蓄热式热氧化技术在煤制气低温甲醇洗尾气治理中的应用

2021年第3期2021年3月
b)不同VOCs 治理技术处理效率
图1
不同VOCs 治理技术的使用范围和处理效率
煤制气的粗煤气净化工艺多采用低温甲醇洗技术，该工艺是以低温甲醇作为吸收溶剂，脱除粗煤气中酸性气体（CO 2，H 2S ，COS 等）的一种物理方法，但目前经过低温甲醇洗装置后的尾气一般直接排放[1-2]。

低温甲醇洗尾气含有较多VOCs （挥发性有机物），其中非甲烷总烃等物质超出GB 31571—2015《石油化学工业污染物排放标准》的要求[3-5]，因此需对低温甲醇洗尾气进行处理。

1VOCs 处理技术对比
VOCs 处理技术主要分为两大类，第一类是回收技
术，即采用非破坏性的方法将VOCs 回收；第二类是销毁技术，即将VOCs 降解氧化成无毒或者低毒物质的破坏性方法。

目前回收技术主要有吸附法、吸收法、冷凝法、膜分离法等，销毁技术主要有燃烧法、光催化法、生物法、等离子体法等。

对于中高浓度、成分较单一且具有回收价值的VOCs ，宜采用回收技术加以循环利用；对于回收价值不高的VOCs ，采用销毁技术是较好的治理办法。

根据席劲瑛等[6]学者的调查研究，在销毁技术中，燃烧法的有机物种类适用性远超其他技术。

不同VOCs 治理技术的使用范围和处理效率如图1所示。

由图1可知，燃烧法对废气中VOCs 的质量浓度适用性最广。

对于质量浓度为1耀20g/m 3的中高浓度废气，采用燃烧法能去除VOCs ，且脱除效率可基本稳定在95%以上，
技术稳定性佳。

收稿日期：2020-12-22
第一作者简介：戴豪波，1972年生，男，浙江湖州人，1994年毕业于浙江大学热能与动力工程专业，硕士，高级工程师。

蓄热式热氧化技术在煤制气低温甲醇洗尾气治理中的应用
戴豪波，陈瑶姬，孙
浩，邓丽萍，张
琪
（浙江天地环保科技股份有限公司，浙江杭州310013）
摘要：通过蓄热式热氧化（RTO ）技术在煤制气低温甲醇洗尾气治理项目中的实际应用，证明采用RTO 技术处理低
温甲醇洗尾气可稳定可靠地达到GB 31571—2015《石油化学工业污染物排放标准》的排放要求，且NO x 排放值极低，说明RTO 技术能够有效控制高温氧化过程中NO x 的生成；RTO 技术可实现极高的热回收效率，从而通过余热回收利用副产蒸汽，实现项目的正收益。

关键词：RTO ；低温甲醇洗；NO x ；余热回收中图分类号：TQ546.5文献标识码：A 文章编号：2095-0802-(2021)03-0061-02
Application of RTO Technology in Low Temperature Methanol Washing Tail Gas Treatment
DAI Haobo,CHEN Yaoji,SUN Hao,DENG Liping,ZHANG Qi
(Zhejiang Tiandi Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Hangzhou 310013,Zhejiang,China)
Abstract:Regenerative thermal oxidizer (RTO)technology has been applied in low temperature methanol washing tail gas treat-ment,which has proved that RTO can treat the tail gas reliably and stably and meet the requirement of GB 31571—2015Emis-sion Standard of Pollutants for Petroleum Chemical Industry .In the system,RTO can control NO x generation in a high-temperature process and NO x emission is low.RTO can achieve high heat recovery efficiency,and achieve positive benefits through the waste heat recovery and utilization of by-product steam.
Key words:RTO;low temperature methanol washing;NO x ;waste heat
recovery
（总第186期）节能减排
a)不同VOCs 治理技术适用流量范围
吸附浓缩
生物分解等离子体
吸附回收
热力/催化燃烧冷凝回收
冷冻回收
吸附抛弃
105104103102
110100
废气VOCs 的质量浓度/(g ·m -3)
120100806040
吸收
吸附膜分离催化
氧化
热力燃烧
等离子体
生物处理
处理技术种类
61··
图2新疆一煤制气项目低温甲醇洗尾气治理工艺流程简图
在燃烧法中，蓄热式热氧化（RTO ）技术工艺简
单、操作弹性大、净化效率高、热回收效率高[5，7]
，当入炉废气的热值达到0.1MJ/m 3时，即可实现热量自平衡，运行时无需额外补充热量，运行费用低。

