处理工业VOCs废气的分解工艺选择

随着该国加大控制空气污染的力度，工业VOC的废气污染已从根本上改变了. 根据废气处理设备运行的稳定性，处理效果的可靠性，废气种类的广泛适应性，过程安全性等要求，地方政府发布的大多数VOCs处理政策指南基本上都是三个过程，它们的吸附，吸收和热分解的组合过程.

1热分解过程的简要说明

热分解过程通常分为四种: 直接燃烧（TO），再生燃烧（RTO），催化燃烧（CO）和再生催化燃烧（RCO），它们只是燃烧和热的两种不同组合交换方式. 主要用于吸附浓缩气体的处理，也可用于废气浓度> 3.5g /m³的中，高浓度废气的直接处理.

TO是将高浓度废气送入燃烧室进行直接燃烧（燃烧室通常具有较长的明火）. 废气中的有机物在750°C以上燃烧，生成二氧化碳和水. 高温燃烧气体通过换热器与新废气间接连接. 换热后，换热效率一般≤60％，运行成本高. 仅在可以有效利用废热或产生副产物气体的少数公司中使用.

RTO的燃烧方法与TO的燃烧方法相同，不同之处在于将热交换器换成再生陶瓷. 高温燃烧气体和新废气交替进入再生陶瓷中进行直接热交换. 可以将热利用率提高到90％以上，并且概念得到了提高. 运营成本相对较低，这是目前该国主要的废气处理工艺.

CO是一种贵金属催化剂，可降低废气中有机物与O2反应的活化能，使有机物在250〜350℃的低温下可被完全氧化形成CO2和H2O. ，这是无焰燃烧，高温氧化气体通过热交换器和新的废气经过间接热交换后被排出. 热利用率一般≤75％. 通常用于处理被吸附剂再生和解吸的高浓度废气.

RCO燃烧方法与CO相同，热交换方法与RTO相同. 由于投资可与RTO相提并论，因此可处理的废气类型受催化剂的影响较小，且比RTO少，因此很少有公司使用RCO工艺. RTO和CO用于热分解的应用实例很多. 如果用它来处理吸附和解吸的浓缩气体，两者之间的差异并不大. 但是，如果直接处理中，高浓度废气，会有很大的不同，这需要公司认真对待.

常见的RTO和CO工厂流程如图1，图2所示

2. RTO和CO在中高浓度废气处理中的异同现在是适用的废气类型，废气浓度，废气流量，辅助能源，仪器自动控制，安全风险，环保风险，功率负载，主要设备投资，运营成本比较等方面.

2.1适用的废气类型

两种方法均可用于处理有机废气，例如烷烃，芳烃，酮，醇，酯，醚和某些含氮化合物. 含硫的磷基废气会毒化催化剂，不适合用CO处理. 如果忽略燃烧含硫的磷基废气时设备和仪器的少量腐蚀，可以限制使用RTO处理. 由于处理温度均<1150°C，因此两种方法都不能用于处理含卤代烃的废气，以避免产生二恶英. 硅烷类废气的一部分不能使用RTO和CO，因为燃烧后产生的固体粉尘会阻塞催化剂或再生陶瓷或转换阀的密封面. 应预先过滤掉含有油漆雾和灰尘的废气，以免切换阀未关紧且蓄热体被堵塞. RTO的预处理应至少过滤到F6级；并且在CO处理废气的主流通道上没有切换阀，可以使用. 该方法使废气高流速的粉尘难以积聚，并定期加热和回火整个系统以剥离和分解灰尘，因此仅需将CO的预处理过滤到G4级. 另外，因为包含容易自聚合的有机物质（例如丁二烯，丙烯酸酯等）的废气会影响切换阀的有效开闭，并且还可能在低温下沉积在蓄热体上在废气处，使用RTO进行处理. 这种废气会存在安全隐患，而CO不会受到影响.

2.2废气浓度

由于温度升高将降低较低的爆炸性有机物浓度，因此通常有必要将废气入口浓度控制在<25％LEL. 常见的爆炸下限和有机物的25％LEL见表1.

