石化污水场废气催化燃烧处理技术的工业应用.pdf

石化污水场废气催化燃烧处理技术的工业应用 陈玉香 刘忠生 王新 王学海 （中国石化抚顺石油化工研究院，辽宁抚顺 113001） 摘 要 介绍了石化企业污水处理场隔油池等废气催化燃烧治理技术。工业应用表明，“脱硫及总烃 浓度均化催化燃烧” 技术和配套的 wsh-1 催化燃烧催化剂适用于处理石化污水场隔油池、浮选 池、总进水口、污油罐等散发的有机物废气，其工业装置自控系统先进、操作简便、能耗低、废气 处理效果好，净化后气体符合国家排放标准。 关键词 污水处理场 催化燃烧 催化剂 脱硫 总烃浓度均化 废气 臭气 恶臭 1 前言前言 石化企业污水处理场总进口、隔油池、浮选池等散发的污染物以挥发性烃类物质(voc)为主，浓度 在几千到几万 mg/m 3，还有少量的硫化物和氨等，其污染物浓度高、气味和毒性大，而且浓度波动大。 针对该废气，中石化抚顺石油化工研究院（简称 fripp）开发了“脱硫及总烃浓度均化催化燃烧”工艺 技术和配套的 wsh-1 催化燃烧催化剂，目前已经采用该技术并投入工业使用的企业有六家，其中中石 化系统有五家，中石油系统有一家，装置运行情况均良好。最先投入运行的 wsh-1 催化剂已经使用了 近两年， 其催化活性良好， 没有明显的下降迹象。 废气经净化后， 非甲烷总烃 （nthc） 去除率大于 95%， 苯、甲苯、二甲苯去除率大于 99%，排放气体中的苯、甲苯、二甲苯和非甲烷总烃等指标符合我国大 气污染物综合排放标准 （gb 162971996）中规定的排放标准。装置的投用，显著改善了污水处理场 及其周围的空气质量。该技术正在石化系统内推广应用。 2 wsh-1 催化燃烧催化剂的制备 wsh-1 催化剂载体为堇青石蜂窝陶瓷整体，规格为 150 150 50mm，孔数为 200 孔/吋 2。孔内涂有 活性氧化铝涂层，经过干燥和焙烧后，涂层比表面积可达 150200m2/g。用常规浸渍方法加入铂、钯贵 金属作为主要活性组份， 同时为了改善活性组份在载体上的分散度， 增强载体的热稳定性和抗烧结性能， 增加催化剂的耐硫性，还添加了适量的 ceo2、zro2、la2o3、tio2等助剂。该催化剂具有活性好、机械 强度高等特点。 3 废气处理工艺流程说明 fripp 开发的“脱硫及总烃浓度均化催化燃烧”联合工艺处理流程见图 1。首先，来自总进水口、 隔油池、浮选池、污油罐、浮渣罐等设施的废气进入分水罐脱除凝结水，然后依次通过阻火器、脱硫及 总烃浓度均化罐、换热器加热、加热器、反应器、换热器冷却排放。 废气 分 水 罐 阻 火 器 均 化 罐 换 热 器 加 热 器 反 应 器 换 热 器 烟囱排放 图 1 废气催化燃烧处理工业装置流程 该技术的核心是催化燃烧及其催化剂，废气中的有机物在适宜的温度和 wsh-1 催化剂作用下，与 氧气发生氧化反应，生成 h2o 和 co2。脱硫及总烃浓度均化罐中装有 fripp 开发的 fsts-3 试剂，该试 剂能够脱除废气中的 h2s 和有机硫，防止催化剂中毒；该试剂的另一个功能是通过吸附与解吸作用使总 烃浓度得到均化处理，防止反应器温度剧烈波动。voc 催化燃烧是放热反应，反应器进出口气体换热器 可以充分回收反应热，并且在 voc 达到一定浓度后，可以在没有外加热量的情况下，保持催化燃烧反 应器在一定温度下正常运行。加热器主要是为反应器启动提供初始热量，但在废气中 voc 浓度较低时， 还需要用于废气加热，使废气达到需要的反应器入口温度。 整套装置采用 plc 或 dcs 控制系统，设有温度自动控制、安全及报警连锁等。 4 “脱硫及总烃浓度均化催化燃烧”技术应用实例 中石化系统某些企业的污水处理场废气催化燃烧处理装置污染源见表 1。 由表 1 可见，处理的废气源主要为隔油池、浮选池、进口集水井、污油罐、浮渣罐等废气，非甲烷 总烃浓度 10006000 mg/m3，总硫 1190 mg/m3，废气处理量在 10004000nm3/h。 表 1 四套催化燃烧废气处理装置的废气污染源 项目 企业 1 企业 2 企业 3 企业 4 废气污染源 进口集水井、隔油 池、调节池 进口集水井、隔油 池、浮选池、事故 贮存池 进口集水井、隔油 池、浮选池 进口集水井、隔油 池、浮选池、污油 罐、浮渣罐 废气量/nm3 h-1 20004000 30004000 10002000 30004000 非甲烷总烃浓度/mg m-3 20005000 20006000 10004000 10006000 总硫浓度/mg m-3 120 1160 150 1190 4.1 脱硫及总烃浓度均化罐的性能 4.1.1 脱硫性能 工业装置上使用的蜂窝状 pt/pd 贵金属催化剂有一定的抗硫性，但废气中的总硫浓度不宜大于 10 mg/m3，否则催化剂有可能发生急性中毒。 四套装置运行结果表明，经过脱硫处理后，废气的总硫浓度一直低于 10 mg/m3，符合催化燃烧反应 器的进气要求。 4.1.2 总烃浓度均化功能 废气中总烃浓度的波动，将导致催化燃烧反应器内催化剂床层温度的波动。这种波动，一方面会缩短 催化剂使用“寿命”，另一方面会使加热器、换热器处于不稳定的工作状态。如果在短时间内，床层温度迅 速降低或升高，以至于操作人员或自控系统无法做出应急反应，有可能导致停车。 脱硫及总烃浓度均化剂具有吸附和解吸烃类化合物的性能。当气相总烃浓度高于气固平衡分压时， 烃被吸附，当气相总烃浓度低于气固平衡分压时，烃解吸进入气相，交替进行的这种吸附与解吸，使气 体中不断波动的总烃浓度得到均匀化处理。脱硫及总烃浓度均化剂装填量越大，这种作用越显著。 图 2 是使用脱硫及总烃浓度均化罐与没有使用脱硫及总烃浓度均化罐时，反应器出口温度的对比曲 线。