RTO工艺在炼化污水处理场及生产装置VOCs集中治理中的应用

万小芳，赵纯革，雷建彬

RTO工艺在炼化污水处理场及生产装置VOCs集中治理中的应用

万小芳，赵纯革，雷建彬

（中国石油辽阳石化公司，辽宁 辽阳 111003）

介绍国家生态环境保护要求和挥发性有机物处理技术及存在问题。以福建省某大型炼化企业废气焚烧设施为例，重点分析蓄热式氧化炉（RTO）在污水处理场废气和生产装置外排尾气集中处理中的成功应用。

VOCS；区域集中治理；异味管控

2014年以来，国家相继颁布《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570—2015）、《石油化学工业污染物排放标准》（GB 31571—2015）、《合成树脂工业污染物排放标准》（GB 31572—2015）以及《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》《重点行业挥发性有机物综合治理方案》《2020年挥发性有机物治理攻坚方案》等多个标准规范，对炼化企业挥发性有机物提出管控与治理要求，主要包括：轻质油、化工产品等储罐需为内浮顶储罐且高效密封或增设油气回收装置；轻质油、化工产品装车过程需增设油气回收装置，非甲烷总烃去除效率≥95%（特别排放限制≥97%）；有机废水集输、储存和处理设施应密闭，产生的废气应接入有机废气回收或处理装置，满足苯≤4 mg·m-3、甲 苯≤15 mg·m-3、二甲苯≤20 mg·m-3、非甲烷总 烃≤120 mg·m-3；生产装置工艺尾气须按要求进行挥发性有机物治理；工艺加热炉大气污染物排放（特别排放限值）执行颗粒物小于20 mg·m-3、二氧化硫 小于50 mg·m-3、氮氧化物小于100 mg·m-3的标准；废水处理有机废气收集处理装置，采用“非甲烷总烃（NMHC）——以碳元素计”作为排气筒和厂界挥发性有机化合物排放的综合控制指标，执行非甲烷总烃120 mg·m-3的排放限值等。这些措施针对不同生产过程特点，提出合理的净化效率和指标要求。

1 挥发性有机气体VOCs废气治理现状及存在问题

挥发性有机物是一类有机化学物质的统称，简称为 VOCs（Volatile Organic Compounds），对人体健康和生态环境危害大。其成分复杂，种类繁多，涉及非甲烷烃类（烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等）、含氧有机物（醛、酮、醇、醚等）以及含氯、含氮、含硫有机物等，不同的国家、地区、组织对其有不同的定义[1]。根据《石油炼制工业污染物排放标准》（GB31570—2015）和《石油化学工业污染物排放标准》（GB31571—2015），挥发性有机物（VOCs） 是指参与大气光化学反应的有机化合物，或按照规定的方法测量或核算确定的有机化合物。

炼化企业污水处理场运行过程中会逸散出含有挥发性有机物、硫化氢、氨、甲硫醇、甲硫醚等的含烃恶臭气体，此类废气组成复杂、污染物浓度波动大、湿度高、VOCs和恶臭物质同时存在等特点，据统计，目前炼化企业污水处理主要采用生物法及其组合技术[2]。生物技术法是利用以 VOCs 有机气体为营养物质的微生物的新陈代谢将废气进行降解，转化成无污染的二氧化碳和水等，设备简单、投资小、运行费用较低、绿色环保、没有二次污染，但生物滴滤法降解效率较低，不耐受高浓度苯系物，对于处理低浓度有机废气效果良好，且需培养微生物，生物菌种对有机物的降解具有专一性，不具有普遍性，因此部分按《恶臭污染物排放标准》（GB14554—1993）设计的生物脱臭工程，处理高浓度废气时，非甲烷总烃不达标问题突出，装置需重新改造，驯化菌种，或采用组合技术，对不达标废气进行后续处理。

生产装置工艺废气来源有洗涤塔、放空吸收塔的尾气及储罐、装卸车栈台油气回收设施不达标排放的油气等。实际生产过程中，由于生产条件变化、技术局限、废气组成复杂、标准提高、设施老化等各种各样原因，VOCS治理效果不理想，可考虑采用净化较彻底的热氧化炉焚烧处理。

2 挥发性有机气体治理技术选用及设计要点

2.1 有机废气治理技术对比

VOCS废气治理技术分为回收技术和销毁技术，回收技术包括吸附技术、吸收技术、膜技术、冷凝技术等；销毁技术包括热力燃烧技术、催化燃烧技术、生物技术、低温等离子技术、光催化氧化技术、纳米材料净化等。

