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當(dāng)前，國內(nèi)外有機(jī)廢氣的處理方式主要有生物處理法、熱破壞法、吸附法、液體吸收法、冷凝回收法、變壓吸附分離與凈化法和氧化法等工藝，其中氧化法又可分為催化氧化法和熱氧化法兩種，催化氧化法中的催化劑有貴金屬催化劑(如Pt、Pd)和非貴金屬催化劑(~13MnO2)，熱氧化法主要分為熱力燃燒式、間壁式和蓄熱式三種方式，主要區(qū)別在于熱量的回收方式上。對于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有毒有害且不需回收的VOC(揮發(fā)性有機(jī)物)廢氣，熱氧化法是前*適合的處理技術(shù)和方法，且產(chǎn)生的余熱還可綜合利用，減少能源消耗，該法現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電子、汽車、化工、制藥等行業(yè)的廢氣治理領(lǐng)域圈。

 

1 現(xiàn)有順酐廢氣處理工藝存在的問題

 

順丁烯二酸酐(以下簡稱順酐)在生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量含有苯、二甲苯、順酐、CO等污染物的氣體，為減少上述污染物對周邊環(huán)境的影響，原有廢氣處理措施為一級水夾套初冷、二級冷凍鹽水夾套深冷，通過苯、二甲苯、順酐的溶點低的物理特性去除大部分苯、二甲苯、順酐后，再經(jīng)活性炭吸附二級處理，進(jìn)一步去除過苯、二甲苯、順酐等殘留物。但因該廢無法從根本上解決順酐廢氣處理問題，而造成苯、二甲苯不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的主要原因是活性炭吸附容量易飽和，特別是尾氣中含水，活性炭吸水后不能吸附苯、二甲苯，此外活性炭吸水后與有機(jī)物結(jié)塊易局部造成堵塞，系統(tǒng)不能正常運行，構(gòu)成安全隱患。若將原有廢氣處理方式(冷凝+活性炭吸附)變更為蓄熱式熱氧化處理工藝，廢氣中的苯、二甲苯、CO、順酐等成分將得到高效處理，從而實現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

 

2 蓄熱燃燒法的工作原理 系統(tǒng)組成和工藝特點

 

2.1 工作原理

 

在有機(jī)廢氣凈化方法中，蓄熱燃燒法是目前很有發(fā)展前景的VOC 廢氣治理方法，在歐美發(fā)達(dá)國家，RTO爐(蓄熱式熱力焚化爐)已在整治VOCs廢氣凈化范圍內(nèi)起到主導(dǎo)地位，其基本原理是VOCs與O2發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2和H2O，化學(xué)方程式為：

 

 

其中a、b、c、d為方程式中的配平系數(shù)，隨著VOCs分子量的不同而發(fā)生變化。

 

該法所用的裝置蓄熱式熱力氧化器“RegenerativeThermal Oxidizer” (簡稱RTO)，在充分滿足燃燒過程的必要條件下，燃燒法可使有害物質(zhì)達(dá)到完成燃燒氧化。它主要是由陶瓷蓄熱床、自動控制閥、燃燒室和控制系統(tǒng)等組成固，其主要特征是蓄熱床底部的自動控制閥分別與進(jìn)氣總管和排氣總管相連，蓄熱床通過換向閥交替換向，將由燃燒室出來的高溫氣體熱量蓄留，并預(yù)熱進(jìn)人蓄熱床的有機(jī)廢氣，采用陶瓷蓄熱材料吸收、釋放熱量，預(yù)熱到一定溫度的有機(jī)廢氣在燃燒室發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2和H2O，得到凈化。同時，利用燃燒室蓄熱陶瓷耐高溫、吸熱快、散熱快的特性，回收潔凈的余熱應(yīng)用于生產(chǎn)工序，節(jié)約能源的消耗，RTO熱回收效率一般可達(dá)90％以上，由于RTO熱效率很高，通常只需補充少量輔助燃料，當(dāng)廢氣中有機(jī)物濃度達(dá)到一定值時即可實現(xiàn)自供熱操作。

