李成科，蘇子義，王冠之，王豐豐

(陜煤集團(tuán)榆林化學(xué)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000)

隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)化進(jìn)程不斷發(fā)展，工業(yè)廢氣、廢液污染問題成為阻礙工業(yè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步發(fā)展的重要原因，也切實(shí)對(duì)人類生活環(huán)境造成影響。在相關(guān)產(chǎn)業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)和發(fā)展中，廢氣、廢液或其他污染物沒有進(jìn)行科學(xué)合理的處理，會(huì)造成自然生態(tài)環(huán)境污染，自然生態(tài)平衡受到破壞，嚴(yán)重情況下還會(huì)損害人類身體健康。因此，我國(guó)頒布了一系列環(huán)境保護(hù)法律，以有效規(guī)范工業(yè)廢物的排放，進(jìn)一步實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。在社會(huì)各界對(duì)工業(yè)污染問題越來越重視的同時(shí)，具體企業(yè)也開始對(duì)其廢氣廢液排放問題進(jìn)行深入探討，提高廢氣廢液治理水平，有效促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1]。

1 煤制乙二醇廢氣廢液來源及處理現(xiàn)狀

近年來煤制乙二醇行業(yè)的迅速發(fā)展，乙二醇裝置不斷放大，副產(chǎn)的廢氣、廢液體量不斷增大，成為了企業(yè)現(xiàn)今面臨的巨大環(huán)保問題，對(duì)于其綜合就地處理利用勢(shì)在必行。

1.1 廢氣廢液來源

煤制乙二醇過程中主要的廢氣來源有乙二醇馳放氣氫回收系統(tǒng)解析氣、MN回收塔尾氣、液相加氫廢氣、乙二醇合成低壓閃蒸槽閃蒸氣以及煤制乙二醇VOCs裝置排放氣，其廢氣組成及排放量見表1。主要的廢液來源有DMC回收工段產(chǎn)生的DMC輕餾分、DMC重組分，DMO精餾工段產(chǎn)生DMO重組、回收MF，乙二醇精餾工段產(chǎn)生的乙醇產(chǎn)品塔廢液、乙二醇火炬凝液，其廢液組成及排放量見表2。

由表1和表2可知，煤制乙二醇過程中產(chǎn)生的廢氣、廢液成分較為復(fù)雜，大部分為有機(jī)廢物，具有有毒有害，易燃易爆，環(huán)境污染大，人體傷害性強(qiáng)等特性，且排放量較大，直接排放到大氣或環(huán)境中，會(huì)帶來較大的環(huán)境破壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成人體傷害。

表1 廢氣組成及排放量

表2 廢液組成及排放量

1.2 廢氣廢液處理現(xiàn)狀

草酸二甲酯、乙二醇生產(chǎn)過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生VOCs氣體和危險(xiǎn)化學(xué)廢液，目前國(guó)內(nèi)乙二醇廠對(duì)于VOCs氣體主要是火炬燃燒之后排放大氣處理，對(duì)于工藝中產(chǎn)生危險(xiǎn)廢液如輕餾分、雜醇油、DMO重組分、DMC重組分、EG重餾分等，只有部分容易分離的廢液經(jīng)過二次精餾提純回收，大部分分離難度較大、成分復(fù)雜、技術(shù)要求高、能源消耗高的廢液委托危廢處理公司進(jìn)行處理，其中產(chǎn)生的處理費(fèi)用和危廢廠家處理能力尚不能滿足原有生產(chǎn)能力的要求，處置需求與能力不足之間的矛盾日益突出，對(duì)草酸二甲酯及乙二醇產(chǎn)能擴(kuò)大造成制約。

