01 熱分解(jie)工藝簡述

熱分(fen)解工藝一般分(fen)為(wei)直燃(ran)(TO)、蓄熱燃(ran)燒(shao)(shao)(RTO)、催化(hua)燃(ran)燒(shao)(shao)(CO)、蓄熱催化(hua)燃(ran)燒(shao)(shao)(RCO)4種，只是燃(ran)燒(shao)(shao)方式(shi)和換熱方式(shi)的兩(liang)兩(liang)不同組合，主要可(ke)以(yi)用于處理(li)(li)吸附濃(nong)縮氣，也可(ke)以(yi)用于直接處理(li)(li)廢氣濃(nong)度(du)＞3.5g/m3的中高濃(nong)度(du)廢氣。

1）TO是將高(gao)(gao)濃(nong)廢氣送入燃燒(shao)室(shi)直接(jie)燃燒(shao)(燃燒(shao)室(shi)內(nei)一般(ban)有一股(gu)長明火(huo))，廢氣中有機(ji)物在750℃以上燃燒(shao)生成CO2和水，高(gao)(gao)溫燃燒(shao)氣通(tong)過換熱器與新(xin)進廢氣間接(jie)換熱后排(pai)掉，換熱效率一般(ban)≤60%導致運行成本很高(gao)(gao)，只在少數(shu)能有效利用排(pai)放余熱或(huo)有副產(chan)燃氣的(de)企業中應用。

2）RTO的燃燒方式與TO相同(tong)，只是將換(huan)熱(re)(re)器改為蓄熱(re)(re)陶瓷，高(gao)溫(wen)燃燒氣與新進廢(fei)氣交替進入蓄熱(re)(re)陶瓷直接換(huan)熱(re)(re)，熱(re)(re)量利用率可(ke)提高(gao)到90%以上，理(li)念先(xian)進，運行成本較低(di)，是目前國家主推的廢(fei)氣治理(li)工(gong)藝。

3）CO是采用(yong)(yong)貴(gui)重(zhong)金屬催(cui)化(hua)劑降(jiang)低廢(fei)(fei)氣中有機物(wu)與O2的反應活化(hua)能，使得有機物(wu)可以在250～350℃較低的溫度(du)就能充分氧化(hua)生成CO2和H2O，屬無焰燃(ran)燒，高(gao)溫氧化(hua)氣通(tong)過換(huan)熱器與新進廢(fei)(fei)氣間接換(huan)熱后排掉，熱量(liang)利用(yong)(yong)率一般≤75%，常用(yong)(yong)于處理吸附(fu)劑再生脫附(fu)出來的高(gao)濃廢(fei)(fei)氣。

4）RCO燃燒方(fang)式與(yu)CO相同(tong)，換熱方(fang)式與(yu)RTO相同(tong)，由于投(tou)資堪比RTO，能處理的廢氣(qi)(qi)種類(lei)受(shou)催化(hua)劑(ji)影響又比RTO少，所(suo)以(yi)很少企業采用(yong)RCO工藝。熱分解以(yi)RTO和CO的應用(yong)例(li)子(zi)較多，如(ru)果用(yong)于處理吸附脫附的濃(nong)縮氣(qi)(qi)，兩者差別(bie)不大，但若(ruo)直接處理中高濃(nong)度廢氣(qi)(qi)時有很大區(qu)別(bie)，需(xu)要企業認真對(dui)待。

常見的RTO和CO裝置工藝流(liu)程(cheng)如(ru)圖1、圖2。

02 RTO與CO在處(chu)理中(zhong)高濃度(du)廢(fei)氣中(zhong)各方(fang)面的(de)異同

現就(jiu)廢氣適用種類(lei)、廢氣濃度、廢氣流量、輔(fu)助能源、儀表自(zi)控(kong)、安全風險、環保(bao)風險、動力(li)負荷、主設備投資(zi)、運行(xing)成本等(deng)方面進行(xing)比較。

2.1 廢氣適用種(zhong)類

兩(liang)種工藝(yi)都可(ke)以(yi)用(yong)于處(chu)理(li)(li)烷烴(jing)、芳(fang)香烴(jing)、酮、醇、酯、醚、部分含氮化(hua)合物等有機(ji)廢氣。含硫磷類廢氣會(hui)使催化(hua)劑中毒(du)，不(bu)適(shi)合用(yong)CO處(chu)理(li)(li)，而(er)如果(guo)忽略(lve)含硫磷廢氣燃燒時(shi)對設備(bei)儀表的(de)(de)少量腐蝕，可(ke)以(yi)限制性的(de)(de)使用(yong)RTO處(chu)理(li)(li)。

