下面我们就处理voc有机废气适用种类、废气浓度、废气流量、辅助能源、仪表自控、安全风险、环保风险、动力负荷、主设备投资、运行成本等方面对rto设备与co设备进行比较。
1. 废气适用种类
两种工艺都可以用于处理烷烃、芳香烃、酮、醇、酯、醚、部分含氮化合物等有机废气。含硫磷类废气会使催化剂中毒,不适合用co处理,而如果忽略含硫磷废气燃烧时对设备仪表的少量腐蚀,可以限制性的使用rto处理。
由于处理温度均<1150℃,两种工艺都不能用于处理含卤代烃废气以避免产生二噁英。部分类似硅烷类的废气因为燃烧后生成的固体尘灰会堵塞催化剂或蓄热陶瓷或切换阀密封面,所以rto和co都不能使用。
含漆雾粉尘类废气要预过滤以避免切换阀关不紧、蓄热体阻塞等现象,rto的预处理要过滤到至少f6级;而co处理废气主流通道上无切换阀,加上可以采用让废气流速较高粉尘不易结存、定期给整个系统升温回火将粉尘剥离分解等方法,因此co的预处理只需简单过滤到g4级。
此外,因为含易自聚有机物(如丁二烯、丙烯酸酯等)废气会影响到切换阀的有效开闭,同时也可能在位于废气进口处的蓄热体上低温沉积,使用rto处理该类废气时会有安全隐患,而co则不受影响。
2. 废气浓度
由于温度的提高会降低有机物爆炸下限浓度,通常要控制废气进口浓度<25%lel。
以co处理室温20℃的甲苯废气为例,为避免催化氧化处理后排放气“白烟”和冷凝湿气对设备的腐蚀等情况,排放气温度一般取>105℃,再考虑到换热效率则常温废气进出装置后的实际温升应>100℃
如果催化燃烧起始温度为250℃,那么废气催化氧化后的温度为350℃,则对应废气初始浓度约为3130mg/m3时可维持系统热量平衡而不用额外能源。若废气浓度进一步升高到25%lel,废气氧化后温度可达587℃,此时催化剂易流失且设备材质要求耐热钢,因此除非在催化剂层间安装换热管系统及时移走热量,否则co处理甲苯废气浓度为3130~9390mg/m3。
废气如果进口浓度过高,可进风稀析,稀析阀与氧化气温度连锁;废气进口浓度如果为2130~3130mg/m3,可用电或燃气提升废气进催化剂层的温度达到催化起燃温度250℃;废气进口浓度如果<2130mg/m3,可吸附浓缩后再用co处理脱附出的浓缩气;如果废气初始温度较高,比如很多烘箱废气有80℃,此时co能处理的废气浓度可以相应降低到1560mg/m3。
同样以rto处理20℃的甲苯废气为例,由于rto的燃烧炉内要有一个长明火点燃废气,而1.672×106kj的燃烧器长明火消耗约5m3/h的天然气提供部分热源,因此系统维持热量平衡的废气进口浓度可以到1700~2000mg/m3。如果rto装置设计从燃烧室引出部分高温气体另行降温后回到燃烧室以避免燃烧温度>1000℃的工艺,则可以提高rto处理废气的浓度到25%lel。
3. 废气流量
一般单套rto处理废气流量为5000~50000m3/h,处理废气流量<5000m3/h时的rto装置投资费比不合算,而处理废气流量>50000m3/h则很容易出现偏流、局部过热等现象影响废气分解效率。单套co处理废气流量为1000~20000m3/h,废气流量再加大,高效换热器设计困难且催化剂层也会出现明显偏流局部过热现象影响废气分解效率。
4. 辅助能源
rto的燃烧室需要一支长明火,加上设备自重大、预热时间长,一般使用液化气、天然气、轻柴油等做为辅助能源,不建议使用电热。
co同样可以使用液化气、天然气、轻柴油等做为辅助能源,由于设备自重较rto轻50%,为了避免增加一个需监管的危险源,推荐使用电加热(前提是废气浓度>3500mg/m3),处理废气流量15000m3/h的co装置电加热系统只180kw,其预热时间≤1.5h。
5. 仪表自控
从流程图可以看出,除燃气系统外rto还需有大量的压力温度检测和切换阀门,且对阀门、仪表、自控等要求较高;而co的废气主流通道管路无阀门,只有简单的温度连锁,自控要求较低。
6. 安全风险
rto和co都非常适用于处理如涂布、印刷、制革、化纤、注塑等有机物浓度、种类、流量平稳的流水线废气,尤其是带温度的烘干废气若采用吸附法还需要前置降温到<45℃,但如果使用rto或co,就可以充分利用其自身余热,大大降低废气处理成本和整条流水线的总能耗。co属无焰氧化,加上换热器等金属结构隔离,就是回火废气来源也达不到燃点;co工艺管路上无阀门切换,不存在仪表失灵安全风险。
7. 环保风险
rto要求废气来源气量和浓度稳定,设计操作负荷弹性小,因此只适合用于连续稳定的流水线废气,如果业主有间歇短暂高浓废气产生,则会频繁出现因安全浓度下限要求导致废气在进装置前被部分排空,存在环保风险。
高温rto会产生nox,而co因处理温度低不产生nox,尽管目前国家对有机废气装置的nox尚未规定,但从锅炉废气治理发展历史来看,将会对处理气量>10000m3/h的废气装置提出监管要求。
8. 动力负荷
rto通过精密过滤、2次总厚约2m的蓄热陶瓷,装置阻力至少3500~4000pa;co只需通过简单过滤、2次通过列管换热器、总厚0.4m催化剂层,装置阻力<2500pa,同样的10000m3/h处理气量,rto风机电机要22kw,co风机电机只需18.5kw,处理风量越大,风机功率差别越大。电机功率每减少1kw,每年电费减少3000元。
9. 主设备投资
不计rto装置对业主要求的废气预处理系统投资(通常由业主承担),10000m3/h处理气量rto主设备投资费用约80万,而co主设备投资费用约45万。
10. 运行成本
以10000m3/h处理气量为例,rto至少要保证燃气长明火的基础消耗,co只要废气浓度能源;rto电耗比co高5kwh;5年1换,其二次废料要做危废处理,co的750kg催化剂2年1换,失活催化剂返厂回收。
关键词:催化剂 换热器
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