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再生燃燒與催化燃燒的異同

瀏覽： | 2019-12-29 19:06
再生燃燒與催化燃燒的異同 
隨著***家對***氣污染控制力度的加***，工業(yè)VOCs廢氣污染形勢發(fā)生了根本性變化。根據(jù)廢氣處理裝置運(yùn)行穩(wěn)定、處理效果可靠、廢氣種類適用性廣、工藝安全等要求，多數(shù)地方政府出臺了《意見》中的VOCs處理政策，廢氣處理過程基本上是吸附、吸收和熱分解（焚燒）三個(gè)過程及其組合過程。
在（焚燒）熱分解工藝成為VOCs廢氣處理的主流后，技術(shù)設(shè)備得到了很***的改進(jìn)。但由于許多環(huán)保公司的工程設(shè)計(jì)人員在初步設(shè)計(jì)時(shí)與業(yè)主單位缺乏深入溝通，在裝置運(yùn)行過程中沒有及時(shí)反饋，一旦發(fā)生事故也沒有有效的解決辦法，對熱分解過程***性沒有盲目設(shè)計(jì)，導(dǎo)致各地頻繁設(shè)計(jì)裝置爆炸、高能耗停機(jī)、裝置故障率高的現(xiàn)象嚴(yán)重影響了企業(yè)的正常生產(chǎn)經(jīng)營，同時(shí)也給整個(gè)廢氣環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了諸多負(fù)面因素。
熱分解過程簡介
熱分解過程一般分為四種：直接燃燒（to）、再生燃燒（RTO）、催化燃燒（CO）、再生催化燃燒（RCO）。它只是燃燒方式和換熱方式的兩種不同組合，主要用于吸附濃縮氣的處理，也可直接處理濃度***于3.5gm3的中、高濃度廢氣。
1） 將高濃度廢氣送入燃燒室直接燃燒（燃燒室內(nèi)一般有長時(shí)間明火）。廢氣中的有機(jī)物在750℃以上燃燒產(chǎn)生二氧化碳和水。高溫燃?xì)馔ㄟ^換熱器與新廢氣間接換熱后排放。換熱效率一般≤60%，運(yùn)行成本高，僅適用于少數(shù)能有效利用余熱或有副產(chǎn)氣的企業(yè)。
2） RTO的燃燒方式與to相同，但換熱器改為蓄熱陶瓷。高溫燃燒廢氣與新廢氣交替進(jìn)入蓄熱陶瓷直接換熱，熱利用率可提高到90%以上，概念先進(jìn)，運(yùn)行成本低，是目前***內(nèi)主要的廢氣處理技術(shù)。（3）CO是利用貴金屬催化劑降低廢氣中有機(jī)物與O2之間的反應(yīng)活化能，使有機(jī)物在250~350℃的較低溫度下完全氧化生成CO2和H2O，屬于無焰燃燒。高溫氧化氣體通過換熱器與新廢氣之間的間接熱交換而排出，熱利用率一般小于75%。常用于吸附劑再生解吸高濃度廢氣的處理。
4）RCO燃燒方式與CO相同，換熱方式與RTO相同。由于投資與RTO相當(dāng)，可處理廢氣類型受催化劑的影響小于RTO，因此很少有企業(yè)采用RCO工藝。熱分解的應(yīng)用實(shí)例很多，如RTO、Co等，如果用它們來處理吸附解吸的高濃度氣體，兩者差別不***，但如果用它們直接處理中、高濃度廢氣，則需要企業(yè)重視。
RTO和co單元的通用流程如圖1和圖2所示。本文比較了廢氣、廢氣濃度、廢氣流量、輔機(jī)能量、儀表自動(dòng)控制、安全風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)、電力負(fù)荷、主要設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用等方面的差異。etc.
