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      催化氧化處理環(huán)己酮氧化尾氣

      2020-07-25 01:47:08夏碧波姜雨土王建輝白金鴿侍興龍
      化工生產(chǎn)與技術(shù) 2020年1期
      關(guān)鍵詞:總烴環(huán)己酮氮氣

      夏碧波,姜雨土,朱 杰,王建輝,白金鴿,侍興龍

      (衢州巨化錦綸有限責任公司 浙江 衢州324004)

      針對環(huán)己酮氧化尾氣的處理,目前國內(nèi)外有廠家采用變壓吸附、石蠟油吸收等技術(shù)[1-2]。但對烷烴類氣體的去除率低,存在解析的二次污染,且處理效果不理想,不能達到GB 31571-2015 規(guī)定的排放標準[3]。

      環(huán)己酮氧化尾氣壓力1.0 MPa、體積流量約13×103m3/h(標準狀態(tài)),氮氣的質(zhì)量分數(shù)約97%、含有的主要有機成分為乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、環(huán)己烷、環(huán)己酮和環(huán)己醇,若直接排入大氣會對大氣環(huán)境造成污染,而且氧化尾氣的高壓動能和有機物組分(熱能)沒有得到有效回收,造成能源的浪費。因此通過高溫高壓催化氧化工藝去除氧化尾氣中的有機物,達到GB 31571-2015 排放標準,并采用膨脹發(fā)電技術(shù),合理利用凈化后尾氣的高溫高壓能源,達到裝置節(jié)能降耗的目的。

      1 技術(shù)原理

      通過催化氧化脫除環(huán)己酮氧化尾氣中的有機物,產(chǎn)出的高溫氮氣經(jīng)能量回收后排放大氣。

      催化氧化是典型的氣-固相催化反應,其實質(zhì)是活性氧參與的深度氧化作用。在催化氧化過程中,催化劑的作用是降低活化能,同時催化劑表面具有吸附作用,使反應物分子富集于表面提高了反應速率,加快了反應的進行。借助催化劑可使有機物在較低的起燃溫度條件下,發(fā)生無焰燃燒,并氧化分解為CO2和H2O,同時放出大量熱量。

      高壓的氧化尾氣,預熱后進入裝有鉑、鈀等貴金屬顆粒催化劑的固定床反應器進行高溫(450 ℃)、高壓催化氧化反應,在催化劑的作用下,氧化尾氣中的有機物進行深度氧化反應,生成CO2和H2O,氧化反應后除去氧化尾氣中有機物,同時放出大量的熱。凈化后的高溫高壓尾氣進入膨脹機,膨脹機所產(chǎn)生的機械功拖動發(fā)電機,用于并網(wǎng)發(fā)電。

      主要化學反應:1)乙烷氧化反應:

      2)丙烷氧化反應:

      3)丁烷氧化反應:

      4)戊烷氧化反應:

      5)環(huán)己烷氧化反應:

      6)環(huán)己酮氧化反應:

      7)環(huán)己醇氧化反應:

      2 技術(shù)方案

      80 kt/a環(huán)己酮裝置,氧化尾氣綜合治理主要流程如圖1所示。

      圖1 氧化尾氣綜合治理工藝流程Fig1 Oxidation process flow chart for comprehensive treatment of tail gas

      環(huán)己烷與壓縮空氣反應產(chǎn)生的氧化尾氣(壓力1.0 MPa,溫度10 ℃,體積流量13×103m3/h),進入氣液分離罐,去除可能夾帶的液體并起到緩沖作用,進入預熱器與反應后的氧化尾氣進行換熱后溫度達到200 ℃左右從固定床反應器頂部進入,在反應器內(nèi)尾氣中的有機成分,在高溫高壓(溫度300~460 ℃,壓力0.9 MPa)催化劑(鉑鈀貴金屬)的作用下,發(fā)生氧化反應,生成二氧化碳和水,反應后的氧化尾氣經(jīng)換熱器降溫至200~300 ℃后進入發(fā)電機組進行膨脹發(fā)電,降溫降壓(溫度30 ℃,壓力0.2 MPa)后的凈化尾氣進入放空管直接放空;膨脹發(fā)電機組產(chǎn)出的電能外輸并網(wǎng)使用。

      裝置設(shè)置完善的溫度監(jiān)控系統(tǒng),根據(jù)反應器的溫度的變化對系統(tǒng)進行聯(lián)鎖保護,確保催化氧化系統(tǒng)的安全和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。設(shè)置氮氣保護系統(tǒng),聯(lián)鎖后時利用氮氣對系統(tǒng)進行保護。

      3 實施效果

      裝置建設(shè)安裝完成后一次性開車成功,經(jīng)過72 h的滿負荷穩(wěn)定運行,氧化尾氣處理前后非甲烷總烴含量及其去除率隨機抽樣6 次分析結(jié)果如表2所示。

      表2 氧化尾氣催化氧化非甲烷總烴處理效果Tab 2 Results of tail gas oxidation treatment

      從表2可以看出,尾氣處理后非甲烷總烴質(zhì)量濃度20 mg/m3以下,下降約1 500 mg/m3,非甲烷總烴去除率達到99%以上,與GB 31571-2015 的排放指標,非甲烷總烴質(zhì)量濃度≤120 mg/m3,非甲烷總烴去除率≥95%相比,處理后氧化尾氣遠優(yōu)于排放指標。對80 kt/a 環(huán)己酮裝置氧化尾氣的排放量約13×103m3/h,每小時減排非甲烷總烴約19.5 kg。

      每氧化尾氣通過膨脹發(fā)電可產(chǎn)出60 W/m3電能,80 kt/a 環(huán)己酮裝置每年凈發(fā)電能約6.5 MW,按0.75元/(kW·h)計算,每年可產(chǎn)生效益約487.5萬元。

      氧化尾氣處理裝置及發(fā)電機組總投資約1 300萬元,不增加操作人員,約3年可以收回成本。

      4 結(jié) 論

      處理有機尾氣,催化氧化反應法消除徹底,沒有二次污染,是理想的處理含VOC尾氣的工藝。

      80 kt/a環(huán)己酮裝置氧化尾氣處理前非甲烷總烴的質(zhì)量濃度5~6 g/m3,處理后非甲烷總烴的質(zhì)量濃度<20 mg/m3,去除率99%以上,遠優(yōu)于GB 31571-2015排放指標。

      處理裝置設(shè)溫度監(jiān)控系統(tǒng)和氮氣保護系統(tǒng),因此工藝安全、技術(shù)可靠,運行成本低、操作簡便。既治理了氧化尾氣對環(huán)境的污染,又充分利用了尾氣中的能量,每年可產(chǎn)生效益約487.5 萬元,約3年可以收回成本。符合國家產(chǎn)業(yè)政策和環(huán)保政策,實現(xiàn)節(jié)能降耗與綠色排放。

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