由于處理溫度(du)均＜1150℃，兩種工(gong)藝都不(bu)能(neng)(neng)用于處理含(han)鹵(lu)代烴廢氣以避免產生(sheng)二噁英。部分類似硅(gui)烷類的(de)廢氣因為燃(ran)燒后生(sheng)成(cheng)的(de)固體塵(chen)灰(hui)會(hui)堵塞催化劑或蓄熱陶瓷或切換(huan)閥密封(feng)面，所以RTO和CO都不(bu)能(neng)(neng)使用。

含漆霧(wu)粉(fen)(fen)塵類(lei)廢(fei)氣(qi)(qi)要(yao)預過濾(lv)以避免切換閥關不緊、蓄熱(re)體阻塞等現象，RTO的預處理要(yao)過濾(lv)到(dao)至少(shao)F6級(ji)；而CO處理廢(fei)氣(qi)(qi)主流(liu)通道上無切換閥，加上可以采用讓廢(fei)氣(qi)(qi)流(liu)速較高粉(fen)(fen)塵不易(yi)結存(cun)、定(ding)期給整(zheng)個系(xi)統(tong)升溫回火將(jiang)粉(fen)(fen)塵剝離(li)分解等方法，因此(ci)CO的預處理只需簡單過濾(lv)到(dao)G4級(ji)。

此外(wai)，因(yin)為含易自聚有(you)機(ji)物(如(ru)丁二烯(xi)、丙烯(xi)酸酯(zhi)等)廢(fei)氣(qi)會(hui)影(ying)響到切換閥的有(you)效開閉，同時也可能在位于(yu)廢(fei)氣(qi)進口處的蓄(xu)熱體上低溫沉積，使用(yong)RTO處理(li)該類(lei)廢(fei)氣(qi)時會(hui)有(you)安全(quan)隱患，而CO則不受影(ying)響。

2.2 廢氣濃度

由于溫度的提(ti)高會降低有機(ji)物爆(bao)炸(zha)下(xia)限濃(nong)度，通常要控制廢氣進口濃(nong)度＜25%LEL，常見有機(ji)物的爆(bao)炸(zha)下(xia)限和25%LEL如(ru)表1。

表1常見有機物的爆炸下限(xian)濃度和(he)25%LEL

有機物氧化分解會(hui)放(fang)出大量熱量使得廢(fei)氣(qi)溫升，計算1000mg/m3的常見(jian)廢(fei)氣(qi)有機物絕熱溫升如表2。

以CO處理室(shi)溫20℃的甲(jia)苯廢氣(qi)為(wei)例(li)，為(wei)避(bi)免催(cui)化氧化處理后排放(fang)氣(qi)“白煙”和(he)冷凝濕氣(qi)對設備(bei)的腐蝕等情況(kuang)，排放(fang)氣(qi)溫度一般(ban)取＞105℃，再考慮到換熱(re)效率則常(chang)溫廢氣(qi)進出裝置后的實際(ji)溫升應＞100℃

如(ru)果催(cui)(cui)化(hua)燃燒起始溫(wen)度(du)為250℃，那么廢(fei)(fei)氣催(cui)(cui)化(hua)氧化(hua)后的溫(wen)度(du)為350℃，則對應廢(fei)(fei)氣初(chu)始濃(nong)度(du)約為3130mg/m3時(shi)(shi)可(ke)維(wei)持系統(tong)熱量(liang)平衡而不用(yong)額(e)外能源。若廢(fei)(fei)氣濃(nong)度(du)進一步(bu)升高(gao)到(dao)25%LEL，廢(fei)(fei)氣氧化(hua)后溫(wen)度(du)可(ke)達587℃，此(ci)(ci)時(shi)(shi)催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)易流失且設備(bei)材質要求耐熱鋼，因此(ci)(ci)除非在催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)層間(jian)安裝換熱管系統(tong)及時(shi)(shi)移走熱量(liang)，否則CO處理(li)甲(jia)苯廢(fei)(fei)氣最佳濃(nong)度(du)為3130～9390mg/m3。

