A級瀝青調(diào)和裝置惡臭氣體治理技術應用

郭輝，李柏鑫，蔡珂瑋，王菊香，楊勇

（中國石化塔河煉化有限責任公司，新疆庫車 842000）

惡臭氣體是所有刺激嗅覺器官能引起人們不愉快及損壞生活環(huán)境的氣體物質的總稱[1]。惡臭氣體有別于一般環(huán)境污染氣體對人體的直接傷害，其通過刺激人的感官神經(jīng)，破壞人體新陳代謝，會對人的神經(jīng)和心理造成傷害。長期處于惡臭氣體環(huán)境污染中，能引起厭食、記憶力下降、失眠及心情煩悶等疾病。有些有毒的惡臭氣體會對人體呼吸器官、皮膚、記憶力、黏膜、眼睛等造成刺激或傷害，引發(fā)呼吸道疾病[2]，嚴重的可以致癌或慢性中毒死亡[3]。惡臭氣體對人類的危害越來越大，研究和應用惡臭氣體治理技術對人們的生活具有重大意義。

1 A級瀝青調(diào)和裝置惡臭氣體的產(chǎn)生

1.1 A級瀝青調(diào)和裝置工藝簡介

塔河減壓渣油蠟含量低、黏度高，所產(chǎn)的直餾瀝青高溫性能較好，生產(chǎn)高等級道路瀝青具有一定的潛在優(yōu)勢?？赏ㄟ^添加聚合物來輕度改性以提高低溫延度，改善瀝青的低溫性能，使所產(chǎn)A級瀝青綜合性能得到優(yōu)化提升，能生產(chǎn)出質量指標優(yōu)異的A級瀝青產(chǎn)品，使劣質塔河渣油得到充分合理的利用，為國家道路建設提供緊缺的優(yōu)質道路瀝青[4]。

A級瀝青調(diào)和裝置主要由母液配制、A級瀝青調(diào)和、惡臭氣體治理、導熱油加熱四部分組成。經(jīng)破碎機破碎后的丁苯橡膠（SBR）顆粒通過鼓風機輸送到溶解SBR顆粒的抽出油（FR1）配劑罐，在150℃左右的抽出油中溶解膨脹，經(jīng)罐底泵抽出循環(huán)剪切70 min后，進入FR1發(fā)育罐，罐底連續(xù)循環(huán)剪切，罐內(nèi)發(fā)育至肉眼看不見細小顆粒為發(fā)育成熟（60~80 min）。發(fā)育成熟的FR1液再進入穩(wěn)定液配制罐，與罐區(qū)送入的穩(wěn)定劑、減壓渣油充分攪拌混合，經(jīng)罐底泵抽出后用膠體磨循環(huán)研磨，配制好的穩(wěn)定液（母液）進入穩(wěn)定液緩沖罐（80 min）。為防止穩(wěn)定液在緩沖罐內(nèi)出現(xiàn)離析分層，罐底可用螺桿泵一直循環(huán)，罐中下部的攪拌器一直攪拌。母液與減壓渣油按照一定的比例混合進入A級瀝青調(diào)和罐，經(jīng)攪拌合格后即為A級瀝青產(chǎn)品，送出裝置。母液配制及A級瀝青調(diào)和工藝流程見圖1，裝置具體操作參數(shù)見表1。

圖1 母液配制及A級瀝青調(diào)和工藝流程

表1 裝置主要操作參數(shù)

1.2 惡臭氣體的產(chǎn)生

由表1可知，A級瀝青調(diào)和生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定液配制及A級瀝青調(diào)和過程都是在120~180℃的溫度范圍內(nèi)和常壓條件下進行操作，母液及減壓渣油中的輕組分揮發(fā)出來。這部分氣體主要是大量多環(huán)芳烴（PAH）及含少量氧、硫的雜環(huán)烴化合物[5]，當其泄漏到大氣中，會刺激到人的嗅覺，時間稍長就會感到惡心嘔吐。塔河煉化A級瀝青調(diào)和裝置惡臭氣體主要污染物濃度見表2。

表2 A級瀝青惡臭氣中主要污染物濃度 mg/m3（2014年）

2 惡臭氣體處理技術及應用

2.1 惡臭氣體處理技術

目前，常用的惡臭氣體治理方法有物理法、生物法和化學法三大類[6]。各類方法在技術發(fā)展的過程中又衍生出新的更加具體的技術。

物理法是不改變惡臭氣體的化學性質，用一種物質將臭味掩蔽和稀釋，或者將惡臭物質由氣相轉移至液相或固相。常用方法有掩蔽法、稀釋法、冷凝法和吸附法等。生物法是20世紀50年代發(fā)展起來的新興脫臭技術，利用微生物能夠在代謝過程中降解惡臭物質這一原理開發(fā)，是大氣污染控制的新技術，可以達到無臭化、無害化的目的。常用方法有生物過濾池法、生物滴濾池法和生物制劑法。

