高壓聚乙烯裝置VOCs廢氣處理中熱氧化工藝的應用及實例研究

摘 要：VOCs是光化學煙霧和PM2.5的“元兇”，主要源自于高壓聚乙烯裝置的排放氣，其濃度超過限值時，將誘發環境污染問題或加劇環境污染。針對VOCs排放量不達標的情況，需對高壓聚乙烯裝置運行期間的廢氣采取針對性的處理措施，以便有效降低VOCs的濃度，最大限度減小對環境的污染。鑒于此，下文則從熱氧化工藝的角度切入，對VOCs廢氣處理問題展開探討。

關鍵詞：VOCs;熱氧化工藝;高壓聚乙烯裝置;實例研究

1高壓聚乙烯裝置VOCs廢氣的產生機制及特點

高壓聚氧乙烯裝置為工業生產領域的重要“生產力”，擠出工段和產品摻混工段伴有較明顯的VOCs廢氣排放現象，此類氣體中混有空氣，排放壓力偏低，因此不具備引入火炬系統的條件，且VOCs的濃度偏高，導致環境品質受到影響。

并且，高壓聚乙烯裝置中的廢氣還存在如下幾方面的特點：

（1）含粉塵。產品經切粒處理后，經由氣力傳輸的途徑轉至料倉內，期間氣力傳輸的速度可達到25～30m/s，產品顆粒表面普遍以粗糙狀為主，顆粒與管壁間存在較明顯的摩擦現象，由此生成大量細粉。

（2）廢氣排量大。料倉排放氣、擠出機振動篩排氣等均是主要的廢氣來源途徑，此類排放氣需經過粒料輸送及脫氣處理，需氣量較大，自然會出現廢氣排放量偏大的情況。

2 VOCs熱氧化脫除技術分析

蓄熱式熱氧化器是現階段較為主流的安全環保裝置，在處理低濃度揮發性有機廢氣方面具有較佳的應用效果，其原理在于提高廢氣的溫度（直至其能夠發生氧化反應為止），在該溫度環境中分解碳氫化合物，生成CO2和H2O，再將其直接排放至大氣中。盡管廢氣中VOCs濃度較高，但得益于系統的蓄熱優勢，可以在不新增燃料的前提下實現穩定運行的目標。

VOCs熱氧化脫除技術的實現需得到RTO裝置的支持，核心組成為蓄熱室以及位于頂部的燃燒室，蓄熱體以陶瓷材料居多，具有耐高溫的特點，在發生氧化反應后，存在于高溫煙氣內的熱量將被有效轉至蓄熱體內，后續隨著高溫煙氣的排出，存在于RTO中的尾氣將會在蓄熱體的帶動作用下升溫，發生氧化反應，高溫煙氣所具備的熱量經其它蓄熱室傳遞至蓄熱陶瓷中，從而達到蓄熱陶瓷升溫、煙氣降溫的效果，最終將處理后的煙氣排出。

3高壓聚乙烯裝置后工段排放氣處理實例應用

在石化裝置處理VOCs氣體的工藝體系中，以RTO技術頗具代表性，其具有適用范圍廣、去除效率高、成本低等應用優勢。對此，下文則結合實例展開分析。

3.1案例概述

某8×104t/a高壓聚乙烯裝置，廢氣排放總量可達40000Nm3/h，其中VOCs平均濃度680mg/m3，主要成分為微量粉塵，約0.6t/周，來源途徑以高壓乙烯裝置的排放廢氣為主。為盡可能減小VOCs所帶來的環境污染問題，需加強對VOCs的處理。為取得較佳的綜合應用效果，此處從技術和經濟效益兩個角度展開分析，對RTO技術的應用效果作出判別。

3.1技術層面分析

RTO燃燒室的溫度可維持在較高的狀態，在良好的溫度環境下，廢氣中的VOCs氧化更充分，因此能夠較為高效地去除VOCs（通常，去除率可超過98%）。RCO在去除VOCs時存在諸多干擾因素，以廢氣停留時間、催化劑特性有密切的關聯，在高壓聚乙烯裝置運行階段，后工段排放氣中含較為豐富的粉塵，因此RCO處理過程中潛在催化劑中毒的風險。較之于RCO設備，RTO設備的允許入口廢氣粉塵量較大（可達到10mg/Nm3），因此對上游除塵設備的過濾精度提出較高的要求，在切實提高過濾精度后，能夠更為充分地發揮出RTO設備在去除VOCs方面的優勢。

3.2成本層面分析

在廢氣流量一致的條件下，RCO投資費用相對較高（超過RTO的30%左右），若使用的催化劑中摻雜粉塵，所需的成本將進一步增加。對于低濃度的VOCs廢氣，在對其采取處理措施后，可以有效彰顯出催化氧化技術的應用優勢，即反應溫度低、燃料消耗量少，此時的成本投入較低。但立足于長遠的目光，在應用催化氧化工藝后，存在頻繁更換催化劑的情況，更換周期通常在5年左右，需在材料、勞動力等方面投入較多的成本。因此，綜合考慮催化劑和燃料的費用，RCO設備在運行及維護方面的費用相對高于RTO設備。

3.3結果分析

結合前述有關于技術和成本投入兩個角度的分析，可知蓄熱氧化法具有安全、操作便捷、成本低等特點，在處理含粉塵的VOCs時具有較好的應用效果。因此，可以引入熱氧化工藝（RTO），將其作為高壓聚乙烯裝置廢氣處理的支撐技術。

以排氣量（40000Nm3/h）和VOCs濃度為主要參考，配備1臺RTO設備，處理能力為50000Nm3/h，其采用的是直列3塔式結構，包含蓄熱室、燃燒室、換向閥、增壓風機等相關裝置，彼此間協同運行，高效完成VOCs廢氣的處理工作。

自RTO設備啟用以來，后續根據實際運行情況適度調試，從而確定廢氣在RTO燃燒室內最為合適的停留時間，即1.5s，經該階段后轉化、排出。溫度方面，燃燒室達到800℃時，可以有效處理廢氣，各項指標均被控制在許可范圍內，表明RTO的運營效果較佳。

4結語

綜上所述，蓄熱式氧化法在處理VOCs廢氣方面具有較好的應用效果，可以適應VOCs廢氣濃度的變化，適用范圍較廣，且能夠取得較佳的凈化效果，經處理后，廢氣的各項指標均可滿足要求，是一種兼具高效率、高便捷性、高環保性等多重特性的綜合型廢氣處理方案，可以作為類似工程的參考，同時也值得技術人員持續探索。

參考文獻：

[1]鮑琳.高壓聚乙烯裝置分解反應原因分析及控制對策[J].中外能源，2020，25（06）：79-82.

[2]包凱年.影響高壓聚乙烯裝置運行的原因分析及改進措施[J].化工管理，2020（06）：113-114.

[3]羅睿.高壓聚乙烯裝置VOCs廢氣處理中熱氧化工藝的應用及實例研究[J].化工與醫藥工程，2018，39（06）：55-59.

[4]吳超. 氣升式生物反應器處理多組分VOCs廢氣的關鍵技術研究[D].浙江大學，2017.

[5]陳金勝. RCO工藝開發及其對合成革行業VOCs廢氣處理工程示范[D].浙江大學，2017.

[6]奚海萍. 吸附濃縮燃燒法處理大風量低濃度VOCs廢氣的工藝設計[D].浙江大學，2015.

作者簡介：

張保圓，男，1987年12月生，漢族，籍貫山東省濟寧市梁山縣，大學本科畢業， 工程師，工藝技術管理。