王志新，劉詩成，李東妮

(1 海油環(huán)境科技(北京)有限公司，北京 100027；2 中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516081)

廢氣中揮發(fā)性有機物常用的治理技術包括回收治理技術和消除治理技術，其中回收技術包括吸收技術、吸附技術、冷凝技術和膜分離技術；消除治理技術包括燃燒技術、光催化氧化技術、低溫等離子體技術和生物凈化技術[1-3]。有機廢氣燃燒技術是指通過熱力燃燒或催化燃燒的方式，使廢氣中的揮發(fā)性有機物(VOCs)污染物反應轉化為二氧化碳、水等物質。有機廢氣治理常用的燃燒技術包括：常規(guī)催化燃燒(CCO)、蓄熱式催化燃燒(RCO)、直燃式熱力燃燒(TO)、蓄熱式熱力燃燒(RTO)、鍋爐或工藝爐熱力燃燒(BTO或PFTO)技術等。

本文分析了常規(guī)催化燃燒、蓄熱式催化燃燒、直燃式熱力燃燒、蓄熱式熱力燃燒、鍋爐或工藝爐熱力燃燒技術的工藝過程、適用范圍、技術特點以及運行維護要求，并列舉了各燃燒治理技術在石化工業(yè)有機廢氣治理的工程案例，一方面為石化建設項目有機廢氣燃燒治理工藝的選取提供技術支持，另一方面為石化項目有機廢氣治理提供案例參考。

1 常規(guī)催化氧化(CCO)技術

1.1 工藝過程

常規(guī)催化燃燒設施是指采用氣-氣換熱器進行間接換熱，然后利用固體催化劑將廢氣中的污染物通過氧化作用轉化為二氧化碳和水等化合物、凈化廢氣中污染物的設備及其附屬設施[4]。因為采用了催化劑，降低了燃燒氧化有機廢物染污物所需要的溫度，同時降低了氧化有機廢氣所需要的熱量，進入常規(guī)催化燃燒設施的廢氣溫度一般宜低于400 ℃，當廢氣中所含的有機物燃燒后所產(chǎn)生的熱量可以維持催化劑床層自持燃燒時，應采用常規(guī)催化燃燒。常規(guī)催化燃燒工藝流程見圖1。

圖1 常規(guī)催化燃燒工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of conventional catalytic oxidation

1.2 適用范圍

常規(guī)催化燃燒工藝適用于處理氣態(tài)和氣溶膠態(tài)污染物；適用于處理低氣量、中低濃度、無回收價值的有機廢氣；不宜處理含有硫化物、鹵化物、有機硅、有機磷等可能致催化劑中毒物質的有機廢氣。處理的有機廢氣溫度、流量和溫度應穩(wěn)定，不宜出現(xiàn)較大波動。

1.3 技術特點

常規(guī)催化燃燒工藝的優(yōu)點是性能穩(wěn)定，可配置余熱鍋爐進行余熱回收利用；操作溫度較熱力燃燒(TO)低；相較于熱力燃燒(TO)工藝燃料消耗量少；污染物處理效率高可達90%以上。缺點是催化劑易阻塞、燒結、中毒、破損及活性衰退；對某些污染物成分及濃度有所限制。

1.4 運行維護

1.4.1 預處理

當有機廢氣中的顆粒物含量高于10 mg/m3時，可采用過濾等方式進行預處理；過濾設施兩端應裝設壓差計，當過濾器的阻力超過規(guī)定值時應及時清理或更換過濾材料[5]。當處理含硫化物的有機廢氣時，可采用吸收法等預處理脫出硫化物；當處理高濃度有機廢氣時，可采用吸附、冷凝等預處理設施降低廢氣有機物濃度。

1.4.2 催化燃燒

常規(guī)催化燃燒裝置在實際使用過程中，應根據(jù)有機廢氣中VOCs種類不同，選擇不同的催化劑和控制相應的反應溫度。溫度一般應控制在300～350 ℃。VOCs氧化催化劑應有質量檢驗部門出具的合格證明，并滿足《環(huán)境保護產(chǎn)品技術要求 工業(yè)有機廢氣催化凈化裝置》(HJ/T389-2007)的相關要求[6]。催化劑的工作溫度應低于700 ℃，并能承受900 ℃短時間高溫沖擊；催化燃燒裝置的設計空速宜為10000～40000 h-1。產(chǎn)生的高溫煙氣宜進行熱能回收。

