催化燃燒處理橡膠廢氣技術(shù)

 

介紹了催化燃燒技術(shù)在橡膠生產(chǎn)廢氣處理中的應(yīng)用。采用冷凝催化燃燒技術(shù)，在空速30000h-1、反應(yīng)器入口溫度250 ~ 300℃的條件下，處理橡膠廢氣，達標(biāo)排放。

 

在石油化工生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生以揮發(fā)性有機物為主要成分的廢氣。這些有機物如果直接排放到大氣中，會危害人體健康，污染周圍環(huán)境。因此，我國《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996)嚴(yán)格限制了有機物的排放。

 

有機廢氣的處理方法包括吸收、吸附、冷凝、直接燃燒、熱燃燒和催化燃燒。催化燃燒是處理有機廢氣的有效方法。用催化劑使有機物在250-400℃的低溫下無焰燃燒。燃燒的產(chǎn)物是二氧化碳和H2O。為了保護催化劑，在進行催化燃燒處理時，往往需要根據(jù)廢氣的不同性質(zhì)采用不同的預(yù)處理方法。

 

1、廢氣的來源和成分

 

橡膠工業(yè)的廢氣一般含有環(huán)己烷、己烷和芳烴。某石化企業(yè)橡膠廠SBS 的生產(chǎn)工藝包括聚合單元、回收單元、凝聚單元和后處理單元四個部分。來自的廢氣主要在后處理裝置中產(chǎn)生。后處理單元有四個廢氣排放，分別為進口閃蒸蒸汽、擠出機出口閃蒸蒸汽、產(chǎn)品風(fēng)輸送廢氣和熱風(fēng)干燥廢氣。四種廢氣的主要污染成分是環(huán)己烷和己烷。此外，擠出機進出口的閃蒸蒸汽也含有大量水蒸氣。

 

廢氣總烴濃度遠遠超過國家排放標(biāo)準(zhǔn)《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中非甲烷總烴的排放限值，為120mg/m3。

 

2、廢氣處理流程

 

2.1廢氣處理流程

 

針對SBS后處理裝置中四種廢氣的組分FRIPP，開發(fā)了“冷凝-催化燃燒”處理工藝。

 

風(fēng)力運輸和產(chǎn)品熱風(fēng)干燥產(chǎn)生的廢氣直接進行催化燃燒處理。擠出機入口的閃蒸蒸汽和出口的閃蒸蒸汽含有大量水蒸氣和環(huán)己烷。兩種廢氣通過兩級冷凝進行預(yù)處理，以回收其中的水和環(huán)己烷。兩級冷凝得到的不凝氣體與風(fēng)力輸送和熱風(fēng)干燥的廢氣混合，然后一起進行催化燃燒處理。混合氣體經(jīng)除霧器、催化風(fēng)機、換熱器、加熱器、催化燃燒反應(yīng)器、換熱器等處理。依次回收能量，凈化后的氣體達標(biāo)排放。

 

2.2工廠處理規(guī)模的確定

 

當(dāng)采用催化燃燒工藝處理上述四種廢氣時，出于安全原因，進入催化燃燒反應(yīng)器的廢氣中的有機物濃度一般控制在低于25%LEL的爆炸下限。環(huán)己烷和正己烷的爆炸下限為1.2% LEL體積分?jǐn)?shù)，因此可以任意比例混合，其混合氣體的爆炸下限為1.2%體積分?jǐn)?shù)，而25%為0.3%體積分?jǐn)?shù)，也就是說，廢氣濃度應(yīng)控制在3000μL/L/L。環(huán)己烷轉(zhuǎn)化的廢氣總烴濃度低于11250mg/m3。考慮到催化劑、反應(yīng)器和換熱器的耐溫性，催化燃燒反應(yīng)器入口處的廢氣濃度設(shè)計為8000mg/m3。

 

因此，工廠的處理規(guī)模確定為30000m3/h..通過添加稀釋空氣，反應(yīng)器入口處廢氣的總烴濃度控制在8000mg/m3以下。

 

3、結(jié)果和討論

 

