RTO工藝在煉化污水處理場及生產裝置VOCs集中治理中的應用

萬小芳，趙純革，雷建彬

RTO工藝在煉化污水處理場及生產裝置VOCs集中治理中的應用

萬小芳，趙純革，雷建彬

（中國石油遼陽石化公司，遼寧 遼陽 111003）

介紹國家生態(tài)環(huán)境保護要求和揮發(fā)性有機物處理技術及存在問題。以福建省某大型煉化企業(yè)廢氣焚燒設施為例，重點分析蓄熱式氧化爐（RTO）在污水處理場廢氣和生產裝置外排尾氣集中處理中的成功應用。

VOCS；區(qū)域集中治理；異味管控

2014年以來，國家相繼頒布《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》（GB 31570—2015）、《石油化學工業(yè)污染物排放標準》（GB 31571—2015）、《合成樹脂工業(yè)污染物排放標準》（GB 31572—2015）以及《“十三五”揮發(fā)性有機物污染防治工作方案》《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合治理方案》《2020年揮發(fā)性有機物治理攻堅方案》等多個標準規(guī)范，對煉化企業(yè)揮發(fā)性有機物提出管控與治理要求，主要包括：輕質油、化工產品等儲罐需為內浮頂儲罐且高效密封或增設油氣回收裝置；輕質油、化工產品裝車過程需增設油氣回收裝置，非甲烷總烴去除效率≥95%（特別排放限制≥97%）；有機廢水集輸、儲存和處理設施應密閉，產生的廢氣應接入有機廢氣回收或處理裝置，滿足苯≤4 mg·m-3、甲 苯≤15 mg·m-3、二甲苯≤20 mg·m-3、非甲烷總 烴≤120 mg·m-3；生產裝置工藝尾氣須按要求進行揮發(fā)性有機物治理；工藝加熱爐大氣污染物排放（特別排放限值）執(zhí)行顆粒物小于20 mg·m-3、二氧化硫 小于50 mg·m-3、氮氧化物小于100 mg·m-3的標準；廢水處理有機廢氣收集處理裝置，采用“非甲烷總烴（NMHC）——以碳元素計”作為排氣筒和廠界揮發(fā)性有機化合物排放的綜合控制指標，執(zhí)行非甲烷總烴120 mg·m-3的排放限值等。這些措施針對不同生產過程特點，提出合理的凈化效率和指標要求。

1 揮發(fā)性有機氣體VOCs廢氣治理現(xiàn)狀及存在問題

揮發(fā)性有機物是一類有機化學物質的統(tǒng)稱，簡稱為 VOCs（Volatile Organic Compounds），對人體健康和生態(tài)環(huán)境危害大。其成分復雜，種類繁多，涉及非甲烷烴類（烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等）、含氧有機物（醛、酮、醇、醚等）以及含氯、含氮、含硫有機物等，不同的國家、地區(qū)、組織對其有不同的定義[1]。根據(jù)《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》（GB31570—2015）和《石油化學工業(yè)污染物排放標準》（GB31571—2015），揮發(fā)性有機物（VOCs） 是指參與大氣光化學反應的有機化合物，或按照規(guī)定的方法測量或核算確定的有機化合物。

煉化企業(yè)污水處理場運行過程中會逸散出含有揮發(fā)性有機物、硫化氫、氨、甲硫醇、甲硫醚等的含烴惡臭氣體，此類廢氣組成復雜、污染物濃度波動大、濕度高、VOCs和惡臭物質同時存在等特點，據(jù)統(tǒng)計，目前煉化企業(yè)污水處理主要采用生物法及其組合技術[2]。生物技術法是利用以 VOCs 有機氣體為營養(yǎng)物質的微生物的新陳代謝將廢氣進行降解，轉化成無污染的二氧化碳和水等，設備簡單、投資小、運行費用較低、綠色環(huán)保、沒有二次污染，但生物滴濾法降解效率較低，不耐受高濃度苯系物，對于處理低濃度有機廢氣效果良好，且需培養(yǎng)微生物，生物菌種對有機物的降解具有專一性，不具有普遍性，因此部分按《惡臭污染物排放標準》（GB14554—1993）設計的生物脫臭工程，處理高濃度廢氣時，非甲烷總烴不達標問題突出，裝置需重新改造，馴化菌種，或采用組合技術，對不達標廢氣進行后續(xù)處理。

生產裝置工藝廢氣來源有洗滌塔、放空吸收塔的尾氣及儲罐、裝卸車棧臺油氣回收設施不達標排放的油氣等。實際生產過程中，由于生產條件變化、技術局限、廢氣組成復雜、標準提高、設施老化等各種各樣原因，VOCS治理效果不理想，可考慮采用凈化較徹底的熱氧化爐焚燒處理。

2 揮發(fā)性有機氣體治理技術選用及設計要點

2.1 有機廢氣治理技術對比

VOCS廢氣治理技術分為回收技術和銷毀技術，回收技術包括吸附技術、吸收技術、膜技術、冷凝技術等；銷毀技術包括熱力燃燒技術、催化燃燒技術、生物技術、低溫等離子技術、光催化氧化技術、納米材料凈化等。

