蓄熱催化氧化技術在處理丁苯橡膠尾氣中的應用

　　中國石油吉林石化公司有機合成廠是專業(yè)生產丁苯橡膠的企業(yè),因裝置建設年代較早,后處理單元的廢氣一直沒有處理設施,而是通過排氣管直接排往大氣.為降低丁苯橡膠裝置對大氣的污染程度,完成公司節(jié)能減排目標,裝置采用北京中電聯(lián)環(huán)保工程有限公司提供的成套專有技術：蓄熱催化氧化技術處理橡膠廢氣,使廢氣中的有機物在氧化室氧化分解成CO2和H2O,反應后廢氣通過煙囪達標排放,利用燃料氣燃燒提供熱量的方式進行開工預熱和系統(tǒng)補熱.該技術減少燃料消耗,采用新型催化劑,避免催化劑失活現(xiàn)象發(fā)生,反應器在點火、運行、停車過程中安全可靠,環(huán)保效果明顯,苯乙烯排放量下降97％以上.

　　中國石油吉林石化公司有機合成廠是專業(yè)生產丁苯橡膠的企業(yè)，1982年建成投產，因裝置建設年代較早，后處理單元的廢氣一直沒有處理設施，而是通過排氣管直接排往大氣。后處理單元分為濕區(qū)和干區(qū)。濕區(qū)產生廢氣的主要部位有：凝聚槽、脫水機、喂料機、排水口和輸送膠料的皮帶，60℃的物料由于溫度較高及各槽攪拌器攪拌作用下會自然逸出產生含有極微量苯乙烯及雜質的廢氣，其中絕大部分成分為水蒸氣。目前在廠房內是無組織排放，由于廢氣呈酸性，因此這部分廢氣對廠房內的鋼結構有腐蝕，影響其耐用性，需將這部分氣體收集在一起統(tǒng)一排放，變無組織排放為有組織排放。干區(qū)主要是干燥箱產生的廢氣含有苯乙烯，質量濃度最大為520mg/m3，最小為260mg/m3。目前是通過排風機，在沒有經(jīng)過處理情況下直接進入大氣，造成大氣環(huán)境污染。根據(jù)我國《大氣污染物綜合排放標準》中非甲烷總烴最高允許排放濃度應小于120mg/m3。

　　丁苯橡膠裝置后處理單元廢氣，無論是凝聚廢氣還是干燥廢氣，產生廢氣部位多、分散，尾氣中含苯乙烯，屬于國家環(huán)保法規(guī)限排的揮發(fā)性有機物，而且該廢氣具有較強的刺激性，毒性也很大。分散到生產現(xiàn)場的尾氣，影響操作人員的身體健康。因此，在這種情況下，無論從企業(yè)的生存和發(fā)展，還是社會效益方面，都應該對后處理廢氣集中治理，使廢氣達標排放。丁苯橡膠裝置技術人員經(jīng)多方篩選、評價，最終選定使用北京中電聯(lián)環(huán)保工程有限公司提供的成套專有技術：蓄熱催化氧化技術處理橡膠廢氣。

　　1尾氣處理系統(tǒng)工藝流程與原理

　　1.1工藝流程

　　尾氣先經(jīng)過濾器除膠預處理，再通過主風機增壓，進入旋轉翼型蓄熱催化反應器(RCO)，把有機廢氣加熱到300℃以上進行氧化反應，使廢氣中的有機物(VOCs)在氧化室氧化分解成CO2和H2O，反應后廢氣通過煙囪達標排放。利用燃料氣燃燒提供熱量的方式進行開工預熱和系統(tǒng)補熱，燃料氣的消耗量隨廢氣組分中的VOCs值波動而變化，具體流程詳見圖1。

　　1.2工藝原理

　　催化反應器本體是廢氣通過安裝催化劑的區(qū)域產生反應的空間。在反應器內，廢氣在通過催化劑層時，廢氣中VOCs在催化劑的作用下通過催化氧化燃燒生成CO2和H2O，從而達到環(huán)保要求的排放條件。

　　廢氣先經(jīng)過預處理裝置預先去除掉固體顆粒和粘性低聚物后[3]，進入反應器經(jīng)過蓄熱陶瓷預熱，在反應室內的催化床中進行氧化反應，將有機物轉化為H2O和CO2、從而達到去除廢氣中有機物的目的，同時反應放出反應熱，用蓄熱陶瓷回收其中的熱量。

　　催化氧化反應方程式：

　　CxHy+(x+1/4y)O2→xCO2+y/2H2O+Q

　　蓄熱室和催化床層由12個區(qū)室組成，中間部分填充蜂窩式陶瓷結構蓄熱塊，達到超過95%的熱回收效率，見圖2。

　　裝置廢氣通過放熱的蓄熱室吸熱，于燃燒室內完成催化氧化后再經(jīng)過蓄熱室放熱加熱蓄熱體。此外，1區(qū)室進行吹除與1區(qū)室停滯。吹除室為進氣與排氣蓄熱區(qū)室切換間的中間區(qū)室，將進氣時殘留于蓄熱室內未反應尾氣再抽回至反應器入口，停滯區(qū)室則為待命狀態(tài)。反應器為單槽垂直矩形結構，整個進排氣室間的切換是以位于反應器下部的單一旋轉翼連續(xù)式進行，以0.2——0.5r/min的速度緩慢轉動即可實現(xiàn)進口和出口氣流的有效分離和分布。旋轉閥由定子與動件構成，為鋼結構，中間有軸承結構，讓大型旋轉閥結構能夠平滑轉動，對上游工藝生產不會產生任何不良影響。采用獨特的機械機構和特氟龍密封材料，在操作條件下無任何泄漏發(fā)生。旋轉閥降低了傳統(tǒng)分床廢氣治理裝置蓄熱室進出口閥門動件的數(shù)量、壓力波動與切換時產生的運轉噪音，同時避免了閥門的機械故障對端烘干箱的沖擊，見圖3。

