RTO在环氧乙烷/乙二醇装置的应用

RTO在环氧乙烷/乙二醇装置的应用

熊东驰 杨雪峰 陈光

（抚顺石化公司乙烯化工厂环氧乙烷/乙二醇车间 辽宁省抚顺市 113000）

摘      要：为保证二氧化碳解吸塔C202塔排放废气浓度达标，同时减少环境污染，抚顺石化公司在环氧乙烷/乙二醇车间新建一套RTO装置，将废气通过RTO系统（蓄热式热氧化炉）处理后达标排放。废气处理技术采用“混风+氧化”组合技术处理含甲烷、乙烷、乙烯等介质的VOCs气体，氧化技术采用三室蓄热式焚烧（三室蓄热式热氧化炉）工艺。二氧化碳解吸塔排放尾气减压后送至静压混风器，同时通过尾气风机保持静压混风器负压、抽入一定量的新鲜空气，将废气浓度降低至20%LEL以下，然后通过废气风机将二氧化碳解吸塔排放尾气送至三室蓄热式焚烧炉单元内燃烧处理后达标排放。为保证废气处理装置持续稳定运行，当三室蓄热式焚烧炉故障时，VOCs气体应急排放，尾气通过排气阀门进入大气。

关  键  词：VOCs；RTO；环氧乙烷/乙二醇；去除率

随着全球经济的快速发展，化工工业在近年来得到了迅速的发展。但是，化学反应和高温热处理所产生的挥发性有机化合物（VOCs）废气时化工行业的一大环保难题。

根据相关调查研究表明，在全国工业VOCs排放源中，化工企业的排放量一直居于第一位。化工企业在生产中，一种是排放的工艺废气种类多，性质差异极大，但排放量可以估算，属于有组织排放；二是通过其他环节挥发产生，具有很强的扩散性和反应活性，在一定条件下通过发生各种复杂的化学反应发生转化，此类形式的VOCs的排放量无法准确估计。［1］

化工行业VOCs废气存在以下及个特点：［2］

一、易燃、易爆气体较多。如易聚合的不饱和烃，低沸点的酮、醛等等，大量的易燃、易爆气体如不采取适当措施，容易引起火灾爆炸事故。

二、排放物大多具有刺激性或腐蚀性。如二氧化硫、氮氧化物、氯气、氟化氢等气体都具有刺激性或腐蚀性，尤其以二氧化硫排放量最大，二氧化硫气体直接损害人体健康，腐蚀金属、建筑物的表面，还易氧化成硫酸盐降落到地面，污染土壤、森林、河流、湖泊。

三、废气中浮游离子种类多，危害大。化工生产排出的浮游粒子包括粉尘、烟气、酸雾等，危害环境。

四、废气浓度和气量波动比较大。由于生产过程中各个收集点不是同时工作，容易造成收集的废气浓度和气量波动比较大，给末端处理设备带来极大的负担。

五、废气种类繁多、组成复杂。由于在生产过程中发生复杂的化学反应，由此而挥发出来的VOCs种类繁多，难以准确评估其组成成分。［3］

VOCs不仅可以对人体健康及环境造成污染和危害，而且也会浪费大量的资源和能源。因此对于化工行业中的VOCs废气进行治理成为了化工企业及政府的一项重要任务。常见的VOCs治理方法有气体吸收、净化器、蓄热式焚烧炉（RTO）等方法。其中，RTO是一种非常有效且经济的治理方法，已经被广泛应用于化工行业。［4］

1、RTO工艺原理

RTO（regenerative thermal oxidizer）为蓄热式热氧化反应器。由壳体、陶瓷纤维保温棉、蓄热体、提升阀、燃烧器、电控系统等组成。原理是通过高温氧化反应，使有机物发生化学反应转化为无害的二氧化碳和水，达到处理污染物的目的。［5］

在RTO中，有机废气被加热到800℃以上，废气中的挥发性有机物在燃烧室中发生氧化反应生成二氧化碳和水。氧化产生的高温气流使RTO内部的陶瓷蓄热体升温，当废气从已经“蓄热”的陶瓷经过，陶瓷的热量传递给废气，有机废气通过陶瓷作为换热器载体，反复进行热交换，从而节省废气升温的燃料消耗，降低运行成本。在中高浓度的条件下，RTO可以对外输出余热，通过蒸汽、热风、热水等形式加以利用，在满足环保目标的同时，实现经济效益。

RTO中，起蓄热作用的陶瓷床层需要不断进行吸热和放热的循环。根据实现循环方式的不同，可以分为多床式和旋转翼式两种。多床蓄热体进行循环交替使用，通过切换阀改变气体通道，周期性进入不同的蓄热体床层，达到冷、热循环的过程。旋转翼通过旋转部件，周期地将气体引入不同的蓄热体区域，实现蓄热体随时间变化进行吸热和放热的循环过程。其中，多床式RTO是国际主流工艺，结构简单，维护简便。

氧化法属于破坏性废气处理方法，是一种非常有效、简单、灵活的净化方法，可适应污染物的不同流量和浓度。RTO进气分配系统通过阀门的关闭，将废气或净化气，周期性地在不同床层进行变换，达到换热的目的。［6］

