催化燃燒技術(shù)處理石油化工企業(yè)含VOCs廢氣的工藝研究

王 淵

（山西興新安全生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)有限公司，山西太原 030000）

VOCs對(duì)環(huán)境的污染極大，并且會(huì)影響到人體的健康。石油化工企業(yè)生產(chǎn)廢氣中存在VOCs成分，對(duì)其進(jìn)行處理非常重要，處理方式主要為催化燃燒技術(shù)。通過(guò)該方法可以有效地對(duì)廢氣進(jìn)行凈化，濾除廢氣中的VOCs成分，從而對(duì)廢氣進(jìn)行有效治理。

1 催化燃燒技術(shù)及VOCs廢氣概述

1.1 催化燃燒技術(shù)概述

催化燃燒技術(shù)處理VOCs廢氣應(yīng)用的是氧化脫水原理，使VOCs轉(zhuǎn)化為污染性較小的物質(zhì)，這樣可以降低廢氣的污染性，對(duì)廢氣進(jìn)行凈化。催化氧化技術(shù)需要通過(guò)一系列的工藝流程來(lái)實(shí)現(xiàn)，使用廢氣處理裝置對(duì)廢氣進(jìn)行處理。VOCs廢氣處理需要滿(mǎn)足2個(gè)條件：

（1）需要滿(mǎn)足一定的溫度，這樣才能保障反應(yīng)過(guò)程能夠順利進(jìn)行，并且提高廢氣處理的效率。

（2）需要催化劑參與，提高氧化脫水反應(yīng)的反應(yīng)速率，對(duì)VOCs進(jìn)行全面的催化。在上述兩個(gè)條件中，對(duì)催化燃燒技術(shù)影響較大因素為催化劑，為了提高VOCs凈化的效率，需要選擇合適的催化劑，這樣可以在很大程度上提高反應(yīng)物的活性，對(duì)VOCs廢氣進(jìn)行有效的凈化。因此，氧化燃燒技術(shù)在VOCs廢氣處理方面具有良好的效果，該廢水處理工藝具有廣泛的應(yīng)用前景。

1.2 VOCs廢氣概述

VOCs廢氣屬于揮發(fā)性有機(jī)化合物，沸點(diǎn)在50～260℃。石油化工企業(yè)生產(chǎn)的廢氣中含有VOCs成分，需要進(jìn)行處理后才能進(jìn)行排放，否則將會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，甚至對(duì)人的生命安全造成威脅。VOCs具有較強(qiáng)的揮發(fā)性以及毒性，人體與之接觸后將會(huì)引起黏膜、皮膚的不適，嚴(yán)重時(shí)甚至可以導(dǎo)致死亡。VOCs具有一定的致癌作用，如芳香胺、醛、氯乙烯等，都是重要的致癌因子，對(duì)人體的潛在危害極大，因而對(duì)VOCs廢氣進(jìn)行處理顯得至關(guān)重要。VOCs飄散到空氣中后，遇到NOx后，將會(huì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，對(duì)環(huán)境的危害將會(huì)進(jìn)一步加大。若是人體食用了被光化學(xué)污染的農(nóng)作物，將會(huì)對(duì)人體的健康造成極大的危害，增加人體的致癌風(fēng)險(xiǎn)。因此，對(duì)VOCs廢氣進(jìn)行處理非常必要，這樣可以有效地降低VOCs對(duì)環(huán)境的影響，提高石油化工企業(yè)綠色化發(fā)展水平。

2 催化燃燒技術(shù)處理工藝尾氣

2.1 工藝特點(diǎn)

（1）廢氣中VOCs的濃度較小，但仍然會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，因而需要對(duì)其進(jìn)行處理。而且，廢氣的流量波動(dòng)較小，處理起來(lái)也較為容易一些，有利于VOCs進(jìn)行充分凈化。

（2）廢氣中不含有氧氣，所以在進(jìn)行催化燃燒反應(yīng)時(shí)需要從外界引入氧氣，使反應(yīng)所需的氧氣濃度符合要求，保障廢氣凈化過(guò)程能夠順利進(jìn)行。

（3）廢氣中存在具有回收價(jià)值的物質(zhì)，需要對(duì)其進(jìn)行回收后進(jìn)行催化燃燒處理。這樣可以為企業(yè)節(jié)約一定的原料成本，同時(shí)也能夠避免資源浪費(fèi)，提高VOCs的凈化效率。

（4）廢氣中含有氯化物、硫化物等會(huì)與催化劑發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑失去對(duì)催化燃燒反應(yīng)的催化作用，使催化劑發(fā)生變質(zhì)。因此，可以根據(jù)工藝尾氣的特點(diǎn)進(jìn)行VOCs處理流程的設(shè)計(jì)，進(jìn)而有效地濾除廢氣中的VOCs成分。

