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行业新闻

旋转式RTO在精细化工行业VOCs末端治理中的应用

       精细化工是当今化学工业中最具活力的新兴领域之一,是新材料的重要组成部分。精细化工产品种类多、附加值高、用途广、产业关联度大,直接服务于国民经济的诸多行业和高新技术产业的各个领域。大力发展精细化工己成为世界各国调整化学工业结构、提升化学工业产业能级和扩大经济效益的战略重点。
       精细化工产品包括以下11个产品类别:农药;染料;涂料(包括油漆和油墨);颜料;试剂和高纯物;信息用化学品(包括感光材料、磁性材料等能接受电滋波的化学品);食品和饲料添加剂;粘合剂;催化剂和各种助剂;化工系统生产的化学药品(原料药)和日用化学品;高分子聚合物中的功能高分子材料(包括功能膜、偏光材料等)。
       精细化工行业VOCs排放主要包括烃类、醇类、醛类、酸类、酯类、酮类和胺类等有机物。
1.精细化工行业废气来源
       精细化工异味来源包括有组织排放废气和无组织排放废气两部分。无组织排放废气经收集后可转化为有组织排放废气,常用的收集方式有三种,一是直接在设备废气排放口进行收集,二是对设备整体进行密闭收集,三是对设备所在生产区域进行整体密闭收集。有组织排放废气分别来自储罐、构筑物及生产设备。储罐废气指储罐在物料装填或内部压力上升时通过呼吸阀或氮封系统排放的VOCs;构筑物废气来自装置污水池及废液池;生产设备废气来自生产设备排放的废气,生产设备包括反应类、传动设备类、分离设备类、容器类、换热设备类、干燥设备类等设备,包括真空排放废气、常压排放废气和高压排放废气等。
       各来源点废气组成、浓度变化较大,特别是储罐受物料饱和蒸气压、进料速率、液位、温度、氮封等因素影响较大,VOCs浓度以现场实际测量与经验计算相结合,废气量根据储罐进料量确定。
2.旋转式RTO技术简介
2.1旋转式RTO原理
       旋转式RTO是在高温下将可燃废气氧化成对应的氧化物和水,从而净化废气,并回收废气分解时所释放出来的热量,热回收效率达到95%以上。在整个过程中无危废产生。其分解原理如下图1所示。
2.2旋转式RTO的结构
       旋转式RTO使用12个蓄热室,废气在5个室预热后进入顶部氧化室。氧化室内燃气燃烧使室内温度达到氧化温度,废气氧化后的高温气体经过另5个室冷却排出;剩余2个,1个蓄热室为吹扫区,另1个蓄热室为死区。废气通过旋转分配阀交替均匀的进入12个蓄热室,控制废气在蓄热室不断切换,实现了连续平稳的蓄热、放热工况切换。旋转式 RTO 使用全新的气体隔离技术,使进出口的气流波动小,对前端工艺生产线不会造成影响。旋转式RTO实现炉体和阀门的相对独立,同时便于安装与维护,运行平稳。
2.3 旋转式RTO的技术优势
       有机废气热力燃烧装置经历了两床、三床、旋转式三个发展阶段,旋转式属于第三代RTO,是目前最先进的有机废气氧化净化设备,与传统的 RTO相比, 旋转式RTO有明显的优势。
       旋转式RTO与床式RTO相比较,其优势如下表1所示:

       根据精细化工行业生产工艺废气组成、浓度变化较大的特点,从处理条件、投资费用、运行成本和运行稳定性及处理效率等综合比选,适合选用旋转式RTO技术。
3.不含硫氯氮的废气处理工艺说明
3.1工艺流程简图
3.2工艺流程说明
       RTO设施包括废气收集和废气处理两部分。构筑物废气浓度低,几乎可以忽略,直接经风机F1引入混风箱。生产设备产生的废气由于浓度一般较高,经收集后需在其收集总管上加入稀释风进一步降低VOCs浓度后经风机F2引入混风箱。稀释风优先考虑收集厂区内的无组织排放气体。储罐产生的有机废气通过集气罩收集后需根据储罐数量、物料性质及使用情况等确定是否需要加入稀释风进一步降低浓度,然后经风机F3引入混风箱。混合后的废气由排风风机F4排出,经水封装置后,根据实际情况确定是否需要加入稀释风,然后经过除湿装置处理后由主风机F5送出,经底部旋转阀进入蓄热氧化室中,氧化室内填装蜂窝蓄热陶瓷,在800-850℃温度下,将废气中的VOCs氧化成CO2和H2O,然后通过烟囱排至大气。如RTO出现故障或VOCs浓度异常时废气将通过备用活性炭处理装置进行处理后排入大气。