1.4.3 二次污染控制

常規(guī)催化燃燒裝置催化燃燒后產(chǎn)生二次污染物應采取吸收等方法進行處理后達標排放。

1.5 應用實例

中海油惠州石化有限公司丙烯酸及酯項目的丙烯酸裝置設置了1套常規(guī)催化氧化設施，用于處理丙烯酸裝置產(chǎn)生的工藝尾氣，催化氧化設施的主要技術參數(shù)包括：廢氣排放量為94000 Nm3/h，有機物設計去除效率≥97%，運行溫度為280～330 ℃。

盛虹煉化(連云港)有限公司煉化一體化項目醋酸乙烯裝置乙烯回收系統(tǒng)排放的有機廢氣和二氧化碳汽提塔緩沖罐有機廢氣，浙江衛(wèi)星石化股份有限公司二期項目丙烯醛有機尾氣，裕廊化工有限公司丙烯醛有機廢氣，福建濱海化工有限公司丙烯酸有機廢氣均采用催化氧化處理工藝。

2 蓄熱式催化氧化(RCO)技術

2.1 工藝過程

蓄熱式催化燃燒設施是指采用蓄熱式換熱器進行直接換熱，然后利用固體催化劑將廢氣中的污染物通過氧化作用轉化為二氧化碳和水等化合物、凈化廢氣中污染物的設備及其附屬設施[4]。與常規(guī)催化燃燒相比，換熱方式采用了蓄熱體進行換熱，蓄熱體一般是一種含有較多孔洞，利用孔洞的結構和比表面積，結合材料本身的材質，實現(xiàn)熱量存儲于交換功能的無機非金屬固體材料。與常規(guī)催化燃燒一樣，蓄熱式催化燃燒因為采用了催化劑，且采用了蓄熱體進行換熱，提高了熱量的回收和控制能力，也降低了燃燒氧化有機廢物染污物所需要的溫度，進入蓄熱式催化燃燒的廢氣溫度一般宜低于400 ℃，當廢氣中所含的有機物燃燒后所產(chǎn)生的熱量不能夠維持催化劑床層自持燃燒時，應采用蓄熱式催化燃燒。蓄熱式催化燃燒工藝流程見圖2。

圖2 蓄熱式催化氧化工藝流程圖Fig.2 Process flow diagram of regenerative catalytic oxidation

2.2 適用范圍

蓄熱式催化燃燒工藝適用于處理氣態(tài)和氣溶膠態(tài)污染物；適用于處理低氣量、中高濃度有機廢氣；不宜處理含易自聚、易反應等物質(苯乙烯)，含硅烷類及含氮化合物有機廢氣。處理的有機廢氣溫度、流量和溫度應穩(wěn)定，不宜出現(xiàn)較大波動。

2.3 技術特點

蓄熱式催化燃燒工藝的優(yōu)點是性能穩(wěn)定，可配置余熱鍋爐進行余熱回收利用；操作成本較RTO低；設備體積較RTO?。晃廴疚锶コ矢哌_95%～99%，熱回收效率高于90%。缺點是催化劑成本高、且有廢棄催化劑處理問題；催化劑易阻塞、燒結、中毒、破損及活性衰退。

2.4 運行維護

2.4.1 預處理

當有機廢氣中的顆粒物含量高于10 mg/m3時，應采用過濾等方式進行預處理；過濾設施兩端應裝設壓差計，當過濾器的阻力超過規(guī)定值時應及時清理或更換過濾材料[5]。當處理含硫化物的有機廢氣時，可采用吸收法等預處理脫出硫化物；當處理高濃度有機廢氣時，可采用吸附、冷凝等預處理設施降低廢氣有機物濃度。

2.4.2 催化燃燒

蓄熱式催化燃燒裝置的運行溫度宜為300～500 ℃，應根據(jù)有機廢氣成分及催化劑種類而設定。氧化催化劑應有質量檢驗部門出具的合格證明，并滿足《環(huán)境保護產(chǎn)品技術要求 工業(yè)有機廢氣催化凈化裝置》(HJ/T389-2007)的相關要求[6]。催化劑的工作溫度應低于700 ℃，并能承受900 ℃短時間高溫沖擊；蓄熱催化燃燒裝置換向閥的泄漏率應低于0.2%；蓄熱式催化燃燒裝置的設計空速宜為10000～40000 h-1。產(chǎn)生的高溫煙氣宜進行熱能回收。

