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工厂化改性沥青生产装置烟气净化的工业应用
2019年04月15日    阅读量:696    新闻来源:中国沥青网 sinoasphalt.com  |  投稿

摘要:由于改性沥青烟气中含有有毒有害组分,对操作人员健康和环境造成危害,某石化公司改性沥青装置根据烟气性质,先后采用了有机溶剂洗涤法和低温等离子体烟气净化技术。工业实践表明,两种技术均可以对改性沥青烟气实现有效净化,但也存在不足。建议两种技术结合使用,取长补短,使其史有效地保护环境和保证操作人员的身体健康中国沥青网sinoasphalt.com


关键词:改性沥青 烟气 净化


某石化公司基质沥青由于芳烃含量少、胶质含量多、沥青质含量少的原因,通过改性剂直接改性的难度大,必须在母液配置时加人富含芳烃的溶剂,才能改性成功。沥青混合料在预混罐内升温、搅拌,完成改性沥青配制;在搅拌罐内进行物料的升温和循环搅拌,完成沥青改性过程。在预混罐和搅拌罐内均有烟气产生,即存在汽化闪蒸过程,烟气经各罐顶的高空排烟管向大气排放,对自然环境和操作人员健康产生了恶劣影响。


烟气由预提罐和搅拌罐内改性沥青物料在210~235℃下裂解产生。改性沥青烟气中含有多种化学物质,有醛、酮、醇、酸等有机物,还有小分子气相烃和大分子的污油粒子以及改性剂、助剂颗粒和其它杂质。通常具有以下理化性质[I]:

(1)非极性高分子环碳烃类具有亲合油类和有机易溶性,强烈憎水等强极性物质。


(2)逸烟温度≥110℃,闪点三;:250℃。高温下易被石油焦炭粉颗粒或多孔石墨吸收和表面黏附。


(3)粒径0.1~1.0μ.趴在高温系统中呈烟滴悬浮状态,在常温开放空间呈固体颗粒状(极细粉尘),漂浮于空气中。


(4)强黏性。温度≤110℃时呈强塑性无定形固态,遇低温物即黏附其上,呈无定形固态,很难脱落。


(5)危害性。因其极细微粒(0.1~1.0μ.m),易进入呼吸系统和血液循环系统,尤其是含有3-4种苯并笓等多种高致癌物,危害更大。


另外,在改性沥青生产中加人了溶剂、改性剂和其它助剂,当反应不完全时,改性沥青烟气就会携带这些酸性无机物、改性剂颗粒和芳烃油类组分进入到大气中。


改性沥青烟气具有种类多、成分杂、浓度高、难降解等特点。目前国内采用的处理方式有以下几种:燃烧法净化率高,工艺简单,但是存在电耗大、热回收率低、控制难、易产生二次污染的缺点;静电吸附法前期净化效果好,但是静电收集易饱和失效,不能降解有机废气VOC;化学喷雾法优点是效果明显、设备体积小,但是运行成本高、易生成新的污染物质、喷雾系统故障率高,离子束法技术先进,净化效率好,但是成本高、电耗大、维护难。



沥青烟气温度高于150℃,粉尘比电阻加大,降低除尘效率,且烟气中含有油气组分,故不宜直接采用高压静电除尘。当沥青烟气降温小于100℃时,将导致沥青黏稠度增大,容易黏附堵塞管道和布袋滤料,所以不宜直接采用袋式除尘器进行低温干法处理。


根据烟气具有非极性和有机易溶性的特点,装置设计了有机溶剂洗涤法烟气净化系统。2008年10月烟气净化系统投用,改性沥青烟气净化吸收流程见图1。


烟气处理流程由混合气体集合管、洗涤塔、柴油循环泵、柴油冷却器、引风机和烟囱组成。在搅拌罐区建设一个填料洗涤塔,圆筒形塔体内由矩鞍环填料、液体分布器、支撑板等组成。气体进料口上方设液体分布器和破沫网,全塔压降约250Pa。工作原理为高温烟气和低温溶剂油逆向流动,溶剂油自塔上部进入,经液体分布器在填料表面形成膜状下流;烟气自塔底进入,沿填料的缝隙上升,气、液两相接触传质、传热而净化烟气。将2个预混罐和6个搅拌罐烟气以及吸人的空气通过一条顶部总管集中引至洗涤塔中部,烟气中轻组分和有毒有害物质在洗涤中被洗涤油喷射吸收,烟气在洗涤塔顶出后安装积液分离罐。通过积液分离罐将携带的溶剂油进行回收,进一步得到净化的烟气排往大气。吸收净化后烟气由引风机自洗涤塔顶部引出经烟囱高空排放[2]。洗涤柴油自塔底抽出,经柴油循环泵升压、与循环水换热冷却后返回洗涤塔循环使用,定期对循环柴油进行检测、置换。富吸收油通过回炼装置进行处理后,重新投入使用。