在没有使用脱硫及总烃浓度均化罐时，温度曲线呈锯齿状，出口温度随废气中总烃浓度的波动而抖 动。使用脱硫及总烃浓度均化罐后，温度曲线比较平滑，短时间内温度变化不大；而在较长时间内，当 温度变化趋向于超出正常操作范围时，工作人员来的及进行干预，使之保持正常。如果装置上有在线总 烃浓度监测仪，可以更直观地，通过脱硫及总烃浓度均化罐进、出口总烃浓度的变化来看到其浓度均化 作用。 图的上部：没有脱硫及总烃浓度均化罐时反应器出口温度记录曲线。 图的下部：有脱硫及总烃浓度均化罐时反应器出口温度记录曲线。 图 2 反应器出口温度记录曲线 4.2 催化燃烧处理效果 废气催化燃烧处理效果见表 2。反应器进口温度 220300，出口温度 330430之间，床层温升 在 100200。可见，污水处理场隔油池等废气经过催化燃烧装置处理后，净化气体中的苯、甲苯、二 甲苯和非甲烷总烃浓度符合我国大气污染物综合排放标准 （gb 16297-1996）中规定的排放标准，非 甲烷总烃去除率在 95%以上，苯、甲苯、二甲苯去除率大于 99%。 表 2 四套催化燃烧废气处理装置的运行结果 厂家 反应器进口，mg/m3 反应器出口，mg/m3 去除率，% 非甲烷 总烃 苯 甲苯 二甲苯 非甲烷 总烃 “三苯” 非甲烷 总烃 企业 1 19664263 210593 278833 nd 1276 nd 97.599.4 企业 2 21073490 68105 66128 nd 2471 nd 98.999.6 企业 3 12281806 81113 6794 511 55113 nd 92.996.7 企业 4 31084587 105235 3085 1456 47117 nd 96.798.9 备注: 1.大气污染物综合排放标准 （gb 16297-1996）规定：非甲烷总烃 120 mg/m3；苯 12 mg/m3；甲苯 40 mg/m3； 二甲苯 70 mg/m3。 2. “三苯”为苯、甲苯、二甲苯总和。 3 .nd 为未检出。 5 废气处理装置能耗 污水场废气催化燃烧处理装置的能耗主要有电和净化风，没有水、蒸汽等其它能耗。 电的能耗主要是风机和电加热器的能耗；在装置正常运转时，废气中有机物的燃烧放热，就可以满 足整个系统的热量平衡，此时加热器不工作。整个装置的耗电量很低。根据几个厂家运转情况来看，整 套装置每小时耗电量在 1040 kw，主要是风机的耗电量。 净化风主要是装置气动开关阀的用风，用风量很小。 6 结论 1）采用“脱硫及总烃浓度均化催化燃烧”工艺技术和配套的 wsh-1 催化燃烧催化剂能够很好的处 理石化污水处理场隔油池、浮选池、浮渣罐、污油罐等散发的有机物废气，消除由此产生的恶臭污染。 2） 脱硫及总烃浓度均化系统具有良好的脱硫和总烃浓度均化效果， 从而避免了催化剂床层温度的剧 烈波动，增加了催化剂的使用寿命。 3）配套的催化剂具有良好的催化活性和稳定性。净化后气体中的苯、甲苯、二甲苯和非甲烷总烃等 指标符合我国大气污染物综合排放标准 （gb 16297-1996）中规定的排放标准。其中，非甲烷总烃 （nthc）去除率大于 95%，苯、甲苯、二甲苯去除率大于 99%。 4） 整套装置能耗主要是电和净化风， 没有水和蒸汽等其它能耗。 每小时耗电量很小， 为 1040 kw， 主要是风机的耗电量。装置还具有自动化程度高、操作方便、能耗低等特点。 参考文献 1 skoglundh m， lwendahl l o， ottersted j e. appl catal 77( 1991) 9 2 kim h s， kim t w， koh h l， lee s h， min b r. appl catal a 280( 2005) 125 commercial application of catalytic combustion treatment technology for waste gases from wastewater treatment system in petrochemical enterprises chen yuxiang， liu zhongsheng， wang xin， wang xuehai （fushun research institute of petroleum and petrochemicals， sinopec， china， 113001） abstract：catalytic combustion technology for waste gases from wastewater treatment system and oil separator， etc in petrochemical enterprises was introduced. commercial application showed that the process “desulfurization and total hydrocarbon concentration counterpoise - catalytic combustion” and matching wsh-1 catalytic combustion catalysts were suitable for treating organic exhaust gases emitted from the oil separator， floatation tanks， total water inlet， waste oil tanks， etc. the commercial unit had the advantage of up-to-date auto-control system， simple ope