催化燃燒在樹(shù)脂廢氣處理提標(biāo)改造中的應(yīng)用

天津渤?；ぜ瘓F(tuán)有限責(zé)任公司40萬(wàn)t/aABS樹(shù)脂生產(chǎn)項(xiàng)目于2008年開(kāi)工建設(shè)，隨著《合成樹(shù)脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB31572-2015)及《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》(DB12/524-2014)的先后頒布，以及2018年1月國(guó)家環(huán)保部發(fā)布的《關(guān)于京津冀大氣污染傳輸通道城市執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》(公告2018年第9號(hào))，自2018年10月1日起，應(yīng)執(zhí)行二氧化硫、氮氧化物、顆粒物和揮發(fā)性有機(jī)物特別排放限值。因此，ABS樹(shù)脂生產(chǎn)裝置HRG單元絮凝線干燥尾氣原有治理措施急需提升改造以達(dá)到最新排放標(biāo)準(zhǔn)，為企業(yè)正常生產(chǎn)提供環(huán)保支撐。
一、現(xiàn)有排放污染源及治理措施
1.1ABS樹(shù)脂生產(chǎn)裝置概況
該公司ABS樹(shù)脂裝置采用美國(guó)GE公司乳液接枝-本體SAN摻混法專(zhuān)利技術(shù)。該方法以丁二烯為原料，采用乳液聚合法制備聚丁二烯膠乳(PBL);用聚丁二烯膠乳、SM和AN為原料以乳液接枝共聚法制備HRG樹(shù)脂;以SM和AN為原料，用本體法制備SAN，然后采用摻混法將HRG樹(shù)脂、SAN樹(shù)脂以及添加劑熔融擠壓造粒制成ABS樹(shù)脂產(chǎn)品。該裝置由聚丁二烯乳膠(PBL)、高橡膠接枝(HRG)、SM-AN聚合(SAN)和摻混四個(gè)生產(chǎn)單元組成，廠區(qū)現(xiàn)有2套ABS樹(shù)脂裝置，分兩期建設(shè)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力40萬(wàn)t/a。
1.2HRG工藝流程及污染源
來(lái)自PBL單元的聚丁二烯膠乳和來(lái)自廠內(nèi)罐區(qū)的SM、AN及甲基丙烯酸甲酯經(jīng)精確計(jì)量后加入到HRG反應(yīng)釜中，同時(shí)加入一定量的乳化劑。在聚合反應(yīng)過(guò)程中，先后精確計(jì)量加入引發(fā)劑和去離子水，當(dāng)反應(yīng)完成后，進(jìn)行出料操作。HRG膠乳通過(guò)泵從反應(yīng)器中輸送到膠乳混合罐中，膠乳混合罐中的HRG膠乳再由泵連續(xù)送至絮凝工序，經(jīng)過(guò)乳膠過(guò)濾篩篩除不規(guī)則膠塊后，膠乳進(jìn)入絮凝罐，同時(shí)加入水、蒸汽以及絮凝劑，以稀釋和加熱膠乳，膠乳在這些條件和攪拌作用下進(jìn)行絮凝。絮凝的漿料溢流到老化罐，在老化罐中進(jìn)一步加熱并成型和固定尺寸，然后流入漿料罐。
漿料罐中的膠乳經(jīng)過(guò)濾后進(jìn)入漿料循環(huán)罐，漿料循環(huán)罐中的漿料經(jīng)水洗后，由離心機(jī)進(jìn)料泵送到離心機(jī)分離脫水，分離出來(lái)的水返回絮凝單元循環(huán)使用。分離出的濕HRG樹(shù)脂通過(guò)輸送器送到轉(zhuǎn)筒干燥器，利用熱空氣進(jìn)行加熱干燥，物料被干燥后和尾氣一起被風(fēng)機(jī)引至集塵料斗，利用脈沖噴射布袋除塵器收塵后，尾氣G2由引風(fēng)機(jī)引至20m高排氣筒排放。收集的HRG粉料經(jīng)加料器送到HRG質(zhì)檢料斗，檢驗(yàn)合格后送至HRG樹(shù)脂成品料倉(cāng)，供摻混單元使用，HRG工藝流程及排放情況見(jiàn)圖1。

