摘 要：石（shí）油化工企業工藝裝置（zhì）尾氣及汙水處理場逸散的廢氣均含有VOCs，其排放給區域空氣質量和人體健康帶來嚴重威（wēi）脅。針對工（gōng）藝尾氣和汙水處理場廢氣的特點，研究了催（cuī）化燃燒工藝在處理這兩類廢氣時工藝流程及控製方案。對工藝尾氣采用堿（jiǎn）洗—催（cuī）化燃燒（shāo）組合工藝，對汙（wū）水處理（lǐ）場廢氣采用脫硫—均化—催化燃燒組合工藝（yì）。研究表明，針對上述兩種廢（fèi）氣，合理（lǐ）選擇催化燃燒組合工（gōng）藝及控製方案，能夠（gòu）有效處理廢氣中的VOCs組分，且（qiě）處理後的氣體烴類濃度均可達到國家有關標準。
　　關 鍵 詞：汙水處理（lǐ）場；工藝尾氣；VOCs；催化燃燒
　　中圖（tú）分類號：TE 991 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2017）04-0707-04
　　Study on Catalytic Combustion Technology for Treatment of Waste Gas Containing VOCs in Petrochemical Enterprises
　　LIANG Kai， CUI Ya-jun， CUI Jiu-tao， WANG Jian
　　（China Petroleum Engineering Construction Corporation Dalian Design Branch， Liaoning Dalian 116033，China）
　　Abstract： The exhaust gas from the production process and the waste water treatment plant in petrochemical enterprises contains VOCs， so it brings serious threat to the regional air quality and human health. In this paper， according to the characteristics of the exhaust gas from the production process and the waste water treatment plant， the process flow and control scheme of the catalytic combustion process for treating these two types of exhaust gases were studied. It's pointed out that the combination of caustic washing and catalytic combustion should be used for treating the exhaust gas from production process； A desulfurization-homogenization-catalyzed combusting process should be applied to treat the exhaust gas of waste water treatment plant. Research shows that， in view of the above two kinds of exhaust gas， a reasonable choice of catalytic process and control scheme of combined combustion， can effectively treat VOCs in the exhaust gas， and hydrocarbon concentration after treatment can reach the national standard.
　　Key words： Wastewater treatment system；Process exhaust gas；VOCs；Catalytic combustion