 

2.2 系統(tǒng)組成

 

基本的RTO系統(tǒng)由1個公共燃燒室、2臺或多臺蓄熱室、1套換向裝置和相配套的控制系統(tǒng)組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，典型的RTO裝置可分為兩室RTO、三室和多室RTO等。兩室RTO是實現(xiàn)蓄熱式熱量回收的*基本結(jié)構(gòu)，熱量回收率超過95％，VOC 凈化率可達(dá)99％，但在切換氣流流動方向時，會有部分未經(jīng)處理的VOC 逸出到大氣中，造成二次污染；三室RTO的操作原理是在1個蓄熱室進(jìn)氣、1個蓄熱室排氣的同時，1個蓄熱室處于吹掃狀態(tài)，三室RTO可用于小到中等的廢氣流量，一般當(dāng)廢氣量大于6 000 Nm3／h，為保證氣流的均勻分布和傳熱效率，應(yīng)過渡到五室，當(dāng)處理氣量更大時，可用七室，本文中的廢氣處理量經(jīng)測算達(dá)到15000 Nm3／h，氣量較大，因此選用多室RTO爐。

 

2.3 工藝特點

 

RTO適用于處理2g／m3一8 g／m3濃度的有機(jī)廢氣，對于低熱值氣體濃度可達(dá)12 g／m3，特別適用于難分解組分的焚燒，且凈化率較高(多室>99.9％，兩室95％98％)，其次，RTO可適應(yīng)廢氣中VOCS的組分和濃度的變化波動，且對廢氣中夾帶少量灰塵、固體顆粒不敏感，RTO另一個顯著特點是熱回收率高，減少燃料的補充，節(jié)約了運行費用，因此，對處理量大、有機(jī)物含量低的碳?xì)浠衔镉袡C(jī)廢氣，效果十分顯著，但不適用于處理含有較多硅樹脂、含S、含Cl、含鹵素的有機(jī)物。

 

3 順酐廢氣組分及多室RTO焚燒工藝流程

 

3.1 順酐廢氣組分 ‘

 

順酐裝置的氧化催化劑在使用過程中，會隨著處理量的累積導(dǎo)致催化性能下降，從而會有微量苯氧化不完全，造成二次污染，順酐車間氧化廢氣的主要成分為CO、CO2及少量的苯、二甲苯、順酐等，其中CO、苯、二甲苯、順酐為易燃物質(zhì)，通過RTO爐進(jìn)行燃燒處理具備工藝可行性。

 

3.2 多室RTO焚燒工藝流程

 

順酐吸收塔廢氣(約45℃左右)首先經(jīng)旋風(fēng)除霧器去除夾帶水后，經(jīng)阻火器進(jìn)入氣體分布室，經(jīng)平均分配后進(jìn)人蓄熱室1—6吸收蓄熱體中儲存的熱量，廢氣預(yù)熱到650℃左右，預(yù)熱后的廢氣進(jìn)入熱氧化室高溫氧化分解，在熱氧化室，氧化溫度維持在800℃左右，煙氣停留時間大于1.2s，確保廢氣中所含有機(jī)物充分氧化分解為CO 、H2O等無害氣體，產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖徊糠诌M(jìn)入蓄熱室8～12通過直接接觸放熱給蓄熱體儲存熱量，同時煙氣溫度降至8O℃左右，蓄熱室出來的煙氣進(jìn)入氣體分布室，經(jīng)平均分配后由煙道進(jìn)人煙囪。另一部分高溫?zé)煔馔ㄟ^熱氧化室煙道支路進(jìn)入余熱鍋爐換熱，將4.0 MPa(壓力表指示的壓力)、104℃的鍋爐給水加熱成2.5 MPa(壓力表指示的壓力)、226℃的飽和蒸汽，換熱后的煙氣溫度降至160℃左右后經(jīng)煙囪排放到大氣中去。

