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蓄热式热氧化炉处理医化废气

日期: 2017-12-08
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医化行业在生产过程中会排放大量挥发性有机物(VOCs),其中大部分是有毒有害及恶臭类物质,控制不到位必将污染大气环境,严重危害人体健康。由于医化行业使用的有机溶剂种类多,排放物成分复杂且不稳定,导致产生的废气处理难度大,一般的处理技术较难达到预期的处理效果,因此需要寻求一种净化效率高、适用范围广的处理技术。


目前,VOCs的末端处理技术很多,有吸收、低温等离子、光催化、生物净化、吸附、催化氧化、锅炉热力焚烧、蓄热式热氧化(RTO)等。吸收法的净化效率可达80%~90%,但有二次污染,且对非水溶性物质的净化效率低;低温等离子、光催化和生物法一般仅适用于低浓度废气的处理;吸附法净化效率可达90%以上,但如不再生回收,运行费用偏高,如再生回收则要求回收物质易脱附且有利用价值;催化氧化净化效率较高,但催化剂费用昂贵,且废气中不能有使催化剂失活的成分;锅炉热力焚烧净化效率高,但需依托锅炉,使用场合受限制;RTO的净化效率和热回收效率高,适用性广,可以满足严苛的处理要求。


2000年后,在引进消化国外RTO的基础上,国内生产的RTO逐步应用于涂装、印刷、化工等行业,但在医化行业应用很少。本文讨论将三室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。


2、工程设计


2.1、项目概况


浙江某医化企业主要从事原料药及制剂的生产和销售。在日常生产过程中,反应釜、离心机母液槽、真空泵、干燥机及储罐等设备中都会产生废气,废气中主要含有二氯甲烷、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、甲苯、乙酸丁酯、氯甲烷、三乙胺、乙腈、丙酮、DMF、异丙醇、2-甲基四氢呋喃等挥发性有机物和少量氯化氢。


企业目前已经对车间产生的废气进行了收集,并计划采用活性炭吸附装置作为末端处理手段。但由于废气的挥发性有机组分中,部分含有不饱和键,因而会影响活性炭的脱附再生,而且由于废气成分复杂,即使能够再生回收,也无可利用性,回收的物料还需要作为危废进行处理处置,增加了企业负担。对比活性炭吸附装置,RTO适用于对该废气进行处理,因此企业决定新增一套RTO作为末端处理设施,并验证了对该废气的净化效果。


2.2、设计条件


根据企业已经采取的收集措施,设计总风量为2万m3/h。车间生产过程中,挥发性有机组分的浓度波动很大,其中甲醇、甲苯、二氯甲烷和丙酮的浓度相对较高,测定大部分时间总VOCs的浓度均高于1500mg/m3,有相当长的时间段高于2000mg/m3,个别数据甚至接近4000mg/m3。


2.3、工艺设计


RTO的废气处理工艺流程图见图1。


车间产生的废气,预处理后由主引风机送1#碱洗塔,除去大部分氯化氢,以降低对后续设备的腐蚀;接着经阻火器,阻断可能产生的回火,避免安全事故;再进入PP缓冲罐,缓冲罐起气体混合、缓冲和泄爆作用;然后废气经鼓风机送RTO进行焚烧处理;焚烧后的废气通过水冷却塔、2#碱洗塔,经降温和除去酸性气体后,由出口风机送排气筒达标排放。在主引风机前的总管上安装VOCs在线检测仪,当检测到废气进口浓度过高(超过5000ppm)时,通过阀门切换使废气由主引风机送活性炭吸附塔,经排气筒应急排放。