化學法是用一種物質與惡臭氣體進行化學反應，改變惡臭氣體的化學結構，使惡臭氣體轉變?yōu)闊o臭物質或臭味較低的物質。常見的方法有燃燒法、氧化法和化學吸收法（酸堿中和法）等。其中，燃燒法有直接燃燒、熱力燃燒、蓄熱燃燒和催化氧化4種。①直接燃燒是將有機廢氣作燃料來燃燒。適用于廢氣中所含可燃物濃度非常高，要高于爆炸濃度上限，不添加輔助燃料能維持燃燒所需的溫度。直接燃燒法的火焰燃燒溫度一般在1 100℃左右。②熱力燃燒即有機廢氣中所含可燃物濃度極低，不能維持燃燒，須憑借輔助燃料燃燒產(chǎn)生的熱量來提高廢氣溫度，使有機廢氣中的有害物質氧化轉化為無害物質的燃燒方式。熱力燃燒過程廢氣在燃燒室中的停留時間在0.3~0.5 s，溫度720~1 250℃。③蓄熱式燃燒。在生產(chǎn)過程中通過冷卻凈化氣來預熱有機廢氣，不使用或使用少量燃料使其達到燃燒室溫度。這種典型的蓄熱換熱方法，需要兩臺換熱器來實現(xiàn)加熱和冷卻周期的切換。蓄熱式燃燒溫度為800~850℃，可處理低濃度、風量大的有機廢氣。④催化氧化。采用催化劑降低有機物氧化所需的活化能，提高反應速率，可以在較低的溫度和催化劑作用下進行氧化，使廢氣中可燃性組分徹底氧化分解，將氣體凈化處理。這種方法具有安全性好，對可燃物濃度、熱值限制小、起燃溫度低、反應溫度低、反應空速高（一般在10 000~40 000 h-1）等優(yōu)點。其不足之處是催化劑對原料要求嚴格，要先對廢氣進行預處理，以防止催化劑中毒[7]。

催化氧化工藝流程有分建式和組合式兩種。在分建式流程中，預熱器、換熱器、反應器均作為獨立設備分別設立，其間用相應的管路連接，一般應用于處理氣量較大且連續(xù)排放的場合。組合式流程將預熱、換熱及反應等部分組合安裝在同一設備中，流程緊湊，一般應用于處理氣量較小且連續(xù)排放的場合。A級瀝青調(diào)和裝置根據(jù)自身的特點選用催化氧化組合流程來處理產(chǎn)生的惡臭氣體。組合式催化氧化工藝要求進催化氧化的氣體要經(jīng)過預處理，除去粉塵、液滴及有害組分，避免催化床層堵塞和催化劑中毒。在投運時，對冷進氣必須進行預熱，后序可利用氧化尾氣的熱量預熱進口氣體。

2.2 催化氧化工藝原理

在催化氧化反應器中，惡臭氣體中的有機物在催化劑作用下，與氧氣發(fā)生氧化反應，生成H2O和CO2，釋放出大量的反應熱。廢氣中的烴類經(jīng)催化氧化反應后所產(chǎn)生的氣體符合國家和地方的相關排放標準，可直接通過煙囪排放到大氣中。

2.3 惡臭氣體處理技術應用

A級瀝青調(diào)和裝置500 m3/h的惡臭氣體采用中國石化撫順石油化工研究院的催化氧化處理技術進行治理。項目總投資350萬元，電加熱器只在開工初期投用，待催化氧化反應發(fā)生后可以停用電加熱器，利用反應放熱給廢氣加熱可以達到反應溫度。新鮮水每周補水1次，補水量2 t，該技術的運行成本并不高。

廢氣經(jīng)匯總后要進行預處理。先水洗，水噴淋吸收惡臭氣體中含有的瀝青類霧狀顆粒、油霧及部分水溶性的污染物；再脫硫，水洗后的氣體從固態(tài)脫硫罐下部進入泡沫網(wǎng)先脫除氣體中攜帶的微量水，從脫硫罐底部逆流進入脫硫劑床層脫除硫化物，避免硫引起催化劑中毒或排放氣中SO2濃度超過100 mg/m3；再過濾，脫硫后的惡臭氣體經(jīng)風機送入過濾器，過濾除去氣體中粒徑≥20 μm的粉塵；最后催化反應，預處理后的惡臭氣體進入換熱（加熱）－催化氧化反應單元，有機物在300℃和催化氧化劑的作用下，發(fā)生氧化反應，生成H2O和CO2，釋放出大量的反應熱。凈化后的氣體攜帶熱量，進入換熱器與預處理后的氣體進行充分換熱，加熱部分為電加熱，只在開工初期運行來滿足催化氧化反應的溫度條件。凈化氣被冷卻到120℃左右通過煙囪排放到大氣。工藝流程見圖2，圖中虛線部分為組合式設備。催化劑氧化反應的操作參數(shù)見表3，蜂窩陶瓷貴金屬催化劑性質表4。

表4 WSH-2型Pt-Pd催化劑物理化學性質

圖2 催化氧化法工藝流程

《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》（GB 31570－2015）要求處理后的凈化氣中瀝青煙濃度≤20 mg/m3，苯并芘≤0.3μg/m3，非甲烷總烴≤120 mg/m3，非甲烷總烴去除率95%以上。經(jīng)處理后的凈化氣數(shù)據(jù)見表5，從表5可以看出，各項數(shù)據(jù)都滿足上述標準要求，且優(yōu)于指標。

表5 凈化后的氣體分析數(shù)據(jù)

3 結論

A級瀝青調(diào)和裝置惡臭氣體經(jīng)催化氧化技術處理后，凈化氣瀝青煙和苯并芘等特征污染物均未檢出，非甲烷總烴含量平均值從490.22 mg/m3下降到0.74 mg/m3，遠優(yōu)于非甲烷總烴含量120 mg/m3的排放指標，非甲烷總烴去除率99.84%，優(yōu)于去除率99.50%的指標要求。各項指標均達到了《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》（GB 31570－2015）要求，從根本上解決了現(xiàn)場氣味惡臭的問題。