全國首次出現(xiàn)兩大央企攜手民營企業(yè)共同進(jìn)軍煤化工VOCs治理這一行業(yè)新動(dòng)態(tài)。8月12日下午，五百強(qiáng)中石化南京公司、央企煤科院煤轉(zhuǎn)化分院與上海安居樂環(huán)�？萍脊煞萦邢薰驹谏虾：炇鸷献鲄f(xié)議，共同進(jìn)軍煤化工VOCs治理。
蓄熱式熱力氧化器GRTO在煤化工領(lǐng)域的應(yīng)用
煤化工企業(yè)廢氣主要成分由VOCs、含硫化合物、含氮化合物和一氧化碳等，其中鹵素、以及酸性氣體的腐蝕問題為煤化工行業(yè)區(qū)別與其它行業(yè)的重點(diǎn)。根據(jù)煤化工領(lǐng)域有益經(jīng)驗(yàn)和取得的良好效果提供參考。
煤化工廢氣中污染源及種類：
煤制焦過程廢氣：焦化廢氣主要來源于裝煤、煉焦、化產(chǎn)回收等過程。裝煤初期，煤料在高溫條件下與空氣接觸，形成大量黑煙及煙塵、荒煤氣及對人體健康有害的多環(huán)芳烴。煉焦時(shí)，廢氣一方面來自化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中未完全炭化的細(xì)煤粉及其析出的揮發(fā)組分、焦油、飛灰和泄漏的粗煤氣，另一方面來自出焦時(shí)灼熱的焦炭與空氣接觸生成的CO、CO2、NOx等,主要污染物包括苯系物（如苯并芘）、酚、氰、硫氧化物以及碳?xì)浠衔锏取?
煤制氣過程中廢氣：煤制氣廢氣的來源主要是氣化爐開車過程中由于爐內(nèi)結(jié)渣、火層傾斜等非正常停車而產(chǎn)生的逸散，另外，還有爐內(nèi)的排空氣形成部分廢氣、固定床氣化爐的卸壓廢氣、粗煤氣凈化工序中的部分尾氣、硫酚類物質(zhì)回收裝置的尾氣及酸性氣體、氨回收吸收塔的排放氣。這些廢氣的主要成分包括碳氧化物、硫氧化物、氨氣、苯并芘、CO、CH4等，有些還夾雜了煤中的砷、鎘、汞、鉛等有害物質(zhì)，對環(huán)境及人體健康有較大的危害。
煤制油過程廢氣：煤的液化可分為直接液化和間接液化。煤直接液化時(shí)，經(jīng)過加氫反應(yīng)，所有異質(zhì)原子基本被脫除，也無顆粒物，回收的硫可以獲得元素硫，氮大多轉(zhuǎn)化為氨。煤間接液化時(shí)，催化合成過程中的排放物不多，未反應(yīng)的尾氣（主要是CO）可以在燃燒器中燃燒，排放的廢氣中CO2和硫很少，也沒有顆粒物的生成。煤液化過程對環(huán)境造成的影響較小，主要的污染物是液化殘?jiān)�，這是一種高碳、高灰和高硫物質(zhì)，在某些工藝中占到液化原料煤總量的40％左右，需進(jìn)一步處理。
煤燃燒過程廢氣：煤燃燒過程主要污染物有粉塵與煙霧、SO2為主的硫化物、N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4等氮氧化物、Hg、Cd、Pb、Cr、As、Se、F等有害微量元素、產(chǎn)生溫室效應(yīng)的CO2等。煤直接燃燒的能量利用率低，環(huán)境污染嚴(yán)重。
項(xiàng)目背景
以某石化項(xiàng)目為例：廢氣最大風(fēng)量20000Nm3/h，廢氣濃度約3500mg/m3。主要成分如下：甲苯、苯乙烯和少量酸性氣體等成分。
工藝選擇
