低温甲醇洗尾气中VOCs的处理方法及其装置与流程

一种低温甲醇洗尾气中vocs的处理方法及其装置

技术领域

1.本发明涉及煤化工废气中vocs处理的技术领域，具体涉及一种低温甲醇洗尾气中vocs的处理方法及vocs废气处理的装置。

背景技术：

2.vocs气体，即挥发性有机物；但是环保意义上的定义是指活泼的一类挥发性有机物，即会产生危害的那一类挥发性有机物。它包括：苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。现有的大多数采用的是生物发酵或者吸附去除voc废气。但是这些方法去除voc废气步骤过于繁琐，且不能在线检测voc废气处理结果，或者仅能进行单次检测。

3.新疆广汇新能源有限公司采用鲁奇mark

?ⅳ

型气化炉生产粗煤气，经深加工最终年产120万吨甲醇、5亿方天然气。工艺配套的鲁奇9塔低温甲醇洗煤气净化工艺中，在尾气洗涤塔（6塔、常压水洗塔）塔顶尾气经排气筒直接排进大气。目前使用此类气化炉生产粗煤气的厂家较多，煤气组分类似，但是因使用煤种不同，尾气洗涤塔后尾气组分及含量区别很大。因该尾气含有低硫挥发性有机化合物（vocs），现场仍存在轻微异味，非甲烷总烃、甲醇等物质均超国家规范，废气组分复杂且气量较大，可燃物浓度较高，需要实现尾气的达标排放，如何能有效去除异味，并达到排放标准，亟需研发一种新的工艺及设备解决该问题。

技术实现要素：

4.（一）要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种低温甲醇洗尾气中vocs的处理方法及其装置，开发出一套低氮、低燃料气、高 vocs 去除率、低成本、大流量高浓度 vocs 废气的无火焰氧化节能型废气治理工艺。正常工况下，单套该装置蒸汽产量单套达 45t/h， 燃料气耗量不超 200nm3/h，其能够有效的去除vocs废气，该方法处理量大、效率高、物料消耗少并且自动化程度高。经实践可行度极高，能够大幅提高废气处理效果。改善大气污染，达到国家排放标准，甚至大幅低于国家排放标准。

5.（二）技术方案为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：一种低温甲醇洗尾气中vocs的处理方法，其包括将预热式直燃炉的燃烧室预热到设定温度，在助燃空气风机的作用下，使助燃空气与燃料气在燃烧器中混合燃烧，当燃烧室中的温度恒定在设定的温度后，在稀释空气风机的作用下稀释空气经预热式直燃炉后端的预加热器换热后将稀释空气送入预热式直燃炉的燃烧室，然后vocs废气通过废气风机的作用直接送入燃烧器，与助燃空气在燃烧器内进行预热预混，进入预热式直燃炉的燃烧室炉膛与稀释空气充分混合，与此同时当燃烧室炉膛温度维持在≥850℃时，自动切断燃料气管路；混合反应后的烟气进入预加热器，再进入废热锅炉，最后进入脱硫塔后进入排气筒。

6.如上所述的处理方法中，所述稀释空气提供vocs气体在高温作用下分解成二氧化

碳和水时所需的氧，同时为了增加vocs与氧气分子的有效碰撞，工艺路线中严格控制烟气中氧含量＞3%，保障非甲烷总烃的去除率≥99%。

7.利用废热锅炉最大程度的回收显热，热回收效率高；针对烟气中二氧化硫浓度超标的问题，利用碱法脱硫脱出烟气中二氧化硫，使烟气达标排放。如上所述的处理方法，优选地，所设定温度为850～1000℃。

