RTO在C5石油树脂废气治理中的应用

陈建华，贺方斌，张卫东，石俊峰，张开增，帕哈尔丁·坎马尔丁

（新疆天利石化控股有限公司，新疆 独山子 833699）

挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds,简称VOCs）在工艺中的应用越来越广泛。挥发性有机化合物大多数具有特殊的气味，能导致人体呈现种种不适，并具有毒性，刺激性，致癌作用；在阳光照射下，大气中的氮氧化物、碳氢有机化合物与氧化剂发生化学反应，生产光化学烟雾，危害人体健康及作物生长，破坏臭氧层。

某公司充分利用C5资源，建成间戊二烯石油树脂装置，采用国内先进工艺，生产C5石油树脂，应用于增粘剂、路标漆、涂料、胶黏剂等。但该工艺流程中，高温熔融树脂储经泵输送进入钢带造粒机，通过造粒机头成排滴落在经冷却的旋转的钢带上，冷凝后从钢带上刮落。此过程中产生大量的树脂烟气，经取样分析，含有机废气成分达40种之多，VOCs浓度超过环境排放标准。该公司将4台C5树脂造粒机机头烟气、4台熔融树脂罐排气和装车栈桥的19个装车线废气一并考虑，对原有排气流程进行优化改造，采用RTO技术将有机废气在高温条件下分解生成CO2和H2O，从而净化废气达标排放。

1 废气基本情况

需要VOCs治理的废气为4台造粒机机头烟气、4台熔融树脂储罐废气和装车栈桥废气三股气源，其中造粒机机头烟气和树脂熔体储罐排气为连续排气源，主要成分为1-丁烯、2-戊烯、环丙烷等，有机物浓度3～5g/m3，含油量≤20mg/N m3，四台造粒机风机，每台风机抽气能力4000Nm3/h，风机变频操作，4台熔融树脂储罐排气进水封罐后，从水封罐顶部通过风机引入烟气处理系统，排气量1000 Nm3/h；装车栈桥为无组织气源，主要有混合甲基萘、混合芳烃、轻组分、轻/重油浆、苯乙烯、环戊烷、一甲基环戊烷、乙苯等产品在汽车装车过程中产生的废气，考虑到安全的冗余设计，将废气稀释至原有的10倍，稀释后的废气量为5000 Nm3/h。

2 工艺流程描述

四台造粒机机头处烟气经烟气分离器，除去烟气中的固液相组分，防止堵塞管道或设备。除去固液相后的气相经各自风机升压后进入烟气总管，进入总管前设置爆轰型阻火器；四台树脂熔体储罐气相统一进入水封罐，水封罐气相进入烟气总管；装车栈桥五个栈桥共19个装车线气相，汇集冷却到5℃后，进入气液分离罐，气相经风机增压后进入烟气总管，在风机出口设置阻火器；烟气总管经RTO进气风机升压后，进入RTO单元处理达标后排放。简单工艺流程图如图1所示。

图1

3 RTO工作原理

RTO，即蓄热式焚烧炉，把有机废气预热至750℃左右，在燃烧室加热升温至800℃以上，使废气中的VOCs氧化分解成为无害的CO2和H2O，氧化产生的高温气体及热量被蓄热体“贮存”起来，用于预热新进入的有机废气，从而节省升温所需要的燃料消耗，降低运行成本。

本工艺为三室蓄热陶瓷热力焚烧炉装置，一个焚烧炉膛，三个能量回用体（陶瓷蓄热体），通过阀门的切换，回收高温烟气，达到节能净化效果。待处理有机废气经进入蓄热体A的陶瓷介质层（改陶瓷介质“贮存”了上一个循环的热量），陶瓷释放热量，降低温度，而有机废气吸收热量，温度升高，废气离开蓄热室后以较高的温度进入氧化室，此时废气温度的高低取决于陶瓷体体积、废气流速和陶瓷体的几何结构。在氧化室中，有机废气再由燃烧器补燃，加热升温至设定的氧化温度，使其中的有机物被分解成二氧化碳和水，由于废气已在蓄热室内预热，燃烧器的燃料用量大为减少。氧化室有两个作用：一是保证废气能达到设定的氧化温度，二是保证有足够的停留时间使废气中的VOCs充分氧化。该项目设计停留时间大约1.2秒。废气流经蓄热室A升温后进入氧化室焚烧，成为净化的高温气体后离开氧化室，进入蓄热室B释放热量，降温后排出，而蓄热室B吸收大量热量后升温。处理后气体离开蓄热室B，经烟囱排入大气，与此同时，引入部分净化后的气体对蓄热室C进行吹扫以备进行下一轮热交换。一般情况下排气温度比进气温度高60℃左右。循环完成后，进气与排气阀门进行一次切换，进入下一个循环，废气由蓄热室B进入，蓄热室C排出，能量被C内的陶瓷热载体截留，用于下一次循环。如图2所示。