2.2 工藝流程

催化燃燒技術(shù)處理工藝尾氣的流程如下：工藝尾氣在風(fēng)機(jī)的作用下進(jìn)入廢氣處理裝置。

（1）廢氣將會(huì)進(jìn)入到堿洗塔，濾除廢氣中的酸性氣體，如氯化物、硫化物等，同時(shí)對(duì)這些物質(zhì)進(jìn)行回收，進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行再利用。這樣便可以避免其與催化燃燒反應(yīng)的催化劑發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑失去效果。

（2）為了避免廢氣中存在堿液成分，需要設(shè)置水洗段，對(duì)堿液成分進(jìn)行過(guò)濾，避免堿液對(duì)廢氣凈化過(guò)程造成影響。燃燒反應(yīng)器是凈化VOCs的反應(yīng)裝置，需要將該裝置加熱到反應(yīng)所需的溫度，為VOCs的催化燃燒反應(yīng)提供適宜的反應(yīng)條件。廢氣進(jìn)入燃燒反應(yīng)器前需要對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱，這樣當(dāng)廢氣進(jìn)入燃燒反應(yīng)器后，VOCs可以直接參與到催化燃燒反應(yīng)中，為反應(yīng)過(guò)程節(jié)省大量的時(shí)間，提高催化燃燒反應(yīng)的效率。由于廢氣中不含有氧氣，催化燃燒反應(yīng)需要由空氣鼓風(fēng)機(jī)來(lái)提供氧氣，保障反應(yīng)能夠順利進(jìn)行。

2.3 控制方案

2.3.1 催化燃燒反應(yīng)器的出口溫度控制

需要對(duì)尾氣進(jìn)行循環(huán)凈化，在該過(guò)程中尾氣的溫度將會(huì)逐漸降低，進(jìn)而達(dá)到尾氣溫度控制的目的。尾氣排放溫度需要根據(jù)VOCs的成分而定。以聚丙烯尾氣為例，排放溫度為120℃，當(dāng)出口溫度大于120℃時(shí)，需要加大循環(huán)尾氣的流速，使尾氣溫度能夠迅速降低。當(dāng)出口溫度小于120℃時(shí)，需要減小循環(huán)尾氣的流速，使尾氣溫度及時(shí)恢復(fù)，并且延緩尾氣的溫度變化。

2.3.2 催化燃燒反應(yīng)器的入口溫度控制

入口溫度由換熱器調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，入口溫度設(shè)定值由VOCs成分決定。若入口溫度超過(guò)設(shè)定值，則需要提高換熱器的流通量，降低尾氣的溫度。若入口溫度低于設(shè)定值，則需要降低換熱器的流通量，使尾氣溫度逐漸回升。對(duì)反應(yīng)器入口溫度進(jìn)行控制可以有效地對(duì)尾氣進(jìn)行預(yù)熱，使尾氣溫度達(dá)到催化燃燒反應(yīng)的反應(yīng)溫度，一方面，可以提高催化燃燒反應(yīng)的速率，快速地對(duì)VOCs進(jìn)行處理。另一方面，可以避免裝置內(nèi)溫度不均，使裝置存在爆炸的安全隱患，進(jìn)而提高催化燃燒反應(yīng)的安全性。

2.3.3 催化燃燒反應(yīng)器安全聯(lián)鎖控制

該控制的目的是提高反應(yīng)裝置的安全性，保障裝置能夠自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而有效地回避催化燃燒反應(yīng)中存在的風(fēng)險(xiǎn)，使VOCs廢氣處理能夠順利進(jìn)行。例如：當(dāng)循環(huán)尾氣冷卻出口溫度大于設(shè)定值后，將會(huì)觸發(fā)聯(lián)鎖反應(yīng)，及時(shí)使尾氣調(diào)節(jié)閥處于閉合狀態(tài)，停止對(duì)尾氣進(jìn)行供應(yīng)，這樣尾氣在缺乏熱量來(lái)源后，溫度將會(huì)逐漸降低，進(jìn)而起到尾氣溫度的聯(lián)鎖調(diào)控作用，為催化燃燒反應(yīng)的安全性提供重要保障。

3 催化燃燒技術(shù)處理污水處理廠廢氣

3.1 工藝特點(diǎn)

（1）廢水中VOCs的濃度較大，若不經(jīng)過(guò)處理，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染。另外，廢水的流量波動(dòng)較大，VOCs在廢水中的混合較為充分，因而VOCs的分離具有一定的難度。

（2）廢水中的氧氣含量較為充足，在進(jìn)行催化燃燒反應(yīng)時(shí)，無(wú)須或僅需少量氧氣供給即可，便可保障催化燃燒反應(yīng)的順利進(jìn)行。

