煤化工低溫甲醇洗VOC處理采用蓄熱式焚燒爐工藝分析

近期參與了幾個(gè)煤化工項(xiàng)目的環(huán)評(píng)，其中低溫甲醇洗的VOC治理日益受到關(guān)注。目前的幾個(gè)項(xiàng)目環(huán)評(píng)中都采用的是蓄熱式熱力氧化爐即RTO。目前在石油化工、半導(dǎo)體、化學(xué)制藥、噴漆、油漆和涂料生產(chǎn)化學(xué)品制造行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。在煤化工行業(yè)由于尚無運(yùn)行所以也沒有成功案例。所以本文試從幾個(gè)方面對(duì)RTO存在的問題和缺陷進(jìn)行分析，供大家參考。

蓄熱式熱力氧化爐（Regenerative Thermal Oxidizer）簡(jiǎn)稱RTO，是一種高效的有機(jī)廢氣處理設(shè)備，其工作原理為采用陶瓷蓄熱氧化技術(shù)，將揮發(fā)性有機(jī)化合物（以下簡(jiǎn)稱VOC氣體）經(jīng)過蓄熱室吸熱升溫后，進(jìn)入燃燒室高溫氧化焚燒，VOC氣體在含氧環(huán)境下，達(dá)到自燃點(diǎn)后氧化成二氧化碳和水，再經(jīng)過另一側(cè)蓄熱室將熱量交換給蓄熱陶瓷，經(jīng)過高溫氧化處理后的潔凈氣體低溫排放，蓄存的熱量用于預(yù)熱新進(jìn)入的VOC氣體，經(jīng)過周期性地改變氣流方向從而保持爐膛溫度的穩(wěn)定，與傳統(tǒng)的催化燃燒、直燃式熱氧化爐相比，RTO具有熱回收率高和VOC氣體去除率高的特點(diǎn)，是適合煤化工低溫甲醇洗大風(fēng)量、低濃度的特點(diǎn)。

圖1、兩室RTO 余熱回收簡(jiǎn)易流程

煤化工企業(yè)產(chǎn)生的有機(jī)廢氣主要來自于低溫甲醇洗裝置排放的二氧化碳尾氣，這些尾氣甲烷濃度較高，燃燒熱值高，非甲烷總烴質(zhì)量流率大；有機(jī)物成分含：氫氣、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、硫化氫、甲硫醇、羥基硫、硫化碳如果直接排放，不僅對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，更是對(duì)能源的浪費(fèi)；一般情況下VOC濃度達(dá)到3% –4% LEL時(shí)，RTO氧化爐運(yùn)行基本無需補(bǔ)入天然氣；因此低溫甲醇洗有機(jī)廢氣通過RTO處理后，可將RTO燃燒室高溫?zé)煔膺M(jìn)行余熱回收， 一般使用余熱蒸汽鍋爐。

低溫甲醇洗裝置排放廢氣惰性氣體體積比含量大，氧氣含量低，有機(jī)物濃度高，為了滿足RTO使用條件，根據(jù)有機(jī)物濃度使用空氣比例稀釋，同時(shí)利用空氣中的氧氣給有機(jī)物提供氧化劑，再由風(fēng)機(jī)送入RTO蓄熱室預(yù)熱、氧化；通過閥門切換再經(jīng)過另一床層蓄熱室熱量交換后，由于RTO自身熱回收效率高達(dá)95%以上，當(dāng)有機(jī)廢氣濃度高時(shí)，可通過RTO氧化室高溫?zé)崤酝ㄒ龈邷責(zé)煔猓?00多℃）導(dǎo)入余熱鍋爐（通常使用蒸汽鍋爐），實(shí)現(xiàn)RTO自身的熱量平衡，既能避免氧化室出現(xiàn)高溫跳機(jī)，又能實(shí)現(xiàn)多余熱量回收利用功能。RTO熱能回收不僅解決了低溫甲醇洗裝置排放廢氣環(huán)境污染的問題，而且通過蒸汽回收給企業(yè)增加收益，減少了能源的消耗。

但RTO作為一種新設(shè)備，國(guó)內(nèi)環(huán)保公司無相關(guān)的制造標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際使用過程中，極易發(fā)生安全事故。從浙江**石化經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管委會(huì)調(diào)查部分企業(yè)的RTO使用基本情況來看：