直接燃烧（TO ）技术则需要入炉废气的热值达到1.6MJ/m 3并设置预热后方能实现热量自平衡[3]，否则需补充额外热量，运行费用较高。

因此，针对热值不高、风量大、成分复杂的低温甲醇洗尾气，适宜采用RTO 技术进行处理。

2低温甲醇洗尾气参数分析和工艺选择
一煤制气项目的低温甲醇洗采用林德工艺，设计排放尾气（含CO 2产品气）总量约2×178000m 3/h ，排气温度约25℃，低温甲醇洗尾气主要成分如表1所示。

表1低温甲醇洗尾气主要成分
单位：%
经计算，该项目的低温甲醇洗尾气的非甲烷总烃质量浓度为11.28g/m 3，热值为0.83MJ/m 3，可燃物爆炸下限（LEL ）的体积分数为3.7%，可燃物浓度的LEL 占比为44.8%。

经过分析，该项目适用RTO 技术。

为了保证进入RTO 炉的可燃物浓度LEL 占比低于25%，同时满足非甲烷总烃的处理要求，经计算，需补充稀释风约342000m 3/h 。

基于节约能耗和污染减排的原则，稀释风优先选用煤制气项目中的生化池废气，该部分废气的非甲烷总烃质量浓度约250mg/m 3，风量为145000m 3/h ，因此只需要再补充新鲜空气200000m 3/h 左右。

尾气经稀释后的总风量约720000m 3/h ，热值为0.43MJ/Nm 3，可燃物浓度LEL 占比为23%。

稀释后的尾气平均分成6路进入6台并联的RTO 炉进行氧化反应，炉内设计氧化温度为950℃，热回收效率超过98%，同时利用2台余热锅炉副产1.5MPa （G ），240℃等级的过热蒸汽。

RTO 炉设计为3室塔式，尾气通过蓄热室1的蓄热体后温度升高至750℃后进入燃烧室，尾气中的有机物被分解成CO 2和H 2O 。

燃烧后的高温净烟气约950℃，一部分直接抽离到余热锅炉进行余热回收，产生蒸汽并输向蒸汽管网；而另一部分高温烟气离开燃烧室，进入蓄热室2（蓄热体2和3已冷却）释放热量，此时蓄热室2的蓄热体吸热并贮存热量（用于下个循环加热使用）。

蓄热室3在这个循环中执行吹扫功能。

完成后，蓄热室的进气与出气阀门进行一次切换，蓄热室2进气，蓄热室3出气，蓄热室1吹扫；再下个循环则是蓄热室3进气，蓄热室1出气，蓄热室2吹扫，如此不断地交替进行。

最后，燃烧后的高温烟气经余热回收和蓄热体放热后经烟囱排放，具体工艺流程如图2所示。

3
低温甲醇洗尾气治理系统实际运行效果
该系统已全部投入稳定运行近2a ，在100%负荷工况下，进入RTO 炉的风量维持在708000~740000m 3/h ，外送1.5MPa （G ）过热蒸汽平均值为64.5t/h ，主要的排放指标（包括非甲烷总烃，SO 2，NO x ，CH 3OH 等）均满足GB 31571—2015《石油化学工业污染物排放标准》的要求，尤其NO x 的排放值一直维持在10~17mg/m 3（按3%氧含量折算后）。

这说明，RTO 技术能够有效控制高温氧化过程中NO x 的生成，也验证了热力型NO x 在1000℃以下时的生成率极低，不少其他学者的研究成果中也有相关结论[8-10]。

按年运行时间8000h 计算，该项目的实际运行成本和收益如表2所示。

由此可见，该尾气治理系统为正收益。

表2低温甲醇洗尾气治理系统运行成本和收益表
4结语
针对煤制气低温甲醇洗尾气采用RTO 技术进行治理，通过实际运行和分析得出如下结论：a)进入RTO 炉的气体热值介于0.1~1.6MJ/m 3时，宜采用RTO 技术；b)采用RTO 技术处理低温甲醇洗尾气时可满足GB 31571—2015《石油化学工业污染物排放标准》的排放要求，且系统运行稳定、可靠；c)采用RTO 技术处理低温甲醇洗尾气后的NO x 排放值极低，说明RTO 技术能够有效控制高温氧化过程中NO x 的生成；d)RTO 技术可实现极高的热回收效率，从而通过余热回收利用副产蒸汽，实现项目的正收益。