（3）污水處理廠中VOCs在不同位置時(shí)含量不同，例如：在前端部分，VOCs的含量較高，可以達(dá)到3 000-4 000mg/m3。在后端部分，VOCs的含量較低，可以達(dá)到200～400mg/m3。對(duì)于前者，可以采用催化燃燒反應(yīng)對(duì)廢水進(jìn)行處理，具有良好的處理效率。對(duì)于后者，可以采用吸附濃縮法進(jìn)行廢水處理，這樣可以為企業(yè)節(jié)約大量的成本。

（4）廢水中含有H2S、硫醇等，若不將其從廢氣中濾除，將會(huì)與催化劑發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑失去催化效果。

3.2 工藝流程

催化燃燒技術(shù)處理污水處理廠廢氣的流程如下：污水處理廠廢氣中含有的H2S、硫醇等物質(zhì)，需要通過(guò)脫硫罐進(jìn)行過(guò)濾，將這些物質(zhì)從廢氣中濾除，這樣才能保障催化燃燒反應(yīng)中催化劑不失效，使廢氣中的VOCs能夠得到充分濾除。脫硫工作完成后，需要將廢氣引入均化罐，對(duì)廢氣中VOCs的濃度進(jìn)行均化，使廢氣成分能夠均勻分布，這樣保障催化燃燒反應(yīng)更加地平穩(wěn)，避免因?yàn)榉磻?yīng)過(guò)于劇烈導(dǎo)致反應(yīng)不充分，無(wú)法將廢氣中的VOCs進(jìn)行有效的濾除，導(dǎo)致燃燒反應(yīng)器排出廢氣中的VOCs濃度過(guò)大。接著，廢氣需要進(jìn)入過(guò)濾器，清除其中的大顆粒物質(zhì)，防止對(duì)裝置造成堵塞，使裝置存在爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。最后，廢氣在經(jīng)過(guò)預(yù)熱后，進(jìn)入催化燃燒反應(yīng)器，由于廢氣中的氧氣含量達(dá)到反應(yīng)所需要求，因而不需要進(jìn)行額外供氧。在廢氣中的VOCs濾除充分后，可以將廢氣排出。

3.3 控制方案

3.3.1 催化燃燒反應(yīng)器出口溫度控制

溫度可由空氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)出口溫度高于設(shè)定值時(shí)，需要增加空氣量，這樣廢氣將會(huì)與空氣產(chǎn)生熱傳遞，可以有效地降低廢氣的溫度。當(dāng)出口溫度低于設(shè)定值時(shí)，需要減少空氣量，使廢氣溫度能夠逐漸升高，恢復(fù)到設(shè)定溫度。空氣量由調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的變化決定著空氣量的多少，而且通過(guò)調(diào)節(jié)閥對(duì)空氣量進(jìn)行控制具有較高的精度。

3.3.2 催化燃燒反應(yīng)器入口溫度控制

入口溫度由電加熱器進(jìn)行調(diào)節(jié)，電加熱器具有穩(wěn)定的熱輸出功率，可以使入口溫度恒定，可以對(duì)廢氣起到良好的預(yù)熱效果。當(dāng)入口溫度高于設(shè)定值時(shí)，需要減少電加熱器熱輸出，使廢氣的溫度能夠降下來(lái)。反之，則需要加大電加熱器熱輸出功率，提高廢氣的溫度，對(duì)其進(jìn)行有效的預(yù)熱，使其進(jìn)入催化燃燒反應(yīng)器后能夠快速地參與到反應(yīng)中，對(duì)廢氣中的VOCs進(jìn)行處理，從而有效地降低廢氣中VOCs的濃度。

3.3.3 催化燃燒反應(yīng)器安全聯(lián)鎖控制

通過(guò)安全聯(lián)鎖控制可以有效地提高催化燃燒反應(yīng)的安全性，保障VOCs廢氣處理能夠順利進(jìn)行。例如：當(dāng)電加熱器溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，將會(huì)觸發(fā)安全聯(lián)鎖控制，停止反應(yīng)裝置入口廢氣的輸入，使廢氣溫度能夠逐漸降低下來(lái)。安全聯(lián)鎖控制是一種重要的安全控制手段，可以有效地提高催化燃燒反應(yīng)的安全性，避免裝置在反應(yīng)過(guò)程中發(fā)生危險(xiǎn)，使反應(yīng)過(guò)程能夠安全運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用催化燃燒技術(shù)可以有效地對(duì)廢氣中的VOCs進(jìn)行處理，從廢氣中濾除VOCs成分，使廢氣的排放符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。VOCs廢氣處理需要依托催化燃燒工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，依據(jù)不同尾氣的特點(diǎn)采取相應(yīng)的處理手段，這樣可以有針對(duì)性地對(duì)VOCs廢氣進(jìn)行凈化，提高VOCs廢氣的處理效率，從而保障石油化工企業(yè)能夠綠色化發(fā)展。此外，在催化燃燒反應(yīng)中，需要注意反應(yīng)器出口、入口溫度的控制，這樣可以提高廢氣的處理效率，并且為反應(yīng)的安全性提供重要保證。