廢氣屬于小風(fēng)量、高濃度廢氣，大部分為有機(jī)廢氣，含有部分酸性氣體，采用較為合理的工藝為：洗滌+GRTO+洗滌。對于大部分有機(jī)廢氣的分解溫度在760攝氏度以下，其中苯環(huán)和鹵素，在400℃左右條件下，容易產(chǎn)生二噁英，但二噁英可以在溫度高于850攝氏度且燃燒時(shí)間大于1S或者溫度高于800攝氏度且燃燒時(shí)間大于2S時(shí)就可以分解掉，苯環(huán)被破壞掉后就不會有二噁英產(chǎn)生，即其反應(yīng)是不可逆的，所以安居樂的爐膛設(shè)計(jì)燃燒溫度是850攝氏度且燃燒時(shí)間在2S以上。
工藝流程圖
GRTO原理：蓄熱式熱氧化爐，專業(yè)處理有機(jī)廢氣，使有機(jī)廢氣在高溫環(huán)境里分解干凈，分解率達(dá)到99％以上，最終使廢氣排放符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。此熱氧化爐使用兩個(gè)固定的熱交換媒介床，熱交換媒介使用的是蓄熱陶瓷，來自生產(chǎn)線的廢氣經(jīng)過一個(gè)熱陶瓷媒介床后被加熱；到爐膛后燃燒的高溫氣體將另一個(gè)熱交換媒介床加熱，如此兩個(gè)熱交換媒介床互相切換，蓄熱后去加熱低溫廢氣。熱交換效率達(dá)到95％以上，很容易利用有機(jī)廢氣實(shí)現(xiàn)氧化爐的自我維持，而不用任何燃料。
設(shè)備介紹
蓄熱式氧化爐
GRTO設(shè)備是在吸收德美技術(shù)的基礎(chǔ)上自主開發(fā)的三床式GRTO設(shè)備，該系統(tǒng)主要由燃燒室、3組結(jié)構(gòu)相同的蓄熱床和3個(gè)氣動(dòng)切換進(jìn)氣閥，3個(gè)氣動(dòng)排氣切換閥以及3個(gè)氣動(dòng)清吹切換閥組成，9個(gè)氣動(dòng)切換閥自動(dòng)切換，切換周期1~6min，由時(shí)間來控制，若出氣溫度超過設(shè)定值，會強(qiáng)制切換。蓄熱床內(nèi)填充規(guī)整蜂窩陶瓷蓄熱體，其主要材質(zhì)為致密堇青石，具有優(yōu)良的耐酸、堿和有機(jī)介質(zhì)腐蝕性、蓄熱效果好、熱回收效率高、過風(fēng)阻力小、熱脹冷縮系數(shù)小，抗裂性能好，壽命長等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)備內(nèi)部內(nèi)襯300mm以上的耐高溫陶瓷纖維保溫材料，充分保證設(shè)備表面溫度低于國家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)可有效防止氣體和鋼構(gòu)件接觸。氣動(dòng)切換閥均采用知名品牌氣動(dòng)執(zhí)行器，其中，氣動(dòng)切換閥體采用雙相不銹鋼材質(zhì)，切換穩(wěn)定，使用壽命長，正常工作可切換1000萬次。防止與爐體鋼板接觸部分腐蝕問題，凡與廢氣接觸部分襯防腐涂料，噴涂材料耐高溫，可以保證爐體的較長使用壽命，在日常維護(hù)過程中，如果有涂層脫落，需要及時(shí)的補(bǔ)修，防止大面積氧化。
渦流凈化塔
渦流凈化塔具有阻力小、能耗省、噪音低、處理效率高，能處理氯化氫氣體、氟化氫氣體、氨氣霧、鉻酸霧、氰氫酸氣體、堿蒸氣、硫化氫氣體等氣體的新型凈化塔，它具有凈化效率高、占地面積小、耐腐蝕、耐老化性能好，重量輕的特點(diǎn)。它適用于排放一定濃度的腐蝕性酸霧氣體，主要用于化工、電子、醫(yī)院、研究中心等場所。