　　經(jīng)過廢氣治理裝置處理后的尾氣排煙溫度低于85℃，非甲烷總烴最高排放濃度小于100mg/m3。

　　2反應器運行

　　2.1尾氣系統(tǒng)運行

　　在裝置廢氣被引入反應器前，必須首先利用新鮮空氣將催化劑加熱至反應溫度。這是因為廢氣中的一些VOCs成分在冷催化劑上能被吸收或聚合，從而引起催化劑的鈍化。當催化劑表面上沉積沉淀的VOCs因溫度上升而氧化而產生太多的熱時，將導致催化劑的熱燒結。

　　在啟動階段，空氣將直接通過蓄熱體和催化劑，經(jīng)過反應器頂部的燃燒器加熱，溫度將升高。在啟動開始時，燃料氣或電加熱器為主要的熱源。啟動后，一旦床層溫度達到300℃，逐漸關閉空氣供應閥，同時緩慢的打開反應器入口閥。此時必須要密切觀察催化反應器出口的溫度，以防止催化劑因溫度的驟升而受到熱沖擊。

　　系統(tǒng)正常啟動后，即可由手動模式調至自動模式。廢氣進入反應器的旋轉翼部分，旋轉翼使廢氣與凈化后尾氣完全分離，并被均勻分布至蓄熱層預熱部分。廢氣經(jīng)過上一循環(huán)中被加熱的蓄熱陶瓷層，待達到一側催化劑表面前溫度升至反應溫度，進行首次催化氧化反應，氣體溫度升高。經(jīng)過反應室氣體轉而向下經(jīng)過另一側的催化劑，進行第二次催化反應，完成處理過程，并放出全部反應熱，溫度進一步升高。凈化氣穿過上一循環(huán)中被冷卻的蓄熱陶瓷，熱量被吸收蓄積，以預熱下一循環(huán)的廢氣。廢氣經(jīng)旋轉翼被引出裝置進入煙囪，最后被排入大氣。

　　2.2檢測數(shù)據(jù)

　　尾氣系統(tǒng)平穩(wěn)運行后，裝置對取樣點進行取樣分析，詳細數(shù)據(jù)見表1。

　　從表1數(shù)據(jù)可以看出，蓄熱催化氧化技術在處理丁苯橡膠廢氣的工業(yè)裝置應用上取得了成功。廢氣中w(苯乙烯)由平均400mg/m3下降到10mg/m3，處理效率達到97.5%，達到了蓄熱催化氧化技術的設計指標。

　　2.3技術優(yōu)點

　　通過采用蓄熱催化氧化法處理廢氣中的有機物，氧化爐溫度降低到330℃，節(jié)省氧化爐高溫氧化時所需大量燃料。經(jīng)過一年多運行，蓄熱催化氧化技術處理廢氣同比采用其它焚燒法，在燃料消耗上減少了6m3/h以上。尤其當廢氣中苯乙烯等有機物達到200mg/m3以上時，通過氧化分解產生的熱量就足以維持反應器蓄熱所需要的能量。

　　蓄熱催化氧化反應器在點火前，首先對系統(tǒng)進行測爆分析，測爆合格以后，開始進入點火前的準備狀態(tài)。然后把系統(tǒng)投入到自動運行狀態(tài)，系統(tǒng)開始自動對反應器進行吹掃、點火、升溫運行。反應器采用PLC自動連鎖控制，在啟動、運行、高溫報警、緊急排放、降溫、停機等方面全部實現(xiàn)自動化，有效的保證了系統(tǒng)安全可靠。

　　3結論

　　(1)催化氧化法處理廢氣在工業(yè)應用上方興未艾，在丁苯橡膠裝置上更是首次應用，開車運行數(shù)據(jù)表明，通過采用催化氧化法處理廢氣，廢氣中有機物處理效果達到97%以上，是國內目前同類廢氣處理效果中最佳的方式，減少苯乙烯等有機廢物排放量在26kg/h以上，達到了設計指標。

　　(2)中電聯(lián)專有技術中采用新型催化劑，避免廢氣中含有少量S造成催化劑中毒，催化劑的使用壽命長達5a。廢氣含有少量S的來源是膠乳在凝聚過程中使用濃H2SO4進行破乳，經(jīng)過尾氣裝置預處理，分析廢氣中的w(S)<5×10-5，不會使新型催化劑中毒，從而避免催化劑失活現(xiàn)象發(fā)生。運行一年多時間，催化劑效率達到95%以上，反應溫度穩(wěn)定控制在330℃，達到了運行控制指標。