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蓄热式热氧化炉处理农药行业挥发性有机废气

日期: 2017-11-27
作者: 英迈思

以农药行业挥发性有机废气为研究对象,优化了蓄热陶瓷体、切换阀、燃烧器等选材,以及安全控制和二噁英防治等方面设计参数,分析了特征污染物进出气浓度及去除效率,探讨了蓄热式热氧化(RegenerativeThermalOxidizer,RTO)技术治理挥发性有机废气实际运行效果。结果表明甲苯和非甲烷总烃排放限值满足《大气污染物综合排放标准》(GBl6297-1996)中表2二级标准,二氯乙烷排放限值满足美国EPA工业环境实验室和《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB/T3840-1991)计算值,二噁英排放限值满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GBl8485—2014)表4标准。RTO系统总投资150万元,年运行费用49.98万元,对该企业不构成经济负担。RTO适合农药行业挥发性有机废气处理,特别是对含低浓度卤素废气在保证净化效果的同时又可抑制二噁英产生。


截至2015年12月,江苏省农药行业规模以上企业28家,实现总产值430亿元。根据《国民经济行业类》(GB/T4754—2011),农药生产属于化学原料及化学制品制造业范畴,原辅材料种类多,有机溶剂消耗量大,工艺过程及产物环节多,易造成环境污染。该行业常用有机溶剂包括芳香烃类、脂肪烃类、脂环烃类、卤化烃类、醇类、醚类、酯类、酮类等,这类有机溶剂使用过程挥发形成的VOCs(VolatileOrganicCompounds)是大气臭氧和二次有机气溶胶污染的重要前体物,且具有高毒性、致癌性,直接排放对人体健康会造成一定的危害。


根据《十三五规划全国分行业VOCs排放基数.江苏省》可知,目前江苏省VOCs排放总量230.85万吨,工业源排放量108.07万吨,占比46.81%,远高于交通源、生活源或农业源。工业源中化学原料及化学制品制造业VOCs排放量2.75万吨,占工业源排放量2.54%,成为我省目前VOCs的源头之一。


目前,常用于回收VOCs方法有吸收、吸附、生物净化、锅炉热力焚烧低温等离子体、光催化氧化、蓄热式热氧化等。吸收法净化效率取决于VOCs的水溶性,总体净化效率较低,且易产生二次污染;对于易脱附且具有利用价值的物质可选用吸附一再生法,如不可再生或无回收价值的采用吸附法,运行费用偏高;低温等离子体、光催化氧化和生物法一般仅适用于低浓度大风量有机废气处理;锅炉热力焚烧净化效率高,但需依托锅炉,运行成本较高,且使用场合受限制;与传统的催化燃烧、直燃式热氧化炉相比,RTO具有热回收效率(95%)和净化效率(98%)高、运行成本低、抗污染物浓度变化强、能处理大风量低浓度工业废气等特点,逐步应用于化工、涂装、印刷等行业挥发性有机废气的污染防治中。


本文结合江苏盐城某农药生产企业含有机溶剂废气产排特征及工程经验,提出了采用三室RTO应用于医化废气的末端处理,取得了较好的环境和社会效益。


1项目概况


江苏盐城某农药企业主要生产氟环唑,氰氟草酯、吡氟草胺、二噻农、咪酰胺、烯酰吗啉、除草定、抗倒酯等产品。在正常生产过程中,各类反应釜、精馏塔、真空泵、离心机和离心母液收集槽、干燥机、原料及产品储罐等设备均会产生废气,废气中主要含有甲醇、异丙醇、甲苯、二甲苯、丙酮、苯酚、二乙胺、三乙胺、氯化亚砜、乙酸、二氯乙烷、石油醚、正丁醇、二甲基亚砜等挥发性有机物和少量NOx、SO2、HC1、HBr、Br2、C12等无机污染物。企业原有废气治理手段包括冷凝、水洗、碱洗、次氯酸钠吸收、活性炭吸附等。


