聚烯烃含烃废气处理工艺浅析

聚烯烃含烃废气处理工艺浅析

常宇航

中国石油化工集团有限公司天津分公司     天津300270

摘要： RTO作为聚烯烃含烃废气处理工艺已广泛应用于石油化工领域。系统内的脉冲除尘器和RTO炉分别保证了烟气中颗粒物和VOCs排放满足要求。灵活的清灰方式、布袋防水防油防静电等优点使颗粒物最大程度的滞留在脉冲除尘器。蓄热陶瓷作为RTO的核心部分，具有耐高温性特性，可保证RTO炉能够长周期运行。RTO炉维持850 ℃所需要的能量等于燃料气释放的热量加上VOCs氧化分解释放的能量，因此燃料气的流量与VOCs浓度成反比关系。当进气总体流量高时，会造成过滤器过滤颗粒物的效果减弱、VOCs在RTO炉中的氧化分解不充分，因此有必要在进气入口上设置流量计。进气入口LEL安全仪表的存在可确保爆炸性气体不会进入到RTO中，但LEL安全仪表的标定方式仍有改进空间。

关键词：脉冲除尘器  蓄热陶瓷  燃料气流量  进气流量计  LEL

前言： 全厂废气焚烧蓄热式热氧化炉RTO炉用于处理来自HDPE装置、LLDPE装置和UHMWPE装置产生的工艺含烃废气，含烃废气主要成分为氮气、PE 细粉、添加剂颗粒物、NMHC、空气、聚乙烯颗粒物。最终经烟囱达标排放至大气，烟气满足环保排放要求。RTO炉的工作原理是把有机废气加热到760 ℃以上，使废气中的VOCs氧化分解成二氧化碳和水。氧化产生的高温气体流经特制的陶瓷蓄热体，使陶瓷体升温而“蓄热”，此“蓄热”用于预热后续进入的有机废气，从而节省废气升温的燃料消耗。对于笔者而言，RTO系统是一个全新的装置单元，有必要对其内部的工艺操作、安全联锁做一个系统的总结，以期能够在装置正常生产中能够维持控制点在正常范围、出现事故时能进行应急处理。

1. 工艺操作

待处理含烃废气首先经过缓冲罐，缓冲后进入脉冲除尘器系统以除去含烃废气中的颗粒物，避免颗粒物在之后损伤管道、使陶瓷蓄热体堵塞。除尘器清灰方式为脉冲式，带有旋转卸灰阀，配备了爆破片和导静电过滤袋，料斗上设置了气动振荡器，防止灰尘在锥体处积聚。布袋材质选用三防滤布涤纶条纹，其具有防水、防油、防静电的特性，可使颗粒物不粘连在滤袋上，及时被反吹气吹落。入口设计了导流板，严禁进风口直冲滤袋，确保烟气均匀流过各箱室并均匀流过所有布袋。灰斗斜壁与水平面的夹角不小于60 ℃，保证灰尘自由流动，且灰斗设置了伴热措施，避免了灰斗堵塞。

RTO炉包括3个蓄热室，设备操作温度为800-850 ℃，这已经可以使含烃废气实现完全燃烧。蓄热室和燃烧室的材料为Q235B、瓦楞板结构厚度不小于5 mm，其他部件（废气进入燃烧室前的管道、集气室、其他与废气过流管道、仪表风管道）均采用S30408材质，以免废气中的颗粒物持续损伤管道内表面。设备的设计温度为1150 ℃，设备保温材料是厚度为270 mm的硅酸铝陶瓷纤维棉，其具有低导热率、低热容量、优良的化学稳定性，可以保证炉内VOCs的氧化分解效果，且减少燃料气的消耗。蓄热陶瓷作为RTO的核心部分，选用具有耐高温性、高抗热震性、高热容及高热导性、高机械强度、高抗堵塞性的产品，以保证RTO炉能够长周期运行。

