萬小芳，趙純革，雷建彬

RTO工藝在煉化污水處理場及生產(chǎn)裝置VOCs集中治理中的應(yīng)用

萬小芳，趙純革，雷建彬

（中國石油遼陽石化公司，遼寧 遼陽 111003）

介紹國家生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求和揮發(fā)性有機(jī)物處理技術(shù)及存在問題。以福建省某大型煉化企業(yè)廢氣焚燒設(shè)施為例，重點(diǎn)分析蓄熱式氧化爐（RTO）在污水處理場廢氣和生產(chǎn)裝置外排尾氣集中處理中的成功應(yīng)用。

VOCS；區(qū)域集中治理；異味管控

2014年以來，國家相繼頒布《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31570—2015）、《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31571—2015）、《合成樹脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31572—2015）以及《“十三五”揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作方案》《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合治理方案》《2020年揮發(fā)性有機(jī)物治理攻堅(jiān)方案》等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對煉化企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物提出管控與治理要求，主要包括：輕質(zhì)油、化工產(chǎn)品等儲罐需為內(nèi)浮頂儲罐且高效密封或增設(shè)油氣回收裝置；輕質(zhì)油、化工產(chǎn)品裝車過程需增設(shè)油氣回收裝置，非甲烷總烴去除效率≥95%（特別排放限制≥97%）；有機(jī)廢水集輸、儲存和處理設(shè)施應(yīng)密閉，產(chǎn)生的廢氣應(yīng)接入有機(jī)廢氣回收或處理裝置，滿足苯≤4 mg·m-3、甲 苯≤15 mg·m-3、二甲苯≤20 mg·m-3、非甲烷總 烴≤120 mg·m-3；生產(chǎn)裝置工藝尾氣須按要求進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)物治理；工藝加熱爐大氣污染物排放（特別排放限值）執(zhí)行顆粒物小于20 mg·m-3、二氧化硫 小于50 mg·m-3、氮氧化物小于100 mg·m-3的標(biāo)準(zhǔn)；廢水處理有機(jī)廢氣收集處理裝置，采用“非甲烷總烴（NMHC）——以碳元素計(jì)”作為排氣筒和廠界揮發(fā)性有機(jī)化合物排放的綜合控制指標(biāo)，執(zhí)行非甲烷總烴120 mg·m-3的排放限值等。這些措施針對不同生產(chǎn)過程特點(diǎn)，提出合理的凈化效率和指標(biāo)要求。

1 揮發(fā)性有機(jī)氣體VOCs廢氣治理現(xiàn)狀及存在問題

揮發(fā)性有機(jī)物是一類有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的統(tǒng)稱，簡稱為 VOCs（Volatile Organic Compounds），對人體健康和生態(tài)環(huán)境危害大。其成分復(fù)雜，種類繁多，涉及非甲烷烴類（烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等）、含氧有機(jī)物（醛、酮、醇、醚等）以及含氯、含氮、含硫有機(jī)物等，不同的國家、地區(qū)、組織對其有不同的定義[1]。根據(jù)《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB31570—2015）和《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB31571—2015），揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs） 是指參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，或按照規(guī)定的方法測量或核算確定的有機(jī)化合物。

煉化企業(yè)污水處理場運(yùn)行過程中會逸散出含有揮發(fā)性有機(jī)物、硫化氫、氨、甲硫醇、甲硫醚等的含烴惡臭氣體，此類廢氣組成復(fù)雜、污染物濃度波動大、濕度高、VOCs和惡臭物質(zhì)同時(shí)存在等特點(diǎn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前煉化企業(yè)污水處理主要采用生物法及其組合技術(shù)[2]。生物技術(shù)法是利用以 VOCs 有機(jī)氣體為營養(yǎng)物質(zhì)的微生物的新陳代謝將廢氣進(jìn)行降解，轉(zhuǎn)化成無污染的二氧化碳和水等，設(shè)備簡單、投資小、運(yùn)行費(fèi)用較低、綠色環(huán)保、沒有二次污染，但生物滴濾法降解效率較低，不耐受高濃度苯系物，對于處理低濃度有機(jī)廢氣效果良好，且需培養(yǎng)微生物，生物菌種對有機(jī)物的降解具有專一性，不具有普遍性，因此部分按《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554—1993）設(shè)計(jì)的生物脫臭工程，處理高濃度廢氣時(shí)，非甲烷總烴不達(dá)標(biāo)問題突出，裝置需重新改造，馴化菌種，或采用組合技術(shù)，對不達(dá)標(biāo)廢氣進(jìn)行后續(xù)處理。

