摘要：煤化工企業廢氣主要成分由VOCs、含硫化合物、含氮化合物和一氧化碳等，其中鹵素、以及酸性氣體的腐蝕問題為煤化工行業區別與其它行業的重點。根據煤化工領域有益經驗和取得的良好效果提供參考。

　　01煤化工廢氣中污染源及種類：

　　煤制焦過程廢氣：焦化廢氣主要來源于裝煤、煉焦、化產回收等過程。裝煤初期，煤料在高溫條件下與空氣接觸，形成大量黑煙及煙塵、荒煤氣及對人體健康有害的多環芳烴。煉焦時，廢氣一方面來自化學轉化過程中未完全炭化的細煤粉及其析出的揮發組分、焦油、飛灰和泄漏的粗煤氣，另一方面來自出焦時灼熱的焦炭與空氣接觸生成的CO、CO2、NOx等,主要污染物包括苯系物（如苯并芘）、酚、氰、硫氧化物以及碳氫化合物等。

　　煤制氣過程中廢氣：煤制氣廢氣的來源主要是氣化爐開車過程中由于爐內結渣、火層傾斜等非正常停車而產生的逸散，另外，還有爐內的排空氣形成部分廢氣、固定床氣化爐的卸壓廢氣、粗煤氣凈化工序中的部分尾氣、硫酚類物質回收裝置的尾氣及酸性氣體、氨回收吸收塔的排放氣。這些廢氣的主要成分包括碳氧化物、硫氧化物、氨氣、苯并芘、CO、CH4等，有些還夾雜了煤中的砷、鎘、汞、鉛等有害物質，對環境及人體健康有較大的危害。

　　煤制油過程廢氣：煤的液化可分為直接液化和間接液化。煤直接液化時，經過加氫反應，所有異質原子基本被脫除，也無顆粒物，回收的硫可以獲得元素硫，氮大多轉化為氨。煤間接液化時，催化合成過程中的排放物不多，未反應的尾氣（主要是CO）可以在燃燒器中燃燒，排放的廢氣中CO2和硫很少，也沒有顆粒物的生成。煤液化過程對環境造成的影響較小，主要的污染物是液化殘渣，這是一種高碳、高灰和高硫物質，在某些工藝中占到液化原料煤總量的40％左右，需進一步處理。

　　煤燃燒過程廢氣：煤燃燒過程主要污染物有粉塵與煙霧、SO2為主的硫化物、N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4等氮氧化物、Hg、Cd、Pb、Cr、As、Se、F等有害微量元素、產生溫室效應的CO2等。煤直接燃燒的能量利用率低，環境污染嚴重。

　　02項目背景

　　以某石化項目為例：廢氣最大風量20000Nm3/h，廢氣濃度約3500mg/m3。主要成分如下：甲苯、苯乙烯和少量酸性氣體等成分。

　　03工藝選擇

　　廢氣屬于小風量、高濃度廢氣，大部分為有機廢氣，含有部分酸性氣體，采用較為合理的工藝為：洗滌+GRTO+洗滌。對于大部分有機廢氣的分解溫度在760攝氏度以下，其中苯環和鹵素，在400℃左右條件下，容易產生二噁英，但二噁英可以在溫度高于850攝氏度且燃燒時間大于1S或者溫度高于800攝氏度且燃燒時間大于2S時就可以分解掉，苯環被破壞掉后就不會有二噁英產生，即其反應是不可逆的，所以安居樂的爐膛設計燃燒溫度是850攝氏度且燃燒時間在2S以上。