燃烧室内VOCs氧化燃烧的温度通过控制系统中的温度监控设备控制燃烧器的天然气供给量，设定在合适的范围内，实现VOCs气体的完全氧化燃烧。RTO炉维持850 ℃所需要的能量等于燃料气释放的热量加上VOCs氧化分解释放的能量。当尾气风量为35000 Nm3/h，尾气VOCs浓度为60 mg/Nm3，燃料气消耗量为51 Nm3/h，随着尾气VOCs浓度升高到1000 mg/Nm3，VOCs氧化分解释放的能量增加，燃料气消耗量降到了19 Nm3/h。由此可见，燃料气的流量与VOCs浓度成反比，因此燃料气的流量是判断工艺含烃废气中VOCs浓度的一个重要参数，这对于操作人员日常通过燃料气的流量变化来监控VOCs浓度有着指导意义。

目前3个装置的工艺含烃废气汇合后进入RTO系统进行处理。但3个装置的废气在入口处均无流量计来监测各自的流量，汇合后亦无测总体流量的流量计来监测总体流量。但当总体流量高时，会造成过滤器过滤颗粒物的效果减弱、VOCs在RTO炉中的氧化分解不充分，最终导致废气不满足排放要求。虽然总体流量高会导致RTO炉进出口的压差升高，进而触发联锁动作而使系统入口处废气旁通排大气，但这仍然会使VOCs排放超标，不能从根本上解决该问题。而此时入口处无流量计则无法判断是哪个装置出现问题，这既不能及时进行处理，亦无法明确主体责任。所以应在各装置进入RTO系统的管线上设置流量计以保障RTO的安全运行。

2. LEL安全仪表

进气中VOCs含量必须控制在最低爆炸下限（LEL）的25%以下，所以应在含烃废气进口管线上安装LEL仪表，确保爆炸性气体不会进入到RTO中。进气中VOCs含量超过LEL的25%时，进气切断阀关闭，旁通排大气阀开启。LEL仪表应距离RTO炉有足够距离，以保证系统有充分的反应时间。在本项目中，LEL距离应不小于160 m。

LEL安全仪表的测量原理是当可燃气体注入燃烧室，会参与氢气火焰的燃烧，导致温度上升，火焰温度的上升与LEL浓度成正比。而仪表测量的精确度与仪表零点标定和量程标定的准确性密切相关。当零点标定时，调节氢气微调阀使火焰温度为500 ℃。标气为纯净空气（21%为氧，余量为氮），这可以排除其他气体组分对温度变化的影响，保证零点的准确性。因此仪表风并不能在通常情况下作为标气，只可以在紧急情况下才能使用。零点标定需每个月进行一次，以保证零点的准确性，而标气压力、仪表流量、标气限流器内部清洁程度都是影响零点标定是否成功的因素。而量程标定时，标气为1.15vol%乙烯背景的纯净空气，其可以使火焰温度从500 ℃上升到620 ℃，并具有60%LEL的浓度。有了零点标定和量程标定这两个点，就可以确定一条直线，进而确定标定方程，并输出电流信号，此后可根据实际检测含烃废气经过LEL仪表时的电流来确定LEL的浓度。但与压力传感器等仪器多点标定来确定标定方程式不同，LEL仅通过两个点来确定标定方程，笔者认为标定精确度不高，应多点标定为宜。

以上主要从工艺操作、安全仪表的角度对RTO系统进行了解析，系统内的脉冲除尘器和RTO炉分别保证了烟气中颗粒物和VOCs排放满足要求。灵活的清灰方式、布袋防水防油防静电等优点使颗粒物最大程度的滞留在脉冲除尘器。蓄热陶瓷作为RTO的核心部分，具有耐高温性特性，可保证RTO炉能够长周期运行。燃料气的流量是监测VOCs浓度的一个重要参数，主操在DCS监盘时需着重注意。进气入口LEL仪表的存在可确保爆炸性气体不会进入到RTO中，但LEL仪表仅通过两个点来确定标定方程，测量精确度还有待提高。