生產(chǎn)裝置工藝廢氣來源有洗滌塔、放空吸收塔的尾氣及儲罐、裝卸車棧臺油氣回收設(shè)施不達(dá)標(biāo)排放的油氣等。實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)條件變化、技術(shù)局限、廢氣組成復(fù)雜、標(biāo)準(zhǔn)提高、設(shè)施老化等各種各樣原因，VOCS治理效果不理想，可考慮采用凈化較徹底的熱氧化爐焚燒處理。

2 揮發(fā)性有機(jī)氣體治理技術(shù)選用及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 有機(jī)廢氣治理技術(shù)對比

VOCS廢氣治理技術(shù)分為回收技術(shù)和銷毀技術(shù)，回收技術(shù)包括吸附技術(shù)、吸收技術(shù)、膜技術(shù)、冷凝技術(shù)等；銷毀技術(shù)包括熱力燃燒技術(shù)、催化燃燒技術(shù)、生物技術(shù)、低溫等離子技術(shù)、光催化氧化技術(shù)、納米材料凈化等。

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合治理方案》（環(huán)大氣[2019]53 號）要求：“為全面加強(qiáng)廢水系統(tǒng)高濃度 VOCs 廢氣收集與治理，集水井（池）、調(diào)節(jié)池、隔油池、氣浮池、濃縮池等應(yīng)采用密閉化工藝或密閉收集措施，配套建設(shè)燃燒等高效治污設(shè)施?！币虼?，針對污水場高濃度廢氣，應(yīng)采用熱氧化技術(shù)。該技術(shù)是石油化工行業(yè)處理污水裝置中調(diào)節(jié)池、隔油池、浮選池等排放的生化性較差廢氣的常規(guī)處理手段，是目前能夠?qū)崿F(xiàn) VOCs 達(dá)標(biāo)排放的較成熟技術(shù)。

熱氧化技術(shù)俗稱燃燒技術(shù)，利用燃燒室高溫，通過熱氧化反應(yīng)將含有VOCs 揮發(fā)性有機(jī)物的廢氣變成無害的水蒸氣和二氧化碳。根據(jù)是否使用催化劑、熱力是否循環(huán)利用，熱氧化爐分為蓄熱式熱氧化爐（RTO）、直接熱氧化爐（TO）、蓄熱式催化熱氧化爐（RCO）、直接催化熱氧化爐（CO）。蓄熱式熱氧化爐可高效回收廢氣分解產(chǎn)生的熱量；催化熱氧化爐反應(yīng)溫度低，無明火，運(yùn)行安全，不易有爆炸風(fēng)險(xiǎn)，且較低濃度就可維持自燃燒，可減少輔助燃料使用量，但是催化劑不易維護(hù)，不允許廢氣中含有重金屬、顆粒物、氯化烴類和含硅類有機(jī)化合物，否則催化劑中毒，經(jīng)濟(jì)損失大；直燃爐直接氧化有機(jī)物，有明火，無催化劑，效率高，處理徹底，缺點(diǎn)是反應(yīng)溫度高，需要較多伴燒氣，廢氣濃度低時(shí)運(yùn)行成本高，但廢氣達(dá)到一定濃度時(shí)，可以不用或少用伴燒氣，即可使燃燒裝置持續(xù)穩(wěn)定燃燒。

因此，對于有毒、有害、不需回收的VOCS有機(jī)揮發(fā)性氣體，熱氧化法是一種較徹底的處理方法。作為一種高效治污設(shè)施，處理濃度較高有機(jī)廢氣，效率高，異味管控更有效。

2.2 熱氧化爐工藝設(shè)計(jì)及建議

1）合理選用VOCS處理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)前需了解揮發(fā)性有機(jī)物的氣量、濃度、物質(zhì)類型、溫度、壓力及需達(dá)到的污染物控制水平。污水處理場廢氣治理裝置設(shè)計(jì)規(guī)模按典型工況實(shí)測最大氣量的110%設(shè)計(jì)，無實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)，在廢氣產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上，估算或類比同等規(guī)模污水處理場確定[3]；廢氣組成應(yīng)進(jìn)行持續(xù)性分析，并對氮、氯、硫、顆粒物等進(jìn)行全分析，根據(jù)《蓄熱燃燒法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ1093—2020），蓄熱式燃燒廢氣中顆粒物質(zhì)量濃度應(yīng)低于5 mg·m-3，焦油、漆霧等黏性物資、含鹵素的廢氣不宜采用蓄熱燃燒法處理；熱氧化過程中，爐內(nèi)溫升均勻，不存在傳統(tǒng)燃燒過程中局部高溫區(qū)，有效抑制氮氧化物的生成，但如果廢氣含氮、硫有機(jī)物含量高，存在氮氧化物、二氧化硫超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，必要時(shí)應(yīng)采用低氮燃燒、堿洗塔、脫硫塔等措施。

