浅谈蓄热式焚烧炉在苯氧化生产顺酐尾气治理中的应用

李 霞 周枚花

(1.新余前卫化工有限公司;2.华东交通大学)

0 前言

顺酐(顺丁烯二酸酐)是一种重要的四碳平台化合物，是重要的有机基本化工原料，主要用于塑料、涂料、合成树脂、造纸、农药和医药等行业。目前顺酐生产的技术路线为苯氧化法和正丁烷氧化法，而正丁烷的质量要求较高，原料来源受到限制，因此，国内大部分顺酐生产厂家采用苯氧化法技术路线。

苯氧化生产顺酐的工艺如下:苯在催化剂作用下，在350～360℃与空气中的氧气进行催化氧化反应生成顺丁烯二酸酐(简称顺酐)。反应方程式如下:

副反应有苯的深度气化、苯的不完全氧化及顺酐的二次氧化，产物是一氧化碳、二氧化碳和水。氧化尾气主要成分包括未反应的苯、CO、CO2及少量顺酸，这就构成了尾气中以苯为主的挥发性有机物和CO对大气环境的污染，成为顺酐生产企业最为主要的气相污染源。

1 尾气组成

苯氧化生产顺酐的氧化尾气的组分见表1。由表1可知，苯氧化生产顺酐尾气中主要的污染成分为CO、苯及微量的顺酸和乙酸等有机物。尾气有一部分热量，同时又含有一些有毒、难处理的挥发性有机化合物(VOCs)，同时挥发性有机化合物的含量相对较低。

表1 苯氧化生产顺酐的氧化尾气的组分

2 尾气处理方式

国内一些厂家顺酐工艺中尾气普遍采取高空排放的方式，没有采取有效的方式对尾气进行处理，这样不仅污染环境，同时也造成资源的浪费。按照推算，2012年全国每年至少有8750吨(按照年产70万吨顺酐计算)的苯被顺酐企业排放到大气中。随着国家环境保护政策法规的逐步加强，顺酐尾气直排已经不能满足国家的环保要求。无害化并能够产生一定的环保净效益的尾气处理方式将成为众多顺酐生产企业的选择。

针对含挥发性有机化合物尾气的处理思路主要有两种:一是以回收其中的有机物同时进行无害化处理为目的的物理法，主要有吸收法、吸附法、冷凝法和膜分离法;一是以消除其中的有机物进行无害化处理为目的的化学消除法，包括直接焚烧、催化燃烧法、普通热焚烧等。

现有的顺酐废气治理可选用的工艺有催化焚烧、直接焚烧、普通蓄热焚烧。催化焚烧工艺作为成熟工艺已经应用在顺酐废气的治理中，但其一次性投资大，回收热量少(产生蒸汽量少)，还要定期更换昂贵的贵金属催化剂。热力焚烧也应用在正丁烷法顺酐的废气处理上，但其运行成本极大，以2万吨正丁烷顺酐为例，每小时消耗天然气1640m3/h左右，年运行费用大1600多万元。蓄热焚烧炉(RTO)是处理中低浓度VOC应用较广的一种新型的节能环保装置。

2.1 蓄热式焚烧炉(Regenerative Thermal Oxidizer)

蓄热式焚烧炉通常由多个蓄热室组成。其工作原理是在设备运行前，运用点火燃烧机加温将废气加热到760℃以上，废气中的VOC在高温下发生氧化反应，使其变成无害的CO2和H2O。这种氧化反应很像化学上的燃烧过程，只不过VOC的浓度低，反应中不会产生可见的火。其结构的新颖性在于将传统的气体焚烧炉与一套蓄热式陶瓷床换热器职责成一体，蓄热式陶瓷床换热器的热回收率可达到95%以上，通常在处理中低浓度有机废气时使用很少的燃料(甚至不使用燃料)，当有机废气的浓度在0.045%以上还可以进行余热回收(每小时可副产1.8MPa的饱和蒸汽6吨以上)。可以根据工厂的需要，设计一套余热锅炉用来回收热量。吸收塔后加设蓄热式焚烧炉(RTO)装置主要目的是消除尾气中的污染物，净化空气、保护环境。经环保部门检测，处理后的尾气完全达到GB16297－1996《大气污染物综合排放标准》的二级排放要求。

2.2 蓄热式焚烧炉在行业中的应用

由天华化工机械及自动化研究设计院研发设计的国内首套蓄热式焚烧炉顺酐尾气处理装置—30kt/a顺酐尾气处理装置在常州亚邦化学有限公司一次开车成功以来，已有约30套的RTO成功应用于化工、涂料及使用化工等行业。

3 结束语

蓄热式焚烧炉系统设备紧凑，占地面积小，热效率高，运行可靠、维护费用低和自动化程度高。该技术的推广应用将可创造出巨大的经济效益、社会效益和环境效益，实现资源的循环利用，为我国经济和社会的可持续性发展做出贡献，因此也必将展现出广阔的应用前景和市场竞争力。