從企業(yè)情況調(diào)查來看，RTO處理高濃度有機(jī)廢氣，廢氣量和VOC氣體濃度不穩(wěn)定，RTO運(yùn)行中的安全風(fēng)險(xiǎn)較大，RTO是明火設(shè)備，一般情況下不會(huì)發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故，但化工行業(yè)的特點(diǎn)覺得了有機(jī)廢氣濃度的不穩(wěn)定，為有效防范RTO安全事故，安全的規(guī)范的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。使用時(shí)要采取Anjule-GRTO更嚴(yán)格的安全措施。

（1）嚴(yán)格控制RTO進(jìn)口有機(jī)物的濃度，使其控制在一個(gè)安全的水平，這是預(yù)防爆炸的一個(gè)最根本的措施。RTO本身就是個(gè)點(diǎn)火源，如果進(jìn)口濃度已經(jīng)超過爆炸下限，即使前面用了防爆風(fēng)機(jī)、管道采用了防靜電都無濟(jì)于事。由于有機(jī)物的爆炸下限隨著氣體溫度的提高會(huì)大幅降低，同時(shí)由于煤化工企業(yè)有機(jī)廢氣的突發(fā)性排放，入口濃度必須遠(yuǎn)低于爆炸下限。

（2）在RTO的廢氣管線上設(shè)置2個(gè)以上可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)儀，并實(shí)行有機(jī)廢氣在線監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)儀與RTO入口閥門&緊急旁通閥門連鎖，任意一個(gè)監(jiān)測(cè)儀報(bào)警，將達(dá)到爆炸極限的廢氣通過緊急處理裝置旁通，避免這部分廢氣進(jìn)入RTO燃燒室后發(fā)生爆炸。

（3）在RTO入口有機(jī)廢氣設(shè)置噴淋洗滌塔，對(duì)固體顆粒物進(jìn)行預(yù)處理，廢氣預(yù)處理不徹底，廢氣中的可燃粉塵有機(jī)物固體顆粒等在RTO的蓄熱室陶瓷層中集聚可能引發(fā)火災(zāi)事故，通過洗滌塔同時(shí)可以去除有機(jī)廢氣中含有的酸性腐蝕性物質(zhì)，減少氣體對(duì)RTO爐體、閥門等設(shè)備腐蝕；洗滌塔可以起到高濃度有機(jī)廢氣稀釋混合時(shí)紊流緩沖的左右，避免有機(jī)廢氣局部區(qū)域出現(xiàn)混合不均勻而出現(xiàn)閃爆。

（4）在RTO廢氣進(jìn)氣口安裝機(jī)械阻火器，一般情況下爐內(nèi)的高溫廢氣不會(huì)回流到廢氣收集管內(nèi)，如若RTO爐的正壓波動(dòng)較大，而此時(shí)廢氣收集管又未安裝阻火裝置，則可能導(dǎo)致高溫廢氣回流至RTO出口管道內(nèi)，引起廢氣管道爆炸等安全事故。RTO爐體安裝泄爆門或者泄爆口，降低RTO爆炸時(shí)所產(chǎn)生的損失。

    同時(shí)，根據(jù)國(guó)家環(huán)保部公告2013年第31號(hào)《揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）污染防治技術(shù)政策》第（七）條“在煤炭加工與轉(zhuǎn)化行業(yè)，，，重點(diǎn)識(shí)別、排查工藝裝置和管線組件中VOCs泄露的易發(fā)為止，制定預(yù)防VOCs泄露和處置緊急事件的措施”和第二十七條“當(dāng)采用熱力焚燒等方法進(jìn)行末端治理時(shí)，應(yīng)編制本單位事故火災(zāi)、爆炸等應(yīng)急救援預(yù)案”。所以，Anjule-GRTO的渦流應(yīng)急塔能較好的符合環(huán)保部的應(yīng)急措施，有效的避免了火災(zāi)事故發(fā)生，同時(shí)，在RTO爐發(fā)生事故、檢修的時(shí)候，可以啟動(dòng)CHO91渦流應(yīng)急塔，確保了企業(yè)的正常生產(chǎn)。

作者鄭承煜，中國(guó)煤化工VOCs治理技術(shù)中心主任、上海市環(huán)保產(chǎn)業(yè)研究院大氣污染防治研究所所長(zhǎng)