2.4.3 二次污染控制

蓄熱式催化燃燒裝置催化燃燒后產(chǎn)生二次污染物應采取吸收等方法進行處理后達標排放。

2.5 應用實例

?？松梨诨葜菀蚁┮黄陧椖拷ㄔO1套蓄熱催化氧化設施用于收集處理罐區(qū)儲罐呼吸有機廢氣、汽車裝卸站的油品裝車有機廢氣、芳烴抽提裝置有機廢氣。蓄熱式催化氧化設施的主要技術參數(shù)為：廢氣處理量為2000 m3/h，揮發(fā)性有機物設計去除效率98%，有機廢氣預處理采用冷凝+活性炭吸附工藝。

此外，福建漳州古雷煉化一體化項目設置了3套蓄熱式催化氧化設施，分別用于處理環(huán)氧乙烷乙二醇裝置再生塔有機廢氣，環(huán)氧丙烷裝置尾氣水洗塔工藝尾氣，聚丙烯裝置和熱塑彈性體裝置工藝尾氣。

3 熱力燃燒(TO)技術

3.1 工藝過程

熱力焚燒(TO)設施是指將有機廢氣中的污染物在高溫下氧化分解，合理的氧氣供給量、燃燒溫度、停留時間及湍流度等四個燃燒條件，可達到預期的凈化處理效果。在處理有機廢氣時，熱力焚燒設施其燃燒溫度多在700～800 ℃。熱力焚燒爐可利用燃燒后的高溫氣體的余熱進行兩段式熱能回收，第一段熱交換器用來將待燃燒處理的廢氣進行預熱以節(jié)省燃燒室內能源消耗，第二段熱交換器是將冷卻氣體加熱升溫至脫附溫度，為轉輪脫附提供足夠的能量。熱力燃燒工藝流程見圖3。

圖3 直燃式熱力氧化工藝流程圖Fig.3 Process flow diagram of thermal oxidation

3.2 適用范圍

熱力焚燒工藝適用于處理幾乎所有濃度的有機廢氣，更適用于處理小氣量、中高濃度，不具有回收價值的有機廢氣，不適合處理含鹵代烴或含硫有機化合物的有機廢氣。

3.3 技術特點

熱力燃燒工藝的優(yōu)點是性能穩(wěn)定、工藝成熟，能夠處理的污染物范圍廣；污染物凈化效率高可達99%以上；設備簡單投資小，抗波動性較強；可配置余熱鍋爐進行余熱回收利用，能夠回收熱量>70%。缺點是處理低濃度有機廢氣時，燃料消耗成本較高；操作溫度及成本高；有氮氧化物排放的問題。

3.4 運行維護

3.4.1 預處理

進入熱力燃燒裝置的有機廢氣一般不需要預處理；當處理低濃度有機廢氣時，可采取吸附濃縮等預處理措施，降低廢氣量；當處理含硫化物的有機廢氣時，可采用吸收法等預處理脫出硫化物；當處理高濃度有機廢氣時，可采用吸附、冷凝等預處理設施降低廢氣有機物濃度。

3.4.2 熱力燃燒

熱力燃燒裝置燃燒溫度應控制在680～820 ℃；當廢氣中有害物質濃度≤3000 mg/m3時，應依靠輔助燃料提供熱量(天然氣、液化石油氣等)，使廢氣中可燃物質達到起燃溫度而分解；有機溶劑蒸汽混合氣體濃度接近爆炸極限值時，需先采取稀釋措施，補充氧氣后再進入熱力燃燒爐。

3.5 應用實例

中化泉州石化煉化一體化的化工優(yōu)化項目苯乙烯環(huán)氧丙烷裝置建設了1套熱力焚燒設施，用于處理苯乙烯環(huán)氧丙烷裝置含苯乙烯廢氣，化工罐區(qū)常壓罐組(含苯乙烯)、芳烴聯(lián)合成品及中間罐區(qū)、芳烴抽提裝置、化工罐區(qū)汽車裝卸站的有機廢氣。熱力焚燒爐設計主要技術參數(shù)：廢氣排放量為11792 Nm3/h，年運行時間8000 h/a，運行溫度為750～850 ℃，設計煙氣停留時間2 s。

