崔保命

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長治 046200)

1 概述

隨著我國煤化工快速發(fā)展，揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)排放逐年上升，雖然國內(nèi)對大氣環(huán)境治理環(huán)境治理加大，對有組織排放VOCs進(jìn)行處理。費(fèi)托合成尾氣脫碳尾氣中含有少量的CO、H2及C2以上的烷烴和烯烴，揮發(fā)性有機(jī)物排放超過國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行處理。費(fèi)托合成脫碳尾氣特點(diǎn)是流量大，可燃物濃度低(約 370 mg/m3)。

揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理(VOCs)常用的方法有冷凝回收法、吸收法、燃燒法、吸附法、催化氧化法等。

2 工藝技術(shù)比較

2.1 吸附法

VOCs有機(jī)廢氣吸附法主要適用于低濃度、高通量有機(jī)廢氣。現(xiàn)階段，這種有機(jī)廢氣的處理方法已經(jīng)相當(dāng)成熟，能量消耗比較小，處理效率卻非常高，而且可以徹底凈化有害有機(jī)廢氣。由于費(fèi)托合成脫碳?xì)饬空?1 400 m3/h，氣量較大導(dǎo)致設(shè)備體積比較龐大，而且工藝流程比較復(fù)雜;當(dāng)前，采用吸附法處理有機(jī)廢氣，多使用活性炭，主要是因?yàn)榛钚蕴考?xì)孔結(jié)構(gòu)比較好，吸附性比較強(qiáng)。本法適用于大氣量、低溫度、低濃度的廢氣， 但需配備加熱解析回收裝置，設(shè)備體積大、投資較高，能耗也較高。

吸附法一般通過活性炭吸附廢氣，當(dāng)吸附飽和后，活性炭脫附再生， 將廢氣吹脫后催化燃燒，轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，再生后的活性炭繼續(xù)使用。當(dāng)活性炭再生到一定次數(shù)后，吸附容量明顯下降，則需要再生或更新活性炭。活性炭是目前處理 有機(jī)廢氣使用最多的吸附介質(zhì)，對苯類廢氣具有良好的吸附性能，但對烴類廢氣吸附性較差。主要缺點(diǎn)是運(yùn)行成本較高，不適合于濕度大的環(huán)境。

2.2 催化氧化法

催化氧化法主要是采用貴金屬鉑、鈀催化劑，在 250 ℃～600 ℃的條件下催化氧化尾氣中的揮發(fā)性有機(jī)物，使有機(jī)物直接轉(zhuǎn)化成CO2和水。

催化氧化法還包括流向變換催化氧化技術(shù)(RCO)，蓄熱式催化燃燒治理技術(shù)是典型的氣-固相反應(yīng)，其實(shí)質(zhì)是活性氧參與的深度氧化作用。在催化氧化過程中，催化劑表面的吸附作用使反應(yīng)物分子富集于催化劑表面，催化劑降低活化能的作用加快了氧化反應(yīng)的進(jìn)行，提高了氧化反應(yīng)的速率。在特定催化劑的作用下，有機(jī)物在較低的起燃溫度下發(fā)生無焰氧化燃燒，氧化分解為CO2和水，并放出大量熱能，如圖1所示。

圖1 流向變換催化氧化工藝流程

由以上兩種種廢氣治理技術(shù)可以看出RCO技術(shù)是方法中能耗較小、操作簡單、優(yōu)點(diǎn)較為突出的一種方法。操作溫度350 ℃～450 ℃，熱損失低， 運(yùn)行費(fèi)用低，可以不用補(bǔ)充燃料。費(fèi)托合成脫碳尾氣氣量約51 400 m3/h，其中的非甲烷總烴含量低至370 mg/m3，其特點(diǎn)是氣量大濃度低，吸附方法處理不適宜。