2、RTO在化工行业中的优点

（1）RTO可以处理VOCs废气中的99.5%以上有机物，能够保证废气排放水平符合各种环保标准。与传统的焚烧方式相比。其处理效率更高。

（2）由于RTO采用蓄热器循环系统，使其运行时只需要少量的外部能源，大幅降低了能耗。

（3）RTO的陶瓷蓄热器能够在高温环境下长期稳定运行，并且不会因为外部条件的变化而出现过大的波动，从而确保了治理效果的稳定性和可靠性。

［7］

3、RTO在环氧乙烷/乙二醇装置的应用

环氧乙烷/乙二醇装置二氧化碳解吸塔C202塔排放废气原设计由塔顶放空，VOCs检测放空数据超标；排放浓度不符合《固定源废气监测技术规范》及《石油化学工业污染物排放标准》（GB 31571-2015）的相关要求。依据《石油化学工业污染物排放标准》（GB31571-2015）规定有机废气排放限值为非甲烷总烃≤120mg/m³,去除率≥97%。为保证二氧化碳解吸塔C202塔排放废气浓度达标，同时减少环境污染，抚顺石化公司在环氧乙烷/乙二醇车间新建一套RTO装置，将废气通过RTO系统（蓄热式热氧化炉）处理后达标排放。

将二氧化碳解吸塔塔顶产生的废气通过RTO系统进行处理。废气处理技术采用“混风+氧化”组合技术处理含甲烷、乙烷、乙烯等介质的VOCs气体，氧化技术采用三室蓄热式焚烧（三室蓄热式热氧化炉）工艺。二氧化碳解吸塔排放尾气减压后送至静压混风器，同时通过尾气风机保持静压混风器负压、抽入一定量的新鲜空气，将废气浓度降低至20%LEL以下，然后通过废气风机将二氧化碳解吸塔排放尾气送至三室蓄热式焚烧炉单元内燃烧处理后达标排放。为保证废气处理装置持续稳定运行，当三室蓄热式焚烧炉故障时，VOCs气体应急排放，尾气通过排气阀门进入大气。

在三床式RTO反应器运转时，总是有两床处于进出风的反应状态，另一床处于闲置状态，闲置状态的床层会有大量未反应的废气存在，如果不处理，在下一工作状态时，废气会被直接排出。本装置利用吹扫风机将盲区中未反应废气鼓吹回反应器，免除隐患，保证排放达标。［8］

环氧乙烷装置尾气治理装置（RTO）

主要工艺指标

4、关键控制方案

（1）在废气处理成套设备进口（混风单元出口管道）设置有机废气三取二烃分析仪LEL检测和报警联锁，设置二级报警点，一级报警点为15%LEL，二级报警点为20%LEL ,达到一级报警点提示系统检查，当达到二级报警点时，连锁控制开启新鲜空气阀，当报警持续20s 时，系统紧急停车，并连锁控制开启应急旁路阀，废气不进入RTO，直接排入排气筒（LEL的报警点位按照上述废气成分进行设计）。

（2）在三室蓄热式焚烧炉氧化炉进气总管设置流量指示回路；

（3）设置炉膛温度高限、高高限联锁：运行过程中，当炉膛温度达到温度高限报警值时，通过增加新鲜空气供给量、减少燃气供给量或开启高温调节阀等措施降低氧化炉炉膛温度。当炉膛温度达到温度高高限报警值时，关闭废气进口阀门，开启去排气筒管路阀门，焚烧炉启动异常停车流程，直至故障排除，VOCs废气应急放空；

（4）设置炉膛温度低限、低低限联锁：当炉膛温度降至温度低限报警值时，联锁启动燃气加热系统，保证炉膛内反应温度。当炉膛温度降至温度低低限报警值时，关闭废气进口阀门，开启去排气筒管路阀门，焚烧炉启动异常停车流程，VOCs废气应急排放，直至故障排除；

（5）设置三室蓄热式焚烧炉氧化炉进、出口差压在线监测，当压差达到设定值时，系统发出声光报警，焚烧炉启动异常停车流程，切断燃气供给，VOCs废气应急排放，直至故障排除；

（6）燃烧器设置燃烧安全保护装置。该装置包括燃料输送管道紧急切断阀、燃烧监视装置和检测控制系统；

（7）燃烧器的燃料输送管道设置紧急切断阀，在燃烧器启动后点火不正常或燃烧用空气突然中断时，炉膛无明火等应能立即自动切断燃料供给。［9］

5、RTO启动

（1）系统启动

①点击PLC柜面板上的“系统启动”按钮，系统开始启动，确认“系统启动中”指示灯点亮

②确认三槽切换开始

③确认新风阀全开

④根据风机选择打开对应风机的出口阀

⑤操作柱启动工艺风机、吹扫风机和助燃风机

⑥炉膛吹扫

（2）引甲烷气、燃烧系统启动

①打开氧化界区甲烷管线去RTO系统两个手阀

②打开进燃烧机燃料总球阀

③将控制柜上“本地/远程”开关打到“远程”

