全國首次出現(xiàn)兩大央企攜手民營企業(yè)共同進軍煤化工VOCs治理這一行業(yè)新動態(tài)。8月12日下午,五百強中石化南京公司、央企煤科院煤轉(zhuǎn)化分院與上海安居樂環(huán)?萍脊煞萦邢薰驹谏虾:炇鸷献鲄f(xié)議,共同進軍煤化工VOCs治理。
蓄熱式熱力氧化器GRTO在煤化工領(lǐng)域的應(yīng)用
煤化工企業(yè)廢氣主要成分由VOCs、含硫化合物、含氮化合物和一氧化碳等,其中鹵素、以及酸性氣體的腐蝕問題為煤化工行業(yè)區(qū)別與其它行業(yè)的重點。根據(jù)煤化工領(lǐng)域有益經(jīng)驗和取得的良好效果提供參考。
煤化工廢氣中污染源及種類:
煤制焦過程廢氣:焦化廢氣主要來源于裝煤、煉焦、化產(chǎn)回收等過程。裝煤初期,煤料在高溫條件下與空氣接觸,形成大量黑煙及煙塵、荒煤氣及對人體健康有害的多環(huán)芳烴。煉焦時,廢氣一方面來自化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中未完全炭化的細(xì)煤粉及其析出的揮發(fā)組分、焦油、飛灰和泄漏的粗煤氣,另一方面來自出焦時灼熱的焦炭與空氣接觸生成的CO、CO2、NOx等,主要污染物包括苯系物(如苯并芘)、酚、氰、硫氧化物以及碳?xì)浠衔锏取?
煤制氣過程中廢氣:煤制氣廢氣的來源主要是氣化爐開車過程中由于爐內(nèi)結(jié)渣、火層傾斜等非正常停車而產(chǎn)生的逸散,另外,還有爐內(nèi)的排空氣形成部分廢氣、固定床氣化爐的卸壓廢氣、粗煤氣凈化工序中的部分尾氣、硫酚類物質(zhì)回收裝置的尾氣及酸性氣體、氨回收吸收塔的排放氣。這些廢氣的主要成分包括碳氧化物、硫氧化物、氨氣、苯并芘、CO、CH4等,有些還夾雜了煤中的砷、鎘、汞、鉛等有害物質(zhì),對環(huán)境及人體健康有較大的危害。
煤制油過程廢氣:煤的液化可分為直接液化和間接液化。煤直接液化時,經(jīng)過加氫反應(yīng),所有異質(zhì)原子基本被脫除,也無顆粒物,回收的硫可以獲得元素硫,氮大多轉(zhuǎn)化為氨。煤間接液化時,催化合成過程中的排放物不多,未反應(yīng)的尾氣(主要是CO)可以在燃燒器中燃燒,排放的廢氣中CO2和硫很少,也沒有顆粒物的生成。煤液化過程對環(huán)境造成的影響較小,主要的污染物是液化殘渣,這是一種高碳、高灰和高硫物質(zhì),在某些工藝中占到液化原料煤總量的40%左右,需進一步處理。
煤燃燒過程廢氣:煤燃燒過程主要污染物有粉塵與煙霧、SO2為主的硫化物、N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4等氮氧化物、Hg、Cd、Pb、Cr、As、Se、F等有害微量元素、產(chǎn)生溫室效應(yīng)的CO2等。煤直接燃燒的能量利用率低,環(huán)境污染嚴(yán)重。
項目背景
以某石化項目為例:廢氣最大風(fēng)量20000Nm3/h,廢氣濃度約3500mg/m3。主要成分如下:甲苯、苯乙烯和少量酸性氣體等成分。
工藝選擇
廢氣屬于小風(fēng)量、高濃度廢氣,大部分為有機廢氣,含有部分酸性氣體,采用較為合理的工藝為:洗滌+GRTO+洗滌。對于大部分有機廢氣的分解溫度在760攝氏度以下,其中苯環(huán)和鹵素,在400℃左右條件下,容易產(chǎn)生二噁英,但二噁英可以在溫度高于850攝氏度且燃燒時間大于1S或者溫度高于800攝氏度且燃燒時間大于2S時就可以分解掉,苯環(huán)被破壞掉后就不會有二噁英產(chǎn)生,即其反應(yīng)是不可逆的,所以安居樂的爐膛設(shè)計燃燒溫度是850攝氏度且燃燒時間在2S以上。
工藝流程圖