工作原理：需處理的廢氣，由玻璃鋼離心風(fēng)機(jī)壓入凈化塔之進(jìn)氣段后，垂直向上與噴淋段自上而下的液體發(fā)生吸收反應(yīng)，使廢氣濃度降低，然后繼續(xù)向上進(jìn)入填料段，廢氣在塑料球打滾再與吸收液起中和反應(yīng)，使廢氣濃度進(jìn)一步降低后進(jìn)入脫水器，凈化后的氣體排出大氣。經(jīng)測定分析，硫酸霧凈化效率可達(dá)99%以上，硝酸凈化效率可達(dá)99%，鹽酸霧凈化效率可達(dá)99.9%、對酸霧凈化性達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。渦流凈化塔為圓筒型結(jié)構(gòu)形式，全塔由三部份組成，即貯液、進(jìn)氣、噴淋、脫水和出氣，出口管連接，塑料球分別裝在噴淋內(nèi)。堿洗凈化塔為玻璃鋼一體成型，結(jié)構(gòu)緊湊、耐腐蝕，耐高溫、外表光滑；除水部份離式產(chǎn)生水氣分離；噴水部：高壓噴水產(chǎn)生霧狀，分上下兩段擴(kuò)大接觸處理提高功能。
GRTO安全方面設(shè)計(jì)
A．管道內(nèi)起火對車間的影響：管道內(nèi)的爆炸，大部分都來源于管道內(nèi)有大量有機(jī)積液突然揮發(fā)，再遇上靜電而產(chǎn)生的。輸送腐蝕性氣體的管道比較難做防靜電設(shè)施，只能降低風(fēng)速，設(shè)計(jì)在8米/秒以下的風(fēng)速比較適合。
B．GRTO失火對車間的影響：GRTO爐膛內(nèi)的明火很難進(jìn)入車間過來的管道，因?yàn)橛?米高左右的蓄熱陶瓷，蓄熱體本身就是很好的阻火器。在管道前端可以安裝阻火器，進(jìn)一步保障生產(chǎn)車間內(nèi)的安全。
C．RTO區(qū)域內(nèi)的爆炸：GRTO在點(diǎn)火前要進(jìn)行吹掃，吹掃的目的是將殘留在GRTO管道和爐膛內(nèi)的有機(jī)物清理干凈，避免點(diǎn)火時(shí)引爆。GRTO入口處有濃度檢測儀，響應(yīng)時(shí)間在5秒左右，所以濃度檢測儀的安裝位置比較重要，且要做緩沖罐，當(dāng)檢測到廢氣濃度高報(bào)警，新風(fēng)風(fēng)門會自動(dòng)打開進(jìn)行濃度稀釋；若廢氣濃度高會報(bào)警，則GRTO切斷與生產(chǎn)線間的聯(lián)機(jī)，廢氣直接旁通到煙囪�，F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中做多少措施也無法100%避免爆炸，所以在適當(dāng)?shù)奈恢眉有贡b置，比如GRTO爐膛頂部有泄爆門，此泄爆門可以靠自重關(guān)閉，泄爆后不會影響GRTO的正常運(yùn)行；緩沖罐上有泄爆片。有這些泄爆措施，即使發(fā)生爆炸，也會把爆炸的損失降到最低。
D．應(yīng)急停電系統(tǒng)設(shè)計(jì)：GRTO非常害怕突然停電，爐膛內(nèi)的高溫?zé)o法快速散去，導(dǎo)致很多防腐材料或者其他設(shè)備被高溫?fù)p壞。設(shè)計(jì)了一臺應(yīng)急壓縮空氣儲氣罐、UPS和手自動(dòng)控制的泄爆門，一旦突然停電，UPS和應(yīng)急壓縮空氣儲氣罐會將所有風(fēng)門打到安全位置，比如新風(fēng)風(fēng)門開啟，吹掃風(fēng)門開啟，泄爆門打開等等；應(yīng)急壓縮空氣會進(jìn)入燃燒器管道，避免高溫?zé)煔鈴娜紵餍孤冻鰜恚瑢?dǎo)致點(diǎn)火管路的危險(xiǎn)和損壞燃燒器。但壓縮空氣罐僅能支撐15到20分鐘左右，甲方需要配置備用電源給壓縮空氣或助燃風(fēng)機(jī)。