1.3HRG絮凝干燥尾氣現(xiàn)有治理措施及治理效果
HRG單元現(xiàn)有4條絮凝線，每條風(fēng)量約12萬(wàn)Nm3/h，共有干燥尾氣處理設(shè)施3套，其中1#、2#絮凝線干燥尾氣經(jīng)一套兩級(jí)串聯(lián)布袋除塵器處理后，通過(guò)一根20m排氣筒排放，3#、4#絮凝線干燥尾氣分別經(jīng)2套兩級(jí)串聯(lián)布袋除塵器處理后通過(guò)兩根20m排氣筒排放，每級(jí)布袋除塵效率不低尾氣于95%。G2尾氣為本次擬處理的HRG單元干燥尾氣，HRG單元絮凝線干燥尾氣中污染物含有甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、VOCs等，當(dāng)前排放現(xiàn)狀及標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比情況見(jiàn)表1。

由表1看出，ABS生產(chǎn)裝置排放需執(zhí)行的新排放標(biāo)準(zhǔn)較原執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)大幅收緊，需要新增設(shè)施減少工藝尾氣有機(jī)物排放濃度。
二、預(yù)處理+RCO提標(biāo)改造主要內(nèi)容
2.1處理工藝
本項(xiàng)目建設(shè)3套干燥尾氣處理裝置，均采用預(yù)處理-催化氧化的工藝。HRG單元共4條絮凝線，1#、2#絮凝線配套一臺(tái)風(fēng)機(jī)、一套尾氣處理裝置;3#、4#絮凝線各配套一臺(tái)風(fēng)機(jī)、一套尾氣處理裝置。處理后的干燥尾氣通過(guò)兩根30m排氣筒排放，其中1#、2#絮凝線干燥尾氣處理后通過(guò)一根排氣筒排放，3#、4#絮凝線干燥尾氣處理后通過(guò)一根排氣筒排放。HRG單元絮凝線尾氣處理走向示意圖見(jiàn)圖2。

2.2工藝原理
蓄熱式催化氧化裝置(RCO)工藝的原理是有機(jī)尾氣在催化劑的作用下以較低溫度將氣態(tài)污染物完全氧化，同時(shí)回收熱能。RCO較其他氧化法具有換熱效率高、能耗低及不易產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。在氧化過(guò)程中，催化劑表面活性中心通過(guò)吸附反應(yīng)物形成中間活性物，具有較大的反應(yīng)活性，從而降低反應(yīng)活化能，使VOCs組分在較低溫度下起燃。同時(shí)由于催化劑表面吸附反應(yīng)物分子，使之富集，較之于氣相本體濃度大大增加，加快了反應(yīng)的進(jìn)行。VOCs組分與氧之間在催化劑活性中心處發(fā)生無(wú)焰氧化，生成無(wú)害的CO2和H2O，達(dá)到去除尾氣中的有害物質(zhì)的目的，同時(shí)放出大量熱能[3]。催化氧化反應(yīng)方程式如下：
CXHY+O2→CO2+H2O
CXHYNZ+O2→CO2+H2O+NO2
2.3工藝流程說(shuō)明
HRG單元絮凝線干燥尾氣處理裝置主要由預(yù)處理單元和RCO反應(yīng)器組成。干燥單元排出的尾氣中含有大量的水汽及雜質(zhì)，在進(jìn)入RCO反應(yīng)器前利用過(guò)濾器對(duì)尾氣中含有的水汽及其他雜質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理分離。除去水汽后的尾氣再送入RCO反應(yīng)器。與傳統(tǒng)的固定床催化反應(yīng)器不同，本項(xiàng)目使用的蓄熱式催化氧化反應(yīng)器將系統(tǒng)的換熱部件-蓄熱床和反應(yīng)床層集成于一體，催化劑布置于蓄熱床層之上。這種一體化結(jié)構(gòu)與分體式相比，具有熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省占地等優(yōu)勢(shì)。
預(yù)處理后的尾氣經(jīng)工藝風(fēng)機(jī)導(dǎo)入RCO反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)翼的入口，被高溫蓄熱陶瓷預(yù)熱升溫至300℃后進(jìn)入催化床層發(fā)生催化氧化反應(yīng)[4]。當(dāng)完成催化氧化反應(yīng)后，高溫尾氣向下流經(jīng)低溫蓄熱陶瓷，到達(dá)旋轉(zhuǎn)翼出口時(shí)溫度降至70℃左右后，經(jīng)排氣筒有組織排放。
本項(xiàng)目RCO裝置的設(shè)計(jì)溫度為300～500℃。正常運(yùn)行時(shí)，若尾氣中VOCs的濃度較低，VOCs氧化反應(yīng)的釋放的熱量無(wú)法維持RCO反應(yīng)器的熱平衡，則需額外補(bǔ)充熱量。本項(xiàng)目新增一臺(tái)100m3甲醇儲(chǔ)罐，并配置甲醇噴射系統(tǒng)，可在尾氣中通過(guò)甲醇噴射系統(tǒng)加入甲醇燃料，通過(guò)甲醇氧化放熱以維持RCO反應(yīng)所需熱量。除此之外，還配置一臺(tái)電加熱器，在開(kāi)車(chē)和有機(jī)物濃度過(guò)低時(shí)，通過(guò)啟動(dòng)電加熱器補(bǔ)充熱量。當(dāng)反應(yīng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定高限500℃時(shí)，首先逐漸補(bǔ)充稀釋空氣降低反應(yīng)室溫度，當(dāng)補(bǔ)加稀釋風(fēng)仍不能降低反應(yīng)室溫度時(shí)，逐漸開(kāi)啟高溫旁路、使部分高溫尾氣通過(guò)旁路反應(yīng)器后直排至出口煙道，以減少進(jìn)口氣體的預(yù)熱量，從而達(dá)到降低反應(yīng)溫度的目的。尾氣處理流程見(jiàn)圖3。

