摘 要：石油化工企業(yè)工藝裝置尾氣及污水處理場(chǎng)逸散的廢氣均含有VOCs，其排放給區域空氣質(zhì)量和人體健康帶來(lái)嚴重威脅。針對工藝尾氣和污水處理場(chǎng)廢氣的特點(diǎn)，研究了催化燃燒工藝在處理這兩類(lèi)廢氣時(shí)工藝流程及控制方案。對工藝尾氣采用堿洗—催化燃燒組合工藝，對污水處理場(chǎng)廢氣采用脫硫—均化—催化燃燒組合工藝。研究表明，針對上述兩種廢氣，合理選擇催化燃燒組合工藝及控制方案，能夠有效處理廢氣中的VOCs組分，且處理后的氣體烴類(lèi)濃度均可達到國家有關(guān)標準。
　　關(guān) 鍵 詞：污水處理場(chǎng)；工藝尾氣；VOCs；催化燃燒
　　中圖分類(lèi)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(yè)工藝裝置及污水處理場(chǎng)會(huì )向空氣中逸散含VOCs廢氣。此類(lèi)廢氣不僅會(huì )導致區域空氣質(zhì)量下降，而且其中的某些成分會(huì )刺激人體的呼吸道系統、血液系統和神經(jīng)系統，職工長(cháng)期接觸這類(lèi)廢氣會(huì )對人體健康造成嚴重威脅，因此這類(lèi)廢氣需要進(jìn)行治理[1]。
　　現有技術(shù)中，處理含VOCs廢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]。焚燒法處理低濃度廢氣時(shí)存在能耗較高的缺點(diǎn)；采用冷凝法和吸收法時(shí)，對低濃度廢氣處理效果有限，且須于其他技術(shù)（如催化燃燒）結合才能使廢氣達標排放，流程比較復雜，投資較大；現有的生物凈化法對高VOCs濃度廢氣去除效果有限[3]；催化燃燒工藝對廢氣中的污染物凈化效率高，可滿(mǎn)足苛刻的國家環(huán)保標準要求，因此在石油化工企業(yè)含VOCs廢氣治理中應用廣泛[4-7]。
　　本研究針對工藝尾氣和污水處理場(chǎng)逸散廢氣的特點(diǎn)，研究了催化燃燒工藝在處理這兩類(lèi)廢氣時(shí)工藝流程及控制方案，以使催化燃燒工藝在處理上述兩種廢氣時(shí)更加安全有效。
　　1 催化燃燒處理工藝尾氣
　　1.1 工藝尾氣特點(diǎn)
　　煉油與石油化工企業(yè)工藝單元排放（有組織排放）的有機工藝尾氣具有以下特點(diǎn)（以聚丙烯裝置尾氣為例）：
　　（1）濃度與流量波動(dòng)較小；
　　（2）有機工藝尾氣中不含有氧氣；
　　（3）對高濃度具有回收價(jià)值的尾氣應首先采用回收工藝進(jìn)行回收，回收之后的尾氣采用催化燃燒工藝達標處理，對低濃度尾氣直接采用催化燃燒工藝處理；
　　（4）尾氣中可能含有氯化物、硫化物等易使催化燃燒催化劑中毒的組分。
　　1.2 工藝尾氣處理工藝流程
　　根據工藝尾氣的特點(diǎn)，處理工藝尾氣的催化燃燒工藝。

　　工藝裝置排放的有機廢氣在增壓風(fēng)機的作用下首先進(jìn)入堿洗塔，利用堿液脫除廢氣中的氯化物、硫化物等對催化燃燒催化劑有毒的物質(zhì)。堿洗塔上部設置水洗段，除去廢氣攜帶的堿液。經(jīng)過(guò)預處理后的工藝廢氣進(jìn)入尾氣換熱器，與燃燒后的高溫尾氣充分換熱，預熱到反應溫度后進(jìn)入催化燃燒反應器，在催化劑的作用下，與氧氣進(jìn)行催化燃燒反應，將廢氣中的VOCs轉化為二氧化碳和水。從催化燃燒反應器出來(lái)的凈化氣體進(jìn)入尾氣換熱器回收熱量，凈化尾氣通過(guò)排氣筒排放到大氣中。在本工藝中，設置循環(huán)尾氣冷卻器及循環(huán)鼓風(fēng)機，將循環(huán)尾氣冷卻到40～50 ℃引入尾氣換熱器入口，以此來(lái)控制催化燃燒反應器出口溫度。由于工藝尾氣中不含有氧氣，因此進(jìn)行催化燃燒反應所必須的氧氣由空氣鼓風(fēng)機從大氣中引入裝置。本工藝開(kāi)工階段利用電加熱器加熱尾氣的方式進(jìn)行開(kāi)工預熱，正常運行時(shí)電加熱器停用。
　　1.3 主要控制方案
　　為保證催化燃燒工藝在處理工藝尾氣時(shí)能高效安全平穩的運行，主要的控制與聯(lián)鎖方案如下：