8.如上所述的处理方法，优选地，排气筒vocs废气在通过废气风机之前先通过水封罐，水封罐是加有水的罐。

9.如上所述的处理方法，优选地，控制烟气中氧含量＞3%。

10.如上所述的处理方法，优选地，所述脱硫塔采用碱法脱硫，在脱硫塔内通过喷淋碱液进行，碱液为15~30%的氢氧化钠溶液。

11.一种如上所述方法所用的低温甲醇洗vocs废气处理的装置，其包括依次连通的燃烧器、预热式直燃炉、预加热器、废热锅炉、脱硫塔、助燃风机、废气风机、稀释空气风机和排气筒，其中，所述燃烧器上设有废气通入管、燃料气接入管、助燃空气接入管，所述预加热器设有稀释空气加热交换管道最后通过管道接入预热式直燃炉中，所述废气通入管与燃烧器之间设有废气风机，助燃空气接入管与燃烧器之间设有助燃风机，稀释空气加热交换管道上设有稀释空气风机，所述脱硫塔的下端设有氢氧化钠溶液存储池，所述脱硫塔的内部上端设有喷淋管，氢氧化钠溶液存储池与喷淋管之间设有循环泵。

12.如上所述的废气装置，优选地，所述稀释空气风机前的稀释空气管道上设有过滤器，在助燃风机前的助燃空气管道上设有过滤器。

13.如上所述的废气装置，优选地，在废气风机前，废气管道通过水封罐。

14.如上所述的废气装置，优选地，所述燃烧器和预热式直燃炉内的耐火砖是粘土、氧化铝的混合物。

15.（三）有益效果本发明的有益效果是：本发明提供的低温甲醇洗尾气vocs处理的装置，采用to废气处理炉、余热回收装置、碱洗脱硫装置对甲醇净化装置尾气进行处理，处理后排放的气体满足国家标准《大气污染物综合排放标准》（gb16297

?

1996），新建污染源有组织排放50m排气筒二级排放标准及《恶臭污染物排放标准》（gb14554

?

93）恶臭污染物排放标准值50m高空排放量要求，并符合《石油化学工业污染物排放标准》（gb31571

?

2015）标准中的排放指标，该装置是目前国内首套稳定运行的低温甲醇洗尾气处理装置，成功填补了我国大型煤化工低温甲醇洗 vocs 治理的空白。

16.本发明提供的低温甲醇洗vocs废气处理方法，有效的去除vocs废气，该方法处理量大、效率高、物料消耗少并且自动化程度高，能够大幅提高废气处理效果，改善大气污染，达到国家排放标准，甚至大幅低于国家排放标准，有效去除了异味，较少对环境的污染。

附图说明

17.图1为低温甲醇洗vocs废气装置结果示意图；图2为燃烧器设备的结构示意图；【附图标记说明】

1：燃烧器；2：预热式直燃炉；3：预加热器；4：废热锅炉；5：脱硫塔；6：排气筒；7：废气；8：燃料气；9：助燃空气；10：废气风机；11：助燃风机；12：稀释空气风机；13：20%氢氧化钠溶液；14：循环泵；15：稀释空气；16：低压锅炉给水；17：饱和蒸汽；18：水封罐；19：过滤器；w1：污水；g1：烟气。

具体实施方式

18.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

19.实施例1在本发明中to氧化室被控制在850～1000℃。氧化室的尺寸为：内径4.2m、有效长度20m。主要工艺流程如下：在处理低温甲醇洗d系列排气筒废气前，首先将预热式直燃炉to的燃烧室预热到设定温度850～1000℃，在助燃空气风机的作用下，助燃空气与厂区内燃料气在燃烧器中混合燃烧，当燃烧室中的温度恒定在设定的温度后，在稀释空气风机的作用下经预热式直燃炉to后端的预加热器换热后将稀释空气送入燃烧室的炉膛，然后排气筒废气通过废气风机的作用直接送入燃烧器，与助燃空气在燃烧器内进行预热预混，进入燃烧室炉膛与稀释空气充分混合，与此同时当炉膛温度维持在≥760℃时，自动切断燃料气管路，稀释空气提供vocs气体在高温作用下分解成二氧化碳和水时所需的氧，同时为了增加vocs与氧气分子的有效碰撞，工艺路线中严格控制烟气中氧含量＞3%，保障非甲烷总烃的去除率≥99%，混合反应后的烟气进入预加热器，再进入废热锅炉，最后进入脱硫塔后脱硫后进入排气筒。利用废热锅炉最大程度的回收显热，热回收效率高；针对烟气中二氧化硫浓度超标的问题，利用碱法脱硫脱除烟气中二氧化硫，使烟气达标排放。

