RTO之催化燃烧处理挥发性有机废气工程实例分析

发布时间：2020-08-12 20:34:00 点击：

RTO焚烧炉、RTO、RCO专业生产厂家无锡泽川环境2020年8月12日讯  采用催化燃烧工艺处理江苏某化工企业 VOCs 废气，论述了该企业有机废气的收集和处理现状、催化燃烧装置工艺流程及运行参数。系统设计处理能力为 1000 m³ /h，处理装置总投资 31. 5万元，年运行成本 4. 32 万元。经催化燃烧装置处理后，废气中丙烯醛浓度 0. 83 mg /m³，去除率达到 94. 9% ，非甲烷总烃浓度 2. 36 mg /m³，去除率为 93. 2% ，均满足 《化学工业挥发性有机物排放标准》( DB32 /3151－2016) 表 1 标准。

化工行业是江苏的支柱性行业，根据 《十三五规划全国分行业 VOC 排放基 数 －江 苏》，江苏省工业源VOCs排放量为108. 07 万吨，其中化学工业( 除石化外) VOCs排放量23. 20万吨，占工业源排放量的21. 47% ，成为江苏省VOCs的重要源头之一［1］。我国 “十三五规划纲要”中明确提出:“在重点区域、重点行业推进挥发性有机物排放总量控制，全国排放总量下降10% 以上”［2］，而化工合成企业作为 VOCs 的重要来源，对其废气的净化治理也迫在眉睫。

目前，处理含 VOCs 废气的方法主要有焚烧法、催化燃烧法、冷凝法、吸收法、吸附法、生物法、膜分离法等［3－4］。其 中，焚烧法处理低浓度有机废气时能耗较大［5］，一般适用于处理较高浓度有机废气。而冷凝法和吸收法对低浓度有机废气处理效果较差，一般需与其他处理工艺( 如活性炭吸附等) 联 用［6］，而现有生物法则对高浓度有机废气处理效果有限［7］。膜分离法是一种新型的处理技术，但由于处理污染物单一、成本高等缺陷，应用较少［8］。催化燃烧技术由于具有起燃温度低、可抑制 NOx 等污染物的形成、适用范围广、净化效果好、能耗低等优点［2，9］，广泛应用于处理含 VOCs 废气。

催化燃烧是典型的气－固相催化反应，其原理是在催化剂的作用下，有机废气中的碳氢化合物在温度较低的条件下迅速被氧化成 H2O 和 CO2［10－12］。笔者结合以往工程经验，并结合江苏某化工企业的废气排放现状，提出采用催化燃烧法处理挥发性有机废气，对国内化工企业废气控制具有较好的借鉴意义。

1 项目概况

该企业以对苯二甲酸( PTA) 和 1，3－丙二醇( PDO) 作为主要原料生产对苯二甲酸丙二醇酯( PTT) ，生产工序包括酯化、终 缩、切粒、干燥、包装等。根据现场实地调查，企业废气主要可分为集中式排放和无组织排放。其中集中式排放废气主要来源为酯化釜冷凝器、预缩釜真空泵、终缩釜真空泵等，废气流量小，污染物浓度高，治理难度较大; 无组织废气主要来自预缩釜、终缩釜放釜残过程和开车调试过程，废气污染物浓度低，但是捕集风量较大。企业废气主要污染物组分为 1，3－丙二醇、丙烯醛等挥发性有机物，企业主要废气产污和收集处理情况如表 1 所示。

2 工艺流程

根据企业废气产污情况，并结合以往工程经验，笔者提出采用催化燃烧法处理该企业有机废气，其结构示意图如图 1 所 示，主要工艺流程可分为 5 个阶段: 

( 1) 废气经阻火除尘器过滤后，进入热交换装置，和催化反应后的高温气体进行能量间接交换，此时废气的温度得到第一次提升; 

( 2) 具有一定温度的气体进入预热室，进行第二次的温度提升;

( 3) 气体进入第一级催化反应，此时有机废气在低温下部份分解，并释放出能量，对废气进行直接加热，将气体温度提高到催化反应的最佳温度;

( 4) 经温度检测系统检测，温度符合催化反应的温度要求，进入催化反应室，有机气体得到彻底分解，同时释放出大量的热量;

( 5) 净化后的气体通过热交换器将热能转换给冷气流，降温后气体由引风机排空。

3 主要技术参数

根据企业现有废气收集系统，确定催化燃烧装置的废气处理能力为 1000 m3 /h，设计预热温度为250 ～ 300 ℃，加热功率42 kW，氧化分解温度为 400 ～ 500 ℃，风机功率 5. 5 kW，设备总功率 47. 5 kW，其余各运行参数如表 2 所示。

4 装置运行情况

第三方检测机构对装置进出口尾气的检测结果如表 3 所 示。检测结果表明，催化氧化技术能够有效去除废气中的挥发性有机物，废气经催化燃烧装置处理后，丙烯醛浓度 0. 83 mg /m3，去除率达到 94. 9% ，非甲烷总烃浓度 2. 36 mg /m3，去除率为93. 2% ，均满足 《化学工业挥发性有机物排放标准》( DB32 / 3151－2016) 表 1 标准。

5 经济分析

1) 催化燃烧系统( 包括设备主机、电热管、催化剂、风机等) 设备总投资 31. 5 万元。( 2) 催化燃烧系统总装机功率 47. 5 kW。系统主引风机功率为 5. 5 kW，按 80% 运行效率，电价 0. 75元/kW·h( 峰谷电平均价) 计算，耗电量为 79. 2 元/d。电加热系统功率为 42 kW，仅在系统启动时全功率运行 1 h，系统正常运转时基本不需用电加热，设备单次启动费用为 25. 2 元。( 3) 催化燃烧系统催化剂用量为 0. 1 m3，每 8500 h 更换一次，催化剂单价230000 元/m3，系统催化剂使用成本为64. 95 元/d。按年运行 300 天计算，不计设备折旧、资金利息、维修费用等，催化燃烧系统总运行费用约为 4. 32 万元/年。

6 结 论

采用催化燃烧技术治理化工合成废气，废气经催化燃烧装置处理后，丙烯醛浓度 0. 83 mg /m³，去除率达到 94. 9% ，非甲烷总烃浓度 2. 36 mg /m³，去除率为 93. 2% ，均满足 《化学工业挥发性有机物排放标准》( DB32 /3151 －2016) 表 1 标准。整套催化燃烧系统设备总投资 31. 5 万元，年运行成本 4. 32 万元，投资和运行成本低，并且能有效去除废气中的丙烯醛及非甲烷总烃等有机污染物，具有良好的经济效益和环境效益。