聚烯烴有機(jī)廢氣的綠色環(huán)保技術(shù)

聚烯烴有機(jī)廢氣的綠色環(huán)保技術(shù)

空氣中含有一定的人類疾病，一些是刺激性物質(zhì)（vocs），主要來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程或加工過(guò)程，如化工和制藥的生產(chǎn)過(guò)程、油漆、浸泡、偽裝、研磨、金屬清潔、，汽車零部件的安裝和運(yùn)輸過(guò)程以及塑料、橡膠、半夏和電子行業(yè)的生產(chǎn)和加工過(guò)程。VOCs是大氣污染形成的重要原因之一,多數(shù)VOCs本身具有毒理特性,甚至具有強(qiáng)致癌性,給人體健康帶來(lái)巨大威脅;還有一些VOCs物種具有較強(qiáng)的光化學(xué)反應(yīng)活性,在環(huán)境中進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化,對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不可估量的損害。在我國(guó)污染物揮發(fā)性有機(jī)物排放清單中,化工生產(chǎn)和儲(chǔ)存是揮發(fā)性有機(jī)物污染主要源頭之一,有機(jī)化工行業(yè)的排放量又占化工生產(chǎn)總排放量的98%,其中有機(jī)合成材料生產(chǎn)的排放是基礎(chǔ)材料的4倍近年來(lái),隨著上游烯烴生產(chǎn)裝置的建設(shè),大量的聚烯烴生產(chǎn)裝置建成投產(chǎn)?！逗铣蓸渲I(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB31572-2015制定聚烯烴生產(chǎn)的污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn),自2017年7月1日起,現(xiàn)有已建成企業(yè)和新建企業(yè)均應(yīng)執(zhí)行此排放標(biāo)準(zhǔn),將非甲烷總烴(NMHC)作為排氣筒和廠界揮發(fā)性有機(jī)物排放的綜合性指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定,在國(guó)土開(kāi)發(fā)密度已經(jīng)較高,環(huán)境承載能力已經(jīng)開(kāi)始減弱、大氣環(huán)境容量有限、生態(tài)環(huán)境脆弱、容易發(fā)生嚴(yán)重大氣污染問(wèn)題而需要采取特別保護(hù)措施的地區(qū)應(yīng)嚴(yán)格控制企業(yè)的污染排放行為,針對(duì)有組織排放的非甲烷總烴濃度限值為60mg/m1有機(jī)廢氣的上傳本裝置生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢氣,主要含有粉塵和有機(jī)物兩種污染物,粉塵為聚烯烴小顆粒,排放量可以通過(guò)提高后續(xù)的過(guò)濾器過(guò)濾精度來(lái)降低;而有機(jī)物則成分復(fù)雜。目前有機(jī)廢氣主要有全廠火炬、地面火炬和環(huán)境大氣三個(gè)去向,壓力足以進(jìn)高壓火炬管網(wǎng)的,則送入采用高架火炬處理有機(jī)廢氣的全廠火炬,壓力低的,則送往裝置內(nèi)的地面火炬或排放至環(huán)境大氣。按照新標(biāo)準(zhǔn)要求,其中排放至地面火炬和環(huán)境大氣的廢氣已無(wú)法滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。1.1有機(jī)廢氣源及排放特點(diǎn)本聚烯烴裝置中某重要設(shè)備,正常操作壓力不大于18kPa。全廠火炬系統(tǒng)最低背壓(>50kPa)已完全不能滿足該設(shè)備排放需求,為此引入專用火炬來(lái)獲得低且穩(wěn)定的背壓環(huán)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(jí)燃燒器、長(zhǎng)明燈、控制系統(tǒng)等組成,具有噪音低、熱輻射強(qiáng)度小、處理負(fù)荷范圍寬、維護(hù)檢修方便等特點(diǎn),近些年在石油化工行業(yè)被廣泛采用。本裝置穩(wěn)定操作時(shí)排向地面火炬的有機(jī)廢氣源,見(jiàn)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(zhì);排放源3是為保護(hù)工藝設(shè)備操作壓力時(shí)閥門開(kāi)啟排放,主要組分為碳三以下輕烴;排放源4為設(shè)備正常穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)排放,連續(xù)穩(wěn)定,排放壓力低,熱值為1416.8kJ/Nm由表2可見(jiàn),廢氣組分主要為氮?dú)?