聚烯烴有機廢氣的綠色環保技術

空氣中含有一定的人類疾病，一些是刺激性物質（vocs），主要來自生產過程或加工過程，如化工和制藥的生產過程、油漆、浸泡、偽裝、研磨、金屬清潔、，汽車零部件的安裝和運輸過程以及塑料、橡膠、半夏和電子行業的生產和加工過程。VOCs是大氣污染形成的重要原因之一,多數VOCs本身具有毒理特性,甚至具有強致癌性,給人體健康帶來巨大威脅;還有一些VOCs物種具有較強的光化學反應活性,在環境中進行二次轉化,對生態環境造成不可估量的損害。在我國污染物揮發性有機物排放清單中,化工生產和儲存是揮發性有機物污染主要源頭之一,有機化工行業的排放量又占化工生產總排放量的98%,其中有機合成材料生產的排放是基礎材料的4倍近年來,隨著上游烯烴生產裝置的建設,大量的聚烯烴生產裝置建成投產。《合成樹脂工業污染物排放標準》GB31572-2015制定聚烯烴生產的污染物排放控制標準,自2017年7月1日起,現有已建成企業和新建企業均應執行此排放標準,將非甲烷總烴(NMHC)作為排氣筒和廠界揮發性有機物排放的綜合性指標。標準中還規定,在國土開發密度已經較高,環境承載能力已經開始減弱、大氣環境容量有限、生態環境脆弱、容易發生嚴重大氣污染問題而需要采取特別保護措施的地區應嚴格控制企業的污染排放行為,針對有組織排放的非甲烷總烴濃度限值為60mg/m1有機廢氣的上傳本裝置生產過程中排放的廢氣,主要含有粉塵和有機物兩種污染物,粉塵為聚烯烴小顆粒,排放量可以通過提高后續的過濾器過濾精度來降低;而有機物則成分復雜。目前有機廢氣主要有全廠火炬、地面火炬和環境大氣三個去向,壓力足以進高壓火炬管網的,則送入采用高架火炬處理有機廢氣的全廠火炬,壓力低的,則送往裝置內的地面火炬或排放至環境大氣。按照新標準要求,其中排放至地面火炬和環境大氣的廢氣已無法滿足日益嚴格的環保要求。1.1有機廢氣源及排放特點本聚烯烴裝置中某重要設備,正常操作壓力不大于18kPa。全廠火炬系統最低背壓(>50kPa)已完全不能滿足該設備排放需求,為此引入專用火炬來獲得低且穩定的背壓環境,為了提高土地使用效率一般采用封閉式地面火炬。封閉式地面火炬主要由直立式燃燒塔、分液罐、水封罐、火炬氣管線及控制閥組、蒸汽管線及控制閥組、分級燃燒器、長明燈、控制系統等組成,具有噪音低、熱輻射強度小、處理負荷范圍寬、維護檢修方便等特點,近些年在石油化工行業被廣泛采用。本裝置穩定操作時排向地面火炬的有機廢氣源,見表1。排放源1和排放源2的排放氣主要組分為碳四和碳五雜質;排放源3是為保護工藝設備操作壓力時閥門開啟排放,主要組分為碳三以下輕烴;排放源4為設備正常穩定生產時排放,連續穩定,排放壓力低,熱值為1416.8kJ/Nm由表2可見,廢氣組分主要為氮氣,含少量乙烷,無法達到直接排放標準,如送地面火炬處理,則熱值過低,需補充天然氣將熱值調整至7880kJ/Nm1.2煤炭階段運移的影響聚烯烴粉料樹脂是在后處理單元得到粒料產品,在料倉中存儲。由于產品存量大、停留時間長,顆粒中溶解的烴類在此處緩慢釋放,同時產品輸送過程中產生的粉塵也在此積聚,為了保證生產的安全進行,粒料處理系統配備吹掃風機對每個料倉連續吹掃,吹掃氣從倉頂收集后經過濾器去除粉塵排向環境大氣,簡要流程見圖1。由圖1可見,粒料處理系統中只有針對氣體中粉塵的過濾設施,處理過程中釋放的烴類沒有經過任何處理便排入大氣,是聚烯烴裝置有機廢氣的主要直接排放源。本聚烯烴裝置此排放廢氣(排放源5)的排放壓力約10kPa,組成主要為揮發性有機物,扣除甲烷組分后總烴濃度為105.08mg/m以往對此放空廢氣的處理方法是通過稀釋風機(圖1虛線處)將約十倍的空氣與有機廢氣混合,以降低非甲烷總烴濃度至達標,實質上非甲烷總烴總量未變,對環境保護并無任何積極作用,隨著環保要求的日益嚴格,現狀終究需要改變,有效并經濟的處理方案選擇也將越發迫切。2有機廢氣回收技術的發展方向衡量火炬燃燒效率主要有兩個指標:燃盡率和破壞去除率。燃盡率是指火炬氣中完全轉化為CO排放源5的有機廢氣主要成分是空氣,風量大,有機物濃度低,無法排至火炬系統處理,回收利用到能再利用的純度,在經濟上幾乎無法承受。既環保又節能,而且經濟合理,是當前有機廢氣處理技術的發展方向。