一種大風量、低AN濃度尾氣的處理方法探討

陳偉峰，劉格宏，武春雷，辛立坤，王全

(北京石油化工工程有限公司,陜西西安710075)

1 尾氣簡介

天津大沽化工股份有限公司40 萬t/a ABS 裝置HRG 單元共有 4 條絮凝干燥線，HRG 漿料經過旋轉干燥器干燥后尾氣經除塵器風機排出，每條線風量可達12 萬Nm3/h，含有一定濃度的AN，同時也有少量SM、BD 和其它有機物質，其主要成分及濃度設計值如表1。

表1 HRG 除塵尾氣主要成分及濃度

由表1 可見，根據《合成樹脂工業污染物排放標準》（GB31572-2015），尾氣的 AN 含量和總VOCs 不符合排放要求，必須對其進行治理以確保AN＜0.5mg/m3的同時總VOCs 等項目均達到標準要求。因除塵尾氣風量大，且含有AN，處理難度大[1]。

2 處理方法介紹

因HRG 除塵尾氣單線風量大，且存在AN，處理難度較大，一般的活性炭吸附再生方法難以達標，通常可以使用：常溫催化法、催化氧化法(RCO)、蓄熱式燃燒法（RTO）和直接催化氧化法。因HRG 絮凝干燥線單線風量巨大，可考慮使用吸附濃縮或直接進氣焚燒的方法，但現場處于原有建筑物二層位置除塵器周邊，帶明火的直接焚燒RTO 裝置無法使用且其成本高，因此重點研究常溫催化法、吸附濃縮催化氧化法和催化氧化法對此尾氣進行處理的效果[2，3]。

2.1 常溫催化法

常溫催化法采用自由基激發器，將空氣中的氧氣和水轉化為高濃度的強氧化自由基，與尾氣混合后，在常溫高效催化劑的作用下，在適合的大型氣固相反應器內將尾氣中的有機物氧化為CO2和H2O。工藝流程簡圖如圖1。

圖1 常溫催化法工藝流程簡圖

此項技術方案工藝流程相對簡單，能耗相對較低。由于運行溫度較低，可以有效避免苯乙烯和丁二烯等單體自聚的問題[4]。

2.2 吸附濃縮催化氧化法

吸附濃縮催化氧化法是根據吸附和催化燃燒兩個基本原理設計的，即含有機物的尾氣經過活性炭吸附，有機物質被活性炭截留在其內部，潔凈氣體排出；經過一段時間后，活性炭達到飽和狀態時，停止吸附，此時有機物已被濃縮在活性炭內。再經加熱到有機物的沸點時，有機物從活性炭內脫附出來，進入催化室進行催化分解成CO2和H2O，同時釋放出能量。利用釋放出的能量再進入吸附床脫附時，此時加熱裝置停止工作，有機廢氣在催化燃燒室內維持自燃，此過程循環進行，直至有機物完全從活性炭內部分離并在催化室分解。活性炭得到了再生，有機物得到催化分解處理。吸脫附可采用活性炭罐進行也可采用轉輪進行，本文以活性炭罐進行試驗。工藝流程簡圖如圖2。[5]

圖2 吸附濃縮催化氧化法工藝流程簡圖

2.3 直接催化氧化法

此方法是將尾氣在Pt 等貴金屬催化劑直接作用下催化氧化，所用催化劑是典型的氣－固相催化反應的催化劑，其實質是活性氧參與的深度氧化作用。Pt 貴金屬催化劑表面原子因受力場不平衡，有多余電子或軌道未得到飽和，形成了表面活性中心。吸附在活性基體上的烴類分子、H2、O2會被活化而參加反應。VOCs 組分與氧之間在催化劑活性中心處發生無焰氧化，生成CO2和H2O，達到去除尾氣中的有害物質的目的，同時放出熱量。工藝流程簡圖如圖3。[6]

圖3 直接催化氧化法工藝流程簡圖

3 試驗和測試

試驗時制作了常溫催化法、吸附濃縮催化氧化法和直接催化氧化法三套裝置，通過用風機從現場HRG 除塵尾氣排口抽取約1000m3/h 的尾氣進各自裝置，每天取樣檢測，情況如下。

3.1 在常溫催化中試的過程中因初期只安裝了主體裝置，未考慮到尾氣中含水、含粉塵的影響，導致催化劑嚴重失活。經改造后，裝置可以正常連續運行。試驗期間測試結果如表2。

表2 常溫催化法試驗數據

3.2 在吸附濃縮催化氧化法測試過程中，初期尾氣中含水（HRG 除塵尾氣中約有4%wt 的水）對催化燃燒室影響較大，催化室升溫不穩定。后經增加冷卻器除水后運行基本正常。試驗期間測試結果見表3。

3.3 在直接催化氧化中試過程中，因HRG 尾氣VOCs 含量相對較低，在催化氧化過程中本身放出的熱量不能夠維持熱平衡，需外界提供熱量，試驗時為 方便采用電加熱器加熱。試驗期間測試結果見表4。

表3 吸附濃縮催化氧化法試驗數據

表4 直接催化氧化法試驗數據

通過第三方檢測得到三種方法處理后尾氣的總 VOCs 分別在 15 mg/m3，50 mg/m3和 7mg/m3，綜上可見直接催化氧化法能完全滿足《合成樹脂工業污染物排放標準》要求，且結果穩定。

表5 各種方法處理HRG 除塵尾氣優缺點對比

4 總結

經過試驗，在測試期間所進行的三種尾氣處理方法各有其優缺點，總結對比如表5。

HRG 絮凝干燥工藝是連續工藝，要求除塵尾氣處理裝置連續穩定運行，處理裝置不能有明火，所用設備便于現場布置，且要維護簡單，有足夠的巡檢、檢修空間，綜合上述工藝的優缺點和試驗結果，認為以直接催化氧化為技術核心的處理方案較適用于類似HRG 除塵尾氣這種大風量、低AN 濃度尾氣的治理。