根据现场实地调查,该企业废气收集处理主要存在以下问题:①冷凝法可大量回收有机物料,水洗和碱洗对无机污染物具有一定效果,但对绝大多数VOCs效果欠佳;②次氯酸钠吸收在一定程度上可去除具有还原性的VOCs,但存在二次污染问题;③现有活性炭吸附净化装置无脱附再生系统,极易饱和,仅采用活性炭吸附难以确保达标排放,同时又可产生大量废活性炭等二次污染物。为此笔者结合该农药公司实际情况,提出采用RTO净化工艺处理含VOCs废气。


2工艺流程


三床式RTO处理该农药企业VOCs工艺流程如图1所示,车间产生的含VOCs废气经预处理后由前送风机送至前两级水洗塔,除去无机废气和少量水溶性有机废气,同时起到除尘和降温作用,以减轻RTO处理负荷;接着经气水分离器,除去水洗塔带入的水分,避免安全事故;然后废气经主风机送至RTO进行高温焚烧处理;焚烧后的废气通过混合箱、水冷却塔、后碱洗塔,经降温和除去焚烧产生的酸性气体,经排气筒达标排放。


3设计要点


3.1设计参数


根据企业已有的废气收集系统,实测废气流量为Q--8000m3/l1,排气温度为30~C,考虑处理系统留有20%的操作余量,确定进入RTO装置的废气处理能力Q=10000m/h。

3.2防火间距


《建筑设计防火规范》(GB50016—2014)明确提出了厂房、仓库、储罐以及可燃材料堆场与明火或散发火花地点(IO焚烧炉)的最小防火间距,即:RTO焚烧炉与甲、乙类厂房的防火间距不宜小于30m,


与甲类仓库的防火间距至少为25m,与甲乙丙类液体储罐的防火间距至少为25m,与湿式可燃气体储罐的防火间距至少为20m,与湿式氧气储罐的防火间距至少为25m,与可燃材料堆场的防火间距至少为12.5m。本项目RTO焚烧炉选址处与甲类厂房的防火距离为35m,满足GB50016.2014要求。


3.3选材原则


该农药企业废气中含卤素、氮、硫等元素,这类有机物经高温焚烧后产生卤化氢等酸性气体,对RTO炉体造成严重腐蚀,从而影响设备正常运行,因此,RTO选材必须考虑防腐问题。本系统为减缓RTO及辅助设备腐蚀,在选材方面做了以下工作:1)蓄热室炉栅采用316L不锈钢;2)RTO壳体内壁涂耐温防腐浇注材料(如耐酸胶注料);3)混合箱、水冷却塔、后碱洗塔等配套设备亦采用316L不锈钢,送风机和主风机采用防腐防爆型风机。


3.4蓄热陶瓷体


陶瓷蓄热体起到气流定期转换过程中的吸热放热功能,使RTO进出口废气的平均温差控制在30~C100~C,换热效率大于95%,减少RTO的能源消耗以降低运行费用。本项目陶瓷蓄热体采用LANTEC


MLM180专利产品,其特点在于比表面积大680m2/m3,阻力小,热容量大0.22BTU/lb*F(2.326J/kg*F),耐温高可达1200~C,耐酸度99.5%,吸水率小于0.5%,压碎力大于4kgf/cm2,热胀冷缩系数小,为4.7X10一/~C,抗裂性能好,寿命长。


3.5切换阀


切换阀是蓄热陶瓷体实现蓄热、燃烧与吹扫功能的关键部件之一,因废气中含有腐蚀性介质和粉尘颗粒,切换阀的频繁动作会造成腐蚀和磨损,进而出现阀门密封不严、动作速度慢等问题,导致排气出现瞬间浓度超标现象,极大影响了净化效果,如何解决高温条件下旋转灵活和密封的矛盾至关重要们。为此本系统中所有切换阀全部采用进口优质气动蝶阀,选用的切换阀精度高,泄漏量小(≤1%),寿命长(可达100万次),启闭迅速(≤ls),运行可靠。


3.6燃烧器


燃烧器的主要目的是确保燃料在低氧环境中燃烧,避免形成局部高温或燃烧不充分,这就需要考虑到燃料与气体间的扩散、与炉内废气的混合以及射流的角度及深度等因素,然后根据实际的工艺需求选择最合适的燃烧器,否则会直接影响RTO的焚烧效果。本系统选用美国NA5424—5(20×104kcal/h)燃油比例调节式燃烧器,其特点是可进行连续比例调节(调节范围10:1),高压点火,可适应多种情况。