此外，中石化天津南港120萬噸年乙烯及下游高端新材料產(chǎn)業(yè)集群項目的線性α烯烴裝置有機廢氣，裕龍島煉化一體化項目丁二烯抽提裝置和芳烴抽提裝置有機廢氣，江蘇虹威化工有限公司環(huán)氧丙烷苯乙烯裝置有機廢氣也均采用直燃式熱力焚燒工藝處理。

4 蓄熱式熱力燃燒(RTO)技術

4.1 工藝過程

圖4 固定式兩室蓄熱式燃燒工藝流程圖Fig.4 Process flow diagram of two chambers stationary regenerative thermal oxidation

圖5 固定式三室蓄熱式燃燒工藝流程圖Fig.5 Process flow diagram of three chambers stationary regenerative thermal oxidation

圖6 旋轉式蓄熱式燃燒工藝流程圖Fig.6 Process flow diagram of rotary regenerative thermal oxidation

蓄熱式熱力燃燒(RTO)設施是指將工業(yè)有機廢氣進行燃燒凈化處理，并利用蓄熱體對待處理廢氣進行換熱升溫，對凈化后排放氣進行換熱降溫的設施[7]。由于蓄熱式熱力焚燒設施能比較充分的回收和利用有機廢氣氧化過程中產(chǎn)生的熱量，一般蓄熱式熱力焚燒設施的熱量回收效率一般不宜低于90%。蓄熱燃燒工藝可以分為固定式蓄熱燃燒工藝和旋轉式蓄熱燃燒工藝。典型蓄熱式燃燒工藝流程見圖4～圖6。

4.2 適用范圍

蓄熱式熱力燃燒工藝適用于處理大氣量、中低濃度，不具有回收價值的有機廢氣，不適合處理含易自聚化合物(苯乙烯等)、硅烷類化合物、含氮化合物等有機廢氣。

4.3 技術特點

蓄熱式熱力燃燒工藝的優(yōu)點是性能穩(wěn)定，工藝成熟，抗波動性較強；可配置余熱鍋爐進行余熱回收，高熱回收效率>90%；燃料消耗少，氮氧化物排放低；可處理較高進口溫度有機廢氣和含鹵素碳氫化合物的有機廢氣；污染物去除效率高達95%～99%。缺點是設備投資高，占地面積達，維護費用高；陶瓷床壓損大且易阻塞；處理低濃度有機廢氣燃料費用高；會產(chǎn)生氮氧化物排放問題。

4.4 運行維護

4.4.1 預處理

當有機廢氣的顆粒物含量高于10 mg/m3時，可采用過濾除塵等措施進行預處理；除塵設施兩端應裝設壓差計，阻力超過規(guī)定值時應及時清理或更換過濾材料；當有機廢氣中含有酸、堿類氣體時，宜采用中和吸收等工藝進行預處理[5]。

4.4.2 燃燒室及蓄熱室

有機廢氣在燃燒室的停留時間一般不宜低于0.75 s；燃燒室燃燒溫度一般應高于760 ℃。當有機廢氣含有有機硅時，應對蓄熱體采取保護措施，避免或減緩蓄熱體堵塞和性能下降。固定式蓄熱燃燒設施換向閥換向時間宜為60～180 s，旋轉式蓄熱燃燒設施氣體分配器換向時間宜為30～120 s；蓄熱燃燒設施應具有反燒和吹掃功能。

4.4.3 二次污染控制

當處理含氮有機物造成煙氣氮氧化物排放超標時，應進行脫硝處理；當處理含硫有機物產(chǎn)生二氧化硫時，應采用吸收等工藝進行后處理。

4.5 應用實例

?？松梨诨葜菀蚁┮黄陧椖烤€性低密度聚乙烯裝置、聚丙烯裝置和高壓低密度聚乙烯裝置有機廢氣設置2套多箱式蓄熱焚燒爐(RTO)，1套用于處理線性低密度聚乙烯裝置和聚丙烯裝置的有機廢氣；1套用于處理高壓低密度聚乙烯裝置的有機廢氣。2套RTO爐的主要工藝技術參數(shù)為：設計廢氣處理量均為62000 Nm3/h，設計燃燒溫度均為800～850 ℃，爐內煙氣停留時間均≥1 s，蓄熱體類型均為陶瓷蜂窩體，陶瓷蓄熱體換熱效率均≥95%，VOCs去除效率均≥98%。