　　04工藝流程圖

　　05設備介紹

　　蓄熱式氧化爐

　　GRTO設備是在吸收德美技術的基礎上自主開發的三床式GRTO設備，該系統主要由燃燒室、3組結構相同的蓄熱床和3個氣動切換進氣閥，3個氣動排氣切換閥以及3個氣動清吹切換閥組成，9個氣動切換閥自動切換，切換周期1~6min，由時間來控制，若出氣溫度超過設定值，會強制切換。蓄熱床內填充規整蜂窩陶瓷蓄熱體，其主要材質為致密堇青石，具有優良的耐酸、堿和有機介質腐蝕性、蓄熱效果好、熱回收效率高、過風阻力小、熱脹冷縮系數小，抗裂性能好，壽命長等優點。設備內部內襯300mm以上的耐高溫陶瓷纖維保溫材料，充分保證設備表面溫度低于國家標準，同時可有效防止氣體和鋼構件接觸。氣動切換閥均采用知名品牌氣動執行器，其中，氣動切換閥體采用雙相不銹鋼材質，切換穩定，使用壽命長，正常工作可切換1000萬次。防止與爐體鋼板接觸部分腐蝕問題，凡與廢氣接觸部分襯防腐涂料，噴涂材料耐高溫，可以保證爐體的較長使用壽命，在日常維護過程中，如果有涂層脫落，需要及時的補修，防止大面積氧化。

　　渦流凈化塔

　　渦流凈化塔具有阻力小、能耗省、噪音低、處理效率高，能處理氯化氫氣體、氟化氫氣體、氨氣霧、鉻酸霧、氰氫酸氣體、堿蒸氣、硫化氫氣體等氣體的新型凈化塔，它具有凈化效率高、占地面積小、耐腐蝕、耐老化性能好，重量輕的特點。它適用于排放一定濃度的腐蝕性酸霧氣體，主要用于化工、電子、醫院、研究中心等場所。

　　工作原理：需處理的廢氣，由玻璃鋼離心風機壓入凈化塔之進氣段后，垂直向上與噴淋段自上而下的液體發生吸收反應，使廢氣濃度降低，然后繼續向上進入填料段，廢氣在塑料球打滾再與吸收液起中和反應，使廢氣濃度進一步降低后進入脫水器，凈化后的氣體排出大氣。經測定分析，硫酸霧凈化效率可達99%以上，硝酸凈化效率可達99%，鹽酸霧凈化效率可達99.9%、對酸霧凈化性達到國內先進水平。渦流凈化塔為圓筒型結構形式，全塔由三部份組成，即貯液、進氣、噴淋、脫水和出氣，出口管連接，塑料球分別裝在噴淋內。堿洗凈化塔為玻璃鋼一體成型，結構緊湊、耐腐蝕，耐高溫、外表光滑；除水部份離式產生水氣分離；噴水部：高壓噴水產生霧狀，分上下兩段擴大接觸處理提高功能。

　　06GRTO安全方面設計

　　A．管道內起火對車間的影響：管道內的爆炸，大部分都來源于管道內有大量有機積液突然揮發，再遇上靜電而產生的。輸送腐蝕性氣體的管道比較難做防靜電設施，只能降低風速，設計在8米/秒以下的風速比較適合。

　　B．GRTO失火對車間的影響：GRTO爐膛內的明火很難進入車間過來的管道，因為有2米高左右的蓄熱陶瓷，蓄熱體本身就是很好的阻火器。在管道前端可以安裝阻火器，進一步保障生產車間內的安全。

　　C．RTO區域內的爆炸：GRTO在點火前要進行吹掃，吹掃的目的是將殘留在GRTO管道和爐膛內的有機物清理干凈，避免點火時引爆。GRTO入口處有濃度檢測儀，響應時間在5秒左右，所以濃度檢測儀的安裝位置比較重要，且要做緩沖罐，當檢測到廢氣濃度高報警，新風風門會自動打開進行濃度稀釋；若廢氣濃度高會報警，則GRTO切斷與生產線間的聯機，廢氣直接旁通到煙囪。現實生產中做多少措施也無法100%避免爆炸，所以在適當的位置加泄爆裝置，比如GRTO爐膛頂部有泄爆門，此泄爆門可以靠自重關閉，泄爆后不會影響GRTO的正常運行；緩沖罐上有泄爆片。有這些泄爆措施，即使發生爆炸，也會把爆炸的損失降到最低。