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合治理方案》（環(huán)大氣[2019]53 號）要求：“為全面加強廢水系統(tǒng)高濃度 VOCs 廢氣收集與治理，集水井（池）、調節(jié)池、隔油池、氣浮池、濃縮池等應采用密閉化工藝或密閉收集措施，配套建設燃燒等高效治污設施。”因此，針對污水場高濃度廢氣，應采用熱氧化技術。該技術是石油化工行業(yè)處理污水裝置中調節(jié)池、隔油池、浮選池等排放的生化性較差廢氣的常規(guī)處理手段，是目前能夠實現(xiàn) VOCs 達標排放的較成熟技術。

熱氧化技術俗稱燃燒技術，利用燃燒室高溫，通過熱氧化反應將含有VOCs 揮發(fā)性有機物的廢氣變成無害的水蒸氣和二氧化碳。根據(jù)是否使用催化劑、熱力是否循環(huán)利用，熱氧化爐分為蓄熱式熱氧化爐（RTO）、直接熱氧化爐（TO）、蓄熱式催化熱氧化爐（RCO）、直接催化熱氧化爐（CO）。蓄熱式熱氧化爐可高效回收廢氣分解產生的熱量；催化熱氧化爐反應溫度低，無明火，運行安全，不易有爆炸風險，且較低濃度就可維持自燃燒，可減少輔助燃料使用量，但是催化劑不易維護，不允許廢氣中含有重金屬、顆粒物、氯化烴類和含硅類有機化合物，否則催化劑中毒，經濟損失大；直燃爐直接氧化有機物，有明火，無催化劑，效率高，處理徹底，缺點是反應溫度高，需要較多伴燒氣，廢氣濃度低時運行成本高，但廢氣達到一定濃度時，可以不用或少用伴燒氣，即可使燃燒裝置持續(xù)穩(wěn)定燃燒。

因此，對于有毒、有害、不需回收的VOCS有機揮發(fā)性氣體，熱氧化法是一種較徹底的處理方法。作為一種高效治污設施，處理濃度較高有機廢氣，效率高，異味管控更有效。

2.2 熱氧化爐工藝設計及建議

1）合理選用VOCS處理系統(tǒng)，設計前需了解揮發(fā)性有機物的氣量、濃度、物質類型、溫度、壓力及需達到的污染物控制水平。污水處理場廢氣治理裝置設計規(guī)模按典型工況實測最大氣量的110%設計，無實測數(shù)據(jù)時，在廢氣產生機理的基礎上，估算或類比同等規(guī)模污水處理場確定[3]；廢氣組成應進行持續(xù)性分析，并對氮、氯、硫、顆粒物等進行全分析，根據(jù)《蓄熱燃燒法工業(yè)有機廢氣治理工程技術規(guī)范》（HJ1093—2020），蓄熱式燃燒廢氣中顆粒物質量濃度應低于5 mg·m-3，焦油、漆霧等黏性物資、含鹵素的廢氣不宜采用蓄熱燃燒法處理；熱氧化過程中，爐內溫升均勻，不存在傳統(tǒng)燃燒過程中局部高溫區(qū)，有效抑制氮氧化物的生成，但如果廢氣含氮、硫有機物含量高，存在氮氧化物、二氧化硫超標風險，必要時應采用低氮燃燒、堿洗塔、脫硫塔等措施。

2）廢氣達到一定濃度時，熱氧化爐具有自維持能力，但低濃度廢氣很難使熱氧化爐持續(xù)穩(wěn)定燃燒。因此，污水處理廠的廢氣處理，通常可采用分質處理辦法，即高濃度進行氧化燃燒，低濃度進行生物氧化，這樣在保證臭氣裝置達標排放的同時，投資更加經濟；也可以結合廢氣組成及特性，采用沸石轉輪等濃縮措施，提高廢氣濃度，減少燃料消耗。

3）平面布置及廢氣遠距離輸送安全。采用熱氧化爐進行有機廢氣處理前，可綜合考察周邊工藝裝置未達標廢氣的氣量及組成情況，一并送入燃燒爐處理；含有機物廢氣濃度低于最易爆組分或混合氣體爆炸極限最低值的25%，保證輸送安全。

4）切換閥動作頻繁，材質應選用不銹鋼，并保證設計制造質量，提高切換穩(wěn)定性。

5）采用陶瓷蓄熱材料，提高耐酸耐腐蝕能力。

在實際治理中，擬采用熱氧化法進行VOCS廢氣處理論證時，應根據(jù)廢氣的具體特點及現(xiàn)場條件，從投資、運行維護成本、安全性等多方面考量，并充分考慮將周邊工藝裝置、儲運設施等廢氣統(tǒng)一收集起來，集中送RTO爐處理，體現(xiàn)廢氣區(qū)域化集中治理優(yōu)勢，降低運行成本。