④当启动PLC柜面板上的“系统启动”按钮后，燃烧设备进入吹扫过程，吹扫完成后进入自动点火程序

⑤确认控制柜上“正常运行”指示灯亮后，从观察孔观察炉中火焰燃烧情况

⑥确认甲烷系统压力正常稳定

（3）RTO升温

①确认火焰燃烧正常后，将RTO温度提升至200℃，并稳定一小时，观察RTO系统各参数变化情况及燃烧器参数变化情况

②RTO温度缓慢提升至800℃，其中到300℃、400℃、600℃分别静置一小时，观察各参数变化并做好记录（见表1、表2）

表1（RTO蓄热炉参数）

表2（燃烧器参数）

（4）条件、结论：

条件:

废气阀开度：0；高温回气阀：0；工艺风机频率：28HZ；工艺风机电流：27A；吹扫风机频率：30；吹扫风机电流:3A

结论：

通过表1，表2观察可发现，在RTO启动后的每个温度节点，各参数在一定范围内上下波动，比较稳定，RTO的运转也相对稳定。其中由工艺风机频率控制进入RTO中的空气量大概在5000-5500Nm3/h。每个反应槽下腔温度大概和混风器出口温度相近。燃烧器运行比较稳定，通过观察孔观察火焰燃烧情况，火苗呈蓝黄色，RTO在升温过程中，甲烷流量有所增加。

6、引入废气

（1）打开A框架V208罐顶至RTO的手阀

（2）打开来气管路阀

（3）观察进口总管LEL测点

（4）根据排放参数，系统优化，调整风量风温（见表3）

表3

通过表三观察可得：

（1）当现场废气阀开度达到10圈时，通过关小空气量，当关至0时，发现进气量为3083Nm3/h，基本等于实际脱碳系统放空的空气量。并现场观察C201塔顶放空口，发现无气体排出，可证明废气全部通过RTO装置。同时通过不断减少稀释空气量的加入，即减少混风器的出口流量，通过观察混风器出口压力，发现废气确实可由工艺风机吸入，不会发生废气在进气管线中的反串。

（2）通过观察分析小屋的数据，当全部由废气进料，并无稀释空气进入时，分析小屋分析烟囱数据非甲烷总烃含量大概在30mg/m3 以下，满足国家环保非甲烷总烃含量≤100mg/m3 要求。

7、效果检查

通过长时间RTO的运行，工况基本稳定，参数符合要求，系统运行平稳。

◆RTO装置非甲烷总烃去除率［10］

非甲烷总烃去除率%=

入口流量*入口浓度-出口流量*出口浓度

      入口流量*入口浓度

RTO非甲烷总烃离线分析数据

从上表可以看出，RTO装置非甲烷总烃去除率均可以达到规范要求的97%以上，平均去除率达到了97.73%，能够达到环保要求。

8、结论

（1）二氧化碳解吸塔塔顶排放气全部通过RTO装置，通过观察在线监测和离线分析数据，排放气中的非甲烷总烃含量稳定在30mg/m3 以下，去除率在97%以上，满足环保要求。

（2）RTO装置在乙烯化工厂环氧乙烷/乙二醇车间的应用为此类技术在全国环氧乙烷行业的首次应用，面对新装置，新技术的考验，车间全体员工坚持稳字当头，稳中求进，顺利完成从工程建设到生产运营的平稳过度。RTO装置自2021年6月8日开始试运行之后运行平稳。

（3）鉴于RTO装置在车间的平稳运行，抚顺石化公司已全面在公司VOCs装置上推广RTO装置及技术的使用，同时对其它企业VOCs废气治理有较好的借鉴作用，提供了装置废气治理全新的思路和路径。

参考文献

[1]吴定森.蓄热式氧化炉(RTO)危害因素分析[J].《宁波化工》,2014年第4期.

[2]喻昌军.蓄热式氧化炉(RTO)处理医化废气的运行管理与优化[J].《中国制药装备》,2013年第8期.

[3]互联网网文档案库.浅谈化工废气的有序治理下载.2021年

[4]互联网网文档案库.硫杂庚二酸二月桂酯的制备工艺及其放大研究,2019年

[5]沈菲；张侃.化工企业VOCs整治新技术研究进展[J].《广州化工》,2016年第7期.

[6]互联网网文档案库.VOCs污染排查要点与治理四大新技术,2021年.

[7]吴炯.印刷车间空气污染控制与通风方式的研究[J].《武汉科技大学硕士论文》,2018年第5期.

[8]成国庆；赵树慈；张焕坤；倪爽英；王腾飞.河北省重点行业挥发性有机物控制现状及建议[J].《安徽农业科学》,2016年第1期.

[9]吴士定；郑小艳；赵倩；邱一鸣.浅谈涂装车间VOCs废气处理工艺[J].《广州化工》,2022年第7期.

[10]郭兵兵；刘忠生；王新；王海波.石化企业VOCs治理技术的发展及应用[J].《石油化工安全环保技术》,2015年第8期.

备注：

1. 作者联系人姓名：熊东驰

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