20.上述氧化反应发生在一个含耐火内衬的碳钢容器里，碳钢容器的表面会配备高氧化铝含量的耐火砖，其氧化铝（al2o3）的含量为≥55%，耐温1200℃。

21.to氧化室的两个阶段即燃烧器和预热式直燃炉内（混合氧化阶段和氧化停留段）使用的耐火砖是粘土、氧化铝的混合物，密度高，可以存储大量的热能，并且能将热能储存、反射或辐射回炉膛内，保证温度分布均匀，降低燃料气耗量。同时在耐火材料的最内层会使用一种具有较低热传导性的喷涂浇注料衬里，以进一步减少通过碳钢表面的热损失。

22.就常规的陶瓷纤维模块而言，其体积密度约为220kg/m3，低密度的特性决定了陶瓷纤维不存在储存热能的优势，热量保持率很低，这就意味着陶瓷纤维不能有效将热能储存、反射或辐射回炉膛内。同时在高速气流冲刷下，陶瓷纤维模块中的纤维容易剥落，造成局部损坏，可能导致后序预加热器及废热锅炉堵塞，影响系统使用寿命。

23.实施例2一种低温甲醇洗vocs废气的装置，如图1所示，其包括依次连通的燃烧器1、预热式直燃炉2、预加热器3、废热锅炉4、脱硫塔5、排气筒6，燃烧器1上设有通入废气7的废气通入管、通入燃料气8的燃料气接入管、通入助燃空气9的助燃空气接入管，预加热器3设有通入稀释空气15的稀释空气加热交换管道最后通过管道接入预热式直燃炉2中，废气通入管与燃烧器1之间设有废气风机10，助燃空气接入管与燃烧器之间设有助燃风机11，稀释空气加热交换管道上设有稀释空气风机12，在脱硫塔的下端设有氢氧化钠溶液存储池，氢氧化钠溶液存储池可加入20%氢氧化钠溶液13，脱硫塔5的内部上端设有喷淋管，氢氧化钠溶液存储池与喷淋管设有循环泵14；处理之后，废热锅炉4通过低压锅炉给水16最后可获得饱和蒸汽17，脱硫塔5下端最后的使用过的氢氧化钠溶液成为污水w1排出，排气筒6上端的烟气g1达标后排出，在废气风机前，废气7通过水封罐；稀释空气风机前的稀释空气管道上设有过滤器，在助燃风机前的助燃空气管道上设有过滤器19。

24.本发明中燃烧器1配备两个长明灯(其中一个长明灯故障不影响系统运行)。燃烧器分两级，第一级燃烧器的燃料气最大耗气量为400nm3/h。第二级燃烧器的燃料气耗量为2000nm3/h。一级燃烧器配置助燃风机提供助燃空气，第二级燃烧器的助燃空气采用稀释风机提供的高温风用于助燃，温度最高为580℃。

25.两路长明灯燃气、两级燃烧器的燃料气管路分别配置独立的切断阀组，第二级燃料气管路按照4200nm3/h设计管路系统，二级燃烧器能力仍按照2000nm3/h设计，二级燃烧器阀组后分两路，一路进二级燃烧器，一路进废气管路掺烧。正常启炉时，用二级燃烧器，废气并入完成后切入掺烧管路，根据废气vocs含量调节二级燃气量进行掺烧，通过弥散式燃烧，降低氮氧化物。

26.含vocs废气通过独立的通道旋流进入燃烧腔，由稀释空气风机通过预加热器后提供高温风，通过a、b阀进入燃烧腔，a阀气流从通过中心筛板孔流入混合腔，通过废气旋流，使a阀的风与废气混合，b阀与废气逆向旋流，使b阀的空气进一步混合，从而使a、b阀的高温风进入炉内时快速与废气混合充分，进入炉膛内部高温场快速氧化。

27.为了保证完全燃烧，每个vocs分子都必须充分接触空气（氧气），否则未反应的挥发性有机化合物将从烟囱排出，并且不是所有的vocs分子都能直接与燃烧器火焰接触，因此在本直燃炉to的设计中，在采用两级燃烧器，充分混合废气、燃料气与助燃、稀释空气的基础上，又在炉膛内使用高校蓄热的耐火砖进行保温，设置花篮墙，炉体内砌筑花篮墙可有

