碎煤加压气化炉配套低温甲醇洗装置CO2尾气VOCs治理

摘要：在改革开放的新时期，我国的综合国力在不断的加强，为了解决碎煤加压气化炉配套低温甲醇洗装置CO2尾气VOCs超标问题，分析了该装置尾气组成；根据该尾气具有可燃物浓度低、惰性气含量高、氧气含量极少、含有毒组分、流量大、不含尘、不含钾钠碱金属等的特点，提出了选择尾气VOCs治理技术应遵循安全第一、满足标准、成熟可靠、成本最小的原则；比较了各种VOCs处理工艺技术，利用排除法，分析得出治理CO2尾气VOCs最合适的技术是蓄热燃烧法。 关键词：碎煤加压气化；低温甲醇洗；VOCs；蓄热燃烧工艺；煤制天然气 挥发性有机物（VOCs）是指参加大气光化学反应的一类有机化合物的总称，因其大多有毒性，有些甚至具有致癌、致畸和致突变作用，被世界各国列入优先控制的污染物。我国环境保护部发布的《现代煤化工建设项目环境准入条件》（环办[2015]111号）明确指出，在煤化工行业污染物排放标准出台前，挥发性有机物等应根据项目生产产品的种类，暂按《石油炼制工业污染物排放标准》

（GB31570—2015）或《石油化学工业污染物排放标准》（GB31571—2015）相关要求进行控制；新建企业自2015年7月1日起、现有企业自2017年7月1日起开始执行。碎煤加压气化配套低温甲醇洗装置CO2尾气（以下简称CO2尾气）含有少量的VOCs，不能满足上述排放要求，必须采取措施进行治理。本文以某煤制天然气工厂多台碎煤加压气化炉配套低温甲醇洗装置CO2尾气VOCs治理为例进行探讨，供类似装置参考。

1碎煤加压气化炉配套低温甲醇洗装置CO2尾气VOCs治理技术选择 1.1技术选择

目前国内VOCs治理技术主要有吸附法、吸收法、冷凝法、膜分离法、热破坏法、低温等离子体法、光触媒净化法、生物滴滤法等。从表1可以看出，蓄热燃烧法、催化燃烧法、直接燃烧法的去除效率较高，有同类气体处理业绩。考虑低温甲醇洗排放的含VOCs废气的特点及各种VOCs浓度和操作温度，兼顾考虑净化效率、热效率、投资和运行成本等，建议在直接燃烧法、蓄热燃烧法和催化燃烧法3种脱除VOCs的方法中进行选择。3种有机废气燃烧处理技术比较见表2。按某4×106m3/d煤制天然气项目CO2尾气典型组分的平均浓度计算，可燃性气体约占4.0%，热值为204.49GJ/h，燃烧需氧量约为10.22×103m3/h。在此状态下，气体的热值不足以满足直接燃烧的热量需求，当采用直接燃烧法时，需要补充天然气、柴油或甲醇等有机燃料，运行成本较高，不建议采用该方法。CO2尾气中含有硫化氢气体，氧化反应后产物为二氧化硫；含硫物质的积聚或累积对催化剂有毒害作用，而目前的催化燃烧法多数是在蓄热陶瓷上增设催化剂层，考虑催化剂的使用年限、一次性投资及运行费用，不建议采用此种方法。CO2尾气中无尘，满足蓄热燃烧法的基本要求；尾气流量大、浓度低、组分复杂，可以发挥蓄热燃烧法的优势。蓄热燃烧法有机物去除率95%~99%，满足规范要求；有同类气体处理和可比装置规模业绩，成熟可靠；热效率80%~95%，回收热量降低了运行成本，满足技术选择的原则，建议选用。

1.2 RTO运行原理：

蓄热式热力氧化炉(Regenerative Thermal Oxidizer)简称RTO。建立专门的热氧化炉，使其可以具备一定的蓄热能力，对有机废气进行专业处理，使有机废气在高温环境中被分解，以达到国家相关环保标准，将其排放到空气中。在应用RTO

方式的过程中，需要设置两个固定形式的热交换媒介床，利用具有蓄热优势的陶瓷材料对其进行制作，以便于开展有机废气治理工作。有机废气在经过一个陶瓷媒介床之后，会出现加热的现象，在热交换的情况下，另一个媒介床也会出现加热的现象，且热交换率可以达到96%。同时，在应用氧化炉设备的过程中，其具备一定的自我维持能力，不需要任何燃料就可以维持问题，提高其工作效率。 1.3 RTO性能优势