　　石油化工企業工藝裝置及汙（wū）水處理場會（huì）向空氣中逸散含VOCs廢氣。此類（lèi）廢（fèi）氣不僅會導致區域空氣質量下降，而且其中的某些成分會刺激人體的呼吸道係統、血（xuè）液係統和神經（jīng）係統，職工長期接觸這類廢氣會對人體健康造成嚴重威脅，因（yīn）此這類廢氣需要（yào）進行（háng）治理[1]。
　　現（xiàn）有技術中，處理（lǐ）含VOCs廢（fèi）氣治理方法主要有焚燒法、催化燃燒法、冷凝法、吸收法、吸附法、生物法等[2]。焚燒法處理低濃（nóng）度廢（fèi）氣時存在能（néng）耗較高的（de）缺點（diǎn）；采用冷凝（níng）法和吸收法時，對低濃度廢氣處理效果有限，且須於其他技術（shù）（如催化燃燒）結合（hé）才能使（shǐ）廢氣達標（biāo）排放，流程比較複雜，投資較（jiào）大；現有的生（shēng）物淨化（huà）法對高VOCs濃度廢氣去除效果有限[3]；催（cuī）化燃燒工藝對廢氣中的汙染物淨化效率高，可滿足苛刻的國家環保標準（zhǔn）要求（qiú），因此在石油化工企（qǐ）業含VOCs廢氣治理中應用廣泛[4-7]。
　　本研究針對工藝尾（wěi）氣（qì）和汙水處（chù）理場逸散廢氣的（de）特點，研（yán）究了催化燃燒工藝在（zài）處理這兩類廢氣時（shí）工（gōng）藝流程及控（kòng）製方案，以使催化（huà）燃燒工藝在處理上述兩種廢氣時更加安全有（yǒu）效（xiào）。
　　1 催化燃燒（shāo）處理工藝尾氣
　　1.1 工藝尾氣特點
　　煉油與石油化工企業工藝單元排放（有組織（zhī）排放）的有機工藝尾氣具有以下特點（以聚丙烯裝置尾氣為例（lì））：
　　（1）濃度與流量波動較小；
　　（2）有機工藝尾氣中不（bú）含有氧氣；
　　（3）對高濃度具（jù）有（yǒu）回收價值的（de）尾氣應首先（xiān）采用回收工藝進行回（huí）收，回收之後的尾氣采用催化燃燒（shāo）工藝達標處理，對低濃度尾氣直接采（cǎi）用催化燃燒工藝處理；
　　（4）尾氣中可能含有氯化（huà）物、硫化物等易使催（cuī）化（huà）燃燒催化劑中毒的組（zǔ）分。
　　1.2 工藝尾氣處（chù）理工藝流程
　　根據工（gōng）藝尾氣的特點（diǎn），處理工（gōng）藝（yì）尾氣的催化（huà）燃（rán）燒工藝。

　　工藝裝置排（pái）放的有機廢氣在增壓風機的作用下首先進入堿洗塔，利用堿液脫除廢氣中的（de）氯化（huà）物、硫化物（wù）等對催化燃燒（shāo）催化劑有毒的物質。堿洗塔上部設置水（shuǐ）洗段，除（chú）去廢氣攜帶（dài）的堿液。經（jīng）過預處理後的工藝廢氣進入尾氣換（huàn）熱器，與燃燒後的高溫尾氣（qì）充分換熱，預熱到反應溫度後進入催化燃燒反應器（qì），在催化劑（jì）的作用（yòng）下，與氧氣進行催化燃燒反（fǎn）應，將廢氣中的VOCs轉化為二氧（yǎng）化碳和水。從催化燃（rán）燒反應（yīng）器出來的淨（jìng）化（huà）氣（qì）體進（jìn）入尾氣換（huàn）熱器回收熱量，淨化尾氣通過（guò）排氣筒排放到大氣中。在本工藝中，設置循環（huán）尾氣冷卻器及循（xún）環鼓（gǔ）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（huà）燃燒反應器出口溫（wēn）度（dù）。由於工（gōng）藝尾氣中不含有氧氣，因此進行催化燃（rán）燒反應所（suǒ）必須的氧氣由空氣鼓風機從大氣中引入裝置。本工藝（yì）開工階段利（lì）用電加熱器加熱尾氣的方（fāng）式進行開工預熱，正常（cháng）運行時電加熱器停用。
　　1.3 主要控製方案（àn）
　　為保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實現（xiàn）的。當催化燃燒反應器出口溫度大於設定值時，增大循環鼓風機入口調節閥的開度，增大循環尾氣（qì）量，使催化燃（rán）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，減小循環鼓風（fēng）機入口調節閥的開度，降低循環尾氣量，使催化燃燒反應器出口溫度回到設定值。