廢(fei)(fei)(fei)氣(qi)如果(guo)進(jin)口(kou)(kou)濃(nong)度(du)(du)過高，可(ke)進(jin)風稀析，稀析閥與氧(yang)化氣(qi)溫(wen)(wen)度(du)(du)連鎖；廢(fei)(fei)(fei)氣(qi)進(jin)口(kou)(kou)濃(nong)度(du)(du)如果(guo)為2130～3130mg/m3，可(ke)用電或(huo)燃氣(qi)提(ti)升廢(fei)(fei)(fei)氣(qi)進(jin)催化劑層的溫(wen)(wen)度(du)(du)達到(dao)催化起燃溫(wen)(wen)度(du)(du)250℃；廢(fei)(fei)(fei)氣(qi)進(jin)口(kou)(kou)濃(nong)度(du)(du)如果(guo)＜2130mg/m3，可(ke)吸附(fu)濃(nong)縮后再用CO處理脫附(fu)出(chu)的濃(nong)縮氣(qi)；如果(guo)廢(fei)(fei)(fei)氣(qi)初始溫(wen)(wen)度(du)(du)較高，比如很多烘箱廢(fei)(fei)(fei)氣(qi)有(you)80℃，此時CO能處理的廢(fei)(fei)(fei)氣(qi)濃(nong)度(du)(du)可(ke)以相應(ying)降(jiang)低(di)到(dao)1560mg/m3。

同(tong)樣以(yi)RTO處理20℃的(de)甲苯廢氣(qi)為例(li)，由于RTO的(de)燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)爐(lu)內(nei)要有一(yi)個長明火點(dian)燃(ran)廢氣(qi)，而1.672×106kJ的(de)燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)器(qi)長明火消(xiao)耗約5m3/h的(de)天然氣(qi)提供部分熱源，因此系統維持熱量平衡的(de)廢氣(qi)進(jin)口濃(nong)度最(zui)低可(ke)(ke)以(yi)到(dao)1700～2000mg/m3。如果RTO裝置(zhi)設計(ji)從燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)室引(yin)出部分高(gao)(gao)溫氣(qi)體(ti)另行降溫后回到(dao)燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)室以(yi)避免燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)溫度＞1000℃的(de)工藝，則(ze)可(ke)(ke)以(yi)提高(gao)(gao)RTO處理廢氣(qi)的(de)最(zui)高(gao)(gao)濃(nong)度到(dao)25%LEL。

2.3 廢(fei)氣流量

一般單套(tao)RTO處(chu)理(li)廢(fei)(fei)氣(qi)流量(liang)(liang)為(wei)8000～50000m3/h，處(chu)理(li)廢(fei)(fei)氣(qi)流量(liang)(liang)＜5000m3/h時的RTO裝(zhuang)置投資費比不合算，而(er)處(chu)理(li)廢(fei)(fei)氣(qi)流量(liang)(liang)＞50000m3/h則很(hen)容易出現偏(pian)流、局部過熱(re)(re)等現象(xiang)影響(xiang)廢(fei)(fei)氣(qi)分(fen)解效率。單套(tao)CO處(chu)理(li)廢(fei)(fei)氣(qi)流量(liang)(liang)為(wei)1000～20000m3/h，廢(fei)(fei)氣(qi)流量(liang)(liang)再加大，高(gao)效換熱(re)(re)器設計困(kun)難(nan)且催(cui)化劑層(ceng)也會出現明顯偏(pian)流局部過熱(re)(re)現象(xiang)影響(xiang)廢(fei)(fei)氣(qi)分(fen)解效率。

2.4 輔助能源(yuan)

RTO的燃(ran)燒室需要一(yi)支長明火，加上設備自重(zhong)大、預熱(re)時(shi)間長，一(yi)般使用液化氣、天然(ran)氣、輕柴油(you)等做為輔(fu)助能源(yuan)，不(bu)建議使用電熱(re)。

CO同樣可以使用液化氣、天(tian)然氣、輕柴油(you)等(deng)做為(wei)輔助能(neng)源(yuan)，由于設備自重較(jiao)RTO輕50%，為(wei)了避免增加一(yi)個需監管的(de)危險源(yuan)，推(tui)薦使用電加熱(前提是廢氣濃度＞3500mg/m3)，處理(li)廢氣流量15000m3/h的(de)CO裝置電加熱系統只180kW，其預(yu)熱時間≤1.5h。

