周 麗

(中國石化海南煉油化工有限公司，海南洋浦 578101)

0 前言

煉化企業(yè)污水處理場的廢氣及惡臭是廠區(qū)重要異味污染源之一，可對企業(yè)周邊居民及大氣環(huán)境造成較大影響[1]。污水場高濃度廢氣主要來自隔油、浮選等預處理設(shè)施，具有污染物濃度高、毒性強、波動大等特點[2,3]。

GB31570-2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》對石化企業(yè)污水處理場廢氣提出了嚴格的排放要求，其中規(guī)定：非甲烷總烴≤120 mg/m3，苯≤4 mg/m3，甲苯≤15 mg/m3，二甲苯≤20 mg/m3，乙苯≤100 mg/m3。污染物排放標準的日益嚴格，給企業(yè)的環(huán)保管理工作帶來了很大的壓力。因此，煉化企業(yè)污水處理場廢氣的達標治理顯得十分緊迫，針對該類廢氣治理技術(shù)也成為環(huán)保領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容之一[4,5]。

近年來，隨著廢氣治理技術(shù)的發(fā)展，治理工藝逐步趨向于分類治理(按濃度高低)、清潔治理(破壞法居多)方向發(fā)展[1,2]。某煉化企業(yè)污水處理場原設(shè)計廢氣治理工藝為堿洗+吸附[6]，目前已不能滿足日趨嚴格的要求?，F(xiàn)將污水處理場廢氣按照高低濃度分類后，分別進行治理，效果顯著。其中，預處理部分產(chǎn)生的高濃度廢氣，采用“洗滌-脫硫及總烴濃度均化-催化氧化”處理技術(shù)，主體設(shè)備是集加熱-換熱-催化氧化的組合反應(yīng)器，高效且低能耗，處理后的廢氣各指標符合國家排放標準，有效解決了煉化污水處理場廢氣及惡臭問題。

1 廢氣處理工藝概況

某煉化企業(yè)污水處理場的高濃度有機廢氣排放源及廢氣量見表1。

由表1可推算，廢氣量處理規(guī)模為5 000 m3/h，操作彈性范圍為30%～110%。廢氣中非甲烷總烴濃度按照1 000～6 000 mg/m3，硫化氫濃度按照50 mg/m3，有機硫化物濃度按照30 mg/m3考慮。

表1 廢氣排放源及廢氣量 m3/h

考慮到污水場高濃廢氣的硫化物含量較高，易造成催化劑中毒，因此在原有“脫硫及總烴濃度均化-催化氧化”處理技術(shù)工藝的基礎(chǔ)上，進行了改進和優(yōu)化，增加了堿洗塔強化脫硫設(shè)施，開發(fā)了“洗滌-脫硫及總烴濃度均化-催化氧化”處理技術(shù)，預先脫除廢氣中的硫化物，降低脫硫劑總烴均化罐的負荷，并提高了催化氧化裝置的設(shè)計硫濃度，以保證裝置設(shè)備的長周期運轉(zhuǎn)達標。

該處理裝置主要包括阻火器、堿洗塔、脫硫及總烴濃度均化罐、風機、過濾器、組合反應(yīng)器和排氣筒等設(shè)備，以及流量、壓力、溫度等檢測控制手段、廢氣切換閥組/可燃氣體報警器等安全控制手段等。整個裝置采用DCS操作系統(tǒng)來控制。

廢氣由催化風機從封閉好的各廢氣引出點引出，由管路輸送，經(jīng)阻火器進入堿洗塔脫除廢氣中絕大部分硫化物，之后進入脫硫及總烴濃度均化罐，利用脫硫及總烴濃度均化劑進一步脫除廢氣中的硫化物，并完成廢氣濃度的均化，使廢氣中非甲烷總烴濃度維持在較穩(wěn)定的水平，同時，分離出廢氣中的凝結(jié)水；經(jīng)過過濾器除去混合氣體中粒徑≥20 μm的粉塵后，廢氣進入換熱-加熱-催化氧化反應(yīng)單元，廢氣中的有機物在適宜的溫度和催化氧化催化劑的作用下(反應(yīng)器入口氣體溫度250～400 ℃，空速10 000～40 000 h-1)，與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，生成H2O和CO2，并釋放出大量的反應(yīng)熱，完成催化氧化反應(yīng)。處理后的氣體攜帶熱量，進入換熱器與進入催化氧化反應(yīng)器前的廢氣進行充分換熱。最后，處理后的達標廢氣通過排氣筒排放到大氣中。通常情況下，加熱器是關(guān)閉的，廢氣燃燒放出的熱量可維持系統(tǒng)自身的平穩(wěn)運行，不需要提供外部能源。只有在啟動階段或當廢氣中有機物濃度很低時，才需要啟動電加熱器補充熱量。