廢氣處理裝置投入運行。使用蜂窩狀貴金屬催化劑，由FRIPP生產(chǎn)。整個裝置由可編程控制器控制系統(tǒng)控制。

 

3.1預(yù)處理效果

 

該裝置采用的預(yù)處理措施主要包括冷凝、除霧和過濾。

 

第一級冷凝采用30℃的循環(huán)冷卻水作為冷卻介質(zhì)，第二級冷凝采用冷卻鹽水和30%氯化鈣溶液-3作為冷卻介質(zhì)。水和環(huán)己烷的混合物通過冷凝得到，進入工廠的環(huán)己烷-水分離罐進行分離和脫水，環(huán)己烷由回收。廢氣經(jīng)冷凝預(yù)處理后，廢氣中的水蒸氣含量大大降低，減少了進入反應(yīng)器的水蒸氣量，延長了催化劑的使用壽命，避免了廢氣冷凝對管道和設(shè)備造成的腐蝕問題。

 

廢氣中含有SBS填充的油霧，容易在輸氣管道法蘭、閥門、彎頭、過濾器、換熱器、加熱器等設(shè)備中粘附積累，降低設(shè)備效率。油霧濃度的不確定性也給催化燃燒帶來了一些隱患。因此，應(yīng)該被抓獲并清除。在裝置中設(shè)置的油霧捕集器中，玻璃纖維濾筒用作內(nèi)芯。氣體從油箱入口進入濾筒，油霧和固體顆粒被截留。氣體穿過濾筒的頂壁和側(cè)壁，進入由濾筒和金屬罐形成的空間，然后從罐的出口排出。截留的油霧和固體顆粒在重力作用下落到金屬罐底部，由廠家定期作為污油排放統(tǒng)一回收。

 

3.2廢氣處理效果

 

啟動運行時，催化燃燒反應(yīng)器入口溫度保持在250-300℃，出口溫度為350-520℃，床層空速為30000h-1。由于廢氣濃度高，該裝置充分利用廢氣催化燃燒產(chǎn)生的大量反應(yīng)熱，對反應(yīng)器入口處的廢氣進行預(yù)熱。因此，在設(shè)備運行過程中，加熱器的輸出功率為零，大大降低了設(shè)備的能耗。

 

處理后的氣體總烴濃度為62-100mg/m3，低于國家排放限值120mg/m3。該裝置投入使用后，污染得到有效控制，裝置周圍環(huán)境空氣質(zhì)量明顯改善。

 

催化燃燒處理裝置在長期運行期間的處理效果。空速是30000h-1。

 

經(jīng)過近一年的運行，催化劑活性沒有下降的跡象。

 

3.3設(shè)備能耗

 

廢氣催化燃燒產(chǎn)生的大量熱量通過高效換熱器在反應(yīng)器入口處用于預(yù)熱待處理廢氣，以降低裝置能耗。當(dāng)廢氣濃度達到一定值時，催化燃燒反應(yīng)完全由自氧化產(chǎn)生的熱量維持，不需要額外的熱量。因此，在設(shè)備正常運行期間，加熱器已關(guān)閉。此時設(shè)備的功耗只是風(fēng)機、儀器、電等的功耗。

 

SBS廢氣濃度高，熱值高，在反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱。除了維持反應(yīng)本身，一些產(chǎn)生的反應(yīng)熱也可以用于工廠的熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，以取代目前使用的蒸汽加熱系統(tǒng)。

 

4、結(jié)論

 

(1)橡膠廠SBS廢氣含有環(huán)己烷、己烷等有機物，廢氣中總烴濃度高達20000mg/m3，遠遠超過國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

 

(2)橡膠廢氣采用“冷凝-催化燃燒”技術(shù)處理。在催化燃燒反應(yīng)器入口溫度250-300℃，床層空速30000h-1的條件下，凈化氣中總烴濃度低于100mg/m3，符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

 

(3)該裝置充分利用自身產(chǎn)生的反應(yīng)熱，正常運行時加熱器輸出功率為零，大大降低了裝置的能耗。