2）廢氣達(dá)到一定濃度時(shí)，熱氧化爐具有自維持能力，但低濃度廢氣很難使熱氧化爐持續(xù)穩(wěn)定燃燒。因此，污水處理廠的廢氣處理，通?？刹捎梅仲|(zhì)處理辦法，即高濃度進(jìn)行氧化燃燒，低濃度進(jìn)行生物氧化，這樣在保證臭氣裝置達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)，投資更加經(jīng)濟(jì)；也可以結(jié)合廢氣組成及特性，采用沸石轉(zhuǎn)輪等濃縮措施，提高廢氣濃度，減少燃料消耗。

3）平面布置及廢氣遠(yuǎn)距離輸送安全。采用熱氧化爐進(jìn)行有機(jī)廢氣處理前，可綜合考察周邊工藝裝置未達(dá)標(biāo)廢氣的氣量及組成情況，一并送入燃燒爐處理；含有機(jī)物廢氣濃度低于最易爆組分或混合氣體爆炸極限最低值的25%，保證輸送安全。

4）切換閥動作頻繁，材質(zhì)應(yīng)選用不銹鋼，并保證設(shè)計(jì)制造質(zhì)量，提高切換穩(wěn)定性。

5）采用陶瓷蓄熱材料，提高耐酸耐腐蝕能力。

在實(shí)際治理中，擬采用熱氧化法進(jìn)行VOCS廢氣處理論證時(shí)，應(yīng)根據(jù)廢氣的具體特點(diǎn)及現(xiàn)場條件，從投資、運(yùn)行維護(hù)成本、安全性等多方面考量，并充分考慮將周邊工藝裝置、儲運(yùn)設(shè)施等廢氣統(tǒng)一收集起來，集中送RTO爐處理，體現(xiàn)廢氣區(qū)域化集中治理優(yōu)勢，降低運(yùn)行成本。

3 實(shí)際應(yīng)用

3.1 廢氣焚燒設(shè)施概況

福建某大型煉化企業(yè)工藝裝置包括千萬噸煉油和百萬噸乙烯，采用“混合分液罐+RTO”處理工藝，將區(qū)域內(nèi)所有工藝尾氣和污水處理場廢氣收集后，統(tǒng)一送百萬噸乙烯配套建設(shè)的廢氣焚燒設(shè)施處理，混合后廢氣送RTO熱氧化爐處理，目前運(yùn)行平穩(wěn)，排放穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。這種集中處理方式，拓寬了VOCs區(qū)域化集中治理的思路。

該廢氣處理裝置由兩套RTO和一套TO組成，其中RTO入口混合氣體分別來自污水處理場和工藝裝置POSM、EOEG、乙烯及裂解汽油加氫，經(jīng)混合分液罐送入RTO爐；TO入口混合氣體分別來自POSM（含苯乙烯）、芳烴抽提、對二甲苯成品罐區(qū)、常壓罐組、裝卸站。

3.2 工藝設(shè)計(jì)和節(jié)能設(shè)計(jì)

RTO蓄熱式熱氧化爐，適用于大氣量、較高濃度有機(jī)廢氣，處理成分復(fù)雜的污水場VOCs時(shí)，無催化劑中毒風(fēng)險(xiǎn)，適用質(zhì)量濃度一般大于0.5 g·m-3，自維持燃燒質(zhì)量濃度1.5～2 g·m-3，適用氣量范圍一般5 000～20 000 Nm3·h-1，操作彈性20%～120%。