洗涤法投用初期,改性沥青烟气使用净化吸收洗襟塔,气、液接触充分均匀,烟气净化效果较好。从烟气外排的情况判断,可视的烟气浓度明显降低,装置内环境大为改善。随着装置的扩量改造,烟气量增大,且烟气受预混管和搅拌罐的温度、液位影响较大,烟气浓度并不稳定。另外,利旧使用的溶剂循环泵效率变差,出现半抽空,流量不稳定的现象。烟气净化吸收未达到理想状态。



溶剂油与尾气交换流量、流速不匹配。引风机转速无有效调节手段,烟道负压无法精确控制,烟气流速不稳定。溶剂流量较小时,会使烟气与溶剂油循环交换量不足,烟气吸收不下来,被引风机排到大气中;烟气流量和流速增大后,缩短了烟气与溶剂的变换时间,造成烟气未被足够吸收,还出现了烟气携带溶剂的现象。


洗涤塔内构件的影响。矩鞍环填料堆积过多,体积大,烟气和溶剂的流通面积小,停工检修时发现填料层溶剂积液较多。另外,填料层设计位置过高,填料层和顶部出口间距离较短,烟气携带溶剂时,无有效沉降和缓冲空间,携带溶剂的烟气在负压作用下排往烟道,净化吸收效果变差。


在选择、计算与尾气吸收能力相匹配的引风机的同时,使用变频调速技术,及时有效调节烟道和洗涤塔负压,以期控制最佳的压力状态,也有利于烟气净化吸收效果。


等离子体沥青烟气净化工艺是使用等离子体和催化氧化复合高新技术,处理气态有害和异昧烟气,具有极强的针对性和互补性;设备结构紧凑,体积小。装置于2013年引进该项技术,并于2014年投入实际运行。


净化装置设计为四段净化,工艺流程见图2。


第一段为洗涤塔清洗装置。

沥青烟气进入等离子体净化系统之前要求温度<70°C,当沥青烟气和粉尘进入洗涤降温段时,高温烟气穿过雾化器喷出的细小水雾,烟气中的颗粒状污染物与水雾碰撞发生液滴合并,油雾和颗粒状污染物因表面黏度较大而被雾滴包融。随着雾滴体积增大,烟气中的颗粒物和粉尘因惯性而被水吸附,形成乳浊液排人沉淀池,待沉淀后再循环利用。另外,水雾还具有对高温烟气进行冷却和降温的作用。除去沥青烟气中的大颗粒烟尘并使废气温度降低,以保证后续处理效果。


第二段为预处理过滤装置。

经洗涤降温后的入过滤段,采用机械式除油技术,使油雾均匀通过净化装置,确保油雾净化效率最大化,同时利用机械碰撞、重力沉降的原理,使均流板上形成的大颗粒油滴滑入集油槽内,从而实现油烟分离。



第三段为等离子体净化装置。

经前段处理后的烟气中颗粒物已基本被吸附, 余下的烟气进入低温等离子体净化段。等离子体是一种聚集态物质, 当外加电压达到气体放电电压时, 气体被击穿产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。这种放电产生于两个电极之间, 并在脉冲高压电作用下对空气放电, 将空气激活, 从而产生等离子体。其产生的大量活性自由基可以直接打开有害废气各种气体分子之间的分子键,使有害气体分解为最简单的小分子, 从而对有害气体和异味进行降解和氧化, 最终产物对人体和环境均无害。


第四段为活性催化氧化净化装置。

催化氧化剂, 以稀土为载体, 经科学工艺合成直径在2~4mm 颗粒状催化氧化剂。该氧化剂微孔多, 吸附性强, 具有很大的比表面积, 约800-1200㎡/mg 。其次, 颗粒状氧化剂里外微孔都浸渍了高锰酸钾, 氧化性强。直径2~4mm 颗粒状催化氧化剂装模在V 字型的箱子内, 风阻小, 氧化均匀, 更换容易。