此外，中委廣東石化2000萬噸年煉化一體化項目聚丙烯裝置有機廢氣，中化泉州石化煉化一體化化工優(yōu)化項目聚丙烯裝置和高壓低密度聚乙烯裝置有機廢氣，裕龍島煉化一體化項目(一期)聚丙烯裝置有機廢氣，巴斯夫(廣東)一體化項目污水處理場高濃度有機廢氣均采用蓄熱式熱力燃燒(RTO)工藝。

5 鍋爐(工藝爐)熱力燃燒技術

5.1 工藝過程

鍋爐(工藝爐)熱力燃燒是將產(chǎn)生的有機廢氣直接就近引入到項目配套建設的動力站供電鍋爐、供熱鍋爐、裝置工藝加熱爐、裝置導熱油爐或其它非廢氣處理專用的燃燒設施，采用燃燒的方法使有機廢氣中的污染物反應轉化為二氧化碳、水等物質，然后達標排放。

5.2 適用范圍

鍋爐(工藝加熱爐)工藝處理有機廢氣時，應充分考慮生產(chǎn)工藝需求及安全性。一般需要通過預處理穩(wěn)定有機廢氣流量和濃度，采取周密的安全控制措施應對有機廢氣或加熱爐可能出現(xiàn)的異常工況，還應考慮停爐時廢氣的去向。

5.3 技術特點

鍋爐(工藝加熱爐)工藝處理有機廢氣的優(yōu)點是性能穩(wěn)定、工藝成熟，基本不增加燃料消耗量，有機物去除效率高達98%～99%；因為是依托項目配套建設的鍋爐(工藝加熱爐)，而非專門建設有機廢氣處理設施，投資費用小，運行管理費用較低。缺點是安全控制措施要求高，鍋爐(工藝加熱爐)停爐時，需要另行考慮有機廢氣的處理去向。

5.4 運行維護

采用鍋爐(工藝加熱爐)處理有機廢氣時，一般需要設置有機廢氣緩沖罐或廢氣分液罐，去除有機廢氣中中所夾帶的液滴。送鍋爐(工藝加熱爐)處理的有機廢氣的氣量不能影響鍋爐(工藝加熱爐)的正常運行和穩(wěn)定性。在鍋爐(工藝加熱爐)排氣筒或煙道開展日常自行監(jiān)測時，應結合送入鍋爐(工藝加熱爐)處理的有機廢氣的產(chǎn)生源項，對揮發(fā)性有機物濃度、特征污染物等進行監(jiān)測。

5.5 應用實例

恒力石化(大連)化工有限公司乙烯工程項目的苯乙烯裝置工藝尾氣送裝置內的蒸汽過熱爐進行燃燒處理，蒸汽過熱爐的主要技術參數(shù)為：設計燃燒溫度1000 ℃，設計燃燒效率為90%，處理的廢氣量為135～165 Nm3/h。

此外，中國石油獨山子(新疆)石油化工有限公司苯乙烯裝置有機廢氣送蒸汽過熱爐處理，中海殼牌二期乙烯裝置廢堿液濕式氧化有機廢氣送動力站鍋爐處理，埃克森美孚惠州乙烯一期項目乙烯裝置廢堿液濕式氧化尾氣返回裂解爐處理，中海殼牌二期苯乙烯環(huán)氧丙烷裝置工藝尾氣送導熱油爐處理。

6 結 語

有機廢氣燃燒治理技術有各自工藝流程、適用范圍和技術特點，其對廢氣組分及濃度、溫度、濕度、風量等因素有不同要求，因此石化工業(yè)企業(yè)在選擇有機廢氣熱處理方式技術，應結合企業(yè)的實際情況，應綜合考慮有機廢氣量、廢氣排放規(guī)律及其波動規(guī)律、廢氣組分及其濃度、廢氣性質(溫度、濕度、壓力)、爆炸極限以及熱處理設施的性能(爐膛溫度、煙氣停留時間、余熱回收)等因素來選擇合適的燃燒處理技術。