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2010年第26卷第4期女孙发群、石化装置有机废气处理
者生产与録合冶
石化装置有机废气处理
(中国石化工程建设公司,北京100101)
摘要:简要介绍了直接燃烧和热力燃烧在有机废气处理中的应用和特点,阐述了催化
燃娆的基本原理和工艺特点,总结了有机废气处理方案选择的要点,并以某大型环氧丙烷/苯
乙烯装置为例,详细介绍了催化燃烧技术处理有机废气的工程设计实例。
关键词:废气治理;直接然娆;热力然燒;催化燃烧
在石化装置的运行过程中,会产生大量的2热力燃烧
发性有机物废气,如果不经处理而直接排放,将
会对周围环境造成严重污染,危害人体健康,因
如果废气中可燃物含量较低,不能维持燃烧
此必须对之进行有效的净化后オ能排入大气。有时可以采用热力燃烧法处理。热力燃烧主要依靠
机废气的治理技术有冷凝法、吸收法、吸附法及辅助燃料燃烧时产生的热能,提高废气的温度,
燃烧法等,近年来又出现了一些新技术,如生物使废气中烃及其它污染物迅速氧化,转变为无害
处理法、放电等离子体法和TiO2光催化法等,的二氧化碳和水蒸气。
但这些新技术目前大多停留在实验室和工业化试
热力燃烧可以在普通的燃烧炉(焚烧炉)中
验阶段。在石化装置中应用范围最广的是燃烧进行。温度和停留时间是影响热力燃烧的重要因
法,燃烧法工艺简单,操作方便,现已广泛应用素。不同的气态污染物,在燃烧炉中完全燃烧所
于石油化工、食品、材料等主要含有碳氢化合物需的温度和停留时间不同。
废气的净化。燃烧法分为直接燃烧、热力燃烧和
热力燃烧过程中产生的大量热能,应尽可能
催化燃烧。
进行回收利用,比如燃烧后浄化气的热量可以用
直接燃烧
于预热待处理废气,预热补充的燃烧空气,或通
过换热转换到其它液体中,产生热水、蒸汽和热
直接燃烧适用于净化可燃有害组分浓度较高油,或被用作加热介质。热力燃烧也可以利用工
的废气,或者是用于净化有害组分燃烧时热值较厂现有加热炉或锅炉燃烧室进行,能减少设备投
高的废气。因为只有在燃烧时放出的热量能够补资,操作费用和辅助燃料消耗,但要注意废气流
偿散向环境的热量时,才能保持燃烧区的温度,量不宜过大,保证燃烧完全3]。
维持燃烧的进行。一般来说,安全的直接燃烧
热力燃烧可适用于各种气体的燃烧,能除去
法,废气中有机物的浓度应在爆炸下限的25%有机物及超细颗粒物,设备结构简单,占用空间
以内
小,维修费用低。主要缺点是操作费用高,易发
直接燃烧不需要预热,设备可以是一般的生回火,燃烧不完全时产生恶臭。
炉、窑,石化装置中主要采用火炬燃烧。火炬燃
烧的优点是安全简单、成本低、结构简单,但它
的主要缺点是燃烧后对环境造成二次污染,以及
收稿日期:2010-06-02。
不能回收热能而造成热辐射;在实际操作中应尽
作者简介:孙发群,男,2001年毕业于北京化工大
量减少火炬燃烧。
学工业催化专业,获工学硕士学位,现在中国石化
工程建设公司从事化工工艺系统设计工作,工程师。
电话:010-84876835,E-mail:sunfq@sei.com.cn
石油化工安全环保技术
2010年第26卷第4期
3催化燃烧
为无火焰燃烧,安全性好。燃烧温度要求低,
大部分烃类和CO在300~450℃之间即可完成
催化燃烧是指在催化剂存在下,废气中可燃反应,在某些情况下,达到起燃温度后便无需
组分能在较低温度下进行燃烧,利用催化剂的催外界供热,故辅助燃料消耗少,节省能源。对
化活性将有机组分直接完全氧化成CO2和H20。废气可燃组分的浓度和热值限制少,适应范
由表1可见,与前炳种燃烧法相比,催化燃烧围广。
表1燃燒法分类及其特点?
方法
适应范围
燃烧温度,℃
燃烧产物
燃烧方式
直接燃烧
含有可燃组分浓度高或热值高的废气
>1100
高温火焰
热力燃烧「含有可燃组分浓度低或热值低的废气
720-820
CO2、H20
有火炲焰燃烧,需加辅助燃料
催化燃烧「基本上不受可燃组分的浓度与热值限制
300450
CO2、H2O
催化剂表面无焰燃烧
3.1催化燃烧的机理
式进行回收。当排出的有机废气温度达到300℃
催化燃烧实际上为完全的催化氧化,是典型以上,可不设置预热器和换热器,但燃烧尾气的
的气一固相催化反应,其实质是活性氧参与深度热量仍应回收。
氧化作用。在催化燃烧过程中,催化剂的作用是
综上所述,有机废气经过催化燃烧处理,
降低活化能,同时使反应物分子富集于催化剂表苯、甲苯、非甲烷总烃等的去除率一般在95%以
面提高了反应速率。借助催化剂可使有机废气在上,最终产物为无害的CO:和日,O,由于然烧温
较低的起燃温度条件下,发生无焰燃烧,并氧化度低,能大量减少NOx的生成,因此无二次污染
分解为CO2和日20,同时放出大量热能,其反应问题。
过程可以表示为5:
4有机废气处理方案选择
催化剂
(n+m/4)O2
CO
在做方案选择时,必须综合考虑各方面的因
2H20+热量
素,权衡利弊,最好选择一种经济上较合理、符
3.2催化燃烧的工艺特点
合生产实际、达到排放标准的最佳方案。可以根
催化燃烧基本工艺流程主要由预处理、预热据污染物的性质、污染物浓度、生产的具体情况
器、换热器、反应器等组成。催化燃烧工艺流程及净化要求以及经济性进行考虑,最佳方案应当
的设计应根据废气的处理规模,并结合生产的实尽量减少设备费和运转费。各种净化方法都有自
际情况和环保需求考虑适合的工艺流程。
己的特点,也有其不足之处。要针对具体情况,
不论采用何种工艺流程,进入催化燃烧装置取长补短,因地制宜选择合适的净化方法。
的气体首先要经过预处理,除去粉尘、液滴及有5催化燃娆处理有机废气实例
害组分,避免催化床层的堵塞和催化剂中毒,延
长催化剂使用寿命。
5.1有机废气组成
进入催化床层的气体温度必须要达到所用催
以某大型环氧丙烷/苯乙烯(简称POSM)装
化剂的起燃温度,催化反应才能进行。因此对于置为例,环氧丙烷/苯乙烯生产过程中会产生大
低于起燃温度的进气,必须进行预热使其达到起量的挥发性有机物废气,废气中主要含有乙醛、
燃温度。特别是开车时,对冷空气必须进行预环氧丙烷、苯乙烯、乙苯等污染物,正常工况下
热。气体的预热方式可以采用电加热。
有机物浓度在2800mg/Nm'以上,废气排放量高
催化燃烧反应放出大量的反应热,因此燃烧达86000Nm3'/h。POSM装置的废气系统共有六
尾气温度很高,对这部分热量必须回收。一般是种工况(见表2),即正常工况、设计工况、最大
首先通过换热器将高温尾气与进口低温气体进行流量工况、最小流量工况、最大有机物工况以及
热交换以减少预热能耗,剩余热量可采用其它方最大乙苯工况,各种工况下的废气流量及组成不