通過目前現(xiàn)狀研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)焚燒法對(duì)于廢氣、廢液的處理尤為顯著，且針對(duì)廢氣廢液的聯(lián)合焚燒處理已經(jīng)初步得到成效。吳文生[2]早在2003年將BHK廢氣廢液處理技術(shù)在安慶石化丙烯腈裝置中進(jìn)行應(yīng)用，有效減少丙烯腈生產(chǎn)過程中有毒有害物質(zhì)的排放，降低了溫室氣體的排放，同時(shí)顯著降低丙烯腈裝置的綜合能耗。羅秀朋等[3]將焚燒裝置用于處理蛋氨酸生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣廢液，運(yùn)行中該裝置具有高效、環(huán)保、可操作性強(qiáng)、處理量可長(zhǎng)期維持滿負(fù)荷以及對(duì)工況的匹配性好等優(yōu)點(diǎn)。張曉東等[4]將廢氣廢液焚燒聯(lián)合蒸汽過熱技術(shù)在100萬t/a合成氣制乙二醇裝置中應(yīng)用，既能解決蒸汽過熱后再利用的問題，又能解決廢氣廢液焚燒處理的環(huán)保問題，優(yōu)勢(shì)顯著，且過熱蒸汽需要的天然氣量降低了，NOx生成減少了，又提高了系統(tǒng)熱效率，更經(jīng)濟(jì)節(jié)能。趙會(huì)兵[5]對(duì)化工廠廢液、廢氣處理進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，熱力燃燒法是非常有效的一種途徑，不但能徹底消除有機(jī)物，使VOC達(dá)標(biāo)排放，而且焚燒產(chǎn)生的熱量也能被利用。

對(duì)于有機(jī)廢氣廢液的處理，國(guó)內(nèi)通常采用高溫焚燒法，將廢氣廢液高溫焚燒處理盡其中的有害物質(zhì)，再進(jìn)行余熱回收和煙氣治理，最終實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放、熱能回收目的。因此，在大型煤制乙二醇工藝中使用廢氣廢液焚燒裝置，一方面，在保證該公司草酸二甲酯、乙二醇裝置正常運(yùn)行的前提下可以解決全廠有機(jī)廢液的出路問題，且能夠回收大量能源，為企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟(jì)效益，成為推動(dòng)化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)；另一方面，企業(yè)的環(huán)保狀況將得到極大的改善，可顯著提高企業(yè)周邊的環(huán)境質(zhì)量，社會(huì)效益尤其顯著[6]。

2 煤制乙二醇廢氣廢液聯(lián)合焚燒技術(shù)及工藝流程

2.1 廢氣廢液焚燒裝置簡(jiǎn)介

本裝置對(duì)“陜煤榆林化學(xué)180萬噸/年乙二醇工程”排放的廢氣、廢液(水)進(jìn)行焚燒及無害化處理。根據(jù)處理能力和其他技術(shù)要求，本項(xiàng)目設(shè)置兩套焚燒系統(tǒng)，一套煙氣處理系統(tǒng)。本系統(tǒng)處理能力大、效率高、熱量利用合理、自動(dòng)化程度高，工藝方案及選材合理，通過相應(yīng)的凈化處理工藝保證煙氣排放符合環(huán)保要求(兼顧 GB31571-2015《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB 18484-2001)，整個(gè)工藝系統(tǒng)先進(jìn)、成熟、可靠、安全，具有較高的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性?？梢詫?shí)現(xiàn)廢氣處理量為22886 Nm3/h，廢液處理量為14650 kg/h，每小時(shí)可回收中壓蒸汽(3.5 MPa，245 ℃)100 t/h。

2.2 工藝流程簡(jiǎn)介

煤制乙二醇工程廢氣、廢液焚燒裝置工藝過程包括：廢氣廢液輸送系統(tǒng)、焚燒爐系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)、SNCR脫硝系統(tǒng)、SCR脫硝系統(tǒng)、鍋爐給水預(yù)熱系統(tǒng)、空氣預(yù)熱系統(tǒng)、引風(fēng)排煙系統(tǒng)、煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)及所有的設(shè)備、管道、配電系統(tǒng)及自控系統(tǒng)。煤制乙二醇工程廢氣、廢液焚燒裝置流程如圖1所示。