3 ROC處理技術(shù)

3.1 廢氣組成

廢氣來源于費(fèi)托反應(yīng)脫碳塔尾氣，其中含有95%的CO2，4.97%的H2O(g)，痕量的CH4、CO、H2及C2以上的烯烴和烷烴。其中需要處理的VOC污染物是C2以上的烷烴和烯烴，合計(jì)VOC濃度約為370 mg/m3。廢氣具體組成，如表1所示。

表1 廢氣組成表

3.2 工藝說明

蓄熱式熱氧化器(RTO)使用陶瓷或其他的高密度惰性材料床從排出燃燒的氣體中吸收并且存儲熱量，再將熱量釋放給冷的進(jìn)口氣體，而不是采用管殼式進(jìn)行兩種流體間的換熱，RCO可達(dá)到98%以上的熱回收效率。

蓄熱式熱氧化器的工作原理是：有機(jī)廢氣經(jīng)預(yù)熱室吸熱升溫后，進(jìn)入燃燒室高溫焚燒(350 ℃～550 ℃)，使有機(jī)物氧化成二氧化碳和水，再經(jīng)過另一個(gè)蓄熱室蓄存熱量后排放，蓄存的熱量用于預(yù)熱新進(jìn)入的有機(jī)廢氣，經(jīng)過周期性地改變氣流方向從而保持爐膛溫度的穩(wěn)定。主要反應(yīng)機(jī)理見式(1)。工藝流程，如圖2所示。

(1)

圖2 蓄熱式熱氧化工藝流程

費(fèi)托反應(yīng)脫碳塔的廢氣經(jīng)氣液分離罐進(jìn)一步除去水分后，與補(bǔ)充空氣混合，進(jìn)入催化氧化反應(yīng)器。反應(yīng)器為立式，氣體在反應(yīng)器中的流向經(jīng)四套氣動換向閥控制，換向閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由控制柜控制。進(jìn)入系統(tǒng)的廢氣流量應(yīng)當(dāng)計(jì)量、顯示并自動調(diào)節(jié)。催化段每250 mm～300 mm，蓄熱/換熱段每1 000 mm左右設(shè)置一根插入床層軸心的熱電偶，測定床層軸向溫度分布，所有測量信號均應(yīng)轉(zhuǎn)化為電壓或電流信號，由一臺觸摸屏式控制柜采集、傳輸、處理和顯示，流向變換周期按需要預(yù)置和控制。開工期間催化劑與惰性段的預(yù)熱用電加熱預(yù)熱器實(shí)現(xiàn)。開車預(yù)熱時(shí)，手動關(guān)閉廢氣進(jìn)氣閥，廢氣由放空閥直接排出，打開補(bǔ)風(fēng)閥，催化床層與惰性段的預(yù)熱用內(nèi)置于反應(yīng)器中的兩組電加熱管實(shí)現(xiàn)，將催化床層預(yù)熱到350 ℃時(shí)即停止加熱，關(guān)閉補(bǔ)風(fēng)閥，打開廢氣進(jìn)氣閥和補(bǔ)氧閥，廢氣和空氣進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行催化氧化反應(yīng)。兩段催化床層前后的4個(gè)溫度信號反饋給補(bǔ)風(fēng)閥和四個(gè)換向閥，其中任一溫度達(dá)到550 ℃，補(bǔ)風(fēng)閥自動打開，補(bǔ)充新鮮空氣至反應(yīng)器，降低催化床層溫度，防止飛溫。

催化氧化(RCO)技術(shù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是由于氣固兩相的體積熱容量相差很大(蓄熱陶瓷的熱容量是氣體的1 000倍左右)，系統(tǒng)的抗干擾能力較強(qiáng)，因而與傳統(tǒng)定態(tài)操作的催化燃燒裝置相比具有更大的彈性，即使有機(jī)物濃度和氣體流量在一定范圍內(nèi)頻繁波動，系統(tǒng)也能維持正常操作。

4 結(jié)論

費(fèi)托合成脫碳尾氣經(jīng)RCO催化氧化處理后VOC含量又最高的370 mg/m3降至小于25 mg/m3，對煤化工企業(yè)的有組織VOCs排放得到有效控制。