表1常见有机物质的浓度较低且LEL仅为25％

表1常见有机物质的浓度较低且LEL仅为25％

降低浓度/ 25LEL /

降低浓度/ 25％LEL /

乙酸乙酯

有机物的氧化分解将释放大量热量，使废气温度升高. 计算表2所示的常见废气有机物的绝热温升1000 mg /m³.

表2燃烧绝热温升1000mg / m3常见有机物

乙酸乙酯

以室温20°C下甲苯废气的CO处理为例. 为了避免催化氧化处理后的废气“白烟”和冷凝水汽对设备的腐蚀，通常将废气温度定为> 105°C. 常温废气进出设备后的上升应大于100℃. 如果催化燃烧的初始温度为250°C，催化氧化后的废气温度为350°C，则当相应的废气初始浓度约为3130mg /m³时，无需额外能量即可保持系统热平衡. . 如果将废气浓度进一步提高到25％LEL，则氧化后的废气温度可达到587°C. 此时，催化剂容易丢失，设备材料需要耐热钢，因此除非加热催化剂层之间装有换热管系统以及时除热，否则CO处理甲苯废气的最佳浓度为3130〜9390mg /m³. 如果废气的浓度太高，则可以稀释空气，并且稀释阀与氧化气体的温度有关. 如果废气的入口浓度为2130〜3130mg /m³，则进入催化剂层的废气温度可以升高到催化点火温度250℃. 如果废气浓度小于2130mg /m³，则可以将其吸附浓缩，然后用CO进行处理，以处理脱附的浓缩气体；如果废气的初始温度很高，例如，许多烤箱废气的温度为80℃，则此时CO可以处理的废气浓度可以相应地降低到1560mg /m³.

同样，RTO以20°C的温度处理甲苯废气为例. 由于RTO燃烧器需要长时间燃烧的火焰来点燃废气，因此1.672×106kJ长时间燃烧的火焰消耗约5m³/ h的天然气以提供部分热源，因此系统保持热量的废气入口浓度平衡可低至1700〜2000mg /m³. 如果将RTO设备设计为从燃烧室中抽取一部分高温气体，然后返回燃烧室以避免燃烧温度> 1000℃，则RTO废气的最大浓度可以提高到25％LEL.

2.3排气流量

通常，单台RTO处理的废气流量为8000至50000m³/ h，当处理流量小于5000m³/ h时，RTO设备的投资成本比不合算. ，当处理废气的流量大于50000m³/ h时，很容易引起偏流和局部过热. 这种现象影响了废气的分解效率. 单套CO处理的废气流量为1000〜20000m³/ h. 如果增加废气流量，则难以高效热交换器的设计，催化剂层也将具有明显的局部流动局部过热现象，影响废气的分解效率.

2.4辅助能量

RTO的燃烧室需要长时间的明火. 另外，由于设备的重量和长的预热时间，通常将液化气，天然气，轻柴油等用作辅助能源. 不建议电加热.

CO还可以使用液化气，天然气，轻柴油等作为辅助能源. 由于设备的重量比RTO轻50％，为避免增加需要调节的危险源，建议使用电加热（前提是废气浓度> 3500mg /m³）. 处理废气流量为15000m³/ h的CO装置的电加热系统仅为180kW，预热时间≤1.5h.

2.5仪器自动控制

从流程图中可以看出，除气体系统外，RTO还需要大量的压力和温度检测和切换阀，并对阀，仪表，自动控制等有更高的要求；而主流的CO排气管道没有阀门，只有一条温度链，对自动控制的要求较低.

2.6安全风险

RTO和CO都非常适合处理有机物浓度，类型和流速稳定的管道废气，例如涂料，印刷，皮革制造，化纤，注塑等，尤其是干燥废气气体随温度升高. 将温度设置为<45°C，但是如果使用RTO或CO，则可以充分利用其自身的余热，从而大大降低了废气处理成本和整个装配线的总能耗. 但是，当一些环境保护公司在储运和公司中使用RTO进行废气处理时，会发生许多爆炸事故. 爆炸基本上是设备着火时废气源系统的回火. 主要原因如下:

1）RTO系统在设备初次运行时运行平稳，但是在运行1至2年后，某些仪器和控制阀将发生故障或突然断电，仪器气体故障等，导致系统安全自动控制设计失败工业吸附器，系统超温爆炸. 实际上，大多数所有者没有仪器自动控制的维修人员，很难及时预测和更换仪器阀门. 例如，排气入口浓度需要控制在<25％LEL. 如果使用气相色谱检测器，则仪器采样和检测的结果加上自动控制阀的响应时间> 30分钟将失去安全控制的意义，因此通常使用更敏感的光离子类型可燃检测器（选择2 3）中，每六个月需要对检测器进行一次检查，但是如果废气中含有水蒸气，灰尘等，则会大大缩短检测头的使用寿命，并且仪器会突然发生故障.

2）尽管RTO系统采用了一系列安全设计，例如排气收集预处理系统的防静电，排气入口浓度和稀释阀联锁，排气预混缓冲罐，排气风扇和负压互锁，以及废水预处理洗涤等，但是极有可能发生事故性气体或某些高浓度废气的紧急排放，使废气浓度增加数倍的事件，处理10000m³/ h废气流量的RTO设备具有最大的缓冲罐容积. 同样小于或等于20m³，在缓冲罐中的转化停留时间小于8s. 如果缓冲时间太短，则设备的阀门切换时间太晚，并且排气主管和预处理系统会产生回火. 这是由RTO在明火操作中的性质决定的，不能根除.

CO是无焰氧化，加上热交换器和其他金属结构的隔离，即回火后的废气源不能达到着火点； CO过程管线上没有阀门切换，也没有仪器故障的安全风险.

2.7环境风险

RTO要求废气的源气量和浓度稳定，并且设计操作负荷灵活，因此仅适用于连续且稳定的管道废气. 如果车主有间歇性的短期高浓度废气，由于安全浓度的下限会经常发生. 在进入设备之前将其部分清空，这会带来环境风险. RTO设备设备复杂，部件众多，容易发生设备故障和废气事故. CO需要稳定的废气流，可以接受间歇的短期高浓度废气. CO设备具有简单的设备，很少的组件和很少的设备故障. 另外，在RTO燃烧室中有死角，废气的综合处理效率为95％〜97％，CO废气均匀地通过催化剂层，处理效率＞ 99％. 因此，与RTO相比，CO更容易实现环境保护，尤其是新的环境标准甲苯基废气. 将40mg /m³的排放标准降低到10mg /m³后，RTO容易发生环境排放不达标的事故. 标准. 高温RTO会产生NOx，但由于处理温度低，CO不会产生NOx. 尽管国家尚未规定有机废气装置的氮氧化物，但从锅炉废气处理的发展历史来看，处理气体量为10000m³/ h的废气装置提出了监管要求.

2.8功率负载

RTO经过精密过滤，二次蓄热陶瓷总厚度约为2m，装置的电阻至少为3500〜4000Pa；一氧化碳只需要通过简单的过滤，两次通过管式换热器，总厚度为0.4m催化剂层，装置阻力小于2500Pa，相同的10000m³/ h处理气量，RTO风机电机需要22kW，CO风机电机仅需要18.5kW，处理风量越大，风扇功率的差异就越大. 每减少1千瓦的电机功率，每年可减少3000元的电费.

2.9主要设备投资

不包括所有者要求的RTO设备在废气预处理系统中的投资（通常由所有者承担）工业吸附器，10,000m³/ h气体处理RTO主设备的投资成本约为100万，CO主要设备投资约为60万.

2.10运行成本

以10000m³/ h处理后的气体为例，RTO必须至少确保长期燃烧气体的基本消耗，CO只需要废气中的能量. RTO的耗电量比CO高5千瓦时； 5年1次变更，其次要废物必须为危险废物处理后，每2年更换750kg的一氧化碳催化剂，并将失活的催化剂送回工厂进行回收.

3结论

从废气应用类型，废气浓度，废气流量，辅助能源，仪器自动控制，安全风险，环保风险，电力负荷，主要设备投资等方面分析RTO和CO的异同和运营成本，以期为企业提供选择VOC废气处理装置的参考.

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