　　（1）催化燃燒反應器出口溫度控制——催化燃燒反應器的出口溫度控制是通過(guò)調節循環(huán)凈化尾氣量來(lái)實(shí)現的。當催化燃燒反應器出口溫度大于設定值時(shí)，增大循環(huán)鼓風(fēng)機入口調節閥的開(kāi)度，增大循環(huán)尾氣量，使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于設定值時(shí)，減小循環(huán)鼓風(fēng)機入口調節閥的開(kāi)度，降低循環(huán)尾氣量，使催化燃燒反應器出口溫度回到設定值。
　　（2）催化燃燒反應器入口溫度控制——催化燃燒反應器的入口溫度是通過(guò)調節尾氣換熱器旁路調節閥來(lái)實(shí)現的。當催化燃燒反應器入口溫度大于設定值時(shí)，增大尾氣換熱器旁路調節閥的開(kāi)度，減小換熱尾氣量，使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于設定值時(shí)，減小尾氣換熱器旁路調節閥的開(kāi)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(guò)設定值、循環(huán)尾氣冷卻器出口測溫超過(guò)設定值、循環(huán)鼓風(fēng)機出口流量低于設定值、循環(huán)鼓風(fēng)機停止運行或空氣鼓風(fēng)機停止運行時(shí)，以上條件，只要滿(mǎn)足一個(gè)即觸發(fā)聯(lián)鎖，即關(guān)閉尾氣調節閥，同時(shí)打開(kāi)尾氣放空閥、關(guān)閉空氣鼓風(fēng)機、空氣調節閥以及停增壓風(fēng)機。
　　1.4 應用效果
　　某石化公司聚丙烯裝置在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )向大氣中排放聚丙烯尾氣。
　　M-303尾氣中非甲烷總烴數值約為65 477 mg/ Nm3，遠超國家標準《合成樹(shù)脂工業(yè)污染物排放標準》（GB 31572-2015）對合成樹(shù)脂工業(yè)非甲烷總烴的排放要求（非甲烷總烴排放限值為100 mg/m3）。
　　由于M-303尾氣有機烴濃度不高，回收沒(méi)有太大的經(jīng)濟價(jià)值，考慮直接采用催化燃燒工藝對M-303尾氣進(jìn)行治理。由于尾氣中含有少量對催化劑有毒物質(zhì)HCL，首先采用堿洗除去HCL，之后進(jìn)入催化燃燒單元除去尾氣中的非甲烷總烴，工藝流程如圖1所示。
　　在反應器入口溫度350～450 ℃的條件下，經(jīng)過(guò)催化燃燒裝置處理，凈化氣體中的非甲烷總烴濃度低于60 mg/m3，符合我國《合成樹(shù)脂工業(yè)污染物排放標準》（GB 31572-2015）規定的排放要求。
　　2 催化燃燒處理污水處理場(chǎng)廢氣
　　2.1 污水處理場(chǎng)廢氣特點(diǎn)
　　煉油與石油化工企業(yè)污水處理場(chǎng)排放的廢氣具有以下特點(diǎn)：
　　（1）濃度與流量波動(dòng)較大；
　　（2）污水處理場(chǎng)排放的廢氣含有充足的氧氣；
　　（3）污水處理場(chǎng)前端構筑物如隔油池、浮選池等排放的廢氣中非甲烷總烴濃度較高，約為2 000～5 000 mg/m3，可考慮直接采用催化燃燒工藝來(lái)進(jìn)行處理；后端構筑物如曝氣池、生化池等排放的廢氣中非甲烷總烴濃度較低，約為100～500 mg/m3，如直接采用催化燃燒工藝處理能耗較高，可考慮先采用吸附濃縮再采用催化燃燒工藝來(lái)進(jìn)行處理；
　　（4）污水處理場(chǎng)排放的廢氣中含有硫化氫、硫醇、硫醚等易使催化燃燒催化劑中毒的組分。
　　2.2 污水處理場(chǎng)廢氣處理工藝流程
　　根據污水處理場(chǎng)排放廢氣的特點(diǎn)，處理污水處理場(chǎng)廢氣的催化燃燒工藝。
　　隔油池、浮選池等構筑物逸散的含VOCs廢氣由催化風(fēng)機引出經(jīng)阻火器進(jìn)入脫硫罐，脫硫罐中內置脫硫吸附劑，脫除廢氣中的有機硫、無(wú)機硫。脫硫處理之后的廢氣之后進(jìn)入均化罐，利用均化罐中的均化劑完成廢氣總烴濃度的均化，使廢氣中的總烴濃度維持在較穩定的水平避免對催化燃燒反應器的沖擊。經(jīng)過(guò)脫硫、均化的廢氣與空氣混合，使廢氣中的總烴濃度滿(mǎn)足催化燃燒反應器對濃度的要求（濃度低于爆炸下限的25%），之后廢氣進(jìn)入過(guò)濾器，脫除廢氣中的顆粒物，避免堵塞催化劑床層。經(jīng)過(guò)預處理后的廢氣進(jìn)入尾氣換熱器，與燃燒后的高溫尾氣充分換熱，進(jìn)入催化燃燒反應器，在催化劑的作用下，與氧氣進(jìn)行催化燃燒反應，將廢氣中的VOCs組分轉化為二氧化碳和水，并釋放出大量的反應熱。從催化燃燒反應器出來(lái)的凈化氣體攜帶熱量，進(jìn)入尾氣換熱器與待處理廢氣進(jìn)行充分換熱。最后凈化尾氣通過(guò)排氣筒排放到大氣中。