GRTO原理:蓄熱式熱氧化爐,專業(yè)處理有機廢氣,使有機廢氣在高溫環(huán)境里分解干凈,分解率達到99%以上,最終使廢氣排放符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。此熱氧化爐使用兩個固定的熱交換媒介床,熱交換媒介使用的是蓄熱陶瓷,來自生產(chǎn)線的廢氣經(jīng)過一個熱陶瓷媒介床后被加熱;到爐膛后燃燒的高溫氣體將另一個熱交換媒介床加熱,如此兩個熱交換媒介床互相切換,蓄熱后去加熱低溫廢氣。熱交換效率達到95%以上,很容易利用有機廢氣實現(xiàn)氧化爐的自我維持,而不用任何燃料。
設(shè)備介紹
蓄熱式氧化爐
GRTO設(shè)備是在吸收德美技術(shù)的基礎(chǔ)上自主開發(fā)的三床式GRTO設(shè)備,該系統(tǒng)主要由燃燒室、3組結(jié)構(gòu)相同的蓄熱床和3個氣動切換進氣閥,3個氣動排氣切換閥以及3個氣動清吹切換閥組成,9個氣動切換閥自動切換,切換周期1~6min,由時間來控制,若出氣溫度超過設(shè)定值,會強制切換。蓄熱床內(nèi)填充規(guī)整蜂窩陶瓷蓄熱體,其主要材質(zhì)為致密堇青石,具有優(yōu)良的耐酸、堿和有機介質(zhì)腐蝕性、蓄熱效果好、熱回收效率高、過風(fēng)阻力小、熱脹冷縮系數(shù)小,抗裂性能好,壽命長等優(yōu)點。設(shè)備內(nèi)部內(nèi)襯300mm以上的耐高溫陶瓷纖維保溫材料,充分保證設(shè)備表面溫度低于國家標(biāo)準(zhǔn),同時可有效防止氣體和鋼構(gòu)件接觸。氣動切換閥均采用知名品牌氣動執(zhí)行器,其中,氣動切換閥體采用雙相不銹鋼材質(zhì),切換穩(wěn)定,使用壽命長,正常工作可切換1000萬次。防止與爐體鋼板接觸部分腐蝕問題,凡與廢氣接觸部分襯防腐涂料,噴涂材料耐高溫,可以保證爐體的較長使用壽命,在日常維護過程中,如果有涂層脫落,需要及時的補修,防止大面積氧化。
渦流凈化塔
渦流凈化塔具有阻力小、能耗省、噪音低、處理效率高,能處理氯化氫氣體、氟化氫氣體、氨氣霧、鉻酸霧、氰氫酸氣體、堿蒸氣、硫化氫氣體等氣體的新型凈化塔,它具有凈化效率高、占地面積小、耐腐蝕、耐老化性能好,重量輕的特點。它適用于排放一定濃度的腐蝕性酸霧氣體,主要用于化工、電子、醫(yī)院、研究中心等場所。
工作原理:需處理的廢氣,由玻璃鋼離心風(fēng)機壓入凈化塔之進氣段后,垂直向上與噴淋段自上而下的液體發(fā)生吸收反應(yīng),使廢氣濃度降低,然后繼續(xù)向上進入填料段,廢氣在塑料球打滾再與吸收液起中和反應(yīng),使廢氣濃度進一步降低后進入脫水器,凈化后的氣體排出大氣。經(jīng)測定分析,硫酸霧凈化效率可達99%以上,硝酸凈化效率可達99%,鹽酸霧凈化效率可達99.9%、對酸霧凈化性達到國內(nèi)先進水平。渦流凈化塔為圓筒型結(jié)構(gòu)形式,全塔由三部份組成,即貯液、進氣、噴淋、脫水和出氣,出口管連接,塑料球分別裝在噴淋內(nèi)。堿洗凈化塔為玻璃鋼一體成型,結(jié)構(gòu)緊湊、耐腐蝕,耐高溫、外表光滑;除水部份離式產(chǎn)生水氣分離;噴水部:高壓噴水產(chǎn)生霧狀,分上下兩段擴大接觸處理提高功能。
GRTO安全方面設(shè)計
A.管道內(nèi)起火對車間的影響:管道內(nèi)的爆炸,大部分都來源于管道內(nèi)有大量有機積液突然揮發(fā),再遇上靜電而產(chǎn)生的。輸送腐蝕性氣體的管道比較難做防靜電設(shè)施,只能降低風(fēng)速,設(shè)計在8米/秒以下的風(fēng)速比較適合。
B.GRTO失火對車間的影響:GRTO爐膛內(nèi)的明火很難進入車間過來的管道,因為有2米高左右的蓄熱陶瓷,蓄熱體本身就是很好的阻火器。在管道前端可以安裝阻火器,進一步保障生產(chǎn)車間內(nèi)的安全。
