱氧化法主要包括高溫焚燒法(900—1100℃)、蓄熱氧化法(800—950℃)、催化氧化法(600℃以下)，上述三種氧化法在氧化含氯揮發性有機廢氣過程中都或多或少生成二嗯英。綜合考慮處理效果、能耗、操作費用和二嗯英產生量等因素，蓄熱氧化法是處理這類廢氣較為理想的處理方法。與此同時，為了去除蓄熱氧化反應後產生的HCl和極少量的二嗯英，該裝置採用蓄熱氧化VOCs一鹼洗脫HCl-活性炭吸附二嗯英的工藝路線。
4關鍵設備的開發
根據工藝要求，蓄熱氧化反應器設計規模(以標準狀態計)15dam3/h，反應器氧化室內設計溫度為1000℃、反應器外壁溫度小於50℃，設計壓力(表壓)為12kPa。蓄熱氧化反應器為大連石油化工研究院獨創的“Y”型三床結構，呈獨特的三角形周向均布，氧化室設置在頂部中心處，與三個蓄熱床上部聯通;在每個床層下部設置有廢氣進口、淨化氣出口和清洗氣進口並分別與相應的提升閥相連，清洗氣進口處設置有氣體分佈器，保證清洗過程無死角。
採用ANSYS軟件對蓄熱氧化反應器(RTO)內部流場進行模擬，設計蓄熱氧化反應器和內構件。如圖1分別對進口蓄熱床層、出口蓄熱床層和清洗蓄熱床層進行了流場模擬。從圖1可以看出，進氣經過下部整流板後，均勻進入蓄熱床層，經過氧化反應後的淨化氣出氣均勻從蓄熱床流出，清洗氣通過分佈器後可均勻分佈，無死角，可有效地清洗蓄熱體中殘存的廢氣，避免下部殘留廢氣影響淨化氣的達標排放。
蓄熱氧化裝置進、出氣切換閥門是關鍵部件，因閥門切換頻次高，密封和耐腐蝕要求嚴格，為蓄熱氧化裝置易損部件和故障點，如果設計不好將影響裝置長週期穩定運行。為保證裝置正常穩定運行，設計開發了耐腐蝕氣動提升式閥門。提升閥由氣缸驅動，設置有緩衝防衝擊結構，閥杆採用導輪結構，閥座上設計有密封圈，實現了提升閥操作過程中的低噪音和良好的密封效果，保證了長週期穩定運行。
5裝置運行參數的確定
裝置建成前，對該股廢氣進行了工業側線試驗，主要考察廢氣濃度、氧化溫度對處理效果的影響以及氯化氫和二嗯英生成情況，找出最佳操作條件及工業裝置運行參數。通過調節稀釋空氣量改變蓄熱氧化裝置入口總烴濃度，總烴濃度與處理效果的關係見表3。
由表3可以看出：
(1)在燃燒室溫度為850℃條件下，出口淨化氣總烴均小於10 ms/m3，氯苯濃度符合GB 31571--2015標準要求，實現了廢氣深度治理目標。
(2)在保證一定溫度的條件下，進口總烴(以標準狀態計，下同)在500—5 300 ms/m。3波動，經過處理都可以實現達標排放，且進口總烴濃度變化基本不影響處理效果。
(3)進口總烴濃度在1 500 ms/m3以上時，整， 個蓄熱氧化系統可以維持能量自平衡，無需額外補充燃料。
氧化溫度對處理效果的影響見表4。
由表4可以看出，在進口廢氣總烴濃度為3 000—5 000 ms/m3條件下，隨著氧化溫度升高，淨化氣出口總烴濃度降低，當溫度達到850℃時，淨化氣總烴濃度低於20 ms/In3，已經達到目前已知國內外最嚴格的排放標準要求。
試驗期間，裝置人口總烴質量濃度2000—3 000ms/m3，採樣分析了蓄熱氧化裝置出口氣體中的氯化氫和二嗯英濃度，見表5。
由表5可知，蓄熱氧化裝置排放氣中有較高濃度的氯化氫，超過排放標準，需要處理;二噁英濃度大於《石油化學工業汙染物排放標準》(GB 31571--2015)中0.1 ns/m3的最大濃度限值，需要進行脫除二噁英處理。
6工業應用試驗
6.1 生產運行數據
在工業試驗運轉期間，對蓄熱氧化反應器的進、出口廢氣的總烴濃度進行了連續監測，監測數據如表6所示。
由表6可見，氯苯等含氯有機物廢氣經過RTO處理，淨化氣中總烴濃度均低於20ms/m3，總烴去除率大於99%，遠優於《石油化學工業汙染物排放標準》(GB 31571--2015)要求。
期間，對鹼液吸收塔出口廢氣中的HCl濃度進行了一月一次的檢測，HCl濃度均低於檢出限值。對裝置出口活性炭濃度進行了採樣分析，見表7，均低於排放指標要求的0.1 ng/m3。
6.2裝置72 h運行性能考核
2016年11月2日9：00-5日9：00對裝置進行了72 h性能考核。在考核過程中，對裝置進、出口氣體進行了採樣分析，表8是考核過程中淨化氣的達標情況。由表8可見，出口淨化氣非甲烷總烴質量濃度小於10 ms/m3，非甲烷總烴去除率大於99%，遠低於GB16297和GB31571排放要求。
7結論
(1)採用獨創高效耐腐蝕“Y”型三床式大型蓄熱氧化(RTO)反應器及內構件，反應器內部流場和溫度場分佈均勻，避免了氣流換向切換髮生震動現象;研製了性能可靠、耐腐蝕專用蓄熱氧化氣流切換提升閥，操作過程噪音低、密封性好，氣流換向穩定。
(2)建成15 dam3/h蓄熱氧化一吸收-吸附處
理裝置，其廢氣氯苯等揮發性有機物去除率99%以上，淨化氣非甲烷總烴小於10 mg/m3，氯苯、苯、HCl等汙染物濃度低於檢出限，二噁英排放達標。
閱讀更多 山赫環保科技 的文章
