聚烯烃有机废气的绿色环保技术

聚烯烃有机废气的绿色环保技术

空气中含有一定的人类疾病，一些是刺激性物质（vocs），主要来自生产过程或加工过程，如化工和制药的生产过程、油漆、浸泡、伪装、研磨、金属清洁、，汽车零部件的安装和运输过程以及塑料、橡胶、半夏和电子行业的生产和加工过程。VOCs是大气污染形成的重要原因之一,多数VOCs本身具有毒理特性,甚至具有强致癌性,给人体健康带来巨大威胁;还有一些VOCs物种具有较强的光化学反应活性,在环境中进行二次转化,对生态环境造成不可估量的损害。在我国污染物挥发性有机物排放清单中,化工生产和储存是挥发性有机物污染主要源头之一,有机化工行业的排放量又占化工生产总排放量的98%,其中有机合成材料生产的排放是基础材料的4倍近年来,随着上游烯烃生产装置的建设,大量的聚烯烃生产装置建成投产。《合成树脂工业污染物排放标准》GB31572-2015制定聚烯烃生产的污染物排放控制标准,自2017年7月1日起,现有已建成企业和新建企业均应执行此排放标准,将非甲烷总烃(NMHC)作为排气筒和厂界挥发性有机物排放的综合性指标。标准中还规定,在国土开发密度已经较高,环境承载能力已经开始减弱、大气环境容量有限、生态环境脆弱、容易发生严重大气污染问题而需要采取特别保护措施的地区应严格控制企业的污染排放行为,针对有组织排放的非甲烷总烃浓度限值为60mg/m1有机废气的上传本装置生产过程中排放的废气,主要含有粉尘和有机物两种污染物,粉尘为聚烯烃小颗粒,排放量可以通过提高后续的过滤器过滤精度来降低;而有机物则成分复杂。目前有机废气主要有全厂火炬、地面火炬和环境大气三个去向,压力足以进高压火炬管网的,则送入采用高架火炬处理有机废气的全厂火炬,压力低的,则送往装置内的地面火炬或排放至环境大气。按照新标准要求,其中排放至地面火炬和环境大气的废气已无法满足日益严格的环保要求。1.1有机废气源及排放特点本聚烯烃装置中某重要设备,正常操作压力不大于18kPa。全厂火炬系统最低背压(>50kPa)已完全不能满足该设备排放需求,为此引入专用火炬来获得低且稳定的背压环境,为了提高土地使用效率一般采用封闭式地面火炬。封闭式地面火炬主要由直立式燃烧塔、分液罐、水封罐、火炬气管线及控制阀组、蒸汽管线及控制阀组、分级燃烧器、长明灯、控制系统等组成,具有噪音低、热辐射强度小、处理负荷范围宽、维护检修方便等特点,近些年在石油化工行业被广泛采用。本装置稳定操作时排向地面火炬的有机废气源,见表1。排放源1和排放源2的排放气主要组分为碳四和碳五杂质;排放源3是为保护工艺设备操作压力时阀门开启排放,主要组分为碳三以下轻烃;排放源4为设备正常稳定生产时排放,连续稳定,排放压力低,热值为1416.8kJ/Nm由表2可见,废气组分主要为氮气,含少量乙烷,无法达到直接排放标准,如送地面火炬处理,则热值过低,需补充天然气将热值调整至7880kJ/Nm1.2煤炭阶段运移的影响聚烯烃粉料树脂是在后处理单元得到粒料产品,在料仓中存储。由于产品存量大、停留时间长,颗粒中溶解的烃类在此处缓慢释放,同时产品输送过程中产生的粉尘也在此积聚,为了保证生产的安全进行,粒料处理系统配备吹扫风机对每个料仓连续吹扫,吹扫气从仓顶收集后经过滤器去除粉尘排向环境大气,简要流程见图1。由图1可见,粒料处理系统中只有针对气体中粉尘的过滤设施,处理过程中释放的烃类没有经过任何处理便排入大气,是聚烯烃装置有机废气的主要直接排放源。本聚烯烃装置此排放废气(排放源5)的排放压力约10kPa,组成主要为挥发性有机物,扣除甲烷组分后总烃浓度为105.08mg/m以往对此放空废气的处理方法是通过稀释风机(图1虚线处)将约十倍的空气与有机废气混合,以降低非甲烷总烃浓度至达标,实质上非甲烷总烃总量未变,对环境保护并无任何积极作用,随着环保要求的日益严格,现状终究需要改变,有效并经济的处理方案选择也将越发迫切。2有机废气回收技术的发展方向衡量火炬燃烧效率主要有两个指标:燃尽率和破坏去除率。燃尽率是指火炬气中完全转化为CO排放源5的有机废气主要成分是空气,风量大,有机物浓度低,无法排至火炬系统处理,回收利用到能再利用的纯度,在经济上几乎无法承受。既环保又节能,而且经济合理,是当前有机废气处理技术的发展方向。