催化燃燒技術（shù）處理石油化工企業含VOCS廢氣的工藝研究

石油化工企業工藝裝置尾氣及汙水（shuǐ）處理場逸（yì）散的廢氣均（jun1）含有VOCs,其排放給區域空氣質量和人體健康帶來嚴重威脅.針對工藝（yì）尾氣和汙水（shuǐ）處理場廢氣的（de）特點,研（yán）究了催化燃燒工藝在處理（lǐ）這兩類廢氣時工藝流程及控製方案（àn）.對工藝尾氣采用堿（jiǎn）洗—催化燃燒組合工藝,對汙水處理場廢氣采（cǎi）用脫硫一均（jun1）化—催化燃（rán）燒組合工藝.研究表明,針對上述兩種廢氣,合理選擇催化燃燒組合工藝及控製方案,能夠有效處（chù）理廢氣中的VOCs組分,且處理後的氣體烴類濃（nóng）度均可達（dá）到國家有關（guān）標準.

石（shí）油（yóu）化工企業工藝裝置及汙水處理場會向空氣中逸散含VOCs廢氣。此類廢氣不僅會導致區域空（kōng）氣質量下（xià）降（jiàng），而且其中的某些（xiē）成分會刺激人（rén）體的（de）呼吸道係統（tǒng）、血液係統和神經係統，職工長（zhǎng）期接觸這類廢氣會對（duì）人體健康造成嚴重威脅，因此（cǐ）這類廢氣需要進行治理。

催化燃燒技術

現（xiàn）有技術中，處理含VOCs廢氣（qì）治理方法主要有焚燒（shāo）法、催化燃燒法、冷凝法、吸收法、吸附法、生物法等。

焚（fén）燒法處理低濃度廢氣時存在能耗較高的缺點（diǎn）；采用冷凝法（fǎ）和吸收（shōu）法時，對低（dī）濃（nóng）度廢氣處理（lǐ）效果有限（xiàn），且須於其他技術（如催化（huà）燃燒）結合才能使廢氣達標排放，流程比較複雜，投資較大；現有的生物淨化法（fǎ）對高VOCs濃度廢氣去除效果有限；催化燃燒工藝對廢氣中的汙染物淨化效率高，可滿（mǎn）足苛刻（kè）的國家環保標準要求，因（yīn）此在石油化工 企業含 VOCs廢（fèi）氣（qì）治理中應用（yòng）廣泛。

本研究針對工藝尾氣和汙水（shuǐ）處（chù）理場逸散廢氣的特點，研究了催化燃燒工藝在處理這兩類廢氣時工藝流程及控製方案，以使催化燃（rán）燒工藝在處理上述兩種廢氣時更加（jiā）安全有（yǒu）效。

1 催化燃燒處理工藝尾氣

1.1 工（gōng）藝尾氣特點

煉油與石油化工企（qǐ）業工藝單元（yuán）排放（有組織排放）的（de）有機工藝尾氣具有以下特點（以聚丙烯裝置尾氣為例）：

（1）濃度與（yǔ）流量波動較小；

（2）有機工藝（yì）尾氣（qì）中不含有（yǒu）氧氣；

（3）對高濃度具（jù）有回收價值的尾氣應首先采用回收工（gōng）藝進行回收，回收（shōu）之後的尾（wěi）氣（qì）采用催化燃燒（shāo）工藝達標處理，對低濃度尾氣直接采用催化燃燒工藝處理；

（4）尾氣中可能含有氯化物、硫化物等易（yì）使催化燃燒催化劑中毒的（de）組分（fèn）。

1.2 工藝尾氣處理工（gōng）藝流程

根據工藝尾氣的特點，處理（lǐ）工藝尾氣的催化燃（rán）燒工藝如圖 1 所示。

圖 1 催化燃燒工藝處理工藝（yì）尾氣工藝流

如圖 1 所示，工（gōng）藝裝置排放的有機廢氣在增壓風機的作用下首先進入堿洗塔（tǎ），利用堿液脫除廢氣中的氯化物、硫化（huà）物等對催化燃燒催化劑有毒的（de）物質。堿洗塔上部設置水洗段，除（chú）去廢氣攜帶（dài）的堿液。 經過預處理後的工藝廢氣進入尾氣換熱器，與燃燒後（hòu）的高（gāo）溫尾氣充分換熱，預熱到反應溫度後進（jìn）入催化燃燒反（fǎn）應器，在催化劑的作用下，與氧氣進行（háng）催化燃燒反應，將廢氣（qì）中的VOCs轉化為二氧化碳和水。從催化燃燒反應器出來（lái）的淨化氣體進入（rù）尾氣換熱器回收熱量，淨化尾氣通過排氣筒排放到大氣中。