2.1適用的廢氣類型
兩種工藝均可用于處理烷烴、芳烴、酮、醇、酯、醚等有機(jī)廢氣和一些氮化合物。含硫磷廢氣會對催化劑產(chǎn)生毒害作用，不宜采用Co處理，但若忽略含硫磷廢氣燃燒對設(shè)備、儀表的少量腐蝕，則RTO只能用于有限的處理。
處理溫度小于1150℃時(shí)，兩種工藝均不能處理含鹵代烴的廢氣，避免二惡英生成。一些硅烷類廢氣不能用于RTO和co，因?yàn)槿紵螽a(chǎn)生的固體粉塵會堵塞催化劑或再生陶瓷或開關(guān)閥的密封面。
對漆霧粉塵廢氣進(jìn)行預(yù)過濾，避免開關(guān)閥關(guān)不嚴(yán)、再生器堵塞等現(xiàn)象。RTO的預(yù)處理應(yīng)至少過濾到F6級。一氧化碳處理廢氣主通道上無開關(guān)閥。此外，還可以采用提高廢氣流量、使粉塵不易沉積、定期對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行加熱、回火等方法對粉塵進(jìn)行剝離和分解。因此，CO的預(yù)處理只需簡單地過濾到G4級即可。
此外，含有易自聚有機(jī)物（如丁二烯、丙烯酸酯等）的廢氣，會影響切換閥的有效開閉，也可能在低溫下沉積在廢氣入口的再生器上。采用RTO處理此類廢氣時(shí)存在安全隱患，而co不受影響。
2.2廢氣濃度
由于溫度升高會降低有機(jī)物爆炸下限濃度，通常需要控制廢氣入口濃度<25%LEL。常見有機(jī)物爆炸下限及25%LEL見表1。
表1常見有機(jī)物爆炸下限濃度及25%LEL以20℃室溫下CO處理甲苯廢氣為例。為了避免設(shè)備的“白煙”和催化氧化處理后的冷凝水的腐蝕，廢氣溫度一般為105℃，然后，考慮到換熱效率的影響，廢氣在室溫下進(jìn)入和離開裝置后的實(shí)際溫升應(yīng)為100℃（0℃時(shí)催化燃燒起始溫度為25℃，廢氣催化氧化后的溫度為350℃）。相應(yīng)的廢氣初始濃度約為3130mgm3，可以在不增加能量的情況下維持系統(tǒng)的熱平衡。如果廢氣的濃度進(jìn)一步增加到25%升，則氧化后的廢氣溫度可達(dá)到587℃，此時(shí)催化劑容易流失，設(shè)備材料需要耐熱鋼。因此，除非在催化劑層之間安裝換熱管系統(tǒng)，以便及時(shí)排熱，否則CO處理甲苯廢氣的***濃度為3130-9390mgm3。
如果廢氣入口濃度過高，則可通過空氣入口稀釋，稀釋閥與氧化氣體溫度聯(lián)鎖；如果廢氣的入口濃度為2130～31 30mg／m3，則進(jìn)入電催化層的廢氣的溫度可由電或氣體提高至250℃；當(dāng)廢氣入口濃度小于2130mgm3時(shí)，可進(jìn)行吸收濃縮，再對解吸后的濃縮氣體進(jìn)行CO處理；當(dāng)廢氣初始溫度較高時(shí)，如許多爐排廢氣溫度為80℃，此時(shí)可降低CO處理的廢氣濃度至1560mgm3。
以RTO處理20℃甲苯廢氣為例，由于RTO燃燒爐內(nèi)存在長時(shí)間明火點(diǎn)燃廢氣，1.672×106kj燃燒器長時(shí)間明火約消耗5M3h天然氣提供部分熱源，系統(tǒng)維持熱平衡的廢氣***小入口濃度為1700-2000mgm3。如果RTO裝置被設(shè)計(jì)為降低來自燃燒室的一些高溫氣體的溫度，然后返回到燃燒室，以避免燃燒溫度為1000℃的過程，由RTO處理的廢氣的***濃度可以增加到25%勒爾。
2.3廢氣流量
一般情況下，單套RTO處理廢氣流量為8000-50000m3h，當(dāng)廢氣流量小于5000m3h時(shí)，RTO裝置的投資成本比不劃算，當(dāng)廢氣流量***于50000m3h時(shí)，易出現(xiàn)偏流、局部過熱等現(xiàn)象影響廢氣分解效率。單套CO處理的流量為1000-20000m3h，流量的增加給高效換熱器的設(shè)計(jì)帶來困難，催化劑層會出現(xiàn)明顯的局部流過熱現(xiàn)象，影響廢氣的分解效率。
 2.4輔助能量
RTO燃燒室需要長的開火。另外，設(shè)備本身就很重要，預(yù)熱時(shí)間長。一般采用液化氣、天然氣和輕柴油作為輔助能源。不建議使用電加熱。
液化氣、天然氣和輕柴油也可作為CO的輔助能源，因?yàn)樵O(shè)備的自重比RTO輕50%，為了避免添加危險(xiǎn)源進(jìn)行監(jiān)督，建議使用電加熱（如果廢氣濃度***于3500毫克立方米），而本廠廢氣流量15000m3h的電加熱系統(tǒng)僅為180kW，預(yù)熱時(shí)間≤1.5h；
2.5儀表自動(dòng)控制
從流程圖上可以看出，除了燃?xì)庀到y(tǒng)外，RTO還需要***量的壓力、溫度檢測和切換閥，對閥門、儀表、自動(dòng)控制等要求較高；而CO的主排氣管道沒有閥門，只有簡單的溫度聯(lián)鎖，對自動(dòng)控制要求較低。
2.6安全風(fēng)險(xiǎn)
