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國內石化某化工廠(chǎng)長(cháng)期排放大量含氯揮發(fā)性有機物廢氣，廢氣分別來(lái)自氯苯裝置和硝基氯苯裝置及附屬原料和產(chǎn)品罐區，其中，氯苯裝置廢氣已經(jīng)過(guò)水洗、堿洗處理，脫除了氯化氫(HCl)和氯氣(Cl2)，但廢氣中還有苯、氯苯等污染物需要處理;硝基氯苯裝置廢氣經(jīng)冷卻分液過(guò)程處理，廢氣中還有氯苯和硝基氯苯需要治理;罐區呼吸廢氣直接排放。這幾股廢氣所含污染物組分復雜、異味大、毒性大，如不經(jīng)處理直接排放，將嚴重超標，且有安全風(fēng)險。

本研究采用國內石油化工股份有限公司大連石油化工研究院自行開(kāi)發(fā)的蓄熱氧化(RTO)技術(shù)及反應器，對該企業(yè)氯苯裝置和硝基氯苯裝置及附屬原料和產(chǎn)品罐區的含氯揮發(fā)性有機物廢氣進(jìn)行集中處理，考察了廢氣處理工業(yè)裝置的運行效果。

1治理目標

目前國內外有機化工裝置的苯和氯苯類(lèi)污染物排放標準均嚴于美國EPA的排放標準。

按各污染物排放較為嚴格的標準制定了該企業(yè)的治理目標，即P(非甲烷總烴)不大于20 mg/m3;p(苯)不大于4 mg/m3;p(氯苯類(lèi))不大T50 mg/m3;P(氯化氫)不大于30 mg/m3;p(二噁英)不大于0.1 ng/m3。

2、廢氣排放情況

該企業(yè)廢氣來(lái)源主要為氯苯裝置真空泵和硝基氯苯裝置真空泵及附屬原料和產(chǎn)品罐區。這些廢氣中的主要污染物是氯苯和苯，硝基氯苯由于凝固點(diǎn)(46 oC)和沸點(diǎn)(213.5℃)高、揮發(fā)性小，又采用氯苯作為液環(huán)真空泵的工作液，故在廢氣中的濃度低于檢出限值。這些廢氣的總排放氣量(以標準狀態(tài)計，下同)在750—2 350 m3/h波動(dòng)，其中標準狀態(tài)單位體積氣體的氯苯質(zhì)量濃度為5000—30000mg/m3，苯質(zhì)量濃度為150—2000mg/m3。

3、治理工藝路線(xiàn)的選擇

該企業(yè)的此股廢氣中主要含有氯苯、苯及少量多氯苯等污染物，屬于含氯揮發(fā)性有機物廢氣，是揮發(fā)性有機物(VOCs)廢氣中較難處理的廢氣種類(lèi)之一?，F有的含氯揮發(fā)性有機物廢氣處理技術(shù)主要有回收法和熱氧化法，其國內內多采用回收法。該企業(yè)曾采用吸收一冷凝.吸附工藝對氯苯裝置尾氣進(jìn)行治理，但是由于此工藝不能使尾氣達標排放，治理裝置目前已停運。熱氧化法主要包括高溫焚燒法(900—1100℃)、蓄熱氧化法(800—950℃)、催化氧化法(600℃以下)，上述三種氧化法在氧化含氯揮發(fā)性有機廢氣過(guò)程中都或多或少生成二嗯英。綜合考慮處理效果、能耗、操作費用和二嗯英產(chǎn)生量等因素，蓄熱氧化法是處理這類(lèi)廢氣較為理想的處理方法。與此同時(shí)，為了去除蓄熱氧化反應后產(chǎn)生的HCl和極少量的二嗯英，該裝置采用蓄熱氧化VOCs一堿洗脫HCl-活性炭吸附二嗯英的工藝路線(xiàn)。

4、關(guān)鍵設備的開(kāi)發(fā)

根據工藝要求，蓄熱氧化反應器設計規模(以標準狀態(tài)計)15dam3/h，反應器氧化室內設計溫度為1000℃、反應器外壁溫度小于50℃，設計壓力(表壓)為12kPa。蓄熱氧化反應器為大連石油化工研究院創(chuàng )舉的“Y”型三床結構，呈獨特的三角形周向均布，氧化室設置在頂部中心處，與三個(gè)蓄熱床上部聯(lián)通;在每個(gè)床層下部設置有廢氣進(jìn)口、凈化氣出口和清洗氣進(jìn)口并分別與相應的提升閥相連，清洗氣進(jìn)口處設置有氣體分布器，保證清洗過(guò)程。

采用ANSYS軟件對蓄熱氧化反應器(RTO)內部流場(chǎng)進(jìn)行模擬，設計蓄熱氧化反應器和內構件。如圖1分別對進(jìn)口蓄熱床層、出口蓄熱床層和清洗蓄熱床層進(jìn)行了流場(chǎng)模擬。從圖1可以看出，進(jìn)氣經(jīng)過(guò)下部整流板后，均勻進(jìn)入蓄熱床層，經(jīng)過(guò)氧化反應后的凈化氣出氣均勻從蓄熱床流出，清洗氣通過(guò)分布器后可均勻分布，，可有效地清洗蓄熱體中殘存的廢氣，避免下部殘留廢氣影響凈化氣的達標排放。

蓄熱氧化裝置進(jìn)、出氣切換閥門(mén)是關(guān)鍵部件，因閥門(mén)切換頻次高，密封和耐腐蝕要求嚴格，為蓄熱氧化裝置易損部件和故障點(diǎn)，如果設計不好將影響裝置長(cháng)周期穩定運行。為保證裝置正常穩定運行，設計開(kāi)發(fā)了耐腐蝕氣動(dòng)提升式閥門(mén)。提升閥由氣缸驅動(dòng)，設置有緩沖防沖擊結構，閥桿采用導輪結構，閥座上設計有密封圈，實(shí)現了提升閥操作過(guò)程中的低噪音和良好的密封效果，保證了長(cháng)周期穩定運行。

5、裝置運行參數的確定

裝置建成前，對該股廢氣進(jìn)行了工業(yè)側線(xiàn)試驗，主要考察廢氣濃度、氧化溫度對處理效果的影響以及氯化氫和二嗯英生成情況，找出較佳操作條件及工業(yè)裝置運行參數。通過(guò)調節稀釋空氣量改變蓄熱氧化裝置入口總烴濃度。

可以看出：

(1)在燃燒室溫度為850℃條件下，出口凈化氣總烴均小于10 ms/m3，氯苯濃度符合GB 31571--2015標準要求，實(shí)現了廢氣深度治理目標。

(2)在保證一定溫度的條件下，進(jìn)口總烴(以標準狀態(tài)計，下同)在500—5 300 ms/m。3波動(dòng)，經(jīng)過(guò)處理都可以實(shí)現達標排放，且進(jìn)口總烴濃度變化基本不影響處理效果。

(3)進(jìn)口總烴濃度在1 500 ms/m3以上時(shí)，整個(gè)蓄熱氧化系統可以維持能量自平衡，無(wú)需額外補充燃料。