淺談HRG 尾氣治理技術方案

辛立坤

（天津大沽化工股份有限公司，天津300450）

1 HRG 尾氣簡介

HRG 單元的生產目的是生產用于ABS 摻混的HRG 高橡膠接枝粉。HRG 單元采用半間歇式乳液聚合工藝，在水、乳化劑及其他助劑存在的條件下，丙烯腈、苯乙烯在聚丁二烯膠乳主干上進行接枝聚合反應生成高橡膠接枝乳液（HRG）。在生產干燥過程中，用熱空氣對HRG 粉料加熱烘干，熱空氣經集塵器布袋過濾排至大氣，空氣中含有總量在300ppm 左右的有機氣體（稱為HRG 尾氣）。為適應《合成樹脂工業污染物排放標準》（GB 31572-2015）等行業排放標準，需對HRG尾氣進行環保處理。由于HRG 尾氣具有風量大、有機氣體含量少的特點，需確定適用且經濟的技術方案對其進行處理。在確立技術方案前考察了目前市場上比較成熟的技術方案，并進行了中試實驗。

2 HRG 尾氣技術處理技術方案介紹

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份轉化為高質量分數的強氧化自由基，與有機氣相充分混合后，在常溫高效催化劑的作用下，在與之匹配的氣固相反應器內將HRG 尾氣中的有機物氣相在催化劑的作用下處理成CO2和H2O。此方法工藝流程相對簡單，能源消耗相對較低。由于運行溫度較低，可以有效避免苯乙烯和丙烯腈自聚的問題，理論上能夠保證設備長時間穩定運行。在中試的過程中未考慮到尾氣中含水、含粉塵的問題，導致催化劑失活。經改造后，裝置可以正常連續運行[1]。由于HRG 尾氣中有機氣體含量相對較少，為達到處理效率，使用的設備占地面積較大，對于在現有廠房中配套安裝，是一個非常大的挑戰。并且所使用的催化劑是特型催化劑，無可代替的催化劑，制約著處理裝置長期穩定運行。表1 為試驗數據。

表1 常溫催化法試驗數據

2.2 吸附濃縮催化氧化法

此處理尾氣的工藝是根據吸附和催化燃燒兩個基本原理設計的，即吸附濃縮-催化燃燒法。

含有機物的廢氣經過活性炭吸附，有機物質被活性炭特有的作用力截留在其內部，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。

催化凈化裝置內設加熱室，啟動電加熱器裝置，通過風機進入內部循環，對飽和的活性炭進行加熱，當熱量達到有機物的沸點時，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，此時加熱裝置根據釋放出的熱量降低運行負荷或完全停止工作，有機廢氣在催化燃燒室內維持自燃，尾氣再生，循環進行，直至有機物完全從活性炭內部分離，至催化室分解。

在中試過程中，HRG 尾氣中含水對催化燃燒室影響較大，催化室升溫不穩定。活性炭連續工作時間為6h 左右，超出后需用蒸汽進行清潔。表2為試驗數據。

表2 吸附濃縮催化氧化法試驗數據

2.3 催化氧化法

催化氧化法是利用催化劑作用使有機物能在較低的溫度（300～350℃） 下氧化轉化為 H2O 和CO2，從而達到治理污染的目的。如果沒有催化劑，有機物完全氧化的溫度需700℃以上，催化氧化法最大的優點是凈化干凈、無明火（無焰氧化）、無二次污染，適用于生產裝置區。此方法所用催化劑是治理VOCs 尾氣的典型的氣－固相催化反應的通用催化劑，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，同時放出熱能。

由于HRG 尾氣在實際生產中風量比較大、有機氣體質量分數較低，在燃燒過程中釋放出的熱量不能夠維持熱平衡，需外界提供熱量維持反應溫度。在初始開車階段，使用電加熱為反應器提供熱量，但電加熱功率較大，能耗較高，長時間運行，增加了運行成本，因此要向反應器內注入燃料，來維持反應溫度。在催化氧化反應中，與天然氣、LPG、汽油等其他燃料注入相比，甲醇需要的催化氧化溫度最低，更加節能。相同催化溫度下甲醇的催化氧化效率最高，維持催化溫度甲醇的用量遠遠低于其爆炸下限最高，使用甲醇注入最安全[2]。表3 為試驗數據。

表3 催化氧化法試驗數據

3 總結

經過中試試驗，短期內上述三種技術方案均能滿足HRG 尾氣排放要求，以HRG 尾氣為對象，經過對比論證，結果見表4。

表4 技術方案對比

HRG 絮凝工藝屬于連續生產，要求尾氣處理裝置連續運行，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。環保裝置投用后能夠運行穩定，保證工作效率。常溫催化法設備占地面積較大，現場有限的空間里不易布置，且需用特型催化劑，市場上不易購買，制約了裝置長期穩定運行。吸附濃縮催化氧化法中的活性炭裝置需要一套備用，這樣就占據了廠房一部分空間，不易布置。且運行周期短，操作人員要定期的活化活性炭，不利于長期穩定運行。催化氧化法中，蓄熱式催化氧化反應器將系統的換熱部件蓄熱床和反應床層集成于一體，催化劑布置于蓄熱床層之上。這種一體化結構具有熱損失小、結構緊湊、節省占地等優勢。反應器底部為氣流分布裝置旋轉翼，是區別于分床式蓄熱氧化裝置的核心部件。它采用連續旋轉氣體分配機構代替傳統的機械閥門，無需定期頻繁開關，只要以0.2～0.5rpm 的速度緩慢轉動即可實現進口和出口氣流的有效分離和分布。綜合考慮，認為以催化氧化為技術核心的處理方案適用于處理HRG 尾氣，此方案工藝流程簡單，設備布置緊湊，節省占地空間，運行穩定，能夠滿足生產要求。