参考文献：
［1］赵鹏飞，李水弟，王立志.低温甲醇洗技术及其在煤化工中的
应用［J ］.化工进展，2012，31(11)：2442-2447.
序号项目
体积分数V 1N 2
17.6502非甲烷总烃NMHC
0.745
3
CO 279.308
生化池废气
CO 2产品气系列1低温甲醇洗废气系列1低温甲醇洗废气系列2
CO 2产品气系列2混合器
稀释空气
RTO 炉组系列2
余热锅炉B #
烟囱
余热锅炉A #
RTO 炉组系列1
序号项目
数值费用/(104元·a -1)备注
1电耗
1003kW -312.942 1.5MPa(G)过热蒸汽
65t/h 3380.003锅炉给水
72t/h -576.004
燃料气176m 3/h
-140.80
采用粗煤气，平时为长明灯模式
5
合计
2341.26（下转70页）
62··
（上接62页）
［2］张全斌，华国钧，沈吕远，等.煤制气低温甲醇洗VOCs废气处理技术探讨［J］.煤化工，2017，45(6)：36-39.
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tion science，1997，23(4)：349-377.
（责任编辑：白洁）
b)2003—2012年
图3空调耗电节省情况
由图3可看出，冷墙技术应用于夏热冬暖地区可显著减少全年空调耗电节省量。

2013年至今的新建筑，在基础模拟工况1，2，3下，空调耗电节省量分别达到1.13kW·h/m2，2.48kW·h/m2和4.01kW·h/m2，节省率分别达到了8.4%，19.5%和30.7%；2003—2012年的老建筑，在基础模拟工况1，2，3下，空调耗电节省量分别达到0.85kW·h/m2，2.04kW·h/m2和3.15kW·h/m2，节省率分别达到了5.8%，13.1%和20.85%；可见，在太阳能反射率为0.25耀0.80的范围内，应用冷墙技术可大幅降低室内空调用电量，且随着反射率的提高，用电量节省率也在不断提高。

由2个年代数据对比可知，冷墙技术应用在新建筑上效果更加显著。

3结语
首先以广州市住宅建筑为对象，使用Sketchup软件建立三维立体建筑模型，然后利用Open Studio软件设定不同工况参数进行模拟计算，最后根据模拟结果分析不同工况下冷墙技术对于夏热冬暖地区住宅建筑能耗的影响。

分析结果表明：a)在一定范围内，应用冷墙技术使得夏热冬暖地区住宅建筑的节能强度为正值，且随着外墙太阳能反射率的增加，节能强度变大，空调能耗节省量和节能率也更高。

b)随着适用于不同建筑热工设计区划的住宅建筑节能标准的不断更新，不同年代的建筑应用冷墙效果的最终节能量不同，相较而言，冷墙技术应用在新建筑上的节能效果更加明显。

通过模拟得出冷墙技术可以在一定程度上降低住宅建筑能耗，对于在夏热冬暖地区应用该技术具有一定的指导意义。

但受限于时间和所处条件，尚存在以下不足：a)仅选择1个城市作为夏热冬暖地区代表，下一步可设置多个城市进行验证；b)仅分析了夏热冬暖地区冷墙技术应用情况，下一步可对其他地区进行分析。

参考文献：
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［2］中华人民共和国住房和城乡建设部科技发展促进中心.中国建筑节能发展报告［M］.北京：中国建筑工业出版社，2018.［3］李文硕.基于太阳能反射冷墙技术的办公建筑节能效果研究［D］.
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［8］中国建筑科学研究院，广东省建筑科学研究院.JGJ75—2012夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准［S］.北京：中国建筑工
业出版社，2012.
（责任编辑：高志凤）
4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0
35
30
25
20
15
10
5
0基础模拟工况1基础模拟工况2基础模拟工况3空调耗电节省量空调耗电节省率
a)2013年至今
3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0
25
20
15
10
5
0基础模拟工况1基础模拟工况2基础模拟工况3
空调耗电节省量空调耗电节省率
70··。