在本工藝中，設置循環尾氣冷卻器及循環鼓風機，將循環尾氣冷卻到40~50℃引入尾氣換熱器入口，以此來控製催化燃燒反應器（qì）出口溫（wēn）度。由於（yú）工藝尾氣中不含有氧氣，因此進行催化燃燒反（fǎn）應所必須的 氧氣由空氣鼓風機從大氣中引入裝（zhuāng）置。本工藝開工 階段利用電加熱器加熱尾氣的方式（shì）進行開工預熱， 正常運行時電加熱（rè）器停用。

1.3 主要控製方案

為保（bǎo）證催化燃燒工藝在處理工藝尾氣時能高效安全平穩的運行，主要的控製與聯鎖方案如（rú）下：

（1）催化燃燒反應器出口溫度控製——催化燃燒反應器的出口溫度控製是通過調節循環淨化尾氣量來（lái）實（shí）現的。當催化燃燒反應器出口溫度（dù）大於設定值時，增大循環鼓風機入口調節（jiē）閥的開度，增大循（xún） 環尾氣（qì）量，使催化燃燒反應器出口溫度回到設定值；當催化燃燒反應器出口溫度小於設定值時，減（jiǎn）小循環鼓風機入口調節閥的開度，降低循環尾氣量，使催化燃燒（shāo）反應器出口溫度回到設定值。

（2）催化燃燒反應器入口溫（wēn）度控製——催化燃燒反應器的入口溫度是通（tōng）過調節尾氣換熱器（qì）旁路調節閥來實現的。當催化燃燒（shāo）反應器入口溫（wēn）度大於設定值時，增大尾氣換熱器旁路調（diào）節閥的開度，減小 換熱尾氣（qì）量，使催化燃（rán）燒反應器入口溫度回到設定值；當催化燃燒（shāo）反應器入口溫度（dù）小於設定值時，減小尾氣換熱器旁路調節（jiē）閥（fá）的（de）開度，增大換熱尾氣量，使催化燃燒反應器入口溫度回到設定值。

（3）當催化燃燒反應器催化劑床層測溫（wēn）超過設定值、循環尾氣冷卻器出口測溫超過設（shè）定值（zhí）、循環 鼓（gǔ）風（fēng）機出口（kǒu）流量低於設定值、循環（huán）鼓風機停止運行或空氣鼓風機停止運行（háng）時，以上條件，隻（zhī）要滿足一 個即觸發聯鎖，即（jí）關閉尾（wěi）氣調節閥，同時打開尾氣放空閥、關（guān）閉空氣鼓風機、空氣調節閥以（yǐ）及停增壓風（fēng）機。

1.4 應用效果

某石化公司聚丙烯裝置在生產過程中會向大氣中排放（fàng）聚（jù）丙烯尾氣（qì），其組成如表（biǎo） 1 所示。

表 1 聚丙烯尾氣組成和性質

M-303 尾氣中非甲烷總烴數值約為（wéi） 65 477 mg/ Nm3，遠超國家標準《合成樹脂工業汙染物排放標 準（zhǔn）》（GB 31572-2015）對合成樹脂工（gōng）業非甲烷總烴 的排放（fàng）要求（非（fēi）甲烷總烴排放限值為 100 mg/m3 ）。 由於 M-303 尾氣有（yǒu）機（jī）烴濃度（dù）不高，回收沒（méi）有太（tài） 大的經濟價值，考慮直接采用催化燃燒（shāo）工藝對M-303尾氣進行治理（lǐ）。