該三室式RTO裝置主要設(shè)備包括阻火器、RTO爐、煙囪、補(bǔ)氧風(fēng)機(jī)和吹掃風(fēng)機(jī)。設(shè)計(jì)總處理量 150 000 Nm3·h-1，入口廢氣按常溫，壓力6～8 kPa，質(zhì)量濃度3.6 g·m-3，流量變化為設(shè)計(jì)風(fēng)量的25%～120%，爐膛溫度850 ℃，凈化效率>98%，伴燒氣為0.4 MPa天然氣；設(shè)計(jì)煙囪出口排放限值為非甲烷總烴100 mg·m-3，二氧化硫50 mg·m-3，氮氧化物100 mg·m-3，顆粒物0 mg·m-3。

采用3個(gè)蓄熱室，即RTO每個(gè)蓄熱室在一個(gè)周期內(nèi)，工作過程依次為進(jìn)氣、吹掃、排氣。進(jìn)氣時(shí)，尾氣從蓄熱體吸收熱量，溫度上升，排氣時(shí)，煙氣將熱量儲存在蓄熱體內(nèi)，溫度降低，吹掃時(shí)，用新鮮風(fēng)吹掃上一過程殘留的尾氣。采用熱交換效率高達(dá)95%的蜂窩陶瓷填料床，減少燃料消耗。

3.3 進(jìn)出口指標(biāo)及運(yùn)行成本

進(jìn)口氣量5.7萬～10萬Nm3/h，質(zhì)量濃度 2～4 g·m-3，8 kPa，常溫；煙囪排放口非甲烷總 烴<20 mg·m-3，二氧化硫<20 mg·m-3，氮氧化 物<1 mg·m-3，顆粒物0 mg·m-3。

單臺RTO爐實(shí)際運(yùn)行成本：單臺爐天然氣消耗32 m3·h-1，儀表風(fēng)40 m3·h-1，電功率200 kW。

3.4 預(yù)處理設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目廢氣不含顆粒物、硫化物，因此未設(shè)計(jì)堿洗塔、脫硫塔及過濾設(shè)施。

4 結(jié)束語

達(dá)標(biāo)排放并不意味著沒有異味，達(dá)標(biāo)只是一個(gè)門檻，并非沒有排放。由于排放標(biāo)準(zhǔn)與空氣質(zhì)量及人體對氣味的感官閾值存在差距，通常廠區(qū)內(nèi)及周邊仍會感覺廢氣排放嚴(yán)重。

該大型煉化企業(yè)將加蓋收集的污水處理場較高濃度廢氣，與周邊生產(chǎn)儲運(yùn)設(shè)施產(chǎn)生的較高濃度工藝尾氣混合后，經(jīng)混合分液罐混合后送RTO熱氧化爐集中處理，非甲烷總烴排放經(jīng)常處于20 mg·m-3以下，遠(yuǎn)低于120 mg·m-3的國家標(biāo)準(zhǔn)，不但實(shí)現(xiàn)了廢氣集中處理，而且裝置異味管控效果好。目前裝置運(yùn)行平穩(wěn)，對煉化企業(yè)VOCs廢氣集中治理有較好借鑒作用，提供了裝置異味管控的成熟思路和路徑。

［1］丁佩.揮發(fā)性有機(jī)物定義、監(jiān)測方法等相關(guān)問題的探討[J].廣州化工，2020，48（21）：32-33.

［2］曲天煜，周健，劉發(fā)強(qiáng)，等.煉化企業(yè)污水場含烴惡臭氣體處理技術(shù)進(jìn)展[J].石化技術(shù)與應(yīng)用，2019，37（2）：149-152．

［3］劉忠生，王樂，廖昌建，等.《石油煉制廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》釋疑(一)——關(guān)于儲罐、污水處理場廢氣產(chǎn)生量計(jì)算方法[J].煉油技術(shù)與工程，2019，49（11）：60-64.

Application of RTO in VOCs Integrated Processing of Sewage Treatment Plants and Chemical ProductionDevices

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（PetroChina Liaoyang Petrochemical Company, Liaoyang Liaoning 111003, China）

Various VOCs treatment technologies and national environmental policies were introduced, the importance of odor control combustion technology was proposed. Taking the waste gas incineration facility of a large refining and chemical enterprise in Fujian Province as an example, the successful application of the regenerative thermal oxidizer (RTO) in the centralized treatment of waste gas from sewage treatment plants and exhaust gas from production equipments was analyzed.

VOCS; Regional treatment; Odor control

2020-01-11

萬小芳，女，遼寧省遼陽市人，高級工程師，1989年畢業(yè)于大連理工大學(xué)石油化工專業(yè)，研究方向：石油化工技術(shù)。

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1004-0935（2021）06-0811-03