高壓聚乙烯裝置VOCs廢氣處理中熱氧化工藝的應(yīng)用及實(shí)例研究

摘 要：VOCs是光化學(xué)煙霧和PM2.5的“元兇”，主要源自于高壓聚乙烯裝置的排放氣，其濃度超過(guò)限值時(shí)，將誘發(fā)環(huán)境污染問(wèn)題或加劇環(huán)境污染。針對(duì)VOCs排放量不達(dá)標(biāo)的情況，需對(duì)高壓聚乙烯裝置運(yùn)行期間的廢氣采取針對(duì)性的處理措施，以便有效降低VOCs的濃度，最大限度減小對(duì)環(huán)境的污染。鑒于此，下文則從熱氧化工藝的角度切入，對(duì)VOCs廢氣處理問(wèn)題展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞：VOCs;熱氧化工藝;高壓聚乙烯裝置;實(shí)例研究

1高壓聚乙烯裝置VOCs廢氣的產(chǎn)生機(jī)制及特點(diǎn)

高壓聚氧乙烯裝置為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的重要“生產(chǎn)力”，擠出工段和產(chǎn)品摻混工段伴有較明顯的VOCs廢氣排放現(xiàn)象，此類氣體中混有空氣，排放壓力偏低，因此不具備引入火炬系統(tǒng)的條件，且VOCs的濃度偏高，導(dǎo)致環(huán)境品質(zhì)受到影響。

并且，高壓聚乙烯裝置中的廢氣還存在如下幾方面的特點(diǎn)：

（1）含粉塵。產(chǎn)品經(jīng)切粒處理后，經(jīng)由氣力傳輸?shù)耐緩睫D(zhuǎn)至料倉(cāng)內(nèi)，期間氣力傳輸?shù)乃俣瓤蛇_(dá)到25～30m/s，產(chǎn)品顆粒表面普遍以粗糙狀為主，顆粒與管壁間存在較明顯的摩擦現(xiàn)象，由此生成大量細(xì)粉。

（2）廢氣排量大。料倉(cāng)排放氣、擠出機(jī)振動(dòng)篩排氣等均是主要的廢氣來(lái)源途徑，此類排放氣需經(jīng)過(guò)粒料輸送及脫氣處理，需氣量較大，自然會(huì)出現(xiàn)廢氣排放量偏大的情況。

2 VOCs熱氧化脫除技術(shù)分析

蓄熱式熱氧化器是現(xiàn)階段較為主流的安全環(huán)保裝置，在處理低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣方面具有較佳的應(yīng)用效果，其原理在于提高廢氣的溫度（直至其能夠發(fā)生氧化反應(yīng)為止），在該溫度環(huán)境中分解碳?xì)浠衔?，生成CO2和H2O，再將其直接排放至大氣中。盡管廢氣中VOCs濃度較高，但得益于系統(tǒng)的蓄熱優(yōu)勢(shì)，可以在不新增燃料的前提下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)。

VOCs熱氧化脫除技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需得到RTO裝置的支持，核心組成為蓄熱室以及位于頂部的燃燒室，蓄熱體以陶瓷材料居多，具有耐高溫的特點(diǎn)，在發(fā)生氧化反應(yīng)后，存在于高溫?zé)煔鈨?nèi)的熱量將被有效轉(zhuǎn)至蓄熱體內(nèi)，后續(xù)隨著高溫?zé)煔獾呐懦觯嬖谟赗TO中的尾氣將會(huì)在蓄熱體的帶動(dòng)作用下升溫，發(fā)生氧化反應(yīng)，高溫?zé)煔馑邆涞臒崃拷?jīng)其它蓄熱室傳遞至蓄熱陶瓷中，從而達(dá)到蓄熱陶瓷升溫、煙氣降溫的效果，最終將處理后的煙氣排出。

3高壓聚乙烯裝置后工段排放氣處理實(shí)例應(yīng)用

在石化裝置處理VOCs氣體的工藝體系中，以RTO技術(shù)頗具代表性，其具有適用范圍廣、去除效率高、成本低等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。對(duì)此，下文則結(jié)合實(shí)例展開(kāi)分析。