由於尾氣（qì）中（zhōng）含有少量對催化 劑有毒物質 HCL，首先采用堿洗除去 HCL，之後進 入催化燃（rán）燒單元除去尾氣（qì）中的非甲烷（wán）總烴，工藝流 程如圖 1 所示。

在反應器入口溫度 350~450 ℃的條件下，經過 催化燃燒裝置處理，淨化氣體中的非甲烷總烴濃度 低於 60 mg/m3 ，符合我國《合成樹（shù）脂工（gōng）業（yè）汙染物排放標準》（GB 31572-2015）規定的排放要求。

2 催化燃燒（shāo）處（chù）理汙水處理場廢氣

2.1 汙水處理場（chǎng）廢氣（qì）特點煉油與石（shí）油化工（gōng）企業汙水處理場排放的（de）廢氣 具有以下特點：

（1）濃度與流量波動較大；

（2）汙水處理場排（pái）放的廢氣含有充足的氧氣；

（3）汙水處理場前端構築物如隔油池、浮（fú）選 池等排放的廢氣中非甲烷總烴濃度較高，約（yuē）為 2 000~5 000 mg/m3 ，可考慮直接采用（yòng）催化燃燒工藝來 進行處理；後端構築物如曝氣池、生（shēng）化（huà）池等排放的 廢氣（qì）中非甲烷總烴濃度較低，約為 100~500 mg/m3 ， 如直（zhí）接采用催化燃燒工藝處理能耗較高，可考慮先 采用吸附濃縮再采用催化燃燒工藝來進行處（chù）理；

（4）汙水（shuǐ）處理場排放的廢氣中含有硫化氫、 硫醇、硫醚等易使催化燃燒催化劑中毒（dú）的組分。

2.2 汙水處理場廢（fèi）氣處理工藝流（liú）程

根據汙（wū）水處理場排放廢氣的特點，處理汙水處（chù） 理場廢氣的催化燃（rán）燒工藝如圖（tú） 2 所示。

圖 2 催化燃（rán）燒工藝處理汙水處理（lǐ）場廢氣

隔油池、浮選池等構築物逸散的含（hán） VOCs 廢氣 由催化風機引出經阻火器進入脫硫罐，脫硫罐中內 置脫硫吸附劑，脫除廢（fèi）氣（qì）中的有機硫、無機硫。脫 硫處理之後（hòu）的廢氣之後進入均化（huà）罐，利用均（jun1）化罐中 的均化劑完成廢氣總烴濃度的均化，使廢氣中的總 烴濃度維持在較穩定的水平避免對催化燃燒反（fǎn）應器 的衝擊。

經過脫硫、均化的廢氣與空氣混合，使廢 氣中的總烴濃度滿足催化燃燒反應（yīng）器（qì）對濃度的要求 （濃度（dù）低（dī）於爆炸下限的 25%），之後廢氣進入過濾（lǜ） 器，脫除（chú）廢氣中的顆粒物，避免堵塞催化劑床層。 經過預處理後的廢氣進入尾（wěi）氣換熱（rè）器，與燃燒後的 高溫尾氣充分（fèn）換熱，進入催化燃燒反應器，在催化 劑的作用下（xià），與氧氣進行催化燃燒反應，將廢氣中 的 VOCs 組分轉化為二氧化碳和水（shuǐ），並釋放出大量 的（de）反（fǎn）應熱。從催化燃燒反應器出來的淨化氣體（tǐ）攜帶 熱量，進入尾（wěi）氣換熱器與待處理廢（fèi）氣進行充分換熱。 最後淨化尾氣通過（guò）排氣筒排放到大氣中。

2.3 主要控製方案（àn）

為保證催化燃燒工藝在處理汙水處理場廢氣時能 高效安全平穩的運行，主要（yào）的（de）控製與聯鎖方案如下：

（1）催化（huà）燃燒反應器出口溫度控製——催化燃 燒反應器的出口（kǒu）溫度控（kòng）製是通過調節空氣量來實現 的。當催化燃燒反應器出口溫度大於設定值時，增 大空氣（qì）入口（kǒu）調節閥的開度，增大空氣量，使催化燃 燒反應器出口溫度回到設定值；當催化燃燒反應器 出口溫度小於設定值時，減小空氣入口調節閥的開 度，降低空氣量，使催化燃燒反應器出口溫（wēn）度回到 設定值。