对于RTO而言，可以通过蓄热陶瓷的加热，对有机废气进行处理，在炉膛燃烧作用之下，提高炉膛中的温度，将有机废气中的有害物质分解成为二氧化碳和水蒸气，或是无毒无害的高温烟气；通过低温蓄热陶瓷之后，大量热能从烟气中转换到蓄热陶瓷中，对各类热介质进行交换处理。此类运行方式的成本较低，且有机废气的处理效率较高，不会出现催化剂中毒的现象，可以用于大部分行业的有机废气处理工作中。

RTO装置有两室、三室以及多室装置，两室RTO装置VOCs的去除率在

95%～98%，三室RTO装置VOCs去除率可达到98%以上。RTO与传统的催化燃烧、直燃式热氧化炉相比，具有热效率高（大于等于90%）、运行成本低等优点。 1.4 RTO的适用条件

RTO较适合小风量、中高浓度的有机废气的处理，这样可以将燃烧室温度维持在所需温度，减少对燃烧器加热的需求，降低运行成本。低浓度的有机废气可以通过活性炭吸附脱附以及沸石转轮浓缩装置转换为中高浓度的有机废气，提高燃烧效率。

1.5 RTO的特点分析

RTO可以对弹性较大、浓度出现变化的有机废气进行处理，对于灰尘的敏感度较低，可以有效提高净化效率，净化率在99%左右。RTO可以提高热效率，在95%左右，且系统维护工作较少，可以提高操作安全性与可靠性。对于有机沉淀物而言，可以对其进行全面的清除处理，可以对蓄热体进行更换处理，且装置压力损失较小。

1.6 RTO的节能减排作用

在应用RTO的过程中，可以达到一定的节能减排作用，且设备的损耗较低，可以减少资金的投入，节能效果较为明显。例如：在有机废气处理过程中，RTO燃烧室产生的温度除了可以提供后续废气燃烧所需温度，还可以将余热通过热交换器存储，可用于企业其他区域提供热量，提升企业的经济效益，发挥RTO应用作用。

2采用蓄热燃烧技术应注意的问题

蓄热燃烧，蓄热室必须是成对的，其中一个用来加热空气，而另一个被烟气加热。经过一个周期后，加热空气的蓄热室降温，而被烟气加热的蓄热室却升高温度，这样，通过换向阀，使两个蓄热室作用交换。 2.1 周期式中温热处理炉不适合采用蓄热式燃烧技术

周期式中温热处理炉的最高炉温为900℃左右,而采用蓄热式燃烧的炉子在升温期间的低温段是不启动蓄热换向系统的,只有炉温升至燃料的着火温度,一般700℃以上才开始换向而进入正常的蓄热式燃烧状态.

也就是说,中温炉只在700～900℃期间才可发挥蓄热式燃烧的节能效益.另一方面,周期热处理炉必须严格执行热处理工艺曲线,常规的炉于在降温阶段靠调节烟道闸门来控制降温速度,而蓄热式炉采用引风机强制排烟,不但费电还给降温阶段的温度控制带来麻烦.

周期式中温热处理炉最合理的炉型是全纤维炉衬与高速烧嘴相结合.因为用重质耐火材料砌筑的炉子,其炉体蓄热损失在炉子热平衡中占很大比例,改为纤维炉衬后能减少90%的蓄热损失,而这点蓄热式炉不易做到,因为蓄热式烧嘴的烧嘴砖不好与纤维炉衬相配合.高速烧嘴的气流喷出速度高达100m/s以上,高速气流的强烈扰动使工件得到均匀的加热,而蓄热式烧嘴喷口因为要同时兼顾排烟的原故,喷出速度不能太大

2.2 CO2尾气VOCs治理技术的评价指标

评价一个废气净化装置的优劣，除了应考察装置的操作、维护、管理、日常的操作费用，以及装置各部件的寿命外，还有2个重要指标：一是排放有机废气的净化程度，这可用净化率（或脱除率、去除率）表示；二是过程热量的利用程度。而采用蓄热燃烧技术去除碎煤加压气化配套低温甲醇洗装置产生的VOCs废气，与传统的换热器相比较，蓄热室的温度效率最大可达到98%，而VOCs去除率可达99%，既能满足更严格的排放要求并减少排污费的缴纳，又能合理回收余热，节能并有较强的经济性，可补偿运行费用或回收投资，有较好的性价比。 结语

对于多台（套）气化炉配套的低温甲醇洗装置CO2尾气VOCs治理，由于气化技术特性及规模，使之具有自身特点。根据这些特点，推荐采用蓄热燃烧技术来进行处理。但由于CO2尾气VOCs治理是个系统工程，涉及气化、低温甲醇洗、余热利用、安全环保等多个方面，各企业情况也不尽相同，因此在具体设计中，还需要根据企业实际进一步研究，确保CO2尾气VOCs治理系统安全、达标、可靠、经济。 参考文献

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