RTO和Co非常適用于有機(jī)物濃度、種類和流量穩(wěn)定的管道廢氣的處理，如涂裝、印刷、制革、化纖、注塑等，***別是對于有溫度的干燥廢氣，如果采用吸附法，需要預(yù)冷至<45℃，但若采用RTO或CO，可充分利用自身余熱，******降低廢氣處理成本和管道整體總能耗。然而，一些環(huán)保企業(yè)在儲運(yùn)、化工合成等企業(yè)采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTO）進(jìn)行廢氣處理時(shí)，出現(xiàn)了許多爆炸事故。爆炸的主要原因是裝置內(nèi)廢氣源系統(tǒng)回火爆炸。主要原因如下：
1）RTO系統(tǒng)在裝置初次運(yùn)行時(shí)一切順利，但運(yùn)行1-2年后，部分儀表和控制閥會出現(xiàn)故障或突然斷電、停儀表氣等，導(dǎo)致系統(tǒng)安全自動(dòng)控制設(shè)計(jì)失敗，系統(tǒng)超溫爆炸。事實(shí)上，***多數(shù)業(yè)主沒有專業(yè)的儀表自動(dòng)化維護(hù)人員，因此很難及時(shí)預(yù)測和更換儀表閥門。
例如，廢氣入口濃度應(yīng)控制在<25%LEL。如果采用氣相色譜型在線檢測儀，儀器采樣檢測結(jié)果加上自動(dòng)控制閥的響應(yīng)時(shí)間>30min，失去安全控制的意義。因此，一般采用感光型在線可燃物探測器（三取二）。探測器需要每半年強(qiáng)制檢查一次，但如果廢氣中含有水汽、灰塵等，將******降低探測器的使用壽命，而且這種儀器的故障是突發(fā)的。
包括
2）雖然RTO系統(tǒng)采用了廢氣收集預(yù)處理系統(tǒng)防靜電、廢氣入口濃度與稀釋閥聯(lián)鎖、廢氣預(yù)混緩沖罐聯(lián)鎖、廢氣風(fēng)機(jī)與負(fù)壓聯(lián)鎖、廢氣水預(yù)洗等一系列安全設(shè)計(jì)由于某些高濃度廢氣事件的應(yīng)急氣體排放或集中排放，廢氣的濃度會增加數(shù)倍，而處理1001003h廢氣流量的RTO裝置的緩沖罐的***體積也小于20M3，緩沖罐中的轉(zhuǎn)換保留時(shí)間小于8s；緩沖時(shí)間過短導(dǎo)致裝置閥門切換過晚，廢氣主管及預(yù)處理系統(tǒng)發(fā)生回火爆炸。這是由明火作業(yè)RTO的性質(zhì)決定的，不能根除。
 Co屬于無焰氧化，除了金屬結(jié)構(gòu)隔離，如換熱器外，回火廢氣源不能達(dá)到點(diǎn)火點(diǎn)，CO工藝管道上沒有閥門切換，沒有儀表故障的安全風(fēng)險(xiǎn)。
 2.7環(huán)境保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)RTO要求廢氣源氣體體積和濃度穩(wěn)定，設(shè)計(jì)運(yùn)行負(fù)荷靈活，僅適用于連續(xù)穩(wěn)定的管道廢氣。如果業(yè)主有間歇性和短期的高濃度廢氣產(chǎn)生，由于安全濃度下限的要求，廢氣進(jìn)入機(jī)組前會部分放空，存在環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。
RTO設(shè)備復(fù)雜，零件多，容易發(fā)生設(shè)備故障和排氣事故。然而，CO需要穩(wěn)定的廢氣流量，可以接受間歇性和短期的高濃度廢氣。熱電廠設(shè)備簡單，零部件少，設(shè)備故障少。此外，RTO燃燒室內(nèi)存在死角，廢氣綜合處理效率為95%-97%，co廢氣均勻通過催化劑層，處理效率***于99%。因此，CO比RTO更容易達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，***別是新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)甲苯廢氣由40mgm3降至10mgm3后，RTO更容易發(fā)生環(huán)境事故。
高溫RTO會產(chǎn)生NOx，而co由于處理溫度較低不會產(chǎn)生NOx。雖然目前***家還沒有對有機(jī)廢氣裝置的氮氧化物進(jìn)行調(diào)整，但從鍋爐廢氣處理的發(fā)展歷史來看，對處理氣量***于10000m3h的廢氣裝置提出調(diào)整要求。
2.8對用電負(fù)荷
RTO，裝置的阻力應(yīng)為精密過濾至少3500-4000pa，蓄熱陶瓷2次，總厚度約2m；對于一氧化碳，簡單過濾阻力小于2500pa，管式換熱器2次，催化劑層0.4m，總厚度0.4m，同10000m3h處理風(fēng)量，RTO風(fēng)機(jī)電機(jī)22KW，CO風(fēng)機(jī)電機(jī)18.5kw。處理風(fēng)量越***，風(fēng)機(jī)功率差越***，每降低1kW電機(jī)功率，每年可減少電費(fèi)3000元。