含少量乙烷,無(wú)法達(dá)到直接排放標(biāo)準(zhǔn),如送地面火炬處理,則熱值過(guò)低,需補(bǔ)充天然氣將熱值調(diào)整至7880kJ/Nm1.2煤炭階段運(yùn)移的影響聚烯烴粉料樹脂是在后處理單元得到粒料產(chǎn)品,在料倉(cāng)中存儲(chǔ)。由于產(chǎn)品存量大、停留時(shí)間長(zhǎng),顆粒中溶解的烴類在此處緩慢釋放,同時(shí)產(chǎn)品輸送過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵也在此積聚,為了保證生產(chǎn)的安全進(jìn)行,粒料處理系統(tǒng)配備吹掃風(fēng)機(jī)對(duì)每個(gè)料倉(cāng)連續(xù)吹掃,吹掃氣從倉(cāng)頂收集后經(jīng)過(guò)濾器去除粉塵排向環(huán)境大氣,簡(jiǎn)要流程見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn),粒料處理系統(tǒng)中只有針對(duì)氣體中粉塵的過(guò)濾設(shè)施,處理過(guò)程中釋放的烴類沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何處理便排入大氣,是聚烯烴裝置有機(jī)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(fā)性有機(jī)物,扣除甲烷組分后總烴濃度為105.08mg/m以往對(duì)此放空廢氣的處理方法是通過(guò)稀釋風(fēng)機(jī)(圖1虛線處)將約十倍的空氣與有機(jī)廢氣混合,以降低非甲烷總烴濃度至達(dá)標(biāo),實(shí)質(zhì)上非甲烷總烴總量未變,對(duì)環(huán)境保護(hù)并無(wú)任何積極作用,隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格,現(xiàn)狀終究需要改變,有效并經(jīng)濟(jì)的處理方案選擇也將越發(fā)迫切。2有機(jī)廢氣回收技術(shù)的發(fā)展方向衡量火炬燃燒效率主要有兩個(gè)指標(biāo):燃盡率和破壞去除率。燃盡率是指火炬氣中完全轉(zhuǎn)化為CO排放源5的有機(jī)廢氣主要成分是空氣,風(fēng)量大,有機(jī)物濃度低,無(wú)法排至火炬系統(tǒng)處理,回收利用到能再利用的純度,在經(jīng)濟(jì)上幾乎無(wú)法承受。既環(huán)保又節(jié)能,而且經(jīng)濟(jì)合理,是當(dāng)前有機(jī)廢氣處理技術(shù)的發(fā)展方向。目前已開(kāi)發(fā)出很多技術(shù),有些已在工業(yè)生產(chǎn)中獲得成功應(yīng)用,有側(cè)重回收的熱力學(xué)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(jī)物提濃過(guò)程中形成爆炸危險(xiǎn)環(huán)境難以避免,回收效益小、難度大、投資高;采用生物降解法,對(duì)有機(jī)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(jī)廢氣雖均經(jīng)過(guò)濾但仍含有微量粉塵,可能會(huì)對(duì)催化燃燒用催化劑造成污染,達(dá)不到預(yù)計(jì)效果。本文擬采用熱力燃燒法中的蓄熱式焚燒(RegenerativeThermalOxidizer,簡(jiǎn)稱RTO)技術(shù),將排放源4和排放源5的有機(jī)廢氣中的烴類轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)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(yè)和信息化部裝備工業(yè)司國(guó)家重大技術(shù)裝備辦公室發(fā)布關(guān)于《首臺(tái)(套)重大技術(shù)裝備推廣應(yīng)用指導(dǎo)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(zhuǎn)輪吸附濃縮-蓄熱(催化)氧化耦合裝置”和“低濃度有機(jī)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