目前已开发出很多技术,有些已在工业生产中获得成功应用,有侧重回收的热力学方法如冷凝、吸收、吸附和膜分离等,也有破坏式的生物降解法、催化燃烧法和热力燃烧法等。排放源4和排放源5若采取回收的办法,因含有大量空气,在有机物提浓过程中形成爆炸危险环境难以避免,回收效益小、难度大、投资高;采用生物降解法,对有机废气的温度、浓度、湿度的变化极为敏感,要求高;采用催化燃烧法,有机废气虽均经过滤但仍含有微量粉尘,可能会对催化燃烧用催化剂造成污染,达不到预计效果。本文拟采用热力燃烧法中的蓄热式焚烧(RegenerativeThermalOxidizer,简称RTO)技术,将排放源4和排放源5的有机废气中的烃类转化为无害物质再排入大气。3治理废水处理的种类及vocs治理装备筛选2017年12月15日,工业和信息化部装备工业司国家重大技术装备办公室发布关于《首台(套)重大技术装备推广应用指导目录》(2017年版)的公示,共有14大类的600多种装备,其中在大气污染装备中“沸石蜂窝转轮吸附浓缩-蓄热(催化)氧化耦合装置”和“低浓度有机废气浓缩-蓄热氧化处理装备”两种VOCs治理装备成功入选。RTO技术就是上述大气污染装备中的第二种设备,在《指导目录》中公示的主要指标:单台装置的单体转轮处理风量大于或等于10000m3.1第二代三室rto燃烧有机废气RTO设施主要由蓄热室及顶部相连通的燃烧室组成。蓄热室中填充蓄热体,通常采用具有良好耐高温性能的陶瓷材料;燃烧室中设有辅助燃烧器或电加热器,开工时将蓄热体加热到一定温度,或废气中可燃物浓度很低时补充热量维持燃烧室所需反应温度。蓄热室和燃烧室均砌有耐火砖并用陶瓷纤维保温,蓄热体和耐火材料都具有高的蓄热容量,因而即使废气组成或可燃物热值波动,燃烧室也可以保持均匀的温度分布。第一代的RTO设施主要由两台蓄热室组成,由于存在可能会发生两个蓄热室切换时反应并未完全,或进气阀与出气阀同时启动,使有机废气直接走短路与净化气一起排出,降低整体燃烧效率。为此,增加一台蓄热室的方式即第二代三室RTO解决此缺陷,其简单结构与流程见图2。当有机废气从蓄热室A进燃烧室反应后再通过蓄热室B排出的同时,蓄热室C保持被引入的一股净化气吹扫的状态,此时蓄热室C切换阀与反应区之间的气体保持为净化气,当蓄热室A被冷却到一定温度后,就将有机废气切换至从蓄热室B进燃烧室反应后通过蓄热室C排出,同时蓄热室A转为被净化气吹扫状态。同理按序循环,避免了两室RTO有机废气的“回头”与“短路”现象,整体燃烧效率得到显著提高,达到燃烧效率的要求。迄今为止,经过30多年的发展,RTO技术已非常成熟,应用普遍并具备以下特点:(1)几乎可以处理所有含有有机化合物的废气。(2)可以处理风量大、浓度低的有机废气。(3)处理有机废气流量的操作弹性很大,可达20%~120%。(4)可以适应废气中VOC的组成和浓度的变化波动。(5)对废气中夹带少量灰尘和固体颗粒不敏感。(6)在所有热力燃烧法中热效率最高,一般大于95%,因此运行费用较低。(7)在合适的废气有机物浓度条件下无需添加辅助燃料而实现自供热操作。(8)燃烧效率高,两室可达95%~98%,三室大于99%。(9)有机沉积物可周期性的清除,蓄热体可更换。(10)整个系统压力损失较小,一般不大于3kPa。(11)不产生NOx等二次污染。3.2旋转阀代替频繁切换阀随着蓄热室的增多,RTO设施占地越来越大,切换阀也越来越多,第三代旋转式RTO逐渐被应用到有机废气的处理当中,它回归了RTO最原始的单床设置,分区隔板将蓄热体床层分为若干独立的扇形分区,原本三室RTO需要用到的9个切换阀被一个旋转阀代替,旋转阀直接与蓄热体接触并采取有效的密封措施。优化结果可节省空间与占地;旋转阀代替频繁切换的切换阀可省去压缩空气,降低能耗,操作和维护简单化;连续旋转不会引起压力波动。以某实际项目设计对比,8000m由表4可见,旋转式RTO的总耗电费节省6.3万元,减少20.5%的用电;由于结构紧凑,占地面积缩小了21.8m3.3o用于处理排放源4和5的有机废气如上述分析,旋转式RTO有着明显的优势,故选择旋转式RTO用于处理排放源4和排放源5的有机废气。方案见图3。本装置排放源4含有接近爆炸下限浓度的乙烷