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再生燃烧与催化燃烧的异同

浏览： | 2019-12-29 19:06

再生燃烧与催化燃烧的异同

随着***家对***气污染控制力度的加***，工业VOCs废气污染形势发生了根本性变化。根据废气处理装置运行稳定、处理效果可靠、废气种类适用性广、工艺安全等要求，多数地方政府出台了《意见》中的VOCs处理政策，废气处理过程基本上是吸附、吸收和热分解（焚烧）三个过程及其组合过程。

在（焚烧）热分解工艺成为VOCs废气处理的主流后，技术设备得到了很***的改进。但由于许多环保公司的工程设计人员在初步设计时与业主单位缺乏深入沟通，在装置运行过程中没有及时反馈，一旦发生事故也没有有效的解决办法，对热分解过程***性没有盲目设计，导致各地频繁设计装置爆炸、高能耗停机、装置故障率高的现象严重影响了企业的正常生产经营，同时也给整个废气环保产业的发展带来了诸多负面因素。

热分解过程简介

热分解过程一般分为四种：直接燃烧（to）、再生燃烧（RTO）、催化燃烧（CO）、再生催化燃烧（RCO）。它只是燃烧方式和换热方式的两种不同组合，主要用于吸附浓缩气的处理，也可直接处理浓度***于3.5gm3的中、高浓度废气。

1）将高浓度废气送入燃烧室直接燃烧（燃烧室内一般有长时间明火）。废气中的有机物在750℃以上燃烧产生二氧化碳和水。高温燃气通过换热器与新废气间接换热后排放。换热效率一般≤60%，运行成本高，仅适用于少数能有效利用余热或有副产气的企业。

2） RTO的燃烧方式与to相同，但换热器改为蓄热陶瓷。高温燃烧废气与新废气交替进入蓄热陶瓷直接换热，热利用率可提高到90%以上，概念先进，运行成本低，是目前***内主要的废气处理技术。（3）CO是利用贵金属催化剂降低废气中有机物与O2之间的反应活化能，使有机物在250~350℃的较低温度下完全氧化生成CO2和H2O，属于无焰燃烧。高温氧化气体通过换热器与新废气之间的间接热交换而排出，热利用率一般小于75%。常用于吸附剂再生解吸高浓度废气的处理。

4）RCO燃烧方式与CO相同，换热方式与RTO相同。由于投资与RTO相当，可处理废气类型受催化剂的影响小于RTO，因此很少有企业采用RCO工艺。热分解的应用实例很多，如RTO、Co等，如果用它们来处理吸附解吸的高浓度气体，两者差别不***，但如果用它们直接处理中、高浓度废气，则需要企业重视。

RTO和co单元的通用流程如图1和图2所示。本文比较了废气、废气浓度、废气流量、辅机能量、仪表自动控制、安全风险、环保风险、电力负荷、主要设备投资、运行费用等方面的差异。etc.

2.1适用的废气类型

两种工艺均可用于处理烷烃、芳烃、酮、醇、酯、醚等有机废气和一些氮化合物。含硫磷废气会对催化剂产生毒害作用，不宜采用Co处理，但若忽略含硫磷废气燃烧对设备、仪表的少量腐蚀，则RTO只能用于有限的处理。

处理温度小于1150℃时，两种工艺均不能处理含卤代烃的废气，避免二恶英生成。一些硅烷类废气不能用于RTO和co，因为燃烧后产生的固体粉尘会堵塞催化剂或再生陶瓷或开关阀的密封面。

对漆雾粉尘废气进行预过滤，避免开关阀关不严、再生器堵塞等现象。RTO的预处理应至少过滤到F6级。一氧化碳处理废气主通道上无开关阀。此外，还可以采用提高废气流量、使粉尘不易沉积、定期对整个系统进行加热、回火等方法对粉尘进行剥离和分解。因此，CO的预处理只需简单地过滤到G4级即可。

此外，含有易自聚有机物（如丁二烯、丙烯酸酯等）的废气，会影响切换阀的有效开闭，也可能在低温下沉积在废气入口的再生器上。采用RTO处理此类废气时存在安全隐患，而co不受影响。

2.2废气浓度

由于温度升高会降低有机物爆炸下限浓度，通常需要控制废气入口浓度<25%LEL。常见有机物爆炸下限及25%LEL见表1。

表1常见有机物爆炸下限浓度及25%LEL以20℃室温下CO处理甲苯废气为例。为了避免设备的“白烟”和催化氧化处理后的冷凝水的腐蚀，废气温度一般为105℃，然后，考虑到换热效率的影响，废气在室温下进入和离开装置后的实际温升应为100℃（0℃时催化燃烧起始温度为25℃，废气催化氧化后的温度为350℃）。相应的废气初始浓度约为3130mgm3，可以在不增加能量的情况下维持系统的热平衡。如果废气的浓度进一步增加到25%升，则氧化后的废气温度可达到587℃，此时催化剂容易流失，设备材料需要耐热钢。因此，除非在催化剂层之间安装换热管系统，以便及时排热，否则CO处理甲苯废气的***浓度为3130-9390mgm3。

如果废气入口浓度过高，则可通过空气入口稀释，稀释阀与氧化气体温度联锁；如果废气的入口浓度为2130～31 30mg／m3，则进入电催化层的废气的温度可由电或气体提高至250℃；当废气入口浓度小于2130mgm3时，可进行吸收浓缩，再对解吸后的浓缩气体进行CO处理；当废气初始温度较高时，如许多炉排废气温度为80℃，此时可降低CO处理的废气浓度至1560mgm3。