       对于含有酸类的有机废气,在进RTO之前先采用碱吸收前处理,如果不做前处理,则对RTO设备材质要求较高,旋转部分可以采用316L不锈钢,塔体选用PP材质,风机选用玻璃钢材质,密封选用耐酸腐蚀耐高温的聚四氟乙烯加耐腐蚀橡胶。
       当废气温度超过70℃且含有大量液体成分时需加装冷凝器;对于含有油状物的废气需加装气油分离装置;对于含有大量水分的工业废气需加装气液分离装置。
3.3设计说明
       储罐呼吸阀出口废气输送管和呼吸阀连接方式由直联改为集气罩方式,收集时同时吸入足够的空气,降低VOCs浓度,集气罩后端带有止回阀,可防止气体回流,止回阀后端带有手动调节阀,根据与排风机的距离、管道压力损失的不同,适当调节,实现各储罐的排放平衡。同时,在储罐口增加阻火器,防止串火。
4.含硫氯氮的废气处理工艺说明
4.1  单独收集处理
       对于含硫或氯的废气,从节约投资和有效性的角度考虑,首先考虑将含硫或含氯的废气单独收集后用活性炭或树脂吸附处理,不含硫或氯的废气经过收集后去旋转式RTO焚烧。因为含氯废气在在高温焚烧过程中产生的氯离子对设备具有腐蚀,会影响设备使用寿命,加上氯与废气中的苯系物在高温下会生成二噁英,二噁英是一种剧毒物,还需要在焚烧后做进一步的活性炭吸附处理;而含硫废气在在高温焚烧过程中产生的酸性气体也会腐蚀设备。工艺流程简图如下图3所示。
4.2  含氯废气处理
       含氯无机废气(主要为Cl2和HCl)为酸性气体,对碳钢、不锈钢等材料具有腐蚀性,并且在氧气条件下不能燃烧。所以,需要将氯气和氯化氢等含氯无机废气先经过多级水吸收+一级碱吸收处理后再送入RTO处理。含氯有机废气不是酸性气体,对碳钢、不锈钢等材料没有腐蚀性,不溶于水、酸和碱,但通过焚烧能将有机氯转化为HCl,所以,可以考虑将含氯有机废气送入RTO焚烧转化为HCl后再进行多级水吸收+一级碱吸收处理,此情况下对RTO设备材质要求较高,旋转部分可以采用耐酸的材料,依照具体情况推荐:
氯离子≤5 000 PPM:推荐性价比最高的2205双相不锈钢。
氯离子≤3 0000 PPM:推荐性价比最高的2507双相不锈钢。
氯离子≤5 0000 PPM:推荐性价比最高的904L超级不锈钢(六钼合金)。
氯离子≤20 0000PPM:推荐性价比最高的哈氏合金C-276。
       一般来说,随着腐蚀环境的恶劣程度增加,选材顺序按316L不锈钢,双相不锈钢,超级不锈钢,哈氏合金C系列,纯钛,钛钯合金。
       塔体选用PP材质,风机选用玻璃钢材质,密封选用耐酸腐蚀耐高温的四氟乙烯或三元乙丙或氟橡胶或四氟包橡胶或四氟包氟橡胶材质。同时,适当提高废气或排气温度,降低腐蚀性气体因温度低而冷凝、积聚造成对材料的腐蚀。
       如果废气中含芳烃及其衍生物,会和氯形成二噁英。二噁英在700℃时开始分解,在 800℃ 时2秒内完全分解。为了最大程度的减少二噁英的生成,氧化的温度控制在850-950℃,将有机组分氧化为CO2、H2O 和 HCL等。由于燃烧过程中可能存在短时间缺氧 ,使有机物与产生的 HCL 生成微量二噁英,可以通过活性炭吸附去除。所以,可以考虑控制如下几点:控制燃烧室的温度在850-950℃;延长废气在燃烧室的停留时间(≥2s);燃烧后的气体进入碱洗塔去除HCL,再经过活性炭吸附极少量的二噁英后达标排放。
4.3  含硫废气处理