根据生态环境部《重点行业挥发性有机物综合治理方案》（环大气[2019]53 号）要求：“为全面加强废水系统高浓度 VOCs 废气收集与治理，集水井（池）、调节池、隔油池、气浮池、浓缩池等应采用密闭化工艺或密闭收集措施，配套建设燃烧等高效治污设施。”因此，针对污水场高浓度废气，应采用热氧化技术。该技术是石油化工行业处理污水装置中调节池、隔油池、浮选池等排放的生化性较差废气的常规处理手段，是目前能够实现 VOCs 达标排放的较成熟技术。

热氧化技术俗称燃烧技术，利用燃烧室高温，通过热氧化反应将含有VOCs 挥发性有机物的废气变成无害的水蒸气和二氧化碳。根据是否使用催化剂、热力是否循环利用，热氧化炉分为蓄热式热氧化炉（RTO）、直接热氧化炉（TO）、蓄热式催化热氧化炉（RCO）、直接催化热氧化炉（CO）。蓄热式热氧化炉可高效回收废气分解产生的热量；催化热氧化炉反应温度低，无明火，运行安全，不易有爆炸风险，且较低浓度就可维持自燃烧，可减少辅助燃料使用量，但是催化剂不易维护，不允许废气中含有重金属、颗粒物、氯化烃类和含硅类有机化合物，否则催化剂中毒，经济损失大；直燃炉直接氧化有机物，有明火，无催化剂，效率高，处理彻底，缺点是反应温度高，需要较多伴烧气，废气浓度低时运行成本高，但废气达到一定浓度时，可以不用或少用伴烧气，即可使燃烧装置持续稳定燃烧。

因此，对于有毒、有害、不需回收的VOCS有机挥发性气体，热氧化法是一种较彻底的处理方法。作为一种高效治污设施，处理浓度较高有机废气，效率高，异味管控更有效。

2.2 热氧化炉工艺设计及建议

1）合理选用VOCS处理系统，设计前需了解挥发性有机物的气量、浓度、物质类型、温度、压力及需达到的污染物控制水平。污水处理场废气治理装置设计规模按典型工况实测最大气量的110%设计，无实测数据时，在废气产生机理的基础上，估算或类比同等规模污水处理场确定[3]；废气组成应进行持续性分析，并对氮、氯、硫、颗粒物等进行全分析，根据《蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》（HJ1093—2020），蓄热式燃烧废气中颗粒物质量浓度应低于5 mg·m-3，焦油、漆雾等黏性物资、含卤素的废气不宜采用蓄热燃烧法处理；热氧化过程中，炉内温升均匀，不存在传统燃烧过程中局部高温区，有效抑制氮氧化物的生成，但如果废气含氮、硫有机物含量高，存在氮氧化物、二氧化硫超标风险，必要时应采用低氮燃烧、碱洗塔、脱硫塔等措施。

2）废气达到一定浓度时，热氧化炉具有自维持能力，但低浓度废气很难使热氧化炉持续稳定燃烧。因此，污水处理厂的废气处理，通常可采用分质处理办法，即高浓度进行氧化燃烧，低浓度进行生物氧化，这样在保证臭气装置达标排放的同时，投资更加经济；也可以结合废气组成及特性，采用沸石转轮等浓缩措施，提高废气浓度，减少燃料消耗。

3）平面布置及废气远距离输送安全。采用热氧化炉进行有机废气处理前，可综合考察周边工艺装置未达标废气的气量及组成情况，一并送入燃烧炉处理；含有机物废气浓度低于最易爆组分或混合气体爆炸极限最低值的25%，保证输送安全。

4）切换阀动作频繁，材质应选用不锈钢，并保证设计制造质量，提高切换稳定性。

5）采用陶瓷蓄热材料，提高耐酸耐腐蚀能力。

在实际治理中，拟采用热氧化法进行VOCS废气处理论证时，应根据废气的具体特点及现场条件，从投资、运行维护成本、安全性等多方面考量，并充分考虑将周边工艺装置、储运设施等废气统一收集起来，集中送RTO炉处理，体现废气区域化集中治理优势，降低运行成本。

3 实际应用

3.1 废气焚烧设施概况

福建某大型炼化企业工艺装置包括千万吨炼油和百万吨乙烯，采用“混合分液罐+RTO”处理工艺，将区域内所有工艺尾气和污水处理场废气收集后，统一送百万吨乙烯配套建设的废气焚烧设施处理，混合后废气送RTO热氧化炉处理，目前运行平稳，排放稳定达标。这种集中处理方式，拓宽了VOCs区域化集中治理的思路。

