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石油化工技术

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石油化工行业VOC废气处理技术介绍

文章来源: 更新时间:2019-03-12

  将气体 通入含喷淋系统的洗涤塔中,气体经 过填料床的均匀分布,与洗涤液充分接触,利用气 体中污染物的溶解性或化学性质,将气体 中的污染物吸收或通过化学反应去除,从而达 到气体净化的目的。除此之外,洗涤塔还有降温、除尘、除油的作用。通常采 用的方式为逆流式洗涤。常用的 洗涤剂包括清水、植物液、硫酸溶液、氢氧化钠溶液、次氯酸钠溶液等。其中清 水洗涤和植物液洗涤是利用污染物的溶解性,植物液 的一些基团也参与化学反应;硫酸溶液洗涤、氢氧化 钠溶液洗涤和次氯酸钠洗涤则是利用了污染物的化学性质。

  ◆ 特点:

  (1)反应快速,洗涤剂 与气体接触的时间一般不超过12秒;

  (2)适用性强,常和其 它处理工艺结合,是有效的预处理设施;

  (3)常用立式结构,节约占地;

  (4)操作简单,除了定 期更换洗涤剂外基本为无人操作(洗涤剂更换也可

  通过增加配套PLC自动控 制系统实现无人操作);

  (5)工艺灵活,若气体性质发生变化,则通过 更换洗涤剂即可继续使用;

  (6)建设成本低。

  ◆ 适用条件:

  适用性较强,可起到除尘、除油、降温、除臭的作用,常作为 其它工艺的预处理设施。

  ◆ 应用于石化行业:

  洗涤法 应用于石化行业的具体表现形式为油洗塔。油洗塔 是乙烯装置热回收区的关键核心设备,其作用 是将来自裂解炉的裂解气中的重油和轻油组分冷凝,并最大 的实现热量回收。原理为 将来自裂解炉的裂解气和急冷油/水逆流接触冷却,裂解气 中的重油和轻油组分因此得以冷凝。冷凝的 热媒和冷媒可采用直接或间接接触形式进行热交换。

  2)催化燃烧法

  


  通过引 风机将废气送入净化装置换热器换热,再送入到加热室,通过加热装

  置,使气体 达到催化反应温度,再通过 催化床内催化剂作用,使有机 气体分解成二氧化碳和热能。

  (1)高浓度 时耗能仅为风机功率,浓度较 低时自动间歇补偿加热。

  (2)催化起燃温度为300~500℃。

  (1)中、高浓度的有机废气,最佳浓度 2500~3000mg/m;

  (2)主要针对烃类、苯类、酮类、醚类、酯类、醇类、酚类。

  催化燃 烧法适用于处理高浓度的有机废气,而且技 术本身已经发展的相当成熟。但是该 方法一次性投入和维护运行费用都比较昂贵,因此应 用于大气量废气的处理会给企业带来较大的经济负担。另外如 果催化剂床层温度控制不好,还会有爆炸的危险。因此在 选择使用该技术的同时要做好防爆安全措施。

  3)直接燃烧法

  


  利用辅 助燃料燃烧所发生热量,把可燃 的有害气体的温度提高到反应温度,从而发生氧化分解。

  利用热 力法燃烧方式氧化分解废气中的污染物,在适当的温度下,提供充 足的燃烧氧气和一定驻留时间,高效除臭,高净化率。同时该 设备主机工作稳定,不存在堵塞现象。

  中高浓度有机废气。例如溶剂废气:苯类、酮类等。

  直接燃 烧法对废气的要求较高,因此还 是要根据具体问题具体分析。

  4) 蓄热式催化净化(RCO)

  


  ◆ 原理

  将低温 催化氧化与蓄热技术相结合的一种有机废气净化技术。

  ◆ 特点

  1)采用预 热和蓄热交替切换技术,使之具 有较高的换热效率,效率高达90%以上,节能性能显著;