廢氣中含有的較高濃度H2S為催化劑毒性物質(zhì)，需在廢氣進入催化氧化反應(yīng)器前除去。裝置設(shè)有堿洗塔，循環(huán)吸收液采用50%NaOH溶液由吸收液循環(huán)泵輸送至堿洗塔上部，與由下而上的含H2S廢氣在填料段逆流接觸，廢氣中的H2S與NaOH溶液反應(yīng)而除去，吸收液自流進入堿洗塔吸收液儲罐，產(chǎn)生的堿渣排出裝置。

廢氣處理催化氧化裝置工藝流程見圖1。

圖1 廢氣處理催化氧化裝置工藝流程

2 污水處理場廢氣凈化效果評價

在整套工藝流程中，催化氧化是核心單元，決定廢氣凈化效果。某石化企業(yè)污水處理場的廢氣(主要為VOCs)治理裝置建成投用后，在裝置運行過程中對處理后的氣體進行多次采樣分析，得到反應(yīng)器進出口非甲烷總烴及苯、甲苯、二甲苯的結(jié)果如圖2、圖3所示，其中組合反應(yīng)器處理的氣體流量約為2 000 m3/h，反應(yīng)器入口溫度350～450 ℃。

圖2 催化反應(yīng)器進出口非甲烷總烴濃度對比

由圖2可以明顯看出，處理前催化器反應(yīng)器進口非甲烷總烴濃度均在950 mg/m3以上，經(jīng)催化氧化工藝處理后，所排放凈化氣非甲烷總烴(NMHC)的濃度均小于20 mg/m3，濃度遠低于GB31570-2015限值要求，去除率高達97%以上，凈化效果明顯。

如表2((L)表示污染物的檢出下限)所示，處理之前，苯、甲苯、二甲苯濃度值均在10 mg/m3以上，濃度較高，處理后濃度均在0.05 mg/m3以下，凈化效果接近100%。

表2 廢氣處理裝置長周期運行非甲烷總烴及“三苯”數(shù)據(jù)結(jié)果 mg/m3

污水處理場散發(fā)的硫化氫及有機硫化物一方面會影響周邊環(huán)境空氣，另一方面會使催化劑中毒，影響催化氧化處理裝置的長周期運行，因此處理裝置設(shè)置了洗滌-脫硫用于硫化物的去除。分別在不同日期采集3個樣品對洗滌脫硫進口與脫硫均化出口廢氣中硫化氫及硫化物含量進行實驗室標準方法分析，其濃度對比如圖3所示，去除率如圖4所示。

圖3 洗滌脫硫進口與脫硫均化出口硫化物濃度對比

圖4 硫化氫及硫化物的去除率

從圖3、圖4可以明顯看出，工藝過程中廢氣與堿液充分接觸，硫化物含量大幅度降低。硫化氫和有機硫的去除率均高于80%，凈化后的氣體中硫化物的濃度均低于0.05 mg/m3，有效消除了污水處理場惡臭污染。

3 安全及能耗分析

3.1 安全性分析

廢氣處理工藝裝置中具有流量、壓力、溫度等檢測控制手段、廢氣切換閥組/可燃氣體報警器等安全控制手段等。一般催化氧化裝置需要控制進入催化反應(yīng)器的VOCs濃度在爆炸下限的25%以下，以保證裝置的安全運行。當進入裝置的濃度超標時，裝置會自動吸入空氣進行稀釋，當吸入的空氣量無法對濃度進行調(diào)節(jié)時，裝置則會自動聯(lián)鎖停車?？扇細怏w報警器設(shè)置在脫硫均化罐的進口，用于在線監(jiān)測廢氣的濃度。當廢氣的濃度超過設(shè)定值時，裝置發(fā)出聲光報警，提醒操作人員注意。整個裝置采用DCS操作系統(tǒng)來控制，集中監(jiān)控溫度、壓力、流量等參數(shù)，可報警聯(lián)鎖，操作人員可根據(jù)系統(tǒng)界面掌控信息并修改調(diào)整。

3.2 能耗分析

污水處理場的廢氣裝置能耗主要是循環(huán)泵、風機和加熱器的電耗。裝置正常工作時，廢氣燃燒放熱可滿足整個系統(tǒng)的熱量平衡，不需要運行加熱器。該裝置的耗電量在20～30 kW，風機是主要的耗電設(shè)備。

4 結(jié)論

a) 針對污水處理場隔油池、浮油池、污水罐等排放的廢氣，應(yīng)用改進及優(yōu)化后的新技術(shù)“洗滌-脫硫及總烴濃度均化-催化氧化”，有效消除了惡臭污染。凈化后的氣體非甲烷總烴濃度< 20 mg/m3，苯、甲苯、二甲苯及硫化物均未檢出，凈化效果顯著，結(jié)果滿足國家規(guī)定排放標準。

b) “洗滌-脫硫及總烴濃度均化-催化氧化”工藝技術(shù)由“洗滌-脫硫”和“總烴濃度均化-催化氧化”兩個運行模塊構(gòu)成，可充分去除硫化氫及其他有機硫化物，消除惡臭，且“加熱-換熱-催化氧化”組合反應(yīng)器可高效節(jié)能凈化廢氣。