　　2.3 主要控制方案
　　為保證催化燃燒工藝在處理污水處理場(chǎng)廢氣時(shí)能高效安全平穩的運行，主要的控制與聯(lián)鎖方案如下：
　　（1）催化燃燒反應器出口溫度控制——催化燃燒反應器的出口溫度控制是通過(guò)調節空氣量來(lái)實(shí)現的。當催化燃燒反應器出口溫度大于設定值時(shí)，增大空氣入口調節閥的開(kāi)度，增大空氣量，使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于設定值時(shí)，減小空氣入口調節閥的開(kāi)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控制——催化燃燒反應器的入口溫度是通過(guò)調節電加熱器輸出功率來(lái)實(shí)現的。當催化燃燒反應器入口溫度大于設定值時(shí)，降低電加熱器輸出功率，使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于設定值時(shí)，增大電加熱器輸出功率，使催化燃燒反應器入口溫度回到設定值。

　　（3）當催化燃燒反應器入口溫度超過(guò)設定值、催化燃燒反應器出口溫度超過(guò)設定值、電加熱器內部溫度超過(guò)設定值或電加熱器故障時(shí)，以上條件，只要滿(mǎn)足一個(gè)即觸發(fā)聯(lián)鎖即切斷廢氣進(jìn)裝置、全開(kāi)空氣閥、關(guān)閉電加熱器。
　　2.4 應用效果
　　某污水處理場(chǎng)預處理設施在水處理過(guò)程中會(huì )向外逸散含VOCs惡臭廢氣。
　　污水處理場(chǎng)隔油池、浮選池等污水預處理設施排放的廢氣遠超國家標準《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》（GB 31570-2015）對污水處理場(chǎng)廢氣排放要求（非甲烷總烴排放限值為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20 mg/Nm3）。
　　由于污水處理場(chǎng)預處理設施排放的廢氣達到
　　3 000 mg/Nm3，廢氣燃燒放出的熱量可維持系統的熱量平衡，因此考慮直接采用催化燃燒工藝對廢氣進(jìn)行治理。廢氣中含有的對催化劑有毒物質(zhì)硫化氫、甲硫醇，首先采用干法脫硫吸附脫除（總硫小于10 mg/Nm3），之后進(jìn)入催化燃燒單元除去尾氣中的非甲烷總烴、三苯類(lèi)物質(zhì)。
　　在反應器入口溫度250～350 ℃的條件下，經(jīng)過(guò)催化燃燒裝置處理，凈化氣體中的非甲烷總烴濃度低于100 mg/Nm3、苯濃度低于3 mg/Nm3、甲苯濃度低于10 mg/Nm3，二甲苯濃度低于10 mg/Nm3，符合我國《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》（GB 31570-2015）規定的排放要求。
　　3 結 論
　　針對工藝尾氣及污水處理場(chǎng)廢氣的不同特點(diǎn)，對催化燃燒工藝處理這兩類(lèi)廢氣的工藝流程及主要控制方案進(jìn)行了研究，結果對比如表3所示。
　　采用催化燃燒工藝來(lái)處理工藝尾氣及污水處理場(chǎng)廢氣時(shí)，應根據不同種類(lèi)廢氣的特點(diǎn)合理組織工藝流程及控制聯(lián)鎖方案：針對工藝尾氣采用堿洗—催化燃燒組合工藝，針對污水處理場(chǎng)廢氣采用脫硫—均化—催化燃燒組合工藝。研究表明，針對上述兩種廢氣，合理選擇催化燃燒組合工藝及控制方案，能夠有效處理廢氣中的VOCs組分，且處理后的氣體烴類(lèi)濃度均可達到國家有關(guān)標準。
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