  2)具有催 化燃烧法相同的特点。

  ◆ 适用条件

  适用与 涂装线及烘房有机废气处理,化学工业、化学合成工艺(ABS合成),石油炼 化工艺等各种产生有机废气的场所。在气体中含有S、卤素等 成分时可使催化剂失活,该情况下不适用。

  5) 蓄热式热力氧化(RTO)

  


  


  左上:负载贵金属催化剂;左下:陶瓷蓄热体俯视图;右上:蜂窝状活性炭;右下:蜂窝状陶瓷体。

  


  将高温 氧化与蓄热技术相结合的一种有机废气处理技术。

  炉体在 进行废气处理之前,先将燃烧室、蓄热床进行预热;预热完毕后,将废气源接入设备。有机废 气在配套风机作用下,首先经 预热的蓄热陶瓷体1进行热交换,废气经 过一次提温后进入加热区,在加热 区废气得到第二次提温,此时废气温度达到800℃左右废气直接燃烧,生成二 氧化碳与水排出并释放热能;处理后 的洁净气体再经过蓄热陶瓷体2进行蓄热由风机排出。经排风 机进口测温棒进行温度检测后达到设定温度时,进行阀 门切换由蓄热陶瓷体2进入废气、由蓄热陶瓷体1排出,如此循环往复。

  (1)采用预 热和蓄热交替切换技术,使之具 有较高的换热效率,效率高达90%以上,节能性能显著;

  (2)采用燃烧机供热,可实现大、小功率 运行比例调节功能,并具有预清扫、歇火保护、超温报 警及自动切断燃料供应功能;运行安全、可靠、高效、耐用;

  (3)采用微机自动控制、多点温控,实现多种保护动作、运行信息检索、监控信息反馈,使系统安全、稳定、可靠地运行;

  (4)阀门采 用气动传动机构,与电动 传动机构相比较阀门切换更灵敏、更迅速;

  (1)适用于 中高浓度的有机废气

  (2)适用于涂装线、印刷、化学合成工艺(ABS合成)、石油炼 化工艺各种产生有机废气的场所。

  2、中低浓 度废气处理工艺

  1)光解法

  


  光解法 以是否需要电极来激发产生臭氧分为有极紫外和无极紫外两种,首先介 绍有极紫外光解法:

  在波长范围170nm-184.9nm(704kJ/mol-647kJ/mol)高能紫外线的作用下,一方面 空气中的氧气被裂解,然后组合产生臭氧;另一方 面将恶臭气体的化学键断裂,使之形 成游离态的原子或基团;同时产 生的臭氧参与到反应过程中,使恶臭 气体最终被裂解、氧化生 成简单的稳定的化合物,如CO2、H2O、SO2、NO2等。

  (1)裂解反应时间极短(<0.01s),氧化反应的时间需2~3s;

  (2)可以破 坏恶臭物质部分化学键,从而改变其性质,达到除臭的目的,不需耗 费大量能量将有机物全部转化为无机物,节约能源;

  (3)UV 光解净化长期稳定、高效。灯管使用寿命12000~15000小时,箱

  体通常为不锈钢材质,美观大方,使用寿命可达15年以上;

  (4)条件满足的情况下,UV 光解的 净化效率最高可达到99.9%以上;

  (5)占地面积小,操作灵活,可实现自动无人操作。

  (1)反应温度低于70℃,粉尘量低于100mg/m3,相对湿度低于99%;

  (2)适用于中、低浓度 有机气体废气处理,尤其在 消除臭味方面得到广泛

  的好评。

  光解法 在处理烃类污染物(“三苯”、非甲烷总烃等)方面具 有较高的去除率,特别适 用于中低浓度石化行业废气处理,能广泛 使用与石油化工领域。另外,UV光解净 化技术在处理某些特定的环境和特殊工艺式,能有很好的处理效果,并能净 化绝大多数种类的废气,是其他 技术无法替代的。

  ◆ 无极紫外:

  无极紫 外光解法所采取的发光原理与有极法不同:利用微 波发生器产生的高频电磁波激发等内填充气体产生紫外光。同普通紫外相比,微波无 极紫外光源由于没有电极,不会产 生由于电极氧化、损耗和 密封问题引起的发黑现象,而且具有制造容易、价格低廉、能耗小 和反映其简单等优点。

  然而,无极紫 外灯在利用电能转化成微波时,最高转化率只有70%,这些微 波也不能全部作用于灯的激发,一部分用于加热作用,使得反应体系过热,严重时 使无极灯不稳定,甚至出 现暂时熄灭的现象,冷却装 置也带了一部分能量,这些都 导致了微波无极灯能量利用率不高。

  2)活性炭法

  活性炭 是最常用的吸附剂之一,它具有 孔隙率高的特点,其孔径分布为:大

  孔半径>20000nm,过渡孔半径150~20000nm,微孔半径<150nm。孔径相 对越小且孔数越多的活性炭,其比表面积就越大。巨大的 比表面积就有强大的表面吸附能。表面吸附能把小分子(分子直 径数量级通常在10-10m)污染物 捕捉并固定在微孔中,通过的 气体即为干净气体。

  此外,活性炭 颗粒散装放置可形成堆叠效应,使比表面积扩大,表面活性能

  增强。有时候,气体中 往往掺杂一些粒径相对较大的液相或固相物质,即雾或烟。这些物 质直径比活性炭微孔孔径大,因此气 体在通过活性炭层时它们会被活性炭阻截,这边是 活性炭的过滤作用。

  (1)适用性强,几乎所 有污染物质都能用活性炭吸附法去除;

  (2)设备简单,吸附过 程不使用其它能源,建设费用低廉;

  (3)活性炭 再生后可重复使用。

  (1)空气干燥。活性炭 具有很强的吸湿性,若空气潮湿,活性炭很快会失

  去作用。

  (2)颗粒物浓度低。活性炭 对颗粒物或油状物具有阻截作用,当阻截物增

  加到一定量后,整个系 统的风压会特别大,对动力 设备的使用寿命有很大影响。

  (3)污染物浓度较低。污染物浓度高的话,活性炭很快吸附饱和,降低或

  失去吸附作用。经常更 换活性炭会产生较大的运行费用,活性炭 再生又会消耗大量的能源,也是运 行费用的组成部分。

  石化行 业废气普遍存在气量偏大的情况,在此情况下,活性炭 法并不适合该类废气净化。因为相 应产生的换炭成本较高,进而会 给企业或业主造成经济负担。另外,某些情 况下石化废气的气温较高,高于80℃就不太 适合应用活性炭吸附法。因此是 否要采用此法处理石化行业废气还要根据具体废气性质来分析和选择。

  此外,活性炭 对其他直连的烷烃吸附效果较差。对于低浓度、大气量的废气,通常是 将活性炭吸附和催化燃烧结合起来使用。先采用 活性炭进行吸附提浓,然后在 再生过程将含有高浓度有机物的解析器进行催化燃烧,这样可 以避免产生大量的活性炭二次污染物。

  3) 活性炭吸附—蒸汽脱附—催化燃烧(VOC-XC)

  


  根据吸附(效率高)和催化燃烧(节能)两个基本原理设计的,即吸附浓缩—催化燃烧法。

  (1)采用吸附浓缩+催化燃烧组合工艺,整个系统实现了净化、脱附过程闭循环,与回收 类有机废气净化装置相比,无需备 压缩空气和蒸汽等附加能源,运行过 程不产生二次污染,设备运行费用较低,但是一次性投资较高。

  (2)设计时在活性炭达到94%饱和之前即开始脱附。可自动/手动切换阀门。活性炭更换周期3-5年。

  (3)炉内正常温度400℃,500℃将报警,并通过 补冷风进行降温,温度达600℃时停机,同时设 计泄压阀保证安全。

  适用于常温、大风量、中低浓度,易挥发的有机废气,主要包 括一些有机溶剂如苯类、酮类、醛类、醚类、烷烃及其混合类等。浓度小于1000mg/m3。

  4)净化回收法

  