图2

3.1 进入RTO焚烧炉的废气要求

（1）适用于大风量，低浓度的废气焚烧。（2）含酸性污染物先进行预处理，去除绝大部分无机酸。（3）废气中VOC浓度不能过高，一般控制在爆炸下限的35%以下。（4）废气不能含明显固体，粉尘，否则必须经过预除尘、过滤处理。（5）禁止混入氢气、甲烷气、乙烯等危险性较大的废气。

3.2 RTO的局限性

（1）不能处理高含量含氢废气、甲烷废气、腐蚀性废气、乙烯废气等危险性废气。（2）不能处理LEL浓度超过25%的废气，如果高于该浓度要求，则需要经过稀释处理，就会降低焚烧的经济性。（3）废气量根据设计流量平稳排放，不得突然超量排放。（4）不能处理废液，废水，固废。

4 主体设备设计参数

本处理系统废气设计处理量为22000Nm3/h，由燃烧室、蓄热室、布风箱、废气风机、燃烧器、阻火器、烟气混合箱等组成。

蓄热体采用蜂窝型陶瓷填料，尺寸为150×150×300mm，材质为的壁薄孔径小，比表面积大，热膨胀系数小，蓄热放热速度快，压力损失小。

气动切换阀门采用气动扑克式结构，具有泄漏量小（≤0.3%），寿命长（可达100万次），启闭迅速（≤1s）的特点，通过控制不锈钢阀板与密封圈接触从而实现阀门的启闭，运行可靠。

燃烧器采用美国麦克产品实现连续比例调节，燃料为天然气，高压点火，系统含助燃风机、高压电火变压器、比例调节阀、火焰检测器等。比例调节阀根据炉膛所需要的温度变化来调节其开度，节省燃料，燃料和助燃空气同步变化，稳定燃烧。

废气风机采用变频电机驱动，与压力变送器联锁有效控制输送的废气量，流量为22000～24000Nm3/h,压力为4400kPa。

烟囱根据《烟囱设计规范》GB50051-2013进行标准设计，高度为40米。设置检测口和检测平台，顶部设置避雷针，与地面避雷装置连接。

5 处理效果

使用该系统处理三股废气后，经当地环保部门多次检测，均达到了《大气污染物综合排放标准》二级GB16297-1996、《石油化学工业污染物排放标准》GB 31571-2015和《合成树脂工业污染物排放标准》GB31572-2015中特别排放限值。检测结果见表1。

6 结语

从目前RTO运行来看，现场烟气全部引入RTO焚烧，现场环境得到了较大改善；但也存在以下问题。

（1）高温树脂烟气冷凝后，析出凝油，温度稍高时，在大风量下夹带进入RTO炉体；温度偏低时流动差，在管道内积聚，不易排出，影响废气流通，应采取措施保证烟气温度，及时排除凝油。

表1 废气进RTO前后检测记录

（2）国内C5树脂装置的产品多用于路标漆行业，RTO投资成本过大造成效益亏损，大部分树脂厂家采用吸附或冷凝方式，减少投资，节约成本。

（3）确保RTO安全平稳运行，需要精心操作，确保废气中可燃气体浓度低于爆炸下限的25%运行，并严格控制温度，不得超过850℃。

蓄热室氧化处理技术相对于传统的焚烧处理技术，有明显的优势，虽在其他行业领域已经很成熟应用，但在树脂行业使用较少，在提高VOC破坏去除效率，扩大适用范围和降低运行费用等方面有待探索。以绿色环保循环利用为目的RTO技术将是VOC处理技术发展趋势之一。

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