以RTO处理20℃甲苯废气为例，由于RTO燃烧炉内存在长时间明火点燃废气，1.672×106kj燃烧器长时间明火约消耗5M3h天然气提供部分热源，系统维持热平衡的废气***小入口浓度为1700-2000mgm3。如果RTO装置被设计为降低来自燃烧室的一些高温气体的温度，然后返回到燃烧室，以避免燃烧温度为1000℃的过程，由RTO处理的废气的***浓度可以增加到25%勒尔。

2.3废气流量

一般情况下，单套RTO处理废气流量为8000-50000m3h，当废气流量小于5000m3h时，RTO装置的投资成本比不划算，当废气流量***于50000m3h时，易出现偏流、局部过热等现象影响废气分解效率。单套CO处理的流量为1000-20000m3h，流量的增加给高效换热器的设计带来困难，催化剂层会出现明显的局部流过热现象，影响废气的分解效率。

2.4辅助能量

RTO燃烧室需要长的开火。另外，设备本身就很重要，预热时间长。一般采用液化气、天然气和轻柴油作为辅助能源。不建议使用电加热。

液化气、天然气和轻柴油也可作为CO的辅助能源，因为设备的自重比RTO轻50%，为了避免添加危险源进行监督，建议使用电加热（如果废气浓度***于3500毫克立方米），而本厂废气流量15000m3h的电加热系统仅为180kW，预热时间≤1.5h；

2.5仪表自动控制

从流程图上可以看出，除了燃气系统外，RTO还需要***量的压力、温度检测和切换阀，对阀门、仪表、自动控制等要求较高；而CO的主排气管道没有阀门，只有简单的温度联锁，对自动控制要求较低。

2.6安全风险

RTO和Co非常适用于有机物浓度、种类和流量稳定的管道废气的处理，如涂装、印刷、制革、化纤、注塑等，***别是对于有温度的干燥废气，如果采用吸附法，需要预冷至<45℃，但若采用RTO或CO，可充分利用自身余热，******降低废气处理成本和管道整体总能耗。然而，一些环保企业在储运、化工合成等企业采用实时操作系统（RTO）进行废气处理时，出现了许多爆炸事故。爆炸的主要原因是装置内废气源系统回火爆炸。主要原因如下：

1）RTO系统在装置初次运行时一切顺利，但运行1-2年后，部分仪表和控制阀会出现故障或突然断电、停仪表气等，导致系统安全自动控制设计失败，系统超温爆炸。事实上，***多数业主没有专业的仪表自动化维护人员，因此很难及时预测和更换仪表阀门。

例如，废气入口浓度应控制在<25%LEL。如果采用气相色谱型在线检测仪，仪器采样检测结果加上自动控制阀的响应时间>30min，失去安全控制的意义。因此，一般采用感光型在线可燃物探测器（三取二）。探测器需要每半年强制检查一次，但如果废气中含有水汽、灰尘等，将******降低探测器的使用寿命，而且这种仪器的故障是突发的。

包括

2）虽然RTO系统采用了废气收集预处理系统防静电、废气入口浓度与稀释阀联锁、废气预混缓冲罐联锁、废气风机与负压联锁、废气水预洗等一系列安全设计由于某些高浓度废气事件的应急气体排放或集中排放，废气的浓度会增加数倍，而处理1001003h废气流量的RTO装置的缓冲罐的***体积也小于20M3，缓冲罐中的转换保留时间小于8s；缓冲时间过短导致装置阀门切换过晚，废气主管及预处理系统发生回火爆炸。这是由明火作业RTO的性质决定的，不能根除。

Co属于无焰氧化，除了金属结构隔离，如换热器外，回火废气源不能达到点火点，CO工艺管道上没有阀门切换，没有仪表故障的安全风险。

2.7环境保护风险RTO要求废气源气体体积和浓度稳定，设计运行负荷灵活，仅适用于连续稳定的管道废气。如果业主有间歇性和短期的高浓度废气产生，由于安全浓度下限的要求，废气进入机组前会部分放空，存在环保风险。

RTO设备复杂，零件多，容易发生设备故障和排气事故。然而，CO需要稳定的废气流量，可以接受间歇性和短期的高浓度废气。热电厂设备简单，零部件少，设备故障少。此外，RTO燃烧室内存在死角，废气综合处理效率为95%-97%，co废气均匀通过催化剂层，处理效率***于99%。因此，CO比RTO更容易达到环保标准，***别是新环保标准甲苯废气由40mgm3降至10mgm3后，RTO更容易发生环境事故。

高温RTO会产生NOx，而co由于处理温度较低不会产生NOx。虽然目前***家还没有对有机废气装置的氮氧化物进行调整，但从锅炉废气处理的发展历史来看，对处理气量***于10000m3h的废气装置提出调整要求。

2.8对用电负荷

RTO，装置的阻力应为精密过滤至少3500-4000pa，蓄热陶瓷2次，总厚度约2m；对于一氧化碳，简单过滤阻力小于2500pa，管式换热器2次，催化剂层0.4m，总厚度0.4m，同10000m3h处理风量，RTO风机电机22KW，CO风机电机18.5kw。处理风量越***，风机功率差越***，每降低1kW电机功率，每年可减少电费3000元。

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