3.1案例概述

某8×104t/a高壓聚乙烯裝置，廢氣排放總量可達(dá)40000Nm3/h，其中VOCs平均濃度680mg/m3，主要成分為微量粉塵，約0.6t/周，來(lái)源途徑以高壓乙烯裝置的排放廢氣為主。為盡可能減小VOCs所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，需加強(qiáng)對(duì)VOCs的處理。為取得較佳的綜合應(yīng)用效果，此處從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益兩個(gè)角度展開(kāi)分析，對(duì)RTO技術(shù)的應(yīng)用效果作出判別。

3.1技術(shù)層面分析

RTO燃燒室的溫度可維持在較高的狀態(tài)，在良好的溫度環(huán)境下，廢氣中的VOCs氧化更充分，因此能夠較為高效地去除VOCs（通常，去除率可超過(guò)98%）。RCO在去除VOCs時(shí)存在諸多干擾因素，以廢氣停留時(shí)間、催化劑特性有密切的關(guān)聯(lián)，在高壓聚乙烯裝置運(yùn)行階段，后工段排放氣中含較為豐富的粉塵，因此RCO處理過(guò)程中潛在催化劑中毒的風(fēng)險(xiǎn)。較之于RCO設(shè)備，RTO設(shè)備的允許入口廢氣粉塵量較大（可達(dá)到10mg/Nm3），因此對(duì)上游除塵設(shè)備的過(guò)濾精度提出較高的要求，在切實(shí)提高過(guò)濾精度后，能夠更為充分地發(fā)揮出RTO設(shè)備在去除VOCs方面的優(yōu)勢(shì)。

3.2成本層面分析

在廢氣流量一致的條件下，RCO投資費(fèi)用相對(duì)較高（超過(guò)RTO的30%左右），若使用的催化劑中摻雜粉塵，所需的成本將進(jìn)一步增加。對(duì)于低濃度的VOCs廢氣，在對(duì)其采取處理措施后，可以有效彰顯出催化氧化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，即反應(yīng)溫度低、燃料消耗量少，此時(shí)的成本投入較低。但立足于長(zhǎng)遠(yuǎn)的目光，在應(yīng)用催化氧化工藝后，存在頻繁更換催化劑的情況，更換周期通常在5年左右，需在材料、勞動(dòng)力等方面投入較多的成本。因此，綜合考慮催化劑和燃料的費(fèi)用，RCO設(shè)備在運(yùn)行及維護(hù)方面的費(fèi)用相對(duì)高于RTO設(shè)備。

3.3結(jié)果分析

結(jié)合前述有關(guān)于技術(shù)和成本投入兩個(gè)角度的分析，可知蓄熱氧化法具有安全、操作便捷、成本低等特點(diǎn)，在處理含粉塵的VOCs時(shí)具有較好的應(yīng)用效果。因此，可以引入熱氧化工藝（RTO），將其作為高壓聚乙烯裝置廢氣處理的支撐技術(shù)。

以排氣量（40000Nm3/h）和VOCs濃度為主要參考，配備1臺(tái)RTO設(shè)備，處理能力為50000Nm3/h，其采用的是直列3塔式結(jié)構(gòu)，包含蓄熱室、燃燒室、換向閥、增壓風(fēng)機(jī)等相關(guān)裝置，彼此間協(xié)同運(yùn)行，高效完成VOCs廢氣的處理工作。

自RTO設(shè)備啟用以來(lái)，后續(xù)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況適度調(diào)試，從而確定廢氣在RTO燃燒室內(nèi)最為合適的停留時(shí)間，即1.5s，經(jīng)該階段后轉(zhuǎn)化、排出。溫度方面，燃燒室達(dá)到800℃時(shí)，可以有效處理廢氣，各項(xiàng)指標(biāo)均被控制在許可范圍內(nèi)，表明RTO的運(yùn)營(yíng)效果較佳。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，蓄熱式氧化法在處理VOCs廢氣方面具有較好的應(yīng)用效果，可以適應(yīng)VOCs廢氣濃度的變化，適用范圍較廣，且能夠取得較佳的凈化效果，經(jīng)處理后，廢氣的各項(xiàng)指標(biāo)均可滿足要求，是一種兼具高效率、高便捷性、高環(huán)保性等多重特性的綜合型廢氣處理方案，可以作為類似工程的參考，同時(shí)也值得技術(shù)人員持續(xù)探索。

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作者簡(jiǎn)介：

張保圓，男，1987年12月生，漢族，籍貫山東省濟(jì)寧市梁山縣，大學(xué)本科畢業(yè)， 工程師，工藝技術(shù)管理。

（中國(guó)石油化工股份有限公司齊魯分公司塑料廠）