其中,RTO采用三个蓄热室,工艺流程图见图2。


废气经鼓风机送RTO后,先进入蓄热室1的陶瓷蓄热层(该陶瓷层已经把上一循环的热量“贮存”起来),陶瓷释放热量温度降低,使废气升至较高的温度(约700℃)后进入燃烧室;在燃烧室中,由PLC自动控制燃烧器并补充燃料,使废气进一步升温并维持污染物氧化所需温度(760℃~800℃),并留有足够的停留时间(不小于1.5s),将废气中的VOCs充分氧化成CO2和H2O;氧化后的高温尾气离开燃烧室进入蓄热室2,释放热量使尾气温度降低后离开RTO,而蓄热室2的陶瓷吸热升温,“贮存”大量的热量用于下个循环加热使用;处理后的尾气离开蓄热室2时,引回一部分干净尾气清扫吹扫蓄热室3,使蓄热室3残存的废气重新返回燃烧室处理,使VOCs的净化效率达到98%以上。如此不断地交替进行,一般情况下,RTO的排气温度高于进气温度不超过30℃~100℃,实现低温达标排放。


2.4、工程特点


(1)、在废气进入RTO前,需尽量除去酸性气体,减轻废气对RTO的腐蚀,蓄热室炉栅采用耐温防腐浇注材料整体浇注而成,在降低投资费用的同时提高RTO的使用寿命。

(2)、由于大部分VOCs都是易燃易爆的气体,所以在废气进入RTO前的总管上,距RTO足够距离处设置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1/4[10]。在进入RTO的鼓风机前设置阻火器,防止回火;设置缓冲罐,起调节废气浓度兼具泄爆的功能。

(3)、设计处理废气在RTO燃烧室停留时间不小于1.5s,炉膛燃烧温度大于820℃,以确保RTO对VOCs具有较高的净化效率。

(4)、在废气进RTO前设置缓冲罐,混合废气使进气浓度平稳;设计RTO壳体内耐火保温层厚度为240mm,材料为硅酸铝耐火纤维,使RTO壳体外表温度不大于65℃。

(5)、陶瓷蓄热层起到气流定期转换过程中的吸热放热功能,可以使RTO进出口废气的平均温差控制在30℃~100℃,降低排烟温度,减少RTO的能源消耗以降低运行费用。

(6)、在废气收集过程中尽量减少含氯废气进入RTO,并设计RTO具有合理的蓄热室尺寸,缩短燃烧后的高温废气在释放热量降温过程中的时间,确保废气在中温区(300℃~500℃)的停留时间小于2s,减少二英类物质的产生。


3、运行效果


将RTO用于该医化企业的废气处理,经过一段时间调试后,该处理系统进入稳定运行阶段,浙江省环境监测中心于2013年8月对废气处理设施进行了验收监测。监测结果表明,特征污染因子的平均净化效率大部分都在95%以上,满足《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)中新污染源二级标准。VOCs类的监测数据见表2。


由于企业使用大量的二氯甲烷,环境监测部门也对出口的二英类进行了验收监测。二英类浓度平均值分别为0.019TEQng/m3和0.011TEQng/m3,远低于《危险废物焚烧污染控制标准》(GB18484-2001)中二英类的浓度标准限值0.5TEQng/m3。监测结果见表3。


4、经济指标


RTO+喷淋系统的总投资费用约300万元。

RTO+喷淋系统的总装机容量97.5kW,运行功率为70.5kW,按70%的运行效率,0.7元/kW˙h的电价,则每日产生的电费为829.1元。系统正常运行后,日平均最大天然气用量为300m3,按3.2元/m3


的天然气价格,每日消耗的天然气费用为960元/d;日消耗30%的液碱约150kg/d,按1000元/t的液碱价格,每日消耗的液碱费用为150元。


按年运行300天计,总运行费用约为58.17万元/a。


5、结论


(1)、RTO适于处理中低浓度的医化废气,适用范围广,具有很好的净化效率,特征污染因子的平均净化效率一般都在95%以上,使处理后的废气达标排放,是一种值得推广的医化废气末端处理设备。

(2)、RTO的热回收效率高,在保持壳体外表温度65℃以下的同时,将废气进出口温差控制在30℃~120℃,可使热回收效率达到95%以上,降低了运行费用。

(3)、在废气存在含氯有机物时,通过优化RTO的设计参数,尽量减少净化后的废气在中温区的时间,确保停留时间小于2s,使二英类平均排放浓度小于0.019TEQng/m3。




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