 

通過反吹風(fēng)機(jī)抽取余熱鍋爐出來的部分煙氣到蓄熱室7進(jìn)行吹掃，排除蓄熱室7中殘留的廢氣。切換時間到達(dá)后，通過自動控制裝置，打開蓄熱室1的排煙氣閥門，同時關(guān)閉蓄熱室7的排煙氣閥門，再打開蓄熱室7的廢氣進(jìn)口閥門，關(guān)閉蓄熱室8的廢氣進(jìn)口閥門，打開蓄熱室8的廢氣吹掃閥門，一定時間后關(guān)閉蓄熱室8的廢氣吹掃閥門。焚燒處理工藝流程示意圖見圖1。

 

 

4 工程設(shè)計

 

a)焚燒爐。熱氧化爐燃燒氧化溫度維持在800oC左右，設(shè)計熱氧化室燃燒主反應(yīng)停留時間，其燃燒停留時間大于1.2 s；

 

b)煙囪。廢氣排放量以15000 Nm3/h計，煙囪氣流速度按10m/s～15m/s計算，現(xiàn)有煙囪3020mmx35000mm滿足GB50051—2002煙囪設(shè)計規(guī)范要求；

 

c)質(zhì)酐廢氣通過蓄熱式焚燒爐焚燒處理，在確保廢氣處理系統(tǒng)正常運行管理下，能大幅度降低廢氣中的有機(jī)污染物排放量；

 

d)廢氣量評估情況見表1。

 

由表1可知，順酐車間氧化廢氣中主要有機(jī)污染因子為苯、順酐等物質(zhì)，尾氣中的有機(jī)成分能完成氧化分解，順酐廢氣處理量為15000Nm3/h，按冷風(fēng)管的通風(fēng)風(fēng)管流速8m/s一12m/s計算，現(xiàn)有進(jìn)氣口管路 1800mm管徑滿足焚燒工藝要求；

 

e)根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范進(jìn)行設(shè)計 ，焚燒設(shè)備的設(shè)計參數(shù)見表2；

 

f)順酐氧化廢氣治理焚燒處理前后組分隋況見表3。

 

 

5 廢氣排放濃度及排放標(biāo)準(zhǔn)

 

RTO焚燒爐燃燒尾氣應(yīng)滿足GB 16297-2002大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中表2-級排放標(biāo)準(zhǔn)[sl、GB 9078—1996512業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[61、GB 14554-93惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)問、GB 3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)is]等相關(guān)要求，因廢氣中順丁烯二酸不具備監(jiān)測條件，改測非甲烷總烴，監(jiān)測結(jié)果顯示，苯和二甲苯已完全燃燒，無法檢出，非甲烷總烴由焚燒前的130mg/m3減少為焚燒后的1.07mg/m ，去除率達(dá)95％以上，CO濃度由焚燒前的1.83 X 104 mg/m，大幅度降低為焚燒后的403mg/m ，去除率達(dá)99.9％以上，廢氣排放濃度及排放標(biāo)準(zhǔn)及見表4。

 

6 結(jié)語

 

通過對順丁烯二酸酐車間氧化廢氣進(jìn)行焚燒處理，廢氣中的苯、二甲苯、順酐處理效率達(dá)到95％以上，CO處理效率達(dá)到99％以上。鑒于蓄熱式執(zhí)氧化處理技術(shù)相對于傳統(tǒng)廢氣處理技術(shù)具有明顯優(yōu)勢，該技術(shù)在國外已非常成熟，而在國內(nèi)的研究應(yīng)用尚處于起步階段，未來，以資源化循環(huán)利用為目的的RTO技術(shù)將是VOCs治理技術(shù)的發(fā)展趨勢，在節(jié)約能源和減少污染的情況下，還可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，前景相當(dāng)廣闊。