废气治理废气处理工艺流程选择及其应用齐慧敏刘忠生林大泉(抚顺石油化工研究院,抚顺 113001)摘要: 介绍了废气处理流程选择方法,并相应地介绍了部分应用实例。
关键词: 废气处理流程选择工业应用1 前言对从事废气治理和研究的工程技术人员来说,经常面临如何正确选择废气处理工艺流程的问题,以下通过对废气处理工艺单元及其组合选择应用的介绍希望能给大家一些启示。
2 常见于废气中的污染物种类及其处理工艺单元211 废气中的污染物种类及来源众所周知,常见于废气中的污染物种类主要有粒子物质、含硫化合物、有机化合物、含氮化合物、一氧化碳、卤素及其化合物等。
其中,粒子物质主要是由电力、冶金、石油化工、建材、机械、轻工等部门产生的烟尘、生产性粉尘,以及烟雾。
按其粒径大小通常分为:粗粒粉尘(直径100μm以上)、细粒粉尘(直径小于100μm)、雾(011～10μm)和烟(01001～1μm)。
含硫化合物主要是指二氧化硫和硫化氢,在工业化国家排入大气中的SO2约70%以上来源于矿物燃料的燃烧,特别是来自火力发电厂。
硫化氢则大多产生于炼油、炼焦、煤气、人造丝、硫化染料、橡胶等工业。
通过工业废气排入大气中的有机化合物主要是碳氢化合物,如烷烃、烯烃、芳香烃等,另外还有含硫有机化合物、含氮有机化合物和含氯有机化合物。
这些物质大多产生于石油化工厂、炼油厂、机动车等,有的有恶臭或刺激性气味,对人体各种器官有刺激和毒害作用,有的是致癌物质。
常见于废气中的含氮化合物是NO和NO2,大多产生于煤炭、油品的燃烧过程,以及硝酸、氮肥、炸药等的生产过程。
CO主要来源于含碳物质的不完全燃烧或不完全氧化,常见于汽车尾气,冶金工业的炼钢、炼焦,石油化学工业的催化裂化再生烟气、丙烯腈尾气等。
作为大气污染物的卤素及其化合物主要是氯、氟及其氢化物,含氯和氯化氢废气主要来自氯碱厂和利用其作原料的各类工厂,氟化氢污染主要来自磷肥生产和电解铝工业。
此外,四氟乙烯、氟里昂以及某些催化剂和助剂的制造过程也产生氟污染问题。
212 废气污染物处理单元选择用于上述污染物处理的工艺单元有旋风分离、过滤、静电捕集、洗涤、吸收、吸附、冷凝、燃烧、催化燃烧、催化还原等。
常见废气的处理单元如表1。
表1 常用废气处理单元及适用范围废气种类常用处理方法粒子污染物旋风分离、过滤、静电捕集、湿式洗涤硫氧化物吸收和吸附硫化氢吸收、吸附、催化氧化、催化还原或它们的组合工艺CO废气燃烧或催化燃烧卤素及其化合物废气以吸收工艺为主旋风分离、过滤、静电捕集和湿式洗涤常用于粒子污染物的控制。
用于硫氧化物控制的工艺单收稿日期:2004-01-15作者简介:齐慧敏,女,高级工程师。
1984年毕业于抚顺石油学院石油化工工程专业,获学士学位,现从事石油化工环境工程工艺研究与设计工作。
电话:・72・2005年第28卷第1期石油化工环境保护ENVIRONMENTALPROTECTIONINPETROCHEMICALINDUSTRY新市场营销法则助推企业成长电子商务营销食品餐饮营销建筑房产营销消费品营销元主要是吸收和吸附,而用于硫化氢净化和利用的工艺单元则涉及吸收、吸附、催化氧化、催化还原以及它们的组合工艺。
在处理含CO废气时,通常采用燃烧和催化燃烧工艺。
在处理含氮氧化物废气时,通常采用吸收、吸附和催化还原。
在处理含卤素及其化合物废气时,则以吸收工艺为主。
含有机化合物废气涉及多种、多样不同物理化学性质的化合物,因此,其处理工艺涉及大多数废气处理单元过程,包括过滤、洗涤、吸收、吸附、冷凝、燃烧、催化燃烧、催化还原等。
3 废气处理工艺单元组合前文介绍了常见于废气中的污染物及其有关的处理工艺单元,对于一种拟处理的废气,如何选择工艺单元,以及是否进行工艺单元组合,取决于废气中的污染物种类、污染物浓度以及处理要求等因素。
如果废气中仅含粒子污染物,且污染物粒径、浓度以及处理要求与所选工艺单元适宜,可在重力沉降、旋风分离、湿式洗涤、过滤、静电捕集等工艺单元中选择其一作为处理方法。
如果废气中仅含有机化合物,且化合物性质、浓度以及处理要求与所选工艺单元适宜,可在吸收、吸附、冷凝、燃烧、催化燃烧等工艺单元中选择其一作为处理方法。
但是,许多废气中含有一种以上污染物,且污染物性质复杂、浓度高、处理要求严,此时仅采用一种处理单元就难以经济有效地达到处理目的。
因此,需要两种或两种以上的工艺单元组合应用。
例如,一种烟气粉尘浓度很高,粉尘粒径分布很宽,且要求很高的粉尘去除率。
在工艺选择上可能出现重力沉降—湿式洗涤或旋风分离—静电捕集等组合方法。
再如一种废气中含有粉尘、有机物,在其处理工艺的选择上可能出现静电捕集—燃烧或静电捕集—催化燃烧等组合方法。