2.4主要設(shè)備
主要設(shè)備見(jiàn)表2。

2.5控制方案
為保證裝置的安全性，尤其是對(duì)于爐膛運(yùn)行溫度的精確控制，分別設(shè)置了電熱器比例調(diào)節(jié)裝置、甲醇噴射裝置、高溫旁路和緊急旁路，使系統(tǒng)在維持最佳的操作條件的同時(shí)，防止任何可能發(fā)生的超溫和低溫狀況。
(1)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，打開(kāi)空氣風(fēng)機(jī)，利用不低于爐膛體積4倍的空氣進(jìn)行吹掃，以防任何可能殘存的可燃物的存在;
(2)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)爐膛溫度高于設(shè)定上限時(shí)，開(kāi)啟并調(diào)節(jié)補(bǔ)充稀釋空氣閥，降低爐膛溫度;
(3)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)爐膛溫度高于設(shè)定上限時(shí)，開(kāi)啟并調(diào)節(jié)熱旁路調(diào)節(jié)閥，高溫氣經(jīng)熱旁路反應(yīng)器后排入煙囪，以釋放部分熱量，使?fàn)t膛溫度降低;
(4)當(dāng)爐膛溫度高于設(shè)定的上上限時(shí)，緊急旁路開(kāi)啟，尾氣經(jīng)緊急旁路直接排入煙囪。同時(shí)開(kāi)啟空氣風(fēng)機(jī)對(duì)裝置進(jìn)行吹掃，對(duì)床層降溫保護(hù)催化劑;
(5)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)爐膛溫度低于設(shè)定下限時(shí)，開(kāi)啟并調(diào)節(jié)高濃度尾氣調(diào)節(jié)閥，提高爐膛溫度;
(6)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)爐膛溫度低于設(shè)定下限時(shí)，開(kāi)啟并調(diào)節(jié)甲醇噴射系統(tǒng)，在系統(tǒng)中噴入甲醇，使其氧化放熱，提高爐膛溫度;
(7)當(dāng)爐膛溫度低于設(shè)定的下下限時(shí)，開(kāi)啟電加熱器比例調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)為系統(tǒng)補(bǔ)充熱量，使?fàn)t膛溫度升高。
三、環(huán)境效益分析
HRG單元干燥尾氣經(jīng)過(guò)濾器除去尾氣中的水汽、顆粒物等，污染物去除效率約為80%，處理后的尾氣再進(jìn)入RCO裝置處理后排放，RCO對(duì)各類(lèi)VOCs污染物的處理效率≥95%，工程治理效果排放狀況見(jiàn)表3。
通過(guò)治理，HRG絮凝干燥尾氣中污染物達(dá)到最新排放標(biāo)準(zhǔn)要求，具有較好的環(huán)境效益。

四、結(jié)語(yǔ)
(1)低溫催化氧化技術(shù)(RCO)能夠?qū)RG絮凝干燥尾氣中的有機(jī)污染物分解為CO2和H2O，處理量大、效率高，并能夠有效防止二次污染物產(chǎn)生，污染物分解徹底。
(2)尾氣經(jīng)過(guò)提標(biāo)改造后符合天津市《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB12/-059-95)、《天津市工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》(DB12/524-2014)、《合成樹(shù)脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB31572-2015)等適用標(biāo)準(zhǔn)中最嚴(yán)格的排放限值要求，具有較好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。
來(lái)源：北極星VOCs在線