等离子放电采用的是低温等离子体,与沥青烟气接触不会发生打火甚至爆炸的危险; 当等离子电场使用时间过长而又不清洗和保养不到位时会引起拉弧起火,不定期检查保养就会引起事故烟气的发生。考虑到等离子电场拉弧起火的隐患存在,该技术投用的初期, 等离子电场未投入放电程序。在实际运行过程中发现第一段和第二段出现较多的油污, 第四段沥青粉尘未出现黏结现象, 而装置内的恶臭气味和沥青烟雾消失, 说明净化效果良好。2015年8月装置在改性沥青改造时对烟气净化系统增加了氮气保护和吹扫流程, 消除了运行的安全隐患后, 成功投用了等离子电场放电程序。装置烟囱看不到明显的烟气排放, 装置内部和周边环境中的空气没有异味, 达到了沥青烟气净化的目的, 达到了排放标准, 给操作人员的身体健康提供了有效的保障。


市场调研情况说明, 低温等离子体沥青烟气净化技术具有稳定可靠、耗电少、运行费用低、处理彻底、无二次污染等优点。但改性沥青生产工艺各有不同, 烟气组成和性质存在差异, 该公司的改性沥青烟气中携带有富含芳烃的溶剂油,等离子电场拉弧起火存在安全隐患。另外, 目前还有许多问题有待解决, 如大功率、窄脉冲、长寿命的高压脉冲电源尚在研究之中, 电源和反应器的有效匹配待解决, 还有副产物收集中的黏结问题等。另外, 在北方冬季极寒气候条件下, 洗涤塔使用水洗时的保温防冻和油污外排的防冻凝是工作的难点。


有机溶剂洗海法有机溶剂洗涤法成本主要来自循环柴油消耗及运转机泵电施。更新一次循环柴油可使用一周,一次用量5t左右。按市场价5000元/t计算,一周产生循环柴油费用25000元。每月循环柴油费用约4x25000=10x10^4元。



循环柴油泵电机额定功率35kW,引风机额定功率15kW,按工业用电1元/kWh计,每月电能为:(35+15)x24x30x1=3.6x10^4元。


即有机溶剂洗涤法合计每月产生运行费用为13.6x10^4元。


低温等离子体烟气净化法需新建低温等离子体净化设备一套,价格80x10^4元。催化氧化剂更新频次为一周,每次更换2t。按催化氧化剂9800元/t计算,每周更换成本约2x10^4元。每月使用催化氧化2×10^4x4=8x10^4元。



洗涤塔循环水泵电机额定功率11kW,引风机额定功率15阳,按工业用电1元/kWh计,每月电耗为:(11+15)x24x30x1=1.87×10^4元。加上等离子电场放电(1kW)的电耗,约为2x10^4元。


低温等离子体烟气净化法每月产生运行费用约为10x10^4元,较有机溶剂洗涤法更经济。

有机溶剂洗涤法和低温等离子体净化法都对改性沥青烟气净化是大有禅益的,建议吸收各自的优点相互补充,二者结合使用,则效果更佳。将低温等离子体沥青烟气净化系统中的水洗方法洗涤塔更换为有机溶剂洗涤塔,可以更好将沥青烟气中的油雾类物质吸收溶解,从而减轻后续等离子体净化的负荷和难度。同时解决了水洗洗涤塔防冻凝的难题和洗涤后油雾携带较多引起等离子体高压电场拉弧起火的隐患。为解决等离子电场拉弧起火存在安全隐患,在改性沥青烟气流程中增加氯气吹扫保护流程,设置联锁条件,当检测到火焰存在时,自动打开氮气保护电磁阅门进行吹扫保护。另外,做好设备保湿、选择适当的有机溶剂和流通量、确定管道风速和风压等技术参数也是不能忽视的。



改性沥青烟气净化系统是没有经济效益的环保设施,正常运行和维护都会增加装置生产的能耗、物料消耗及三废处理成本,但系统投用后,实现了装置烟气排放量降低,极大净化装置内及周边空气,杜绝了员工因烟气污染而患各种急性、慢性病,给员工创造了一个良好的工作环境。

参考文献

[1]程如宁.沥青烟气特性及其吸附净化处理[J]..工

程设计与研究,2007,122(6):26-27.

[2]潘从锦,刘振中,马志军,等.改性沥青尾气净化影响因素及运行分析[J].石油沥青,2012,26(4):6-8.



标签:技术中心改性沥青
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