3.7控制系统


采用DCS系统对RTO进行自动控制,配计算机对整个系统运行工况进行实时监控。DCS系统主要包括燃爆检控系统、炉膛温控系统和负压控制系统。


1)燃爆检控系统:本系统在前级水洗塔和RTO焚烧炉之间相应位置废气总管上设置VOCs可燃气体在线检测仪,用于测定废气的VOCs可燃气体的浓度,给RTO前的阀门留有足够的切换时间,确保进入


RTO的VOCs可燃气体浓度小于混合气体爆炸下限的25%。


2)炉膛温控系统:当炉膛温度超过上限温度920℃时,本系统将自动打开新风阀;当炉膛温度超过上限温度970~C时,本系统将自动打开超温排放阀;当炉膛温度超过上上限温度l050℃时,本系统将自动报警并自动停机,同时打开旁通排放阀。


3)负压控制系统:本系统在前级水洗塔和RTO焚烧炉之间相应位置废气总管设置压力传感器,负压控制送风风机变频器,来控制调节送风机风量;由炉膛的压力传感器负压控制排风机变频器,来控制调节排风机风量。


3.8二嗯英防治


基于二嗯英产生机理[1引,本系统做了以下工作:1)对反应釜、真空泵等设备产生含二氯乙烷废气的加强冷凝回收;2)将含二氯乙烷废气单独收集后采用活性炭吸附一蒸汽脱附回收;3)在尽量减少含二氯


乙烷废气进入RTO情况下,对蓄热室尺寸进行合理设计,缩短燃烧后的高温废气极冷时间,确保废气在中温区(300~C~5o0℃)停留时间小于2S,从而减少二嗯英的产生。


4运行效果

RTO处理该农药企业VOCs己稳定运行两年,委托第三方检测机构对RTO装置进出口尾气进行了取样监测,结果如表2所示。

RTO装置进出口标干废气量8000m3/h,排气筒高度H=25111;甲苯和非甲烷总烃排放限值执行《大气污染物综合排放标准》(GB16297.1996)表2二级标准;二氯乙烷排放浓度根据美国EPA工业环境实验室计算,排放速率限值根据《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB/T3840.1991)计算;二嗯英排放限值执行《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485—2014)。


由表2可知,甲苯和非甲烷总烃排放限值满足GB16297—1996中表2二级标准,二氯乙烷排放限值满足EPA和GB/T3840—1991计算值。因尾气中含有二氯乙烷,故对RTO出口的二嗯英进行了监测,结果表明,二嗯英浓度为0.011ngTEQ/Nm3,远低于GB184852014中二嗯英的浓度标准限值O.1ngTEQ/Nm3。


5经济分析


1)RTO系统(包括炉体、前后喷淋吸收塔、防腐风机等)总投资共计150万元。


2)RTO系统总装机功率50kW,按70%运行效率计算运行功率35kW,按0.75元/kW˙h(峰谷电平均价)计算,电费为630元/d。


3)系统正常运行后,轻柴油平均用量为6kg/h,按6.5元/kg轻柴油价格计算,轻柴油费用为936元/d。


4)消耗30%的液碱约100kg/d,按1000元/t的液碱价格,液碱费用为100元/d。按年运行300天计,不计设备折旧、资金利息、维修费用等,RTO系统总运行费用约为49.98万元/a。


6结论


采用RTO氧化焚烧技术治理农药行业挥发性有机废气,现场运行数据表明:甲苯和非甲烷总烃排放限值满足《大气污染物综合排放标准》(GB16297—1996)中表2二级标准,二氯乙烷排放限值满足美国EPA工业环境实验室和《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB/T3840.1991)计算值,二嗯英排放限值满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485—2014)表4标准。RTO系统总投资共计150万元,年运行费用49.98万元,对该企业不构成经济负担。该装置的使用,可以大大减少VOCs的排放量,具有良好的经济效益和环境效益。


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