目前已開發出很多技術,有些已在工業生產中獲得成功應用,有側重回收的熱力學方法如冷凝、吸收、吸附和膜分離等,也有破壞式的生物降解法、催化燃燒法和熱力燃燒法等。排放源4和排放源5若采取回收的辦法,因含有大量空氣,在有機物提濃過程中形成爆炸危險環境難以避免,回收效益小、難度大、投資高;采用生物降解法,對有機廢氣的溫度、濃度、濕度的變化極為敏感,要求高;采用催化燃燒法,有機廢氣雖均經過濾但仍含有微量粉塵,可能會對催化燃燒用催化劑造成污染,達不到預計效果。本文擬采用熱力燃燒法中的蓄熱式焚燒(RegenerativeThermalOxidizer,簡稱RTO)技術,將排放源4和排放源5的有機廢氣中的烴類轉化為無害物質再排入大氣。3治理廢水處理的種類及vocs治理裝備篩選2017年12月15日,工業和信息化部裝備工業司國家重大技術裝備辦公室發布關于《首臺(套)重大技術裝備推廣應用指導目錄》(2017年版)的公示,共有14大類的600多種裝備,其中在大氣污染裝備中“沸石蜂窩轉輪吸附濃縮-蓄熱(催化)氧化耦合裝置”和“低濃度有機廢氣濃縮-蓄熱氧化處理裝備”兩種VOCs治理裝備成功入選。RTO技術就是上述大氣污染裝備中的第二種設備,在《指導目錄》中公示的主要指標:單臺裝置的單體轉輪處理風量大于或等于10000m3.1第二代三室rto燃燒有機廢氣RTO設施主要由蓄熱室及頂部相連通的燃燒室組成。蓄熱室中填充蓄熱體,通常采用具有良好耐高溫性能的陶瓷材料;燃燒室中設有輔助燃燒器或電加熱器,開工時將蓄熱體加熱到一定溫度,或廢氣中可燃物濃度很低時補充熱量維持燃燒室所需反應溫度。蓄熱室和燃燒室均砌有耐火磚并用陶瓷纖維保溫,蓄熱體和耐火材料都具有高的蓄熱容量,因而即使廢氣組成或可燃物熱值波動,燃燒室也可以保持均勻的溫度分布。第一代的RTO設施主要由兩臺蓄熱室組成,由于存在可能會發生兩個蓄熱室切換時反應并未完全,或進氣閥與出氣閥同時啟動,使有機廢氣直接走短路與凈化氣一起排出,降低整體燃燒效率。為此,增加一臺蓄熱室的方式即第二代三室RTO解決此缺陷,其簡單結構與流程見圖2。當有機廢氣從蓄熱室A進燃燒室反應后再通過蓄熱室B排出的同時,蓄熱室C保持被引入的一股凈化氣吹掃的狀態,此時蓄熱室C切換閥與反應區之間的氣體保持為凈化氣,當蓄熱室A被冷卻到一定溫度后,就將有機廢氣切換至從蓄熱室B進燃燒室反應后通過蓄熱室C排出,同時蓄熱室A轉為被凈化氣吹掃狀態。同理按序循環,避免了兩室RTO有機廢氣的“回頭”與“短路”現象,整體燃燒效率得到顯著提高,達到燃燒效率的要求。迄今為止,經過30多年的發展,RTO技術已非常成熟,應用普遍并具備以下特點:(1)幾乎可以處理所有含有有機化合物的廢氣。(2)可以處理風量大、濃度低的有機廢氣。(3)處理有機廢氣流量的操作彈性很大,可達20%~120%。(4)可以適應廢氣中VOC的組成和濃度的變化波動。(5)對廢氣中夾帶少量灰塵和固體顆粒不敏感。(6)在所有熱力燃燒法中熱效率最高,一般大于95%,因此運行費用較低。(7)在合適的廢氣有機物濃度條件下無需添加輔助燃料而實現自供熱操作。(8)燃燒效率高,兩室可達95%~98%,三室大于99%。(9)有機沉積物可周期性的清除,蓄熱體可更換。(10)整個系統壓力損失較小,一般不大于3kPa。(11)不產生NOx等二次污染。3.2旋轉閥代替頻繁切換閥隨著蓄熱室的增多,RTO設施占地越來越大,切換閥也越來越多,第三代旋轉式RTO逐漸被應用到有機廢氣的處理當中,它回歸了RTO最原始的單床設置,分區隔板將蓄熱體床層分為若干獨立的扇形分區,原本三室RTO需要用到的9個切換閥被一個旋轉閥代替,旋轉閥直接與蓄熱體接觸并采取有效的密封措施。優化結果可節省空間與占地;旋轉閥代替頻繁切換的切換閥可省去壓縮空氣,降低能耗,操作和維護簡單化;連續旋轉不會引起壓力波動。以某實際項目設計對比,8000m由表4可見,旋轉式RTO的總耗電費節省6.3萬元,減少20.5%的用電;由于結構緊湊,占地面積縮小了21.8m3.3o用于處理排放源4和5的有機廢氣如上述分析,旋轉式RTO有著明顯的優勢,故選擇旋轉式RTO用于處理排放源4和排放源5的有機廢氣。方案見圖3。本裝置排放源4含有接近爆炸下限濃度的乙烷