E．針對GRTO出口有洗滌塔的系統(tǒng)高溫保護(hù)：GRTO出口接洗滌塔，若洗滌塔是玻璃鋼材質(zhì)，則GRTO出口溫度需要控制在100攝氏度以下，若超過100攝氏度，GRTO自動(dòng)切斷與生產(chǎn)線之間的聯(lián)機(jī)，工藝廢氣直接進(jìn)入煙囪。
G．爐膛溫度過高保護(hù)：爐膛內(nèi)有2支熱電偶，每支熱電偶都是雙支的，如果一支出現(xiàn)問題，還有一支備用，保證爐膛內(nèi)溫度控制均勻。爐膛溫度不能超過980攝氏度，否則內(nèi)部的蓄熱陶瓷和陶瓷纖維組塊的使用壽命會受影響，當(dāng)爐膛溫度超過一定值時(shí)，燃油管路的雙電磁閥會自動(dòng)關(guān)閉，避免柴油泄漏進(jìn)入爐膛。爐膛溫度再高就要打開新風(fēng)風(fēng)門去降溫，當(dāng)爐膛溫度發(fā)生高高報(bào)警，GRTO自動(dòng)切斷與生產(chǎn)線的聯(lián)機(jī)，工藝廢氣直接進(jìn)入煙囪。
GRTO運(yùn)行過程
首次開機(jī)時(shí)，需要對蓄熱體預(yù)熱，待預(yù)熱至設(shè)定溫度后，含揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的廢氣通過閥門的切換，進(jìn)入蓄熱床，廢氣被蓄熱陶瓷逐漸加熱后進(jìn)入燃燒室（燃燒室有兩個(gè)作用：一是保證廢氣能達(dá)到設(shè)定的氧化溫度，二是保證廢氣有足夠的停留時(shí)間，從而使其中的VOCs充分氧化），VOCs在燃燒室內(nèi)高溫氧化分解并放出熱量，形成的熱風(fēng)在通過另一蓄熱床時(shí)，與蓄熱體進(jìn)行熱交換，蓄積熱量，以減少輔助燃料的消耗，而被氧化的干凈氣體溫度逐漸降低。正常運(yùn)行過程中，GRTO內(nèi)部溫度控制通過燃燒器來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)有機(jī)廢氣濃度達(dá)到自持燃燒狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生熱量足以滿足下一次冷氣預(yù)熱要求時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)無需開啟輔助加熱裝置進(jìn)行輔助加熱，即可完成有機(jī)廢氣氧化，達(dá)到節(jié)能效果。當(dāng)GRTO溫度出現(xiàn)異常時(shí)（即前端濃度太高），通過PLC程序自動(dòng)控制關(guān)閉進(jìn)氣閥，全開異常外排和新風(fēng)閥，使GRTO設(shè)備完全通過新鮮風(fēng)降溫。GRTO爐膛溫度通過2根高溫?zé)犭娕歼M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，運(yùn)行過程PLC程序通過自動(dòng)調(diào)節(jié)燃?xì)庹{(diào)節(jié)比和相關(guān)閥門控制爐膛溫度的穩(wěn)定。當(dāng)爐膛溫度出現(xiàn)異常升溫時(shí)，可通過GRTO設(shè)備的泄溫口進(jìn)行緊急排溫。
設(shè)備凈化效率
GRTO運(yùn)行多年，經(jīng)多方檢測，處理效率一直保持在99%以上，爐體外表溫在30～50攝氏度作用，煙囪出口溫度低于60攝氏度，運(yùn)行狀態(tài)良好。