C.RTO區(qū)域內(nèi)的爆炸:GRTO在點火前要進行吹掃,吹掃的目的是將殘留在GRTO管道和爐膛內(nèi)的有機物清理干凈,避免點火時引爆。GRTO入口處有濃度檢測儀,響應(yīng)時間在5秒左右,所以濃度檢測儀的安裝位置比較重要,且要做緩沖罐,當(dāng)檢測到廢氣濃度高報警,新風(fēng)風(fēng)門會自動打開進行濃度稀釋;若廢氣濃度高會報警,則GRTO切斷與生產(chǎn)線間的聯(lián)機,廢氣直接旁通到煙囪,F(xiàn)實生產(chǎn)中做多少措施也無法100%避免爆炸,所以在適當(dāng)?shù)奈恢眉有贡b置,比如GRTO爐膛頂部有泄爆門,此泄爆門可以靠自重關(guān)閉,泄爆后不會影響GRTO的正常運行;緩沖罐上有泄爆片。有這些泄爆措施,即使發(fā)生爆炸,也會把爆炸的損失降到最低。
D.應(yīng)急停電系統(tǒng)設(shè)計:GRTO非常害怕突然停電,爐膛內(nèi)的高溫?zé)o法快速散去,導(dǎo)致很多防腐材料或者其他設(shè)備被高溫?fù)p壞。設(shè)計了一臺應(yīng)急壓縮空氣儲氣罐、UPS和手自動控制的泄爆門,一旦突然停電,UPS和應(yīng)急壓縮空氣儲氣罐會將所有風(fēng)門打到安全位置,比如新風(fēng)風(fēng)門開啟,吹掃風(fēng)門開啟,泄爆門打開等等;應(yīng)急壓縮空氣會進入燃燒器管道,避免高溫?zé)煔鈴娜紵餍孤冻鰜,?dǎo)致點火管路的危險和損壞燃燒器。但壓縮空氣罐僅能支撐15到20分鐘左右,甲方需要配置備用電源給壓縮空氣或助燃風(fēng)機。
E.針對GRTO出口有洗滌塔的系統(tǒng)高溫保護:GRTO出口接洗滌塔,若洗滌塔是玻璃鋼材質(zhì),則GRTO出口溫度需要控制在100攝氏度以下,若超過100攝氏度,GRTO自動切斷與生產(chǎn)線之間的聯(lián)機,工藝廢氣直接進入煙囪。
G.爐膛溫度過高保護:爐膛內(nèi)有2支熱電偶,每支熱電偶都是雙支的,如果一支出現(xiàn)問題,還有一支備用,保證爐膛內(nèi)溫度控制均勻。爐膛溫度不能超過980攝氏度,否則內(nèi)部的蓄熱陶瓷和陶瓷纖維組塊的使用壽命會受影響,當(dāng)爐膛溫度超過一定值時,燃油管路的雙電磁閥會自動關(guān)閉,避免柴油泄漏進入爐膛。爐膛溫度再高就要打開新風(fēng)風(fēng)門去降溫,當(dāng)爐膛溫度發(fā)生高高報警,GRTO自動切斷與生產(chǎn)線的聯(lián)機,工藝廢氣直接進入煙囪。
GRTO運行過程
首次開機時,需要對蓄熱體預(yù)熱,待預(yù)熱至設(shè)定溫度后,含揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的廢氣通過閥門的切換,進入蓄熱床,廢氣被蓄熱陶瓷逐漸加熱后進入燃燒室(燃燒室有兩個作用:一是保證廢氣能達到設(shè)定的氧化溫度,二是保證廢氣有足夠的停留時間,從而使其中的VOCs充分氧化),VOCs在燃燒室內(nèi)高溫氧化分解并放出熱量,形成的熱風(fēng)在通過另一蓄熱床時,與蓄熱體進行熱交換,蓄積熱量,以減少輔助燃料的消耗,而被氧化的干凈氣體溫度逐漸降低。正常運行過程中,GRTO內(nèi)部溫度控制通過燃燒器來實現(xiàn)。當(dāng)有機廢氣濃度達到自持燃燒狀態(tài)時,產(chǎn)生熱量足以滿足下一次冷氣預(yù)熱要求時,此時系統(tǒng)無需開啟輔助加熱裝置進行輔助加熱,即可完成有機廢氣氧化,達到節(jié)能效果。當(dāng)GRTO溫度出現(xiàn)異常時(即前端濃度太高),通過PLC程序自動控制關(guān)閉進氣閥,全開異常外排和新風(fēng)閥,使GRTO設(shè)備完全通過新鮮風(fēng)降溫。GRTO爐膛溫度通過2根高溫?zé)犭娕歼M行實時監(jiān)控,運行過程PLC程序通過自動調(diào)節(jié)燃?xì)庹{(diào)節(jié)比和相關(guān)閥門控制爐膛溫度的穩(wěn)定。當(dāng)爐膛溫度出現(xiàn)異常升溫時,可通過GRTO設(shè)備的泄溫口進行緊急排溫。
設(shè)備凈化效率
GRTO運行多年,經(jīng)多方檢測,處理效率一直保持在99%以上,爐體外表溫在30~50攝氏度作用,煙囪出口溫度低于60攝氏度,運行狀態(tài)良好。