效利用炉子空间使烟气热流场均匀，提高vocs处理效果，减少燃料气的损耗。让接触不到燃烧器火焰的vocs分子能够接触耐火砖的辐射热，保障≥99%的净化效率。

28.本发明的装置采用热氧化工艺治理vocs，在处理尾气实现达标排放的同时减少燃料气的消耗，副产蒸汽产生经济效益，工艺设计巧妙合理，配空气量少，稀释空气与废气进炉前不预混，通过单独通道进炉膛，避免了空气升温预热过程中的安全风险。新疆广汇新能源有限公司先行试建并投用的该实施例的低温甲醇洗vocs废气理装置是目前国内首套稳定运行的上述低温甲醇洗高浓度大风量 vocs 尾气处理装置，成功填补了我国大型煤化工低温甲醇洗 vocs 治理的空白，具有良好的环保效益、经济效益和社会效益，对国内 vocs治理行业的发展有着巨大的推动作用。装置建成后尾气排放均达国家排放标准，现场工作环境空气质量明显提升，有力保障员工身心健康，总体上会极大地促进伊吾县、哈密地区，乃至自治区实现绿色发展、节能降耗减排的目标，为新疆的产业转型升级、生态文明和可持续发展作出较大贡献。更重要的是开发出的低氮、低燃料气、高 vocs 去除率、低成本、大流量高浓度 vocs 废气的高温氧化无火焰余热回收节能型废气治理工艺若大面积推广到煤化工行业废气治理装置，将助力行业内各企业走出大流量高浓度废气长期无法有效治理的困境，实现环保效益和经济效益双丰收，真正意义上践行“绿水青山就是金山银山”理念，普惠民生福祉。

29.实施例3图1中带有箭头的表示为预热式直燃炉 to+废热锅炉+脱硫系统的工艺流程图，为描述预热式直燃炉 to+废热锅炉+脱硫系统开机过程、 正常运行、停机过程、 紧急停机过程中，整个系统配助燃风、冷却风、稀释风、燃料气、余热回收装置、脱硫装置进出口烟气温度、蒸汽产量、热回收效率以及整个配风系统的热量传递过程的计算过程，以22 个特征工艺点的物料衡算进行阐述。

30.当正常运行工况时，烟囱出口的烟气含氧量为 3.51%，稀释空气经预加热器后温度升至 485℃，饱和蒸汽的产值为 41.12t/h，碱液的耗量为102.72kg/h，非甲烷总烃（vocs）的排放速率为 2.05kg/h，低于100kg/h 的排放标准，其排放浓度为16.09mg/nm3，基准氧含量下排放浓度为16.56mg/nm3，低于80mg/nm3的排放标准，且设计的去除率为99.93%；二氧化硫（so2）的排放速率为5.86kg/h，低于39kg/h的排放标准，其排放浓度为45.93mg/nm3，基准氧含量下排放浓度为47.27mg/nm3，低于 50mg/nm3的排放标准；硫化氢（h2s）的排放速率为0.01kg/h，低于2.3kg/h 的排放标准，其排放浓度为 0.0581mg/nm3，基准氧含量下排放浓度为0.0598mg/nm3，低于0.06mg/nm

3 的排放标准；一氧化碳（ co）的排放速率为 0.20kg/h，其排放浓度为1.59mg/nm3，基准氧含量下排放浓度为 0.91mg/nm3，低于 80mg/nm

3 的排放标准；甲醇（ch4o）的排放速率为 0.01kg/h，低于 77kg/h 的排放标准，其排放浓度为 0.06mg/nm3，基准氧含量下排放浓度为 0.06mg/nm3，低于 12mg/nm3的排放标准。

