RTO技术治理挥发性有机废气工程应用研究

RTO技术治理挥发性有机废气工程应用研究   摘要：指出了蓄热式氧化焚烧技术是目前治理挥发性有机废气较为有效的一项措施。以医药化工有机废气为研究对象，采用气相色谱法分析了特征污染物废气种类及进气浓度，研究了RTO氧化焚烧技术治理有机废气实际运行效果，结果表明：RTO对甲醇削减率达94.8%，四氢呋喃削减率达94.6%，二氯甲烷削减率达95.3%，甲苯和乙醚削减率分别达88.0%和96.8%，且排放浓度满足《大气污染物综合排放标准》(GB16297-2012)。最后结合医药化工行业RTO运行所存实际问题及对应解决方案进行了归纳总结，并对该技术的发展提出了展望。   1.挥发性有机废气概述   挥发性有机化合物(VolatileOrganicCompounds，简称VOCs)一般指沸点低于250℃的化学物质，是最为常见的大气污染物，其主要来源于化工、制药、石油、皮革、喷涂等行业排放的有机溶剂废气，包含脂肪烃、卤代烃、硫烃、芳香烃、有机酸等。这些有机废气不但对环境质量、人体健康、动植物生产等造成极大的直接危害，且在光氧化反应下，易形成二次有机物气溶胶(SecondaryOrganicAerosol，简称SOA)，导致光化学烟雾、酸雨、霾和气候变化等一系列环境问题的产生，这些挥发性有机废气在空气中悬浮汇聚亦是导致PM2.5和PM10数值不断上升的原因之一，因而如何削减这些挥发性污染物至关重要。Derwent等[1]一直致力于二次SOA的研究，他们通过二次有机气溶胶生成潜势(Seconda-ryOrganicAerosolPotential，简称SOAP)研究，对多达上百种挥发性有机化合物进行SOAP计算，具体见表1   由表1可看出，芳香类化合物二次有机气溶胶生成潜势明显高于非芳烃类化合物，而这些有机废气主要来自医药、化工、喷涂等行业，因而如何有效削减这些挥发性有机废气对于我们生存环境至关重要。   2发展历程   我国对挥发性有机废气的处理过程主要分为4个阶段：第一阶段，2000年前，处理局部刺激性或有回收价值废气，仅对刺激性废气通过水喷淋吸收处理;第二阶段，2001～2005年，将废气集中收集处理后以有组织形式排放，废气主要处理方法为水、碱喷淋两级吸收处理;第三阶段，2005年以后，加强源头控制，完善废气集中收集，在第二阶段基础上再经活性炭吸附强化处理;第四阶段，2007年以后，开始逐步对挥发性有机废气进行全过现阶段，我国对医药化工行业挥发性有机废气的氧化治理技术主要包括：光催化氧化、直接燃烧法、催化燃烧技术及RTO等，各种处理措施针对医药化工有机废气存在一定优劣性[2～5]，具体汇总见表2。       对于医药化工有机废气，蓄热式氧化焚烧技术是一种相对较理想的废气治理技术，其基本原理是在高温(800～850℃)下，使VOC与O2发生氧化反应，生成CO2和H2O，且对燃烧产生的热量进行回收用于二次燃烧，既节能又环保。   蓄热式有机废气焚烧炉(Regener-ativeThermalxidizer，简称RTO)最早于美国加利福尼亚一个金属卷材连续涂覆线上出现。经过技术改进，其热回收效率的大幅度提高以及废气处理的彻底，使其在欧美国家迅速得到推广，应用于工业VOC废气的处理。经过三四十年的发展，RTO经历了两室到三室再到多室的发展过程。   本文以医药化工企业有机废气为研究对象，分析了RTO特征污染废气进气出气浓度情况，研究了RTO氧化焚烧技术对有机废气的处理效果，并通过持续跟踪调研本地区医药化工企业，针对工程运行现状问题及解决方式进行汇总。   3处理工艺及运行参数   本文研究的RTO氧化焚烧装置处理风量设计为20000m3/h,处理工艺流程如图2所示。废气经过车间二级冷凝回收部分有机溶剂，再进入预处理碱喷淋，吸收无机废气和水溶性废气，进入RTO进行氧化焚烧，先进入急冷塔冷却，最终通过碱、水处理后于15m高空排放。RTO焚烧炉运行参数见表3     4采样分析   单组份采样方法：在焚烧炉废气进口及出口取样(考虑到进出口废气时间差，采用延时采样法)，使废气通过活性炭采样棒，设置取样器抽取废气流量为0.5L/min。取样完毕，将活性炭采样棒中的活性炭全部倒入特制一次性容量瓶中，加入1mL解析液(解析液为100mL容量瓶中加入0.2250g标样正丁醇)，加二硫化碳至刻度线，放置冰箱过12h后检测。   单组份分析方法：用微量进样器取1μL待测液，进行气相检测分析，气相色谱采取程序升温，起始温度40℃，停留8min后升温，升温速率20℃/min，升温至120℃，停留2min，再升温至180℃，停留5min。非甲烷总烃采样方法：采用延时采样法，直接以取样袋取样。   非甲烷总烃分析方法：以气相色谱仪并联2根色谱柱，色谱柱的尾端以三通与火焰离子化检测器相连。柱1为长2m，内径4mm不锈钢螺旋空柱，用于测定总烃;柱2为长2m，内径4mm不锈钢螺旋柱，柱内填充60～80目GDX-502担体，用于测定甲烷，两者之差即为非甲烷烃的含量。   5结果与分析   以正丁醇作内标物，检测废气中乙醚、四氢呋喃、甲醇、二氯甲烷、甲苯共5种组分含量，通过标准样品分析，确定各个组分停留时间，结果见图3和图4。由图可见，对各组分出峰面积进行校正，甲醇进气浓度188mg/m3，经RTO氧化焚烧后，甲醇出气浓度降至9.8mg/m3，削减率94.8%;四氢呋喃进气浓度121.9mg/m3，经氧化焚烧后，出气浓度降至6.6mg/m3，削减率94.6%;二氯甲烷进气浓度2079mg/m3，经氧化焚烧后，出气浓度降至97mg/m3，削减率95.3%;同样，甲苯和乙醚削减率分别达88.0%和96.8%，且排放浓度满足《大气污染物综合排放标准》(GB16297-2012)。   为检测RTO氧化焚烧对非甲烷总烃削减效率，本文采用气相色谱仪以火焰离子化检测器分别测定空气中总烃及甲烷烃的含量，得出非甲烷烃含量。检测结果见表4，非甲烷总烃削减率达96%～96.5%。   6现有存在问题及解决办法   为考察RTO运行性能稳定性，运行持续对该设备跟踪研究半个多月，并将RTO进出口非甲烷总烃监测浓度进行汇总，研究发现RTO对总有机废气的削减效率达95%以上，具体见图5。             从首台RTO投入运行至今，已近40多个年头。自20世纪90年代后RTO得到了长足发展，几乎取代了经典的热力焚烧装置，并且在绝大部分有机废气净化技术领域内占据着主导地位。不过，由于大部分有机废气存在着组分复杂，浓度高，包含各种有机、无机物质等问题，因此，在RTO实际运行维护中出现较多未曾预料到的问题。本文对本地区范围内医药化工行业RTO多年运行所存现状问题及解决方法进行归纳，汇总如表5。   7发展展望   目前蓄热式氧化焚烧技术处理医药化工有机废气，且有推广的前景，但单一的末端处理终决废气污染问题，必须从源头控制、、工艺优化、多种末端治理技术协同治理、加强，才能有效地解决好挥发性有机废气污染问题。    来源：简书