2.5 儀表自控(kong)

從流(liu)(liu)程圖可以看(kan)出，除燃氣(qi)系統外RTO還需(xu)有大量的(de)(de)壓力溫(wen)度檢測和切換閥門(men)，且(qie)對閥門(men)、儀表(biao)、自控(kong)等要求(qiu)較高；而CO的(de)(de)廢(fei)氣(qi)主流(liu)(liu)通道管路無閥門(men)，只有簡單的(de)(de)溫(wen)度連鎖(suo)，自控(kong)要求(qiu)較低(di)。

2.6 安全風(feng)險

RTO和(he)(he)CO都(dou)非常適用(yong)于處理如涂布、印刷、制革、化纖、注塑(su)等有(you)機物濃度、種(zhong)類、流量平穩(wen)的流水線廢(fei)(fei)氣(qi)(qi)，尤(you)其是帶溫度的烘(hong)干(gan)廢(fei)(fei)氣(qi)(qi)若采用(yong)吸(xi)附法還需(xu)要前(qian)置(zhi)降(jiang)溫到＜45℃，但如果(guo)使(shi)用(yong)RTO或CO，就可(ke)以充分利用(yong)其自身(shen)余熱，大大降(jiang)低廢(fei)(fei)氣(qi)(qi)處理成本(ben)和(he)(he)整條流水線的總能耗。可(ke)當部(bu)分環保企業(ye)將RTO用(yong)于儲運和(he)(he)化學合成企業(ye)的廢(fei)(fei)氣(qi)(qi)處理時卻出現很多的爆(bao)(bao)炸事故，爆(bao)(bao)炸基本(ben)上是廢(fei)(fei)氣(qi)(qi)來源(yuan)系統遇裝(zhuang)置(zhi)回火爆(bao)(bao)炸，主要原因如下(xia):

1)RTO系(xi)統在裝(zhuang)置初運行時(shi)(shi)一(yi)切(qie)順利，但是(shi)運行1～2年(nian)后，部(bu)分(fen)儀表(biao)、調節閥會出現故障或突發停(ting)電、停(ting)儀表(biao)氣等，導致系(xi)統安(an)全自控(kong)設(she)計失效，系(xi)統超溫爆炸(zha)。事實上(shang)大部(bu)分(fen)的業主(zhu)是(shi)不具備有儀表(biao)自控(kong)專業維護人員，很難(nan)做到預判并及時(shi)(shi)更換(huan)儀表(biao)閥門。

例如，廢氣進(jin)口(kou)濃(nong)度需控(kong)制在(zai)＜25%LEL，若采(cai)用氣相色譜型在(zai)線(xian)檢測(ce)儀，儀器(qi)采(cai)樣檢測(ce)得出結果(guo)加上自控(kong)閥響(xiang)應時間＞30min，失去安全控(kong)制意(yi)義，因此一般采(cai)用較(jiao)靈敏的光離子(zi)型在(zai)線(xian)可燃探測(ce)儀(3選2)，該探測(ce)儀半(ban)年需強制檢驗1次，但是如果(guo)廢氣中(zhong)含有水汽、粉(fen)塵等將大(da)大(da)降低該檢測(ce)頭壽命(ming)，而這種儀器(qi)失靈是突發性的。

2)RTO系(xi)統盡管采用了(le)一系(xi)列安全設計，如(ru)廢(fei)(fei)氣(qi)收集(ji)預處理系(xi)統的(de)防靜電、廢(fei)(fei)氣(qi)進口濃度與(yu)稀析(xi)閥(fa)連(lian)鎖(suo)、廢(fei)(fei)氣(qi)預混緩(huan)(huan)沖罐(guan)、廢(fei)(fei)氣(qi)風機(ji)與(yu)負(fu)壓連(lian)鎖(suo)、廢(fei)(fei)氣(qi)水預洗滌(di)等，但(dan)是化工廠一定會(hui)有(you)事(shi)故氣(qi)緊急排放(fang)或(huo)某些高濃廢(fei)(fei)氣(qi)正(zheng)好集(ji)中(zhong)排放(fang)導致(zhi)的(de)廢(fei)(fei)氣(qi)濃度暴(bao)增(zeng)數倍的(de)小概率(lv)事(shi)件，而處理10000m3/h廢(fei)(fei)氣(qi)流(liu)量的(de)RTO裝置的(de)緩(huan)(huan)沖罐(guan)容(rong)積最大(da)也≤20m3，折算緩(huan)(huan)沖罐(guan)內停(ting)留時間(jian)＜8s，過短(duan)的(de)緩(huan)(huan)沖時間(jian)導致(zhi)裝置的(de)閥(fa)門切換等來不及，廢(fei)(fei)氣(qi)總(zong)管和預處理系(xi)統出現回(hui)火爆炸。這是明火作(zuo)業(ye)的(de)RTO的(de)本性決(jue)定的(de)，是無法根除的(de)。

