废气蓄热回收技术及经济分析评价

刘 莹 ， 孙小会 ， 韩大明

(河南省煤气(集团)有限责任公司 义马气化厂 ， 河南 义马 472300)

废气蓄热回收技术及经济分析评价

刘 莹 ， 孙小会 ， 韩大明

(河南省煤气(集团)有限责任公司 义马气化厂 ， 河南 义马 472300)

论述了化工装置的尾气处理的三种方法，即蓄热氧化法、蓄热氧化加脱硝和催化氧化法。并从技术方案、公用工程消耗、经济效益方面进行对比分析。三种方法各有其优点，综合来看，催化氧化法是最适宜的。

VOCs ； 蓄热回收 ； 分析评价

化工行业在生产过程中，工艺及装置复杂，存在高温高压作业环境，原料和产品中均有不同程度的VOCs排放到大气中。VOCs主要的排放来源有[1]：①在制备有机气体的生产过程中，存在着不同程度的泄漏和人为排放问题；②工艺单元排放的有机废气无法彻底回收利用，尽管采用了焚烧、吸收、吸附冷凝等方式予以处理，但仍有部分有机尾气排放到大气中；③有机气体在设备或管线组件连接处存在一定程度上的泄漏；④废水经过冷却塔进行冷却，有一部分暂时溶解在水中，排出工厂储罐运输过程中也不可避免地存在储罐挥发和泄漏问题。

在煤化工行业中，许多项目选择采用碎煤加压气化工艺，但碎煤加压气化工艺由于气化温度低并存在干馏层的原因，其配套低温甲醇洗装置排放气(CO2尾气)中非甲烷总烃(主要是C2和C3组分)含量要远高于气流床气化技术。根据煤质不同，一般占排放气总量的0.1%～1.0% (体积分数)，是煤制化工项目中最主要的VOCs 有组织排放源，目前环保政策要求必须采取有效措施进行脱除。

1 废气蓄热回收技术对比

1.1 蓄热氧化法(RTO)

VOCs废气蓄热燃烧原理[2]是把有机废气加热到760 ℃以上，将废气中的VOCs氧化分解成二氧化碳和水[2]。氧化产生的高温气体流经特制的陶瓷蓄热体，使陶瓷体升温而“蓄热”，此“蓄热”用于预热后续进入的有机废气。从而节省废气升温的燃料消耗。陶瓷蓄热体应分成两个(含两个)以上的区或室，每个蓄热室依次经历蓄热—放热—清扫等程序，蓄热式热氧化器具有能耗低、安全性好、应用范围广等优点。适合处理化工厂内各种类型的低浓度无回收价值的VOCs(含硫化物)废气。该技术处理VOCs后，净化尾气中非甲烷总烃去除率99%以上，排放废气中非甲烷总烃小于20 mg/m3，实现有机废气的深度达标治理，同时回收利用氧化反应热发生蒸汽和制冷、发电等。

1.2 蓄热氧化+脱硝(RTO+SCR)

废气经蓄热氧化分解后，会有NOx的二次污染产生，将NOx在SCR催化剂作用下与补加的氨进行选择性催化还原反应，使尾气中的NOx还原成N2和水，净化尾气随后通过余热锅炉和省煤器放热，产生低压饱和蒸汽，回收热量后的净化气体排入大气。

1.3 催化氧化法(CO)

催化氧化工作原理[3]是将有机废气和空气混合后，通过尾气换热器加热到300～400 ℃，在催化剂的作用下将废气中的有机物和一氧化碳等可燃物进行深度无焰氧化，生成二氧化碳和水而达到脱除VOCs的目的[3]。有机废气和高温烟气通过尾气换热器进行间接换热以回收反应热量，废气中很少的有机组分即可实现装置自身热量平衡。催化氧化法和蓄热技术结合，衍生出蓄热催化氧化法( CO)催化氧化法的核心在于催化剂，通过降低反应活化能，在较低温度下发生有机物的氧化反应。

2 三种方法经济分析评价

我厂低温甲醇洗装置产生的CO2尾气，主要成分为二氧化碳、氮气、水蒸气，同时含有一定量的一氧化碳、甲烷、乙烷等物质，含硫量约30×10-6，气体排放臭味较大，对环境产生危害的成分主要为非甲烷总烃。需要选择合适的方法可以有效处理CO2尾气中的乙烷、甲醇等有机物，使排放尾气符合《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1996)。

2.1 低温甲醇洗单元CO2尾气组成(见表1)

表1 低温甲醇洗单元CO2尾气组成

2.2 技术方案对比

以表1所述的尾气(下同)进行技术方案对比，结果见表2。

表2 技术方案对比

2.3 公用工程消耗对比(见表3)

2.4 经济效益分析对比(见表4)

3 结论

从技术和经济效益方面来看三种方法都可以用于低温甲醇洗装置产生的CO2尾气的处理。每种技术产生的效益都在100万元以上，其中，蓄热氧化法的技术投资最少，产生的效益也最少，投资回收期时间中等，但是可能有氮氧化物的二次污染产生。催化氧化法投资最高，其产生的效益也是最高的，投资回收期时间最短。蓄热氧化加脱硝的方法投资回收期最长，产生效益中等。

表3 公用工程消耗对比

项目蓄热氧化(RTO)蓄热氧化+脱硝(RTO+SCR)催化氧化(CO)锅炉给水/t·h-14．31118天然气/Nm3·h-1200(开车时)150(开车时)10(运行时)仪表空气/Nm3·h-1602020冷却水/t·h-10．5氨/kg·h-140风机/kW160+22+7．5(7．5kW为开工风机)400+15+30355电加热器/kW400(开车)

表4 经济效益分析对比

注：运行成本(按8 000 h计)单位为万元/a。

[1] 叶建平,赵建国,杨丽娴.石化行业发展现状及VOCs控制技术研究[J].广州化工,2011(24)：11-13.

[2] 曹 进,吴梅霞.蓄热式热力氧化法在顺酐废气处理中的应用[J].能源与节能,2016(6)：110-112.

[3] 马剑飞,冯 华,沈 华.蓄热氧化技术在低温甲醇洗排放气处理上的应用[J].河南化工,2015(32)：40-42.

2016-11-09

刘 莹(1984-)，女，工程师，从事煤化工技术研究开发工作，电话：15890901918。

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1003-3467(2017)01-0052-02