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VOCs废气治理RCO与 RTO 技术经济对比

文章出处:大辰环境 人气:发表时间:2020-04-09
       蓄热式催化氧化 RCO(Regeneration Catalytic Oxidizer)、蓄热式热力焚烧 RTO (Regenerative Thermal Oxidezer)废气治理技术,是目前能够实现 VOCs达标排放的成熟技术。两种技术从去除率、达标能力上来讲是一致的,但毕竟是两种截然不同的技术,在许多方面还是有区别的。下面大辰环境小编对两种技术进行比较。 
 
一、RCO 技术反应温度低
RCO 反应温度一般在 300~500℃,热损失小,所需的能耗低;而 RTO 反应 温度一般在 800~1000℃(个别资料提到反应温度 760℃,但需增加反应停留时 间),热损失大,所需的能耗高。
 
二、RCO 技术不产生NOx 
       
RTO 的反应温度比较高,会将空气中的氮气部分转化为 NOx,并且这一转化 率随着温度的提高、停留时间的延长会迅速提升,RCO 不会生成 NOx。 
 
据研究:

1)一套 20 万 m3 /h 处理量的 RTO 设备,其 NOx 排放量约等于一台 35t/h 的 燃煤流化床锅炉。 
2)在 930℃时,在空气气氛下,N2和 O2 反应生成的热力型 NOx 平衡浓度可 以达到 210ppm(265mg/m3 ),如果停留时间足够长,生成的 NOx 还会进一步 增加。
3)《蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》 
5.5.1 一般规定:在一般规定中,对治理工程处理后可达到的排放水平以及 净化设备运行过程中的环境保护要求、监测要求等进行了原则性的规定。关于净 化系统产生的二次污染物的控制在规范 6.4 中进行了规定。在此,需要指出的 是,RTO 处理为高温燃烧,在此过程中,有可能会生成 NOx,需要对其净化予 以考虑,具体排放要求执行国家或地方的相关排放标准。 
基于此,如果采用 RTO 技术治理 VOCs,后续要采取脱硝措施。 
 
三、RCO 技术不产生二噁英

1.RCO 技术不产生二噁英
2.RCO 技术作为 VOCs 治理的主流技术,也是目前能够实现 VOCs 达标排 放的成熟技术。但许多业主,甚至环保从业人员,对催化氧化过程中是否生成 二噁英顾虑重重,尤其碰到废气中含有卤素、芳烃等物质时,在选用催化氧化 技术时就会更加慎重。其实,用催化氧化技术处理 VOCs 废气,基本不同担心 生成二噁英,如果催化剂配伍当中配置分解二噁英催化剂,就更不用担心二噁 英问题。

      二噁英又称二噁因,属于氯代三环芳烃类化合物,是由 200 多种异构体、 同系物等组成的混合体。其毒性比氯化钾、砒霜强得多。是非常稳定又难以分 解的一级致癌物质。二噁英中毒性最强的是 2,3,7,8-四氯二苯并二噁英, 其化学结构式为:

英文缩写为 TCDD

      二噁英主要来自垃圾焚烧、农药及含氯有机物的高温分解或不完全燃烧。
      含有氯仿、氯甲烷、氯乙烷等低碳氯代烃的有机废气在催化氧化过程中不 会产生二噁英。其理由是:(1)催化氧化的稳定较低,在 400-600℃之间。(2) 催化氧化的机理与直接燃烧(热力)燃烧不同。它是反应物分子(包括氧分子) 被吸附在催化剂的活性中心上得到活化、解离、重组、脱附,主要的过程都在 催化剂表面上完成,受催化剂表面结构控制。(3)低碳氯代烃浓度很低,氧 很丰裕的情况下,C-O、H-O、H-Cl 结合的活性远大于 C-C、C-Cl 的结合。一个 碳,两个碳的小分子,连接成氯代三环芳烃类结构是不大可能的。
       
可能产生二噁英的必须条件:

(1)含高浓度氯代烃,贫氧(氧不足),高温。如垃圾焚烧:垃圾中往 往含有氯的塑料制品;燃烧物的中间易处于贫 O2 层。高浓度、贫 O2是必要条 件。高温裂解属自由基反应机理,C-C 键容易连接起来。(2)如果废物或废气 中含有氯代苯类如:等,浓度比较高,在贫 O2 条件下,不完 全分解,易生成二噁英。 

      从上述二噁英的定义、生成机理、催化氧化反应机理等分析可知,用催化 氧化技术对 VOCs 进行治理,不必担心二噁英的问题。如果催化剂配伍中配置 了分解二噁英的催化剂,废气出口二噁英的达标就更有保证!
 
VOCs废气治理催化燃烧设备,活性炭吸附系统设有共计3个活性炭吸附箱体,其中2个进行吸附,另1个进行在线脱附;吸附饱和后的活性炭经过
催化燃烧设备进行脱附再生;催化燃烧采用在线的方式,即不需要人工进行操作,只需要切换阀门即可实现活性炭吸附器在吸附状态和再生状态的切换;在废气净化系统后端新增一台引风机,来克服净化系统本身压损;当催化燃烧器运行时,循环管路中气流温度超过设计值,补冷风机自动启动注入新风,防止高温引起的贵重金属催化剂失活和脱附热空气温度过高引起的安全问题;当活性炭床温度过高时,氮气系统开启自动往碳床填充氮气,保护碳床安全;通过处理后,废气净化效率>90%.
 