       含硫无机废气(主要为H2S和SO2)为酸性气体,对碳钢、不锈钢等材料具有腐蚀性,并且在氧气条件下不能燃烧。所以,需要将其先经过一级水吸收+多级碱吸收处理后再送入RTO处理。含硫有机废气不是酸性气体,对碳钢、不锈钢等材料没有腐蚀性,不溶于水、酸和碱,但通过焚烧能将有机硫转化为SO2,所以,可以考虑将含硫有机废气送入RTO焚烧转化为SO2后再进行一级水吸收+多级碱吸收处理,此情况下对RTO设备材质要求较高,旋转部分可以采用耐硫的ND钢、2205双相不锈钢或904L超级不锈钢,塔体选用PP材质,风机选用玻璃钢材质,密封选用耐酸腐蚀耐高温的耐硫橡胶材质。
4.4  含氮废气处理
       RTO不能处理氨气(NH3)、氮氧化物(NOx)等有毒有害的含氮挥发性无机废气,所以,在进RTO之前进行处理。而含氮挥发性有机废气经过RTO氧化后能转化为含氮无机废气,所以,考虑在经过RTO焚烧处理之后进行下一步处理。
       对于NH3而言,一般采用水吸收 + 酸吸收的工艺流程;对于纯NO2废气而言,一般采用多级碱吸收的工艺流程。对于氮氧化物而言,采用SCR脱硝技术处理。
5.RTO参数确定及安全措施
5.1  RTO风量确定
       由于废气中含有易燃易爆物质,废气收集必须保证在最大VOCs浓度下不超过爆炸下限的1/4。
5.2  RTO运行参数确定
1) RTO燃烧室温度必须大于所处理废气的自燃温度,一般控制在800-850℃。
2) 各风机入口压力需维持微负压,既要满足废气从排放源顺利的排出又要尽可能的减少排放量。
3) 主风机入口压力由变频电机驱动,根据排放设备的排放风量变化产生,自动调节转速,适应排放工况。
4) 爆炸下限联锁值设定为可燃气体爆炸下限的25%。
5.3  安全保护措施
       由于废气中含有易燃易爆物质,爆炸下限低,爆炸极限范围大,加入稀释风后,极易进入爆炸范围,所以,必须采取行之有效的安全保护措施。
1)主管道安装LEL浓度检测仪,实时提供废气浓度,并提供报警和联锁功能;风量设定满足可燃气体最大允许浓度低于爆炸下限的25%;
2)炉膛温度实时监测,并设置有双热电偶对其监测数据判断;
3)系统开机流程设置有扫膛过程,用于清扫炉膛内残留的有机废气和燃料,避免点火时发生爆燃;
4)炉膛到烟囱中间有高温旁通阀,高温阀控制信号与炉膛温度连锁,当温度过高超温时,高温旁通阀会自动打开释放过多的热量,保护炉膛;
5)系统在废气入口处设置有紧急排放阀,可在RTO故障或者维护停机的时候紧急排放;
6)在炉体进、出风口都设置有压差表及传感器,他们用来观测蓄热陶瓷的工作情况,检测是否堵塞或者破损;
7)系统设有报警装置,并留有接口,方便客户根据实际情况增加报警点;并且主控屏会一直显示系统运行状态,如有不正常,会在主控屏自动记录报警信息,方便及时排查故障;
8)系统设置安全急停按钮,当RTO区域发生危险情况时,拍下急停可以避免更大损失的发生;
9)风机内防爆,防止VOCs浓度超过爆炸下限时风机发生爆炸;
10)管道采用防静电设计,防止气体流动时发生静电火花;
11)每一个废气排放设备的排气管道均带有阻火器,防止外部的火焰波及到设备;
12)总管道装有温度传感器,如有异常高温,隔离后段设备进行排空,防止废气发生段的火焰波及到RTO和备用吸附床;
13)废气和RTO设备之间装有带爆破片的水封装置,防止RTO发生意外时火焰传播到前端;
14)排气量比较大的设备出口(如真空泵)加装止回阀,防止气体回流;
15)储罐采用集气罩收集废气,以隔离废气管道和储罐,同时提供充足的稀释风;
16)RTO入口带有爆破片,在发生爆炸时将能量安全地扩散,防止人员伤亡和设备破损;
17)RTO的燃烧器阀组带有可燃气体探测器,可监视燃料的泄漏,出现异常,提供报警信号和联锁功能;
18)当主风机故障时,RTO停车,三路有机气体及时切换到活性炭吸附装置。
6.结语
       根据理论研究和工程实例表明,旋转式RTO对于精细化工行业尾气治理具有有效性和高效性,不仅能达标排放,节约运行成本,而且响应国家节能减排的政策,为社会环境保护作出一定贡献。

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