王希佳
（呼伦贝尔金新化工有限公司，内蒙古 呼伦贝尔021506）
［摘 要］呼伦贝尔金新化工有限公司500 kt/a合成氨装置低温甲醇洗（采用鲁奇十三塔流程）尾气符合《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—1996）要求，原设计直接送100 m烟囱排放。近年来环保要求日益提高，低温甲醇洗尾气VOCs需控制在100 mg/m3以内，为实现达标排放，经调研考察、分析与论证，于2019年6月立项、2021年11月建成投产1套低温甲醇洗尾气VOCs治理装置，尾气通过高温蓄热式焚烧炉(RTO炉)高温氧化分解后经65 m烟囱排放，收到了较好的治理效果。简介VOCs治理装置工艺流程及工作原理，对RTO炉温度控制、可燃气含量、开车初期点火操作、人为操作等主要安全风险因素进行分析与探讨，并总结RTO炉的安全运行要点。
［关键词］低温甲醇洗尾气；VOCs治理装置；高温蓄热式焚烧炉；安全风险因素；安全运行要点
［中图分类号］X701.7 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）04-0024-04
0 引 言
随着国家对环境保护的日益重视，工业领域废气废液固废排放管控日趋严格。目前，化工装置挥发性有机物（VOCs）通过活性炭吸附等传统处理方式已不能满足日益提高的环保要求，冷凝法、焚烧法［如CO（低温催化燃烧法）、RCO（低温蓄热式催化燃烧法）、TO（直接焚烧法）、RTO（高温蓄热式焚烧法）］等应运而生。其中，高温蓄热式焚烧炉（简称RTO炉）采用先进的换热技术和新型蜂窝耐高温陶瓷蓄热材料，其高效、先进的换热体系保证了VOCs在高温下的氧化分解，VOCs净化率可达99.5%以上。近年来，RTO炉在化工企业尤其是大中型化工企业中广泛应用。随着VOCs处理装置的增多，在改善环境的同时，如何保证广泛应用的RTO炉的安全、稳定、优质运行，成为业内关注的重点。
呼伦贝尔金新化工有限公司（简称金新化工）500 kt/a合成氨装置采用Shell粉煤加压气化、耐硫变换、鲁奇低温甲醇洗（采用鲁奇十三塔流程，含脱硫脱碳塔、中压闪蒸塔、CO2闪蒸塔、H2S再吸收塔、热闪蒸塔、热再生塔、尾气洗涤塔、CO2产品洗涤塔、酸性气体洗涤塔、预洗甲醇闪蒸塔、石脑油汽提塔、甲醇水分离塔、脱氨塔）、卡萨利低压氨合成工艺等，于2012年7月投产，整体运行情况较好；其中，低温甲醇洗（系统）尾气直接送100 m烟囱排放，尾气中非甲烷总烃约200 mg/m3、NOx约100 mg/m3、甲醇≤50 mg/m3、SO2≤30 mg/m3，符合《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—1996）要求。近年来，环保要求日益提高，低温甲醇洗尾气需达到超低排放要求，当前金新化工低温甲醇洗尾气中NOx、SO2含量可满足相关要求且通过改造还可进一步降低［《恶臭污染物排放标准》（GB 14554—2018）要求硫化物排放量≤14 kg/h（100 m烟囱）］；依据《石油化学工业污染物排放标准》（GB 31571—2015）、GB 14554—2018、GB 16297—1996的相关要求，要实现达标排放，低温甲醇洗尾气需控制VOCs含量在100 mg/m3以内。经调研考察、分析与论证，金新化工于2019年6月立项、2021年11月建成投产了1套低温甲醇洗尾气VOCs治理装置——尾气通过RTO炉高温氧化分解（达标后通过65 m烟囱排放），收到了较好的治理效果。以下对有关情况作一简介。
1 VOCs治理装置工艺流程及工作原理
金新化工低温甲醇洗系统尾气洗涤塔（T04172）出口尾气与CO2产品洗涤塔（T04174）出口未利用的CO2放空气（下游800 kt/a尿素装置不能全部消纳）混合后，设计压力6 kPa、温度15 ℃、流量（FI041101）70 000 m3/h（标态，下同）的混合尾气送入气液分离器（S041101）中，在S041101顶部加入一股稀释空气［稀释空气流量66 000 m3/h、压力8 kPa，由稀释风机（B041101A/B）吸入新鲜空气提供］增加废气中的氧含量；S041101冷凝下来的液体送至集液器（Z041101）中，废液通过废液输送泵（P041101）送回尾气洗涤塔（T04172）中，S041101气相则通过废气输送管道送至RTO炉中（废气输送管道至RTO炉之间设有阻火器）。混合尾气在温度大致设定在850～900 ℃的RTO炉（F041101）内进行高温氧化分解，炉温可通过燃烧器予以调整，净化后的尾气（非甲烷总烃≤80 mg/m3、NOx≤45 mg/m3、甲醇≤35 mg/m3）经65 m烟囱（X041101）排入大气。
低温甲醇洗尾气与未被利用的CO2产品气混合后进入蓄热式氧化炉（RTO炉），通过炉内的高温蓄热体将热量传递给废气，加热后的废气上升至RTO炉燃烧室中，混合尾气中的烃类物、CH3OH、HCN、H2S、H2、CO等发生氧化反应（燃烧）生成H2O与CO2。RTO炉的主体结构包括燃烧室、蓄热室以及切换阀，3个蓄热室与顶部的1个燃烧室相连通，燃烧室中设有了2台燃烧器，液氮洗系统送出的富甲烷气作为燃烧器的燃料；蓄热室内安装了耐高温陶瓷，燃烧室内壁使用耐高温纤维模块保温，3个蓄热室同时工作，每个蓄热室依次经历加热—放热—吹扫过程，由顺控循环控制系统控制。RTO炉开车阶段，3个蓄热室需用燃烧器将蓄热体和燃烧室预热，待蓄热体和燃烧室温度达到废气反应温度后再通入低温甲醇洗系统送来的混合尾气；冷态废气通入1#蓄热室，1#蓄热室处于被冷却状态、废气处于预热阶段，而2#蓄热室处于被反应后烟气加热的阶段，3#蓄热室则处于吹扫状态（通过稀释风机将室内残留的未反应尾气重新抽送至稀释风机入口并再次进入RTO炉内）。
2 RTO炉运行主要安全风险因素
2.1 RTO炉温度控制
金新化工低温甲醇洗尾气VOCs治理装置运行过程中，RTO炉的温度变化会直接影响净化后的尾气(烟气)指标——RTO炉燃烧室温度为750 ℃、800 ℃、850 ℃、900 ℃、950 ℃时，烟气中非甲烷总烃含量分别为150.0 mg/m3、102.0 mg/m3、5.3～2.0 mg/m3、4.9～2.0 mg/m3、5.0～1.0 mg/m3，烟气中甲醇含量分别为85.5 mg/m3、75.2～48.6 mg/m3、20.0～10.0 mg/m3、12.7～0 mg/m3、9.1～0 mg/m3。可以看到：RTO炉燃烧室温度在800 ℃以下时，VOCs不能得到有效氧化分解，烟气中的非甲烷总烃与甲醇含量均超标；RTO炉燃烧室温度超过900 ℃后，烟气中的非甲烷总烃与甲醇含量微乎其微，但会消耗大量燃料气。因此，尾气在RTO炉反应的最佳温度为850～900 ℃。
更多内容详见《中氮肥》2024年第4期