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低温等离子体技术在乙烯装置VOCs 治理中的应用

低温等离子体技术在乙烯装置VOCs 治理中的应用

摘 要:针对乙烯裂解装置污水会逸散出少 量的 VOCs 气体,其苯系物及烯烃类物质含量高、 恶臭明显、湿度大、浓度波动大,治理难度极大,所 处环境为火灾爆炸危险区域且废气可能达到爆炸 下限,安全控制措施要求高这一情况,建成了国内 首套防爆型低温等离子体 VOCs 废气治理设施,在 某石化公司防爆 1 区安全运行一年,实践证明:苯 系物、烯烃、硫化物的去除效率可达 98% 以上,达 到国标的各项要求,电气安全控制措施能够满足 防爆 1 区。

低温等离子体技术在乙烯装置VOCs 治理中的应用

关键词:低温等离子体技术 乙烯装置 VOCs 废气治理 防爆:VOCs废气处理设备

1 概述 乙烯装置排放的挥发性有机废气(VOCs)主 要来自于污水,还有少部分工艺不凝气。污水一 般包括稀释蒸汽发生器排污、裂解炉废热锅炉 (TLE)水力喷射清焦废水、裂解汽油加氢(DPG) 废水、检修清洗设备产生的废水、地面冲洗水和初 期雨水等。废水在排放到污水处理厂前通常需要 进行隔油和均质,会释放出少量 VOCs,主要污染 物为苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、苯乙烯、异戊二烯、 丁二烯、丙酮、丙烯、乙烯等,其中苯的浓度为 10 ~ 2 000 mg/m 3 ,总烃的浓度为 100 ~ 10 000 mg/m 3 , 臭气浓度可达 10 000(无量纲),废气相对湿度可 达 95% 以上。该废气对职工的身心健康非常不 利,急需改善厂区空气质量,营造绿色环保的生产 环境。
常见的 VOCs 治理技术包括 2 大类 [1] ,一类是 回收技术,包括吸附法、吸收法、冷凝法、膜分离 等;另一类是破坏技术,包括催化燃烧、热力焚烧、 生物法、低温等离子体、光催化、臭氧催化氧化等。 国家环保部在 2013 年 发 布 的 挥 发 性 有 机 物 (VOCs)污染防治技术政策(2013 年第 31 号),要 求对于含高浓度 VOCs 的废气,宜优先采用冷凝回 收、吸附回收技术进行回收利用,并辅助以其他治 理技术实现达标排放;对于含低浓度 VOCs 的废 气,有回收价值时可采用吸附技术、吸收技术对有 机溶剂回收后达标排放;不宜回收时,可采用吸附 浓缩燃烧技术、生物技术、吸收技术、等离子体技 术或紫外光高级氧化技术等净化后达标排放。

乙烯裂解装置废水挥发气属于低浓度废气。 针对该废气,中国石化青岛安全工程研究院经过 几年的研究,分别尝试了催化燃烧法、生物滴滤法 和低温等离子体法,实践证明该废气不能使催化 燃烧装置持续稳定燃烧、生物滴滤法不能耐受高 浓度苯系物,而低温等离子体废气治理技术能够 长期稳定去除苯系物、烷烃、直链烃、烯烃、酚、酮 等多种 VOCs 污染物,基本实现矿化,且对硫化氢 和氨的去除效率较高,无二次污染。 但低温等离子体技术在 VOCs 治理的工程实 践中曾数次发生燃烧爆炸事故,一定程度上限制 了该技术在 VOCs 治理中的推广。深入分析低温 等离子体造成燃烧爆炸的事故案例,发现现有技 术普遍存在高压放电绝缘不可靠导致局部爬电、 高压电源不防爆等问题。

针对这些问题,中国石 化青岛安全工程研究院经过多年研发,于 2017 年 8 月在某石化建成了国内外首套工业化应用的处 理规模为700 m 3 /h 的高效防爆型低温等离子体废 气处理装置。经过 1 年的运行,废气排放能够满 足 GB30751 -2015《石油化学工业污染物排放标 准》和 GB14554 - 1993《恶臭污染物排放标准》和 GB16297 -1996《大气污染物综合排放标准》的要 求,即苯 <4 mg/m 3 、甲苯 <15 mg/m 3 、二甲苯 <15 mg/m 3 、非甲烷总烃 <120 mg/m 3 。

结论 综上所述,在火灾爆炸危险区域使用防爆型 低温等离子体 VOCs 废气治理设施能够实现安全 运行,治理效果达到了预期设计效果,有效消除了 现场异味; 该装置只适用于废气入口烃浓度 <2 000 mg/m 3 的废气,浓度过高则需要通空气对 废气进行配风稀释达到运行条件;低温等离子体 对 VOCs 废气处理效果能够达到国标的各项要求, 尤其对苯系物、烯烃、硫化物的去除效率可达 98% 以上,对总烃去除率可达 95%以上。

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