该废气处理装置由两套RTO和一套TO组成，其中RTO入口混合气体分别来自污水处理场和工艺装置POSM、EOEG、乙烯及裂解汽油加氢，经混合分液罐送入RTO炉；TO入口混合气体分别来自POSM（含苯乙烯）、芳烃抽提、对二甲苯成品罐区、常压罐组、装卸站。

3.2 工艺设计和节能设计

RTO蓄热式热氧化炉，适用于大气量、较高浓度有机废气，处理成分复杂的污水场VOCs时，无催化剂中毒风险，适用质量浓度一般大于0.5 g·m-3，自维持燃烧质量浓度1.5～2 g·m-3，适用气量范围一般5 000～20 000 Nm3·h-1，操作弹性20%～120%。

该三室式RTO装置主要设备包括阻火器、RTO炉、烟囱、补氧风机和吹扫风机。设计总处理量 150 000 Nm3·h-1，入口废气按常温，压力6～8 kPa，质量浓度3.6 g·m-3，流量变化为设计风量的25%～120%，炉膛温度850 ℃，净化效率>98%，伴烧气为0.4 MPa天然气；设计烟囱出口排放限值为非甲烷总烃100 mg·m-3，二氧化硫50 mg·m-3，氮氧化物100 mg·m-3，颗粒物0 mg·m-3。

采用3个蓄热室，即RTO每个蓄热室在一个周期内，工作过程依次为进气、吹扫、排气。进气时，尾气从蓄热体吸收热量，温度上升，排气时，烟气将热量储存在蓄热体内，温度降低，吹扫时，用新鲜风吹扫上一过程残留的尾气。采用热交换效率高达95%的蜂窝陶瓷填料床，减少燃料消耗。

3.3 进出口指标及运行成本

进口气量5.7万～10万Nm3/h，质量浓度 2～4 g·m-3，8 kPa，常温；烟囱排放口非甲烷总 烃<20 mg·m-3，二氧化硫<20 mg·m-3，氮氧化 物<1 mg·m-3，颗粒物0 mg·m-3。

单台RTO炉实际运行成本：单台炉天然气消耗32 m3·h-1，仪表风40 m3·h-1，电功率200 kW。

3.4 预处理设计

该项目废气不含颗粒物、硫化物，因此未设计碱洗塔、脱硫塔及过滤设施。

4 结束语

达标排放并不意味着没有异味，达标只是一个门槛，并非没有排放。由于排放标准与空气质量及人体对气味的感官阈值存在差距，通常厂区内及周边仍会感觉废气排放严重。

该大型炼化企业将加盖收集的污水处理场较高浓度废气，与周边生产储运设施产生的较高浓度工艺尾气混合后，经混合分液罐混合后送RTO热氧化炉集中处理，非甲烷总烃排放经常处于20 mg·m-3以下，远低于120 mg·m-3的国家标准，不但实现了废气集中处理，而且装置异味管控效果好。目前装置运行平稳，对炼化企业VOCs废气集中治理有较好借鉴作用，提供了装置异味管控的成熟思路和路径。

［1］丁佩.挥发性有机物定义、监测方法等相关问题的探讨[J].广州化工，2020，48（21）：32-33.

［2］曲天煜，周健，刘发强，等.炼化企业污水场含烃恶臭气体处理技术进展[J].石化技术与应用，2019，37（2）：149-152．

［3］刘忠生，王乐，廖昌建，等.《石油炼制废气治理工程技术规范》释疑(一)——关于储罐、污水处理场废气产生量计算方法[J].炼油技术与工程，2019，49（11）：60-64.

Application of RTO in VOCs Integrated Processing of Sewage Treatment Plants and Chemical ProductionDevices

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（PetroChina Liaoyang Petrochemical Company, Liaoyang Liaoning 111003, China）

Various VOCs treatment technologies and national environmental policies were introduced, the importance of odor control combustion technology was proposed. Taking the waste gas incineration facility of a large refining and chemical enterprise in Fujian Province as an example, the successful application of the regenerative thermal oxidizer (RTO) in the centralized treatment of waste gas from sewage treatment plants and exhaust gas from production equipments was analyzed.

VOCS; Regional treatment; Odor control

2020-01-11

万小芳，女，辽宁省辽阳市人，高级工程师，1989年毕业于大连理工大学石油化工专业，研究方向：石油化工技术。

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