　　（2）催化燃燒反應器入（rù）口溫度（dù）控製——催（cuī）化燃燒反應器的入口溫度是通過（guò）調節尾氣換熱器旁路（lù）調節閥來實現的。當（dāng）催（cuī）化燃燒反（fǎn）應器入口溫度大於設定值時，增大尾氣（qì）換熱（rè）器旁路調節閥的開（kāi）度，減小換熱尾氣量，使（shǐ）催化燃燒反應器入口溫度回到設定值；當催化燃燒反應器入口溫度小於設定值時，減小（xiǎo）尾（wěi）氣換熱器旁路調節閥的（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超過設定（dìng）值、循（xún）環尾（wěi）氣冷卻器出口測溫超過設（shè）定值、循環鼓風機出口流量低於（yú）設（shè）定值、循環鼓風機停止運行或空氣鼓風機停止（zhǐ）運行時，以上條件，隻要滿足一個即觸發聯鎖，即關閉尾氣調節閥，同時打開尾（wěi）氣放空閥、關閉空（kōng）氣（qì）鼓（gǔ）風機（jī）、空氣調（diào）節閥以（yǐ）及停增（zēng）壓風機。
　　1.4 應用效（xiào）果
　　某石化公司聚丙烯裝置在生產過程中會向大氣中排放聚丙烯尾氣。
　　M-303尾氣中非甲烷總（zǒng）烴數值約（yuē）為65 477 mg/ Nm3，遠超（chāo）國家標準（zhǔn）《合成樹脂工業汙染物排放標準》（GB 31572-2015）對合成樹脂工業非甲烷總烴（tīng）的排放要求（非甲烷總烴排放限值為100 mg/m3）。
　　由於M-303尾氣有（yǒu）機烴濃度（dù）不高，回收沒有太大的經濟價值，考慮直接采用催化燃燒（shāo）工藝對M-303尾氣進行治理。由於尾氣中含有少量對催化劑有毒物質HCL，首先采用堿洗除去HCL，之後進入催化燃燒單元除（chú）去尾氣中的非甲烷總烴，工藝流程如圖1所示。
　　在（zài）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（hé）成樹脂工業汙染物排放標準》（GB 31572-2015）規定（dìng）的排放要求。
　　2 催化燃燒處理汙水處理（lǐ）場（chǎng）廢氣
　　2.1 汙水處理場廢氣特點
　　煉油與石油化工企業汙水處（chù）理場排放的廢氣具有以下特（tè）點：
　　（1）濃度與流量波動（dòng）較大；
　　（2）汙水（shuǐ）處（chù）理場排（pái）放的廢（fèi）氣含有充（chōng）足的（de）氧（yǎng）氣；
　　（3）汙水處理場（chǎng）前端構築物如（rú）隔油池、浮選池等排放的（de）廢氣中非甲烷總烴濃度較高（gāo），約為（wéi）2 000～5 000 mg/m3，可考慮直接采用催化燃（rán）燒工藝來進行處（chù）理；後端構（gòu）築物如（rú）曝氣池、生化池等排放的廢氣中非甲（jiǎ）烷總烴濃度較低，約為100～500 mg/m3，如直接采用催化燃燒工藝處理能耗較高，可考慮先采用（yòng）吸（xī）附濃縮再采用催化燃燒工藝來進行處理；
　　（4）汙水處理（lǐ）場排放的廢（fèi）氣中（zhōng）含有硫化氫、硫醇、硫醚等易使催（cuī）化燃燒催化劑中（zhōng）毒的組分。
　　2.2 汙水處理場（chǎng）廢氣處理工藝流程
　　根據汙（wū）水處理場（chǎng）排放廢氣的（de）特點（diǎn），處理（lǐ）汙水處理場廢氣的（de）催化燃燒工藝。
　　隔油池、浮選池等構築物逸散的含VOCs廢氣由催化風機（jī）引出經阻火器進入脫硫罐，脫硫罐中內置脫硫吸附劑，脫除廢氣（qì）中的有機硫、無機硫。脫硫處理之後的廢氣之後進入均化罐，利用均化罐中的均化劑完成廢氣總烴濃（nóng）度的（de）均（jun1）化，使廢氣中的（de）總烴濃度維持（chí）在（zài）較穩定的水平避免對催化燃燒反應器的衝擊（jī）。經過脫硫、均化的廢（fèi）氣與空氣混合，使廢氣中的總烴濃度滿足催化燃燒反應器對濃度的要求（濃度低於爆炸下限的（de）25%），之後廢氣進入過濾（lǜ）器（qì），脫除廢氣中（zhōng）的顆粒物，避免堵塞（sāi）催化劑床層。經過預處理後的廢氣進入尾氣換熱器，與燃燒（shāo）後的高溫（wēn）尾氣充分換熱，進入催化燃燒反應器，在催（cuī）化劑的作用下，與氧氣進行（háng）催化燃（rán）燒（shāo）反（fǎn）應，將廢（fèi）氣中（zhōng）的VOCs組分轉化為二氧（yǎng）化碳和水，並釋放出（chū）大量的反應熱。從催化燃燒反應器出（chū）來的淨化氣體攜帶熱量，進入尾氣換熱器（qì）與待處理廢氣進行充分換熱。最（zuì）後淨化尾氣通過排氣筒排放到大氣中。