CO屬無焰氧化(hua)，加上(shang)換(huan)熱(re)器(qi)等(deng)金(jin)屬結構隔離，就(jiu)是(shi)回火廢氣來源也達不到(dao)燃點；CO工藝管路(lu)上(shang)無閥門切換(huan)，不存在儀表(biao)失靈安全風險。

2.7 環保風險

RTO要求(qiu)廢氣來源氣量和濃(nong)度穩(wen)定(ding)，設計(ji)操作負(fu)荷彈性小，因(yin)此(ci)只適(shi)合(he)用于連續穩(wen)定(ding)的流水線廢氣，如果業主有間(jian)歇(xie)短暫高(gao)濃(nong)廢氣產生，則會頻繁(fan)出現因(yin)安全濃(nong)度下限要求(qiu)導致(zhi)廢氣在進裝置前(qian)被部分(fen)排(pai)空(kong)，存在環保風(feng)險。

RTO裝置設(she)備繁(fan)雜，部(bu)件多，易出(chu)現(xian)設(she)備故障廢(fei)氣排空事(shi)故。而CO要(yao)求廢(fei)氣流(liu)量穩定，可(ke)以(yi)接受間歇(xie)的短暫的高(gao)濃廢(fei)氣。CO裝置設(she)備簡(jian)單，部(bu)件少，設(she)備故障也少。此外RTO燃燒室存在死角(jiao)，廢(fei)氣綜合處(chu)理效(xiao)率95%～97%，而CO廢(fei)氣是(shi)均(jun)勻通過催化劑層，處(chu)理效(xiao)率＞99%，因此CO比RTO更容易環保達(da)標(biao)，尤其是(shi)新環保標(biao)準甲苯類(lei)廢(fei)氣從40mg/m3排放(fang)標(biao)準降低到(dao)10mg/m3后(hou)，RTO易出(chu)排放(fang)不達(da)標(biao)環保事(shi)故。

高溫RTO會(hui)產生NOx，而CO因處(chu)理(li)(li)溫度低不(bu)產生NOx，盡管(guan)(guan)目(mu)前國家對(dui)有(you)機(ji)廢(fei)(fei)氣裝置的NOx尚(shang)未規定(ding)，但從鍋爐廢(fei)(fei)氣治理(li)(li)發展歷史來看，將會(hui)對(dui)處(chu)理(li)(li)氣量＞10000m3/h的廢(fei)(fei)氣裝置提出監管(guan)(guan)要(yao)求(qiu)。

2.8 動力負荷(he)

RTO通(tong)過(guo)精密(mi)過(guo)濾、2次總厚約2m的(de)蓄熱陶(tao)瓷，裝置阻力至少3500～4000Pa；CO只需通(tong)過(guo)簡單(dan)過(guo)濾、2次通(tong)過(guo)列管換熱器、總厚0.4m催化劑層，裝置阻力＜2500Pa，同樣的(de)10000m3/h處(chu)理氣量(liang)，RTO風(feng)機(ji)電機(ji)要22kW，CO風(feng)機(ji)電機(ji)只需18.5kW，處(chu)理風(feng)量(liang)越大，風(feng)機(ji)功率差別越大。電機(ji)功率每減(jian)(jian)少1kW，每年(nian)電費(fei)減(jian)(jian)少3000元。

2.9 主(zhu)設備投資

不計RTO裝置對(dui)業(ye)主(zhu)要求(qiu)的廢(fei)氣(qi)預處(chu)理系統(tong)投資(通常由業(ye)主(zhu)承擔)，10000m3/h處(chu)理氣(qi)量RTO主(zhu)設備(bei)投資費(fei)用約100萬，而(er)CO主(zhu)設備(bei)投資費(fei)用約60萬。