高压聚乙烯装置VOCs废气处理中热氧化工艺的应用及实例研究

摘 要：VOCs是光化学烟雾和PM2.5的“元凶”，主要源自于高压聚乙烯装置的排放气，其浓度超过限值时，将诱发环境污染问题或加剧环境污染。针对VOCs排放量不达标的情况，需对高压聚乙烯装置运行期间的废气采取针对性的处理措施，以便有效降低VOCs的浓度，最大限度减小对环境的污染。鉴于此，下文则从热氧化工艺的角度切入，对VOCs废气处理问题展开探讨。

关键词：VOCs;热氧化工艺;高压聚乙烯装置;实例研究

1高压聚乙烯装置VOCs废气的产生机制及特点

高压聚氧乙烯装置为工业生产领域的重要“生产力”，挤出工段和产品掺混工段伴有较明显的VOCs废气排放现象，此类气体中混有空气，排放压力偏低，因此不具备引入火炬系统的条件，且VOCs的浓度偏高，导致环境品质受到影响。

并且，高压聚乙烯装置中的废气还存在如下几方面的特点：

（1）含粉尘。产品经切粒处理后，经由气力传输的途径转至料仓内，期间气力传输的速度可达到25～30m/s，产品颗粒表面普遍以粗糙状为主，颗粒与管壁间存在较明显的摩擦现象，由此生成大量细粉。

（2）废气排量大。料仓排放气、挤出机振动筛排气等均是主要的废气来源途径，此类排放气需经过粒料输送及脱气处理，需气量较大，自然会出现废气排放量偏大的情况。

2 VOCs热氧化脱除技术分析

蓄热式热氧化器是现阶段较为主流的安全环保装置，在处理低浓度挥发性有机废气方面具有较佳的应用效果，其原理在于提高废气的温度（直至其能够发生氧化反应为止），在该温度环境中分解碳氢化合物，生成CO2和H2O，再将其直接排放至大气中。尽管废气中VOCs浓度较高，但得益于系统的蓄热优势，可以在不新增燃料的前提下实现稳定运行的目标。

VOCs热氧化脱除技术的实现需得到RTO装置的支持，核心组成为蓄热室以及位于顶部的燃烧室，蓄热体以陶瓷材料居多，具有耐高温的特点，在发生氧化反应后，存在于高温烟气内的热量将被有效转至蓄热体内，后续随着高温烟气的排出，存在于RTO中的尾气将会在蓄热体的带动作用下升温，发生氧化反应，高温烟气所具备的热量经其它蓄热室传递至蓄热陶瓷中，从而达到蓄热陶瓷升温、烟气降温的效果，最终将处理后的烟气排出。

3高压聚乙烯装置后工段排放气处理实例应用

在石化装置处理VOCs气体的工艺体系中，以RTO技术颇具代表性，其具有适用范围广、去除效率高、成本低等应用优势。对此，下文则结合实例展开分析。

3.1案例概述

某8×104t/a高压聚乙烯装置，废气排放总量可达40000Nm3/h，其中VOCs平均浓度680mg/m3，主要成分为微量粉尘，约0.6t/周，来源途径以高压乙烯装置的排放废气为主。为尽可能减小VOCs所带来的环境污染问题，需加强对VOCs的处理。为取得较佳的综合应用效果，此处从技术和经济效益两个角度展开分析，对RTO技术的应用效果作出判别。

3.1技术层面分析

RTO燃烧室的温度可维持在较高的状态，在良好的温度环境下，废气中的VOCs氧化更充分，因此能够较为高效地去除VOCs（通常，去除率可超过98%）。RCO在去除VOCs时存在诸多干扰因素，以废气停留时间、催化剂特性有密切的关联，在高压聚乙烯装置运行阶段，后工段排放气中含较为丰富的粉尘，因此RCO处理过程中潜在催化剂中毒的风险。较之于RCO设备，RTO设备的允许入口废气粉尘量较大（可达到10mg/Nm3），因此对上游除尘设备的过滤精度提出较高的要求，在切实提高过滤精度后，能够更为充分地发挥出RTO设备在去除VOCs方面的优势。

3.2成本层面分析

在废气流量一致的条件下，RCO投资费用相对较高（超过RTO的30%左右），若使用的催化剂中掺杂粉尘，所需的成本将进一步增加。对于低浓度的VOCs废气，在对其采取处理措施后，可以有效彰显出催化氧化技术的应用优势，即反应温度低、燃料消耗量少，此时的成本投入较低。但立足于长远的目光，在应用催化氧化工艺后，存在频繁更换催化剂的情况，更换周期通常在5年左右，需在材料、劳动力等方面投入较多的成本。因此，综合考虑催化剂和燃料的费用，RCO设备在运行及维护方面的费用相对高于RTO设备。

3.3结果分析

結合前述有关于技术和成本投入两个角度的分析，可知蓄热氧化法具有安全、操作便捷、成本低等特点，在处理含粉尘的VOCs时具有较好的应用效果。因此，可以引入热氧化工艺（RTO），将其作为高压聚乙烯装置废气处理的支撑技术。

以排气量（40000Nm3/h）和VOCs浓度为主要参考，配备1台RTO设备，处理能力为50000Nm3/h，其采用的是直列3塔式结构，包含蓄热室、燃烧室、换向阀、增压风机等相关装置，彼此间协同运行，高效完成VOCs废气的处理工作。

自RTO设备启用以来，后续根据实际运行情况适度调试，从而确定废气在RTO燃烧室内最为合适的停留时间，即1.5s，经该阶段后转化、排出。温度方面，燃烧室达到800℃时，可以有效处理废气，各项指标均被控制在许可范围内，表明RTO的运营效果较佳。

4结语

综上所述，蓄热式氧化法在处理VOCs废气方面具有较好的应用效果，可以适应VOCs废气浓度的变化，适用范围较广，且能够取得较佳的净化效果，经处理后，废气的各项指标均可满足要求，是一种兼具高效率、高便捷性、高环保性等多重特性的综合型废气处理方案，可以作为类似工程的参考，同时也值得技术人员持续探索。

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作者简介：

张保圆，男，1987年12月生，汉族，籍贯山东省济宁市梁山县，大学本科毕业， 工程师，工艺技术管理。