（2）催化燃燒反應（yīng）器入口（kǒu）溫度控製——催化燃 燒反應器的入口（kǒu）溫度是（shì）通過調（diào）節電加熱器輸出功率 來實（shí）現的。當催化（huà）燃燒反應器入口溫度大於設定值 時，降低電加熱（rè）器輸出功率，使催化燃燒反應器入（rù） 口溫度回到設定值；當催化燃燒（shāo）反應器入口溫度小 於設定值時，增大電加熱器輸出（chū）功率，使催化燃燒 反應器入口溫度回到設定值。

（3）當催化燃燒反應器入口溫（wēn）度超過設（shè）定值、 催化燃（rán）燒反應器出口溫度超過設定值、電加熱器內 部溫度超（chāo）過設定值或電加熱器故障時，以上條件， 隻要滿足一個即觸發聯鎖即切斷廢氣進裝置、全開 空氣（qì）閥、關閉電加熱器。

2.4 應用效果（guǒ）

某汙水處理場（chǎng）預處理（lǐ）設施在水處理過（guò）程中會向 外（wài）逸散（sàn）含 VOCs 惡臭廢氣，其組成如表 2 所示。

表 2 汙水處理場廢氣組（zǔ）成和性質

由表（biǎo） 2 可知，汙水處理場（chǎng）隔油池、浮選池等（děng）汙 水預處理設施排放的廢氣遠超國家標（biāo）準《石油煉製 工業汙染物排放標準（zhǔn）》（GB 31570-2015）對汙水處 理場廢氣排放要求（非甲烷總烴排放限值為 120 mg/ Nm3 ，苯排放限值為 4 mg/Nm3 ，甲苯排放限值為（wéi） 15 mg/ Nm3 ，二甲苯排放限值（zhí）為 20 mg/Nm3 ）。

由於汙水處理場預處理設施排放的廢氣達到 3 000 mg/Nm3 ，廢氣（qì）燃燒（shāo）放出的（de）熱量可維持係（xì）統的 熱量平（píng）衡，因此考（kǎo）慮直接采用催化燃燒工藝對廢氣 進行（háng）治理。廢氣中含有的對催化劑有毒物質硫化氫、 甲硫醇，首先（xiān）采用幹法脫硫（liú）吸附脫除（chú）（總硫（liú）小（xiǎo）於 10 mg/Nm3 ），之後進入催化燃燒單元除去尾氣中（zhōng）的非 甲（jiǎ）烷總烴、三苯類物質，工藝流程如圖 2 所示。

表 3 催化燃燒（shāo）處理工藝尾氣及汙水處理

在（zài）反應器（qì）入口溫度 250~350 ℃的條件下，經過 催化燃燒裝（zhuāng）置處理，淨化氣體（tǐ）中的非甲烷總烴濃度 低於 100 mg/Nm3 、苯濃度低於 3 mg/Nm3 、甲苯濃度 低於 10 mg/Nm3 ，二（èr）甲苯（běn）濃（nóng）度低於（yú） 10 mg/Nm3 ，符合 我國《石油煉製工業汙染物排放標準》（ GB 31570-2015）規定的排放要求。

3 結（jié） 論

針對工藝尾氣及汙水處理場廢氣的不（bú）同特點， 對催（cuī）化燃（rán）燒（shāo）工藝處理這兩類廢氣（qì）的工藝流程及主要（yào） 控製方案進行了研究，結果對比如表 3 所示。 采用催化燃燒工藝來處理工藝尾氣及汙水處理 場廢氣時，應根據不同種類（lèi）廢氣的（de）特點合理組織工 藝流程及控製聯鎖方案：針對工藝尾氣采用堿洗— 催化（huà）燃燒組（zǔ）合工（gōng）藝，針對汙水處理場廢氣采用脫硫 —均化—催（cuī）化燃燒組合工藝。研究表明，針對上述 兩種廢氣，合理選擇催化燃燒組（zǔ）合工藝及控製方案， 能夠有效處理廢氣中的 VOCs 組分，且處理後的氣 體烴（tīng）類濃度均可達到（dào）國家（jiā）有關標準。