　　2.3 主要控製（zhì）方案
　　為保證（zhèng）催化燃燒工藝在處理汙水處理場（chǎng）廢氣時能高效安全平（píng）穩的運行，主要的控製與聯鎖方案如下：
　　（1）催化燃燒反（fǎn）應器出口溫度控製——催化燃燒反應器的（de）出口（kǒu）溫度控製是通過調節（jiē）空氣量來實現的。當催化（huà）燃燒反應器出口溫度大於設（shè）定值時，增大（dà）空氣入口調節（jiē）閥（fá）的開度，增大空氣量，使（shǐ）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（dìng）值時，減小（xiǎo）空氣入口調節閥（fá）的開度，降低空氣量，使催化燃燒反應器出口溫度回到設定值。
　　（2）催化燃燒反應器入口溫度（dù）控製——催化燃燒反應器的入口溫度是通過調節電加熱器輸出功率來實現的。當催化燃燒反（fǎn）應器入口溫度大於設定值時，降低電加熱器輸出功率，使催化燃燒反應器（qì）入口溫度回（huí）到設定值；當催化燃燒反（fǎn）應器入口溫度小於設定值時，增大電加熱器輸出功率，使催化（huà）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度超過設定值、催化燃燒反應器出口溫度超過設定值、電加熱器內部溫度超過設（shè）定值或電加熱器故障時，以上（shàng）條件，隻要滿足一（yī）個即觸發（fā）聯鎖即切斷（duàn）廢氣（qì）進裝（zhuāng）置、全開空氣閥、關閉電加熱器。
　　2.4 應用效果
　　某汙（wū）水處理場預處理設施在水處理過程（chéng）中會向外逸散含VOCs惡臭廢氣（qì）。
　　汙水處理場隔油（yóu）池（chí）、浮選池等汙水預處（chù）理設施排放的（de）廢氣遠超國家（jiā）標準《石油煉製工業汙染物（wù）排放標準》（GB 31570-2015）對汙水處理場廢氣排放要求（非甲烷總烴排放限值（zhí）為120 mg/ Nm3，苯排放限值為4 mg/Nm3，甲苯排放限值為15 mg/ Nm3，二甲苯排放限值為（wéi）20 mg/Nm3）。
　　由於汙水處理場預處理（lǐ）設施排放的廢氣達到
　　3 000 mg/Nm3，廢氣燃燒放出的熱量（liàng）可維持係統的熱量平衡，因此考（kǎo）慮直接（jiē）采用催化燃燒工藝對廢氣進行治理。廢氣中含有的對催化劑有毒物質硫化氫、甲硫醇，首先采用幹法脫硫吸附（fù）脫除（總硫小於10 mg/Nm3），之後進入催化燃燒單元除去尾氣中的非甲烷（wán）總烴、三苯類物（wù）質。
　　在（zài）反應器入口溫度250～350 ℃的條件下，經過（guò）催化燃燒裝置處（chù）理，淨化氣體中的非甲烷總烴濃度低於（yú）100 mg/Nm3、苯濃度低（dī）於3 mg/Nm3、甲苯濃度低於10 mg/Nm3，二甲（jiǎ）苯濃度低於10 mg/Nm3，符合我國《石油煉製工（gōng）業汙染物排放標準》（GB 31570-2015）規定（dìng）的排放要求。
　　3 結 論（lùn）
　　針對工藝（yì）尾氣及汙水處理場（chǎng）廢氣的不同特點，對催化燃燒工（gōng）藝處理這兩類廢氣的工藝流程及主要控製方案進行了研究，結（jié）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，應根據不同種類廢氣的特點合理組織工藝（yì）流程及控製聯鎖方案：針對工藝尾氣采用堿洗—催化（huà）燃燒組合（hé）工藝，針對汙水處理場廢氣采用脫硫—均化—催化燃（rán）燒組合（hé）工藝（yì）。研究表明，針對上述（shù）兩種廢（fèi）氣，合理選（xuǎn）擇催化燃（rán）燒組合工藝及控製方案（àn），能夠有效處理廢氣中（zhōng）的VOCs組分，且處理後的氣體烴類濃度均可達（dá）到國家有關標準。
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