3 實際應用

3.1 廢氣焚燒設施概況

福建某大型煉化企業(yè)工藝裝置包括千萬噸煉油和百萬噸乙烯，采用“混合分液罐+RTO”處理工藝，將區(qū)域內所有工藝尾氣和污水處理場廢氣收集后，統(tǒng)一送百萬噸乙烯配套建設的廢氣焚燒設施處理，混合后廢氣送RTO熱氧化爐處理，目前運行平穩(wěn)，排放穩(wěn)定達標。這種集中處理方式，拓寬了VOCs區(qū)域化集中治理的思路。

該廢氣處理裝置由兩套RTO和一套TO組成，其中RTO入口混合氣體分別來自污水處理場和工藝裝置POSM、EOEG、乙烯及裂解汽油加氫，經混合分液罐送入RTO爐；TO入口混合氣體分別來自POSM（含苯乙烯）、芳烴抽提、對二甲苯成品罐區(qū)、常壓罐組、裝卸站。

3.2 工藝設計和節(jié)能設計

RTO蓄熱式熱氧化爐，適用于大氣量、較高濃度有機廢氣，處理成分復雜的污水場VOCs時，無催化劑中毒風險，適用質量濃度一般大于0.5 g·m-3，自維持燃燒質量濃度1.5～2 g·m-3，適用氣量范圍一般5 000～20 000 Nm3·h-1，操作彈性20%～120%。

該三室式RTO裝置主要設備包括阻火器、RTO爐、煙囪、補氧風機和吹掃風機。設計總處理量 150 000 Nm3·h-1，入口廢氣按常溫，壓力6～8 kPa，質量濃度3.6 g·m-3，流量變化為設計風量的25%～120%，爐膛溫度850 ℃，凈化效率>98%，伴燒氣為0.4 MPa天然氣；設計煙囪出口排放限值為非甲烷總烴100 mg·m-3，二氧化硫50 mg·m-3，氮氧化物100 mg·m-3，顆粒物0 mg·m-3。

采用3個蓄熱室，即RTO每個蓄熱室在一個周期內，工作過程依次為進氣、吹掃、排氣。進氣時，尾氣從蓄熱體吸收熱量，溫度上升，排氣時，煙氣將熱量儲存在蓄熱體內，溫度降低，吹掃時，用新鮮風吹掃上一過程殘留的尾氣。采用熱交換效率高達95%的蜂窩陶瓷填料床，減少燃料消耗。

3.3 進出口指標及運行成本

進口氣量5.7萬～10萬Nm3/h，質量濃度 2～4 g·m-3，8 kPa，常溫；煙囪排放口非甲烷總 烴<20 mg·m-3，二氧化硫<20 mg·m-3，氮氧化 物<1 mg·m-3，顆粒物0 mg·m-3。

單臺RTO爐實際運行成本：單臺爐天然氣消耗32 m3·h-1，儀表風40 m3·h-1，電功率200 kW。

3.4 預處理設計

該項目廢氣不含顆粒物、硫化物，因此未設計堿洗塔、脫硫塔及過濾設施。

4 結束語

達標排放并不意味著沒有異味，達標只是一個門檻，并非沒有排放。由于排放標準與空氣質量及人體對氣味的感官閾值存在差距，通常廠區(qū)內及周邊仍會感覺廢氣排放嚴重。

該大型煉化企業(yè)將加蓋收集的污水處理場較高濃度廢氣，與周邊生產儲運設施產生的較高濃度工藝尾氣混合后，經混合分液罐混合后送RTO熱氧化爐集中處理，非甲烷總烴排放經常處于20 mg·m-3以下，遠低于120 mg·m-3的國家標準，不但實現(xiàn)了廢氣集中處理，而且裝置異味管控效果好。目前裝置運行平穩(wěn)，對煉化企業(yè)VOCs廢氣集中治理有較好借鑒作用，提供了裝置異味管控的成熟思路和路徑。

［1］丁佩.揮發(fā)性有機物定義、監(jiān)測方法等相關問題的探討[J].廣州化工，2020，48（21）：32-33.

［2］曲天煜，周健，劉發(fā)強，等.煉化企業(yè)污水場含烴惡臭氣體處理技術進展[J].石化技術與應用，2019，37（2）：149-152．

［3］劉忠生，王樂，廖昌建，等.《石油煉制廢氣治理工程技術規(guī)范》釋疑(一)——關于儲罐、污水處理場廢氣產生量計算方法[J].煉油技術與工程，2019，49（11）：60-64.

Application of RTO in VOCs Integrated Processing of Sewage Treatment Plants and Chemical ProductionDevices

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（PetroChina Liaoyang Petrochemical Company, Liaoyang Liaoning 111003, China）

Various VOCs treatment technologies and national environmental policies were introduced, the importance of odor control combustion technology was proposed. Taking the waste gas incineration facility of a large refining and chemical enterprise in Fujian Province as an example, the successful application of the regenerative thermal oxidizer (RTO) in the centralized treatment of waste gas from sewage treatment plants and exhaust gas from production equipments was analyzed.

VOCS; Regional treatment; Odor control

2020-01-11

萬小芳，女，遼寧省遼陽市人，高級工程師，1989年畢業(yè)于大連理工大學石油化工專業(yè)，研究方向：石油化工技術。

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1004-0935（2021）06-0811-03