工艺设备设计与选型:

(1)干式过滤器
为防止废气中的漆雾颗粒堵塞吸附填料(活性炭)从而影响其对有机物的吸附性能,须确保吸附处理系统的气源干净无尘。在进入活性炭吸附浓缩装置前必须对其进行深度的除尘预处理,以确保粉尘除尘效率达到99%以上。干式除尘器采用两级净化,一级中效,一级高效。两级干式过滤工艺,一级中效Z85,二级中效G95。

(2) 活性炭吸附箱
活性炭吸附箱是实现该喷漆废气达标排放的关键设备,选择性能优良的活性炭和设计合理的活性炭吸附装置尺寸至关重要。在本设备中采用新型模块化蜂窝状活性炭吸附材料,具有耐水的能力,其与粒(棒)状活性炭相比具有优势的热力学性能、低阻低耗、高吸附率等,极适用于大风量下使用,拥有优良的吸附性能,其结构为多孔蜂窝状,具有孔隙结构发达,比表面积大,流体阻力小等优点,该产品特别适用于大风量,低浓度工厂有机废气净化治理,如工厂的二甲苯、醋酸丁酯等有毒有害废气治理。

(3) 催化燃烧脱附吸附床


催化燃烧活性炭再生方法是:

     将脱附设备中的有机气体源通过引风机作用送入催化燃烧再生装置,首先通过除尘阻火器系统,然后进入换热器,再送入到加热室,通过加热装置,使气体达到燃烧反应温度,再通过催化床的作用,使有机气体分解成二氧化碳和水,高温洁净气体再进入换热器与低温脱附气体进行热交换,使脱附气体温度升高达到反应温度。脱附气体经过催化燃烧后去除率达到97%以上。
催化燃烧核心设备由换热器、催化床、电加热元件、阻火阻尘器和防爆装置等组成,阻火除尘器位于进气管道上,防爆装置设在主机的顶部。

(4) 阻火器
阻火器是阻止传播火焰(爆燃或爆轰)通过的装置,由阻火芯、阻火器外壳及附件构成,是阻止易燃气体火焰蔓延的安全装置。
燃烧所需要的必要条件之一就是要达到一定的温度,即着火点。低于着火点,燃烧就会停止。依照这一原理,只要将燃烧物质的温度降到其着火点以下,就可以阻止火焰的蔓延。当火焰通过阻火元件的许多细小通道之后将变成若干细小的火焰。设计阻火器内部的阻火元件时,则尽可能扩大细小火焰和通道壁的接触面积,强化传热,使火焰温度降到着火点以下,从而阻止火焰蔓延。

(5)系统风机
引风机提供净化系统正常运行的动力,是必不可少的设备之一。通常风机采用后置式布置,风机后置式布置可以减少污染物质对风机腐蚀、净化设备在负压操作下布风均匀、废气无泄漏等优点。进风阀门采用法兰连接,相互之间具有足够的距离,便于阀门之间的管道安装及设备的维修和装拆。风机与进风管采用由补偿器柔性连接,以避免风机的正常震动影响风管及相关设备。

(6) 控制系统



电控是整个设备的中心枢纽,根据本项目中生产废气的特点,采用手动/自动控制,保证各设备的正常自动运行,同时对各动力点起保护、控制作用:

1)系统运行时采用PLC程序全自动控制,且具有记忆功能,当系统停运后再启动时可根据上次的运行状态自动选择运行模式;
2)自动运行时具有连锁功能;
3)系统具有自我诊断功能,运行时出现的异常情况可报警及自动停机; 4)根据工艺要求改变控制参数;
5)自动运行时可根据工艺条件退出运行。
本设计电气自动控制系统是以西门子或三菱PLC为核心,以人机界面(HMI)为监视和操作中心;并配置适当的指示灯和控制按钮为辅助。增加活性炭吸附+脱附再生+催化燃烧(RCCO)的组合处理工艺,能高效稳定的处理废气。
活性炭2年更换一次,催化剂4年更换一次。
 
 
2. RTO 技术在处理含氯废气时,会产生二噁英 
       RTO 技术在处理含氯废气时会产生二噁英。如果要消除处理后废气中的二噁 英,需要在二燃室将废气加热到>1100℃,停留时间>2s,然后采用急冷技术, 将废气温度从 600℃迅速降温至 150℃以下,这个时间不能超过 2s,从而破坏二 恶英再度生成的温度区间,消除二噁英。
 
四、RCO 技术投资低
       处理同样规模的有机废气,设备配置水平相同,应用RCO 技术投资低于应 用RTO技术的投资,一般为RTO技术投资的80%。有人认为,RCO技术相比RTO技术,多了价格高昂的催化剂,为什么反而投 资低?原因如下:

1)RCO反应停留时间比RTO短得多,约为1/5;
2)RTO需配备脱硝设施; 
3)针对含氯废气,RTO需增加急冷装置; 
4)RTO需配备燃料储运设施; 
5)RTO需配备备用电源; 
6)RTO设备需采用耐高温的材料;
7)针对含氯废气,RTO需解决高温氯腐蚀问题,会大幅度增加设备投资。 
 
五、RCO 技术运行费用低 
RCO因为反应温度低,与外界热量交换比较少,热损失小,需要补充的外加 热源相应就比较小,因此运行费用低。 
 
综上所述,RTO 技术存在的问题是严重的二次污染,同时存在投资大、运行 费用高、风险高等问题。2019 年 7 月 1 日实施的《制药工业大气污染物排放标准》(GB 37823—2019)、 《涂料、油墨及胶粘剂工业大气污染物排放标准》(GB 37824-2019)、《挥发 性有机物无组织排放控制标准》(GB37822-2019)等,均正式提出了高温产生氮 氧化物的问题、含氯废气产生二噁英的问题等。 
 
上述标准的正式实施,极大地限制了 RTO 的应用范围,RCO 技术的优势得 以凸显。相信随着整个社会对废气治理的关注、认知的提高,RCO 将会在越来越 多的废气治理领域发挥作用。
 

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