李 霞 周枚花

(1.新余前衛(wèi)化工有限公司;2.華東交通大學(xué))

0 前言

順酐(順丁烯二酸酐)是一種重要的四碳平臺(tái)化合物，是重要的有機(jī)基本化工原料，主要用于塑料、涂料、合成樹(shù)脂、造紙、農(nóng)藥和醫(yī)藥等行業(yè)。目前順酐生產(chǎn)的技術(shù)路線為苯氧化法和正丁烷氧化法，而正丁烷的質(zhì)量要求較高，原料來(lái)源受到限制，因此，國(guó)內(nèi)大部分順酐生產(chǎn)廠家采用苯氧化法技術(shù)路線。

苯氧化生產(chǎn)順酐的工藝如下:苯在催化劑作用下，在350～360℃與空氣中的氧氣進(jìn)行催化氧化反應(yīng)生成順丁烯二酸酐(簡(jiǎn)稱順酐)。反應(yīng)方程式如下:

副反應(yīng)有苯的深度氣化、苯的不完全氧化及順酐的二次氧化，產(chǎn)物是一氧化碳、二氧化碳和水。氧化尾氣主要成分包括未反應(yīng)的苯、CO、CO2及少量順?biāo)幔@就構(gòu)成了尾氣中以苯為主的揮發(fā)性有機(jī)物和CO對(duì)大氣環(huán)境的污染，成為順酐生產(chǎn)企業(yè)最為主要的氣相污染源。

1 尾氣組成

苯氧化生產(chǎn)順酐的氧化尾氣的組分見(jiàn)表1。由表1可知，苯氧化生產(chǎn)順酐尾氣中主要的污染成分為CO、苯及微量的順?biāo)岷鸵宜岬扔袡C(jī)物。尾氣有一部分熱量，同時(shí)又含有一些有毒、難處理的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)，同時(shí)揮發(fā)性有機(jī)化合物的含量相對(duì)較低。

表1 苯氧化生產(chǎn)順酐的氧化尾氣的組分

2 尾氣處理方式

國(guó)內(nèi)一些廠家順酐工藝中尾氣普遍采取高空排放的方式，沒(méi)有采取有效的方式對(duì)尾氣進(jìn)行處理，這樣不僅污染環(huán)境，同時(shí)也造成資源的浪費(fèi)。按照推算，2012年全國(guó)每年至少有8750噸(按照年產(chǎn)70萬(wàn)噸順酐計(jì)算)的苯被順酐企業(yè)排放到大氣中。隨著國(guó)家環(huán)境保護(hù)政策法規(guī)的逐步加強(qiáng)，順酐尾氣直排已經(jīng)不能滿足國(guó)家的環(huán)保要求。無(wú)害化并能夠產(chǎn)生一定的環(huán)保凈效益的尾氣處理方式將成為眾多順酐生產(chǎn)企業(yè)的選擇。

針對(duì)含揮發(fā)性有機(jī)化合物尾氣的處理思路主要有兩種:一是以回收其中的有機(jī)物同時(shí)進(jìn)行無(wú)害化處理為目的的物理法，主要有吸收法、吸附法、冷凝法和膜分離法;一是以消除其中的有機(jī)物進(jìn)行無(wú)害化處理為目的的化學(xué)消除法，包括直接焚燒、催化燃燒法、普通熱焚燒等。

現(xiàn)有的順酐廢氣治理可選用的工藝有催化焚燒、直接焚燒、普通蓄熱焚燒。催化焚燒工藝作為成熟工藝已經(jīng)應(yīng)用在順酐廢氣的治理中，但其一次性投資大，回收熱量少(產(chǎn)生蒸汽量少)，還要定期更換昂貴的貴金屬催化劑。熱力焚燒也應(yīng)用在正丁烷法順酐的廢氣處理上，但其運(yùn)行成本極大，以2萬(wàn)噸正丁烷順酐為例，每小時(shí)消耗天然氣1640m3/h左右，年運(yùn)行費(fèi)用大1600多萬(wàn)元。蓄熱焚燒爐(RTO)是處理中低濃度VOC應(yīng)用較廣的一種新型的節(jié)能環(huán)保裝置。

2.1 蓄熱式焚燒爐(Regenerative Thermal Oxidizer)

蓄熱式焚燒爐通常由多個(gè)蓄熱室組成。其工作原理是在設(shè)備運(yùn)行前，運(yùn)用點(diǎn)火燃燒機(jī)加溫將廢氣加熱到760℃以上，廢氣中的VOC在高溫下發(fā)生氧化反應(yīng)，使其變成無(wú)害的CO2和H2O。這種氧化反應(yīng)很像化學(xué)上的燃燒過(guò)程，只不過(guò)VOC的濃度低，反應(yīng)中不會(huì)產(chǎn)生可見(jiàn)的火。其結(jié)構(gòu)的新穎性在于將傳統(tǒng)的氣體焚燒爐與一套蓄熱式陶瓷床換熱器職責(zé)成一體，蓄熱式陶瓷床換熱器的熱回收率可達(dá)到95%以上，通常在處理中低濃度有機(jī)廢氣時(shí)使用很少的燃料(甚至不使用燃料)，當(dāng)有機(jī)廢氣的濃度在0.045%以上還可以進(jìn)行余熱回收(每小時(shí)可副產(chǎn)1.8MPa的飽和蒸汽6噸以上)?？梢愿鶕?jù)工廠的需要，設(shè)計(jì)一套余熱鍋爐用來(lái)回收熱量。吸收塔后加設(shè)蓄熱式焚燒爐(RTO)裝置主要目的是消除尾氣中的污染物，凈化空氣、保護(hù)環(huán)境。經(jīng)環(huán)保部門檢測(cè)，處理后的尾氣完全達(dá)到GB16297－1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的二級(jí)排放要求。

2.2 蓄熱式焚燒爐在行業(yè)中的應(yīng)用

由天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院研發(fā)設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)首套蓄熱式焚燒爐順酐尾氣處理裝置—30kt/a順酐尾氣處理裝置在常州亞邦化學(xué)有限公司一次開(kāi)車成功以來(lái)，已有約30套的RTO成功應(yīng)用于化工、涂料及使用化工等行業(yè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

蓄熱式焚燒爐系統(tǒng)設(shè)備緊湊，占地面積小，熱效率高，運(yùn)行可靠、維護(hù)費(fèi)用低和自動(dòng)化程度高。該技術(shù)的推廣應(yīng)用將可創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)性發(fā)展做出貢獻(xiàn)，因此也必將展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。