31.综上所述，在处理低温甲醇洗排气筒废气前，首先将预加热式直燃炉 to 的氧化室预热到设定温度，在助燃空气风机的作用下，助燃空气与厂区内燃料气在燃烧器中混合燃烧，当氧化室中的温度恒定在设定的温度后，在稀释空气风机的作用下经 to 后端的预加热器换热后将稀释空气送入氧化室的炉膛，然后排气筒废气直接送入燃烧器，与助燃空气在燃烧器内进行预热预混，进入氧化室炉膛与稀释空气充分混合，与此同时当炉膛温度维持在≥850℃时，自动切断燃料气管路，稀释空气提供 vocs 气体在高温作用下分解成二

氧化碳和水时所需的氧，同时为了增加 vocs 与氧气分子的有效碰撞，工艺路线中严格控制烟气中氧含量≥3.5%，保障非甲烷总烃的去除率≥99%。利用废热锅炉最大程度的回收显热，热回收效率高；针对烟气中二氧化硫浓度超标的问题，利用碱法脱硫脱出烟气中二氧化硫，使烟气达标排放。艺管路设置氮气密封，利用氮气将 to 装置与厂区内低温甲醇洗装置隔离开，杜绝了火焰传播的可能性， 为工艺装置提供可靠的安全屏障。存在爆炸风险的可燃气体与空气不提前预混，无爆炸危险；系统设置高温报警装置，严格控制运行温度过；综合考虑该项目处理的低温甲醇洗装置与混合制冷装置以及硫化氢浓缩装置相邻，当装置检修或泄露，大量氨气或者硫化氢弥漫在周围空气中，助燃空气或稀释空气会将此氨气/硫化氢带入vocs 治理装置，因此在预加热式直燃炉 to+废热锅炉系统布置区域内合理增设可燃有毒气体报警装置，同时系统中空气进口设置为高位取风，且取风口设置为年最大风频的上风向，保障 vocs 治理装置正常运行；针对尾气湿度较大、装置区域空气湿度大、环境昼夜温差大、冬季气温低、夏季气温高的特点，助燃空气风机入口前设置蒸汽伴热，保障后续 vocs 治理装置正常运行。

32.本装置正常工况时，低甲排放尾气热值约600kcal/nm3，流量约57000nm3/h，因其气量较大，可燃物浓度较高，因含c2、c3等轻烃组分不宜采用回收工艺，故本装置采用成熟可靠、vocs去除率高的无焰热氧化处理工艺。

33.本发明提供的低温甲醇洗尾气中vocs的处理方法是直接燃烧技术的处理方法，稀释空气提供vocs气体在高温作用下分解成二氧化碳和水时所需的氧，同时为了增加vocs与氧气分子的有效碰撞，工艺路线中严格控制烟气中氧含量＞3%，保障非甲烷总烃的去除率≥99%。利用废热锅炉最大程度的回收显热，热回收效率高；最终实现低氮、低燃料气、高 vocs 去除率、低成本、大流量高浓度 vocs废气治理，使排放尾气达到超净排放。

34.为确定合适的燃烧工艺，用相同的低温甲醇洗排放气数据对燃烧工艺，采用蓄热燃烧和直接燃烧技术（有/无火焰燃烧技术）进行技术对比，蓄热燃烧方式与直接燃烧技术相同，只是将换热器改为蓄热陶瓷，高温燃烧气与新进废气交替进入蓄热陶瓷直接换热。各燃烧工艺（蓄热燃烧和直接燃烧技术）的工艺参数等技术指标如表2所示。

35.表2各燃烧工艺技术对比表

项目现有的蓄热燃烧现有的无火焰燃烧本发明的方法现有的有火焰燃烧一、公用工程消耗

????

空气补入量(nm3/h)27万(空气)+17万(循环气)5.5万5万5万副产低压蒸汽,t/h

?

68

?

50

?

50

?

50低压锅炉给水,t/h71.4525252燃料气，nm3/h

?

10003001500仪表空气，nm3/h120808060二、三废排放

????

尾气排放气量，nm3/h325788～120000～115000～120000nox排放低低极低较高三、总投资，万元9000700058006000数据来源按照rto要求提前配风到爆炸下限25%需要的风量

???