圖1 煤制乙二醇工程廢氣、廢液焚燒裝置流程

廢氣、廢液經(jīng)管道輸送至焚燒裝置界區(qū)內(nèi)廢氣、廢液緩沖罐，廢氣由管道送至焚燒爐內(nèi)，廢液由泵送至焚燒爐進(jìn)行焚燒。焚燒爐產(chǎn)生的1226 ℃高溫?zé)煔馑椭劣酂徨仩t，煙氣經(jīng)水保護(hù)段降溫至1100 ℃，通過SNCR噴槍噴入20%濃度氨水，初步脫除煙氣中NOx，煙氣繼續(xù)與余熱鍋爐膜式壁+管束進(jìn)行換熱，將煙氣溫度降至380 ℃，副產(chǎn)3.5 MPa飽和蒸汽。煙氣繼續(xù)進(jìn)入SCR反應(yīng)器，煙氣中的NOx與還原劑(濃度為20%的氨水)在催化劑層表面進(jìn)行選擇性反應(yīng)，達(dá)到進(jìn)一步脫除煙氣中NOx的目的。經(jīng)SCR脫硝后的煙氣依次進(jìn)入鍋爐給水預(yù)熱器、空氣預(yù)熱器，進(jìn)一步回收煙氣中熱量，鍋爐給水預(yù)熱后去余熱鍋爐汽包，預(yù)熱空氣去焚燒爐助燃，煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)送至煙囪排放。

2.3 工藝技術(shù)特點(diǎn)及主要設(shè)備

采用直接燃燒法，以一定的過?？諝馀c被處理的廢氣廢液在焚燒爐中進(jìn)行氧化反應(yīng)，廢物中的有害物質(zhì)在高溫下催化、氧化、分解而被破壞，使有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)后放空，避免了環(huán)境污染，同時(shí)可利用焚燒的高溫?zé)煔獾挠酂岙a(chǎn)生蒸汽。其工藝技術(shù)具有如下特點(diǎn)：根據(jù)該項(xiàng)目處理的廢氣、廢液特性中硝酸根離子含量高的特性，結(jié)合在廢氣、廢液焚燒處置過程中產(chǎn)生的煙氣種類、濃度，本項(xiàng)目煙氣處理采用SNCR+SCR脫硝組合工藝，確保尾氣中NOx小于35 mg/m3，排放煙氣污染物成分及濃度完全滿足排放標(biāo)準(zhǔn)；能夠同時(shí)焚燒有機(jī)物含量很低的廢氣和廢液；采用強(qiáng)旋流燃燒技術(shù)，廢氣、廢液中的可燃成分能完全燃燒并且可降低助燃用的燃料量；利用氨水的還原性，還原燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物，減少其了排放量；充分利用燃燒后高溫?zé)煔庵杏酂?，副產(chǎn)蒸汽，節(jié)約了能源消耗。

2.3.1 焚燒爐

燃燒采用3T+E的原則(溫度、時(shí)間、渦流+空氣過剩系數(shù))。焚燒爐為立式焚燒爐，控制溫度在1100 ℃左右，煙氣流速控制在3～5 m/s，同時(shí)保證煙氣在爐膛內(nèi)停留時(shí)間在2 s以上。煙氣在整個(gè)焚燒爐內(nèi)由上往下做旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，增強(qiáng)了湍流強(qiáng)度，有利于燃燒的組織，同時(shí)增加了煙氣的停留時(shí)間，有利于有機(jī)廢液的燃盡。

2.3.2 燃燒器

廢氣燃燒器采用同軸式多通道強(qiáng)旋流燃燒器，燃燒穩(wěn)定性好，燃燒效率高。廢液燃燒器采用強(qiáng)旋流燃燒器，能夠有效的形成回流區(qū)，卷吸霧滴，增大停留時(shí)間。廢氣燃燒器布置在焚燒爐頂部，廢液燃燒器均勻的布置在爐身上，與軸線夾角45°布置，這樣實(shí)現(xiàn)了廢氣和廢液的單獨(dú)燃燒，削弱了物料波動(dòng)對(duì)燃燒穩(wěn)定性的影響。廢氣燃燒器的旋轉(zhuǎn)方向和廢液燃燒器形成的切圓方向一致，能夠最大程度的增強(qiáng)煙氣摻混，增強(qiáng)爐內(nèi)熱穩(wěn)定性，極大的延長(zhǎng)煙氣停留時(shí)間，提高燃燒效率。為保證燃燒過程穩(wěn)定進(jìn)行，在燒嘴的出口處均設(shè)置了相應(yīng)的穩(wěn)焰器以穩(wěn)定火焰。