  吸附过程:废气经 空气过滤器除去微小悬浮颗粒后进入罐内,通过填 装在罐内的颗粒状活性炭(或活性炭纤维)吸附过 滤后再由后置风机排空(如气体 的浓度较高时可采用多节吸附装置,保证气体达标排放)。

  脱附过程:活性炭 使用一段时间后活性炭处于饱和状态,此时需 对活性炭进行再生处理,脱附再 生选用加温解析法,将0.5MPa高温蒸 汽自塔底喷入罐内将有机物从活性炭中剥离,剥离后 的气体通过配套的冷凝器降温后进入分离桶,分离回收有机溶剂,残液进 入曝气桶经曝气后排出(如需回收高精度溶剂,可在分 离桶后置一套精馏设备)。

  (1) 有机溶剂回收,不需要 对脱附气体进行处理,降低了 建设成本和运行成本;

  (2)有机溶剂回收,杜绝资源浪费,回收产 品价值抵消部分运行费用;

  (3)在线脱附,使活性 炭可以重复使用,降低了 活性炭更换费用。

  (1)适用于 中低温度有机气体;

  (2)适用需 要回收挥发分有机溶剂的行业。

  由于石 化行业废气普遍具有大风量、含有中 高浓度有机废气的特点,回收法 广泛适用于石化行业各领域。然而回 收法如果不与活性炭吸附装置串联使用的话,处理效率并不理想;而与活性炭串联,无形中 又增加了一部分运行和换炭的费用。

  5)生物法

  


  生物过 滤工艺采用了液体吸收和生物处理的组合作用。废气首先被液体(吸收剂)有选择 地吸收形成混合污水,再通过 微生物的作用将其中的污染物降解。具体过程是:先将人 工筛选的特种微生物菌群固定于填料上,当污染 气体经过填料表面初期,可从污 染气体中获得营养源的那些微生物菌群,在适宜的温度、湿度、pH值等条件下,将会得到快速生长、繁殖,并在填 料表面形成生物膜,当臭气通过其间,有机物 被生物膜表面的水层吸收后被微生物吸附和降解,得到净 化再生的水被重复使用。

  污染物 去除的实质是以废气作为营养物质被微生物吸收、代谢及利用。这一过 程是微生物的相互协调的过程,比较复杂,它由物理、化学、物理化 学以及生物化学反应所组成。

  生物净 化法可以表达为:

  污染物+O2→细胞代谢物+CO2 +H2O

  具体过程分为三步:

  (1)废气同 水接触并溶解到水中;

  (2)水溶液 中的污染物成分被微生物吸附、吸收,从水中 转移至微生物体内;

  (3)进入微 生物细胞的污染物成分作为营养物质为微生物所分解、利用,从而使 污染物得以去除。

  (1)不产生二次污染物,最后的产物是良性的;

  (2)全自动控制,全天候工作,只需巡视,运行稳定可靠,适应不同条件

  的运行状况;

  (3)处理效率高、去除效果明显;

  (4)运行费用低,前期微 生物驯化期间需要添加些营养物质,微生物 挂膜后无需添加任何物质。

  适用于溶解性好,污染物浓度较低,可生化性较好的气体。在污水处理厂、垃圾填埋场、污泥处 理场等场合应用较为广泛,且效果受到认可。

  采用经过专门培养、驯化的 微生物菌种处理含有“三苯”的石化 有机废气是可行的。微生物菌种同事对“三苯”之外的 其他烃类物质也有一定的去除效果。另外,生物膜 填料塔在停止运行期间,生物膜 填料应该保持湿润状态,以维持 微生物菌种的活性。在循环 液流量过低或无流量的情况下,应停止 废气进入填料塔,防止生物膜的干化、失效。


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