由上表可见，在尾气中有机物浓度或热值较高时，现有技术中的蓄热燃烧需掺入大量的稀释空气以控制温度，在经济性上无法和直接燃烧技术竞争。而现有技术的无火焰燃烧和有火焰燃烧技术需额外消耗较多燃料气，且nox排放相对较高。本发明的技术与现有技术相比投资少，且燃料气消耗少，尾气排放量极低，成本低，具有显著的经济优势。

36.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。技术特征：

1.一种低温甲醇洗废气中vocs的处理方法，其特征在于，其包括将预热式直燃炉的燃烧室预热到设定温度，在助燃空气风机的作用下，助燃空气与燃料气在燃烧器中混合燃烧，当燃烧室中的温度恒定在设定的温度后，在稀释空气风机的作用下稀释空气经预热式直燃炉后端的预加热器换热后将稀释空气送入预热式直燃炉的燃烧室，然后vocs废气通过废气风机的作用直接送入燃烧器，与助燃空气在燃烧器内进行预热预混，进入预热式直燃炉的燃烧室炉膛与稀释空气充分混合，与此同时当燃烧室炉膛温度维持在≥850℃时，自动切断燃料气管路；混合反应后的烟气进入预加热器，再进入废热锅炉，最后进入脱硫塔后进入排气筒。2.如权利要求1所述的vocs废气处理方法，其特征在于，所设定温度为850～1000℃。3.如权利要求1所述的vocs废气处理方法，其特征在于，排气筒vocs废气在通过废气风机之前先通过水封罐。4.如权利要求1所述的vocs废气处理方法，其特征在于，控制烟气中氧含量＞3%。5.如权利要求1所述的vocs废气处理方法，其特征在于，所述脱硫塔采用碱法脱硫，在脱硫塔内通过喷淋碱液进行，碱液为15~30%的氢氧化钠溶液。6.一种低温甲醇洗vocs废气处理的装置，其包括依次连通的燃烧器、预热式直燃炉、预加热器、废热锅炉、脱硫塔、助燃风机、废气风机、稀释空气风机和排气筒，其中，所述燃烧器上设有废气通入管、燃料气接入管、助燃空气接入管，所述预加热器设有稀释空气加热交换管道最后通过管道接入预热式直燃炉中，所述废气通入管与燃烧器之间设有废气风机，助燃空气接入管与燃烧器之间设有助燃风机，稀释空气加热交换管道上设有稀释空气风机，所述脱硫塔的下端设有氢氧化钠溶液存储池，所述脱硫塔的内部上端设有喷淋管，氢氧化钠溶液存储池与喷淋管之间设有循环泵。7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述稀释空气风机前的稀释空气管道上设有过滤器，在助燃风机前的助燃空气管道上设有过滤器。8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，在废气风机前，废气管道通过水封罐。9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述燃烧器和预热式直燃炉内的耐火砖是粘土、氧化铝的混合物。10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述燃烧器设有两个长明灯，燃烧器设有第一级燃料气管路和第二级燃料气管路。

技术总结

本发明涉及一种低温甲醇洗尾气中VOCs的处理方法及其装置，将预热式直燃炉的燃烧室预热至设定温度，在助燃空气风机的作用下，助燃空气与燃料气在燃烧器中混合燃烧，当燃烧室中的温度恒定在设定的温度后，在稀释空气风机的作用下稀释空气经预热式直燃炉后端的预加热器换热后将稀释空气送入预热式直燃炉的燃烧室，废气经水封罐通过调节阀控制送入燃烧器，与助燃空气在燃烧器内进行预热预混，进入预热式直燃炉的燃烧室炉膛与稀释空气充分混合，混合反应后的烟气进入预加热器，再进入废热锅炉，最后进入脱硫塔后进入排气筒。利用废热锅炉最大程度的回收显热，热回收效率高；针对烟气中二氧化硫浓度超标的问题，利用碱法脱硫脱出烟气中二氧化硫，使烟气达标排放。使烟气达标排放。使烟气达标排放。

技术研发人员：刘常进 崔廷政 张雪丽 罗桢 郭慧冬 魏江龙 谢辉 马建明

受保护的技术使用者：新疆广汇新能源有限公司

技术研发日：2021.06.10

技术公布日：2021/9/3