2.3.3 廢液噴槍

量取30 mL酒于分液漏斗中，加入純凈水降度至5%vol，加入適量NaCl飽和。再加入50 mL CH2Cl2，振蕩萃取20 min，收集有機(jī)相；重復(fù)以上步驟1次，合并有機(jī)相，無水Na2SO4干燥，溫和氮?dú)獯祾邼饪s至0.5 mL。

為了得到較好的霧化質(zhì)量，提高燃燒效率，一般采用氣動(dòng)霧化噴嘴。氣動(dòng)霧化噴嘴利用高速氣流與液體相撞，最終破碎為細(xì)小的霧滴。相比于機(jī)械式霧化噴嘴，氣動(dòng)霧化噴嘴的優(yōu)勢(shì)在于所需供應(yīng)壓力小，霧化粒徑小，霧滴出口速度小，爐內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)等。廢液噴嘴使用空氣輔助霧化，提高霧化質(zhì)量和均勻度，高溫?zé)煔馀c廢液噴霧場(chǎng)相互作用，促進(jìn)摻混，加快廢液的蒸發(fā)和分解速度。

2.3.4 余熱鍋爐

余熱鍋爐科學(xué)地配置鍋爐各部分受熱面，同時(shí)采用具有高效傳熱性能的膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，并利用尾跡旋渦理論有效組織煙氣的三維強(qiáng)湍流動(dòng)力場(chǎng)，強(qiáng)化鍋爐傳熱，減少鍋爐漏風(fēng)，提高了鍋爐的熱效率。高溫?zé)煔馀c水冷壁換熱后溫度降至380 ℃，冷卻后的煙氣經(jīng)過出口煙道進(jìn)入SCR脫硝系統(tǒng)。系統(tǒng)熱源來自焚燒爐排出的煙氣，鍋爐給水經(jīng)鍋爐給水預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入鍋筒，然后經(jīng)水冷壁下降管流入下集箱，水冷壁的導(dǎo)管從下集箱引向上集箱，經(jīng)過輻射和對(duì)流換熱變?yōu)轱柡驼羝僖劐佂?，飽和蒸汽在汽水分離裝置作用下從鍋筒引出，通過主蒸汽管送至界外蒸汽管網(wǎng)。

2.3.5 SNCR+SCR脫硝技術(shù)

初步脫硝擬采用非催化法(SNCR法)脫除煙氣中的NOx。脫硝設(shè)置在焚燒爐出口煙道上，用液氨制備濃度為20%的氨水，經(jīng)氨水泵送入焚燒爐出口煙道脫硝噴槍，煙氣與濃度為20%的氨水充分混合，煙氣中NOx組分在O2的存在下與NH3發(fā)生還原反應(yīng)，脫硝效率設(shè)計(jì)為>60%。完成初步脫硝之后煙氣經(jīng)余熱鍋爐后進(jìn)入SCR反應(yīng)器進(jìn)一步脫硝。SCR脫硝系統(tǒng)設(shè)置1級(jí)反應(yīng)器，催化劑布置采用“3+1”方式，即安裝三層，預(yù)留一層。SCR脫硝效率設(shè)計(jì)為>90%，通過此系統(tǒng)后，煙氣中NOx能夠完全滿足環(huán)保排放要求。

3 技術(shù)分析及評(píng)價(jià)

3.1 環(huán)保技術(shù)分析及評(píng)價(jià)

廢氣、廢液經(jīng)焚燒之后煙氣組成指標(biāo)詳見表3。從表3中可知，煙氣排放符合(兼顧《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB31571-2015、GB 18484-2001)所規(guī)定的指標(biāo)要求。