以上讨论说明,许多废气的处理,正如许多废水的处理一样,是由多种单元处理过程组合而成的,下面结合具体实例进一步说明工艺单元及其组合的选择应用。
4 工艺单元及其组合选择应用举例411 20t/h工业锅炉烟气治理20t/h工业锅炉工况烟气量约为60000m3/h,如果该锅炉燃用中、高硫煤,锅炉安装地有较为充足的水源,要求烟气脱硫率在30%～60%之间,建议选用湿式洗涤除尘器,并向洗涤水中加入适量的加碱性吸收剂。
如果该锅炉燃用低硫煤,烟气中的SO2含量符合国家标准,应优先考虑旋风除尘,再依次是多管旋风除尘、湿式洗涤除尘等。
它们在投资、操作费用和除尘效率上呈现依次递增关系。
图1和图2是两种工业锅炉烟气处理流程。
图1 多管旋风除尘器除尘—喷淋塔脱硫工艺412 360MW机组锅炉烟气治理360MW机组锅炉的烟气量约为108万Nm3/h。
按我国现行的排放标准,大多存在除尘和脱硫的问题。
从发展趋势看,除尘大量选用静电除尘器,脱硫则可能选用湿式石灰石—石膏法或炉内喷钙尾部增湿脱硫—静电除尘等组合工艺。
图2是石灰石—石膏法脱硫工艺流程图。
・82・石油化工环境保护2005年第28卷图2 石灰石—石膏法脱硫工艺流程图表1 流程的设计实例设计参数操作参数工艺特点烟气量:90000m3/h,烟尘:2500mg/Nm3,SO2含量:1600mg/Nm3烟尘去除率>95%林格曼黑度<1级用电量:10kW外循环水量:5t/hCa(OH)2消耗量:75kg/h(1)由于除尘器与脱硫塔分体设计安装,具有更大的灵活性。
(2)除与多管除尘器配套使用外,还可以与电除尘器、布袋除尘器等配套使用。
(3)没有风机防腐问题:脱硫副产物与灰渣一起处理,水循环使用,充分利用了灰渣和飞灰中的碱性物质。
表2 流程设计实例设计指标操作参数工艺特点烟气量:108万Nm3/h;入口烟尘:1156mg/Nm3;入口SO2:3707ppm;出口烟尘:33mg/Nm3;出口SO2:177ppm;液气比26l/Nm3循环浆液pH值513石灰石耗量1917t/h石灰石粉:250目石膏产量:30t/h烟气处理量大,脱硫率高。
吸收剂来源广泛,操作费用较低。
适宜于电厂脱硫。
413 含高浓度有机物废气的处理含高浓度有机废气的处理,一般采用催化燃烧的方法。
如丙烯晴装置尾气处理。
图3为丙烯晴尾气的催化燃烧处理流程。
图3 丙烯腈尾气催化燃烧处理流程急冷塔排放气,首先进入吸收塔进一步处理,回收产品和原料之后的吸收塔尾气量为58000Nm3/h,碳氢化合物(C3H6、C3H8、C4H10)含量为013%、CO含量为1%～2%,达不到国家排放标准。
如果采用燃烧法处理,需要补充大量的辅助燃料,故推荐采用催化燃烧法处理。
这样既不需要辅助燃料,还能产生13t、36kPa的蒸汽。
414 污水处理场有机废气的处理某石化企业污水处理场接纳污水300m3/h,其平流隔油池产生含有机物废气约1000～1500m3/h,其中总烃浓度约为4000～8000μL/L,总硫(包括有机硫化物和硫化氢)约为10～30mg/m3。
如果选用活性碳吸附,需要选择两种以上的活性碳及其再生方法,存在着工艺流程长、再生困・92・第1期齐慧敏1废气处理工艺流程选择及其应用难;如果选用焚烧法处理,需要大量的辅助燃料,操作费用高;因此,推荐选用催化燃烧法处理。
考虑到总硫化合物会使催化剂中毒,建议选用吸附脱硫—催化燃烧联合工艺。
415 催化裂化再生烟气治理如果催化裂化催化剂再生采用CO不完全燃烧方式,再生烟气中将含有6%～10%(体)CO、40～500μl/L的氮氧化物、018～115g/Nm3的催化剂粉尘和一定量的硫氧化物。
从能量回收和环境保护的角度去除CO、氮氧化物、催化剂粉尘和硫氧化物,有多种工艺组合。
在欧美和日本最常见的组合为:(1)再生器吸附脱除SOX—CO锅炉—静电除尘;(2)再生器吸附脱除SOX、NOX—CO锅炉—静电除尘;(3)CO锅炉—静电除尘—湿式洗涤吸收脱硫。
5 结论(1)某些气体的处理可采用单元处理工艺,各种单元处理工艺适合于不同的处理对象。
含有粒子污染物的气体常采用旋风分离、过滤、静电捕集和湿式洗涤;硫氧化物处理常采用吸收和吸附;(2)对于中小型锅炉烟气的处理,可以采用多管旋风除尘+喷淋脱硫工艺或采用湿式洗涤除尘器,并向洗涤水中加入适量的加碱性吸收剂。
(3)含高浓度有机废气的处理,可以采用催化燃烧的方法处理。
如丙烯晴装置尾气处理。
(4)对于发电机组烟气的处理,则可能选用湿式石灰石—石膏法或炉内喷钙尾部增湿脱硫—静电除尘等工艺组合工艺组成。
(5)催化裂化催化剂再生烟气的处理,建议要用以下三种组合工艺:a)再生器吸附脱除SOX—CO锅炉—静电除尘;b)再生器吸附脱除SOX、NOX—CO锅炉—静电除尘;c)CO锅炉—静电除尘—湿式洗涤吸收脱硫。