(shù)就是上述大氣污染裝備中的第二種設(shè)備,在《指導(dǎo)目錄》中公示的主要指標(biāo):單臺(tái)裝置的單體轉(zhuǎn)輪處理風(fēng)量大于或等于10000m3.1第二代三室rto燃燒有機(jī)廢氣RTO設(shè)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(shè)有輔助燃燒器或電加熱器,開(kāi)工時(shí)將蓄熱體加熱到一定溫度,或廢氣中可燃物濃度很低時(shí)補(bǔ)充熱量維持燃燒室所需反應(yīng)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(dòng),燃燒室也可以保持均勻的溫度分布。第一代的RTO設(shè)施主要由兩臺(tái)蓄熱室組成,由于存在可能會(huì)發(fā)生兩個(gè)蓄熱室切換時(shí)反應(yīng)并未完全,或進(jìn)氣閥與出氣閥同時(shí)啟動(dòng),使有機(jī)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(tái)蓄熱室的方式即第二代三室RTO解決此缺陷,其簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)與流程見(jiàn)圖2。當(dāng)有機(jī)廢氣從蓄熱室A進(jìn)燃燒室反應(yīng)后再通過(guò)蓄熱室B排出的同時(shí),蓄熱室C保持被引入的一股凈化氣吹掃的狀態(tài),此時(shí)蓄熱室C切換閥與反應(yīng)區(qū)之間的氣體保持為凈化氣,當(dāng)蓄熱室A被冷卻到一定溫度后,就將有機(jī)廢氣切換至從蓄熱室B進(jìn)燃燒室反應(yīng)后通過(guò)蓄熱室C排出,同時(shí)蓄熱室A轉(zhuǎn)為被凈化氣吹掃狀態(tài)。同理按序循環(huán),避免了兩室RTO有機(jī)廢氣的“回頭”與“短路”現(xiàn)象,整體燃燒效率得到顯著提高,達(dá)到燃燒效率的要求。迄今為止,經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展,RTO技術(shù)已非常成熟,應(yīng)用普遍并具備以下特點(diǎn):(1)幾乎可以處理所有含有有機(jī)化合物的廢氣。(2)可以處理風(fēng)量大、濃度低的有機(jī)廢氣。(3)處理有機(jī)廢氣流量的操作彈性很大,可達(dá)20%~120%。(4)可以適應(yīng)廢氣中VOC的組成和濃度的變化波動(dòng)。(5)對(duì)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(yùn)行費(fèi)用較低。(7)在合適的廢氣有機(jī)物濃度條件下無(wú)需添加輔助燃料而實(shí)現(xiàn)自供熱操作。(8)燃燒效率高,兩室可達(dá)95%~98%,三室大于99%。(9)有機(jī)沉積物可周期性的清除,蓄熱體可更換。(10)整個(gè)系統(tǒng)壓力損失較小,一般不大于3kPa。(11)不產(chǎn)生NOx等二次污染。3.2旋轉(zhuǎn)閥代替頻繁切換閥隨著蓄熱室的增多,RTO設(shè)施占地越來(lái)越大,切換閥也越來(lái)越多,第三代旋轉(zhuǎn)式RTO逐漸被應(yīng)用到有機(jī)廢氣的處理當(dāng)中,它回歸了RTO最原始的單床設(shè)置,分區(qū)隔板將蓄熱體床層分為若干獨(dú)立的扇形分區(qū),原本三室RTO需要用到的9個(gè)切換閥被一個(gè)旋轉(zhuǎn)閥代替,旋轉(zhuǎn)閥直接與蓄熱體接觸并采取有效的密封措施。優(yōu)化結(jié)果可節(jié)省空間與占地;旋轉(zhuǎn)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(hù)簡(jiǎn)單化;連續(xù)旋轉(zhuǎn)不會(huì)引起壓力波動(dòng)。以某實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)對(duì)比,8000m由表4可見(jiàn),旋轉(zhuǎn)式RTO的總耗電費(fèi)節(jié)省6.3萬(wàn)元,減少20.5%的用電;由于結(jié)構(gòu)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(jī)廢氣如上述分析,旋轉(zhuǎn)式RTO有著明顯的優(yōu)勢(shì),故選擇旋轉(zhuǎn)式RTO用于處理排放源4和排放源5的有機(jī)廢氣。方案見(jiàn)圖3。本裝置排放源4含有接近爆炸下限濃度的乙烷