表3 排放煙氣污染物成分及濃度

本裝置燃燒效率≥99.9%，且煙囪上安裝煙氣在線監(jiān)測(cè)裝置，煙氣排放溫度高于露點(diǎn)20 ℃以上，最終所排煙氣不帶水汽，不冒白煙、黑煙、黃煙或拖尾。

3.1.2 固廢排放

本項(xiàng)目無燃燒殘?jiān)a(chǎn)生，固廢主要為SCR廢催化劑，由SCR催化劑供貨方負(fù)責(zé)回收。

3.1.3 廢水排放

本項(xiàng)目產(chǎn)生的廢水主要為設(shè)備及地面沖洗水等，將排入污水管網(wǎng)送至界外污水站集中處理。

3.1.4 噪聲排放

本項(xiàng)目噪聲主要來自風(fēng)機(jī)、泵等各種生產(chǎn)設(shè)備噪聲。采取的隔聲降噪措施有：采用低噪聲設(shè)備、加裝消聲器或隔音罩等。噪聲排放符合《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB12348-2008)3類標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 溫室氣體排放及運(yùn)行成本分析

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，對(duì)廢氣、廢液焚燒裝置工藝消耗進(jìn)行核算，按照GB/T32151.10-2015《工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算與報(bào)告要求》及其他項(xiàng)目裝置運(yùn)行情況，對(duì)工藝消耗所帶來的二氧化碳排放量進(jìn)行核算，且根據(jù)市場(chǎng)價(jià)格對(duì)運(yùn)行成本進(jìn)行計(jì)算。其工藝消耗及CO2排放量和裝置運(yùn)行費(fèi)用見表4。

表4 工藝消耗指標(biāo)及CO2排放量與裝置運(yùn)行費(fèi)用

本廢氣廢液焚燒裝置利用余熱副產(chǎn)3.5 MPaG、241 ℃中壓飽和蒸汽100 t/h。如果不利于余熱，通過熱電標(biāo)準(zhǔn)燃煤生產(chǎn)該蒸汽需要消耗標(biāo)煤47.32 kg/t，按照GB/T32151.10-2015《工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算與報(bào)告要求》對(duì)二氧化碳排放量進(jìn)行核算，用標(biāo)煤生產(chǎn)該蒸汽排放CO2為118.11 kg/t，100t蒸汽需要排放CO2為11811 kg/h。由表4可知，180萬噸/年煤制乙二醇工程廢氣、廢液焚燒裝置的工藝消耗所排放的CO2量為3679 kg/h，由于廢氣、廢液在處理過程中排放CO2是必然存在的，不計(jì)入工藝消耗所產(chǎn)生的CO2排放中。CO2的減排量為：

11811-3679=8132 kg/h，全年運(yùn)行時(shí)間按8000 h算，可減排CO2為65056 t/年。由此可知，廢氣、廢液焚燒裝置的使用可實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排，帶來一定的環(huán)境效益。

在不考慮設(shè)備折舊、人工成本的前提下，由表4可知，180萬噸/年煤制乙二醇工程廢氣、廢液焚燒裝置的運(yùn)行總費(fèi)用為5432元/h。副產(chǎn)3.5 MPaG飽和蒸汽量100 t/h，市場(chǎng)價(jià)格按100元/t計(jì)算，可產(chǎn)生附加值為10000元/h。節(jié)約生產(chǎn)成本為：10000-8455=1545元/h，全年運(yùn)行時(shí)間按8000 h算，可節(jié)約生產(chǎn)成本1236萬元/年。由此可知，廢氣、廢液焚燒裝置的使用可以顯著降低乙二醇工程的生產(chǎn)成本，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 論

陜煤180萬噸/年煤制乙二醇工程中副產(chǎn)的廢氣、廢液體量較大，有毒有害、易燃易爆，環(huán)境污染大，人體傷害性強(qiáng)。廢氣、廢液焚燒裝置的合理設(shè)計(jì)，可以完全將副產(chǎn)的廢氣、廢液焚燒無害化處理，且能夠滿足環(huán)保排放要求。此外，利用余熱回收利用，可顯著降低溫室氣體排放及生產(chǎn)運(yùn)行成本。