　　D．應急停電系統設計：GRTO非常害怕突然停電，爐膛內的高溫無法快速散去，導致很多防腐材料或者其他設備被高溫損壞。設計了一臺應急壓縮空氣儲氣罐、UPS和手自動控制的泄爆門，一旦突然停電，UPS和應急壓縮空氣儲氣罐會將所有風門打到安全位置，比如新風風門開啟，吹掃風門開啟，泄爆門打開等等；應急壓縮空氣會進入燃燒器管道，避免高溫煙氣從燃燒器泄露出來，導致點火管路的危險和損壞燃燒器。但壓縮空氣罐僅能支撐15到20分鐘左右，甲方需要配置備用電源給壓縮空氣或助燃風機。

　　E．針對GRTO出口有洗滌塔的系統高溫保護：GRTO出口接洗滌塔，若洗滌塔是玻璃鋼材質，則GRTO出口溫度需要控制在100攝氏度以下，若超過100攝氏度，GRTO自動切斷與生產線之間的聯機，工藝廢氣直接進入煙囪。

　　G．爐膛溫度過高保護：爐膛內有2支熱電偶，每支熱電偶都是雙支的，如果一支出現問題，還有一支備用，保證爐膛內溫度控制均勻。爐膛溫度不能超過980攝氏度，否則內部的蓄熱陶瓷和陶瓷纖維組塊的使用壽命會受影響，當爐膛溫度超過一定值時，燃油管路的雙電磁閥會自動關閉，避免柴油泄漏進入爐膛。爐膛溫度再高就要打開新風風門去降溫，當爐膛溫度發生高高報警，GRTO自動切斷與生產線的聯機，工藝廢氣直接進入煙囪。

　　07GRTO運行過程

　　首次開機時，需要對蓄熱體預熱，待預熱至設定溫度后，含揮發性有機化合物(VOCs)的廢氣通過閥門的切換，進入蓄熱床，廢氣被蓄熱陶瓷逐漸加熱后進入燃燒室（燃燒室有兩個作用：一是保證廢氣能達到設定的氧化溫度，二是保證廢氣有足夠的停留時間，從而使其中的VOCs充分氧化），VOCs在燃燒室內高溫氧化分解并放出熱量，形成的熱風在通過另一蓄熱床時，與蓄熱體進行熱交換，蓄積熱量，以減少輔助燃料的消耗，而被氧化的干凈氣體溫度逐漸降低。正常運行過程中，GRTO內部溫度控制通過燃燒器來實現。當有機廢氣濃度達到自持燃燒狀態時，產生熱量足以滿足下一次冷氣預熱要求時，此時系統無需開啟輔助加熱裝置進行輔助加熱，即可完成有機廢氣氧化，達到節能效果。當GRTO溫度出現異常時（即前端濃度太高），通過PLC程序自動控制關閉進氣閥，全開異常外排和新風閥，使GRTO設備完全通過新鮮風降溫。GRTO爐膛溫度通過2根高溫熱電偶進行實時監控，運行過程PLC程序通過自動調節燃氣調節比和相關閥門控制爐膛溫度的穩定。當爐膛溫度出現異常升溫時，可通過GRTO設備的泄溫口進行緊急排溫。

　　08設備凈化效率

　　GRTO運行多年，經多方檢測，處理效率一直保持在99%以上，爐體外表溫在30～50攝氏度作用，煙囪出口溫度低于60攝氏度，運行狀態良好?！?/p>

　　GRTO原理：蓄熱式熱氧化爐，專業處理有機廢氣，使有機廢氣在高溫環境里分解干凈，分解率達到99％以上，最終使廢氣排放符合國家環保標準。此熱氧化爐使用兩個固定的熱交換媒介床，熱交換媒介使用的是蓄熱陶瓷，來自生產線的廢氣經過一個熱陶瓷媒介床后被加熱；到爐膛后燃燒的高溫氣體將另一個熱交換媒介床加熱，如此兩個熱交換媒介床互相切換，蓄熱后去加熱低溫廢氣。熱交換效率達到95％以上，很容易利用有機廢氣實現氧化爐的自我維持，而不用任何燃料。