浅谈HRG 尾气治理技术方案

辛立坤

（天津大沽化工股份有限公司，天津300450）

1 HRG 尾气简介

HRG 单元的生产目的是生产用于ABS 掺混的HRG 高橡胶接枝粉。HRG 单元采用半间歇式乳液聚合工艺，在水、乳化剂及其他助剂存在的条件下，丙烯腈、苯乙烯在聚丁二烯胶乳主干上进行接枝聚合反应生成高橡胶接枝乳液（HRG）。在生产干燥过程中，用热空气对HRG 粉料加热烘干，热空气经集尘器布袋过滤排至大气，空气中含有总量在300ppm 左右的有机气体（称为HRG 尾气）。为适应《合成树脂工业污染物排放标准》（GB 31572-2015）等行业排放标准，需对HRG尾气进行环保处理。由于HRG 尾气具有风量大、有机气体含量少的特点，需确定适用且经济的技术方案对其进行处理。在确立技术方案前考察了目前市场上比较成熟的技术方案，并进行了中试实验。

2 HRG 尾气技术处理技术方案介绍

2.1 常温催化法

常温催化法采用自由基激发器，将空气中的氧气和水份转化为高质量分数的强氧化自由基，与有机气相充分混合后，在常温高效催化剂的作用下，在与之匹配的气固相反应器内将HRG 尾气中的有机物气相在催化剂的作用下处理成CO2和H2O。此方法工艺流程相对简单，能源消耗相对较低。由于运行温度较低，可以有效避免苯乙烯和丙烯腈自聚的问题，理论上能够保证设备长时间稳定运行。在中试的过程中未考虑到尾气中含水、含粉尘的问题，导致催化剂失活。经改造后，装置可以正常连续运行[1]。由于HRG 尾气中有机气体含量相对较少，为达到处理效率，使用的设备占地面积较大，对于在现有厂房中配套安装，是一个非常大的挑战。并且所使用的催化剂是特型催化剂，无可代替的催化剂，制约着处理装置长期稳定运行。表1 为试验数据。

表1 常温催化法试验数据

2.2 吸附浓缩催化氧化法

此处理尾气的工艺是根据吸附和催化燃烧两个基本原理设计的，即吸附浓缩-催化燃烧法。

含有机物的废气经过活性炭吸附，有机物质被活性炭特有的作用力截留在其内部，洁净气体排出；经过一段时间后，活性炭达到饱和状态时，停止吸附，此时有机物已被浓缩在活性炭内。

催化净化装置内设加热室，启动电加热器装置，通过风机进入内部循环，对饱和的活性炭进行加热，当热量达到有机物的沸点时，有机物从活性炭内脱附出来，进入催化室进行催化分解成CO2和H2O，同时释放出能量。利用释放出的能量再进入吸附床脱附，此时加热装置根据释放出的热量降低运行负荷或完全停止工作，有机废气在催化燃烧室内维持自燃，尾气再生，循环进行，直至有机物完全从活性炭内部分离，至催化室分解。

在中试过程中，HRG 尾气中含水对催化燃烧室影响较大，催化室升温不稳定。活性炭连续工作时间为6h 左右，超出后需用蒸汽进行清洁。表2为试验数据。

表2 吸附浓缩催化氧化法试验数据

2.3 催化氧化法

催化氧化法是利用催化剂作用使有机物能在较低的温度（300～350℃） 下氧化转化为 H2O 和CO2，从而达到治理污染的目的。如果没有催化剂，有机物完全氧化的温度需700℃以上，催化氧化法最大的优点是净化干净、无明火（无焰氧化）、无二次污染，适用于生产装置区。此方法所用催化剂是治理VOCs 尾气的典型的气－固相催化反应的通用催化剂，其实质是活性氧参与的深度氧化作用。Pt 贵金属催化剂表面原子因受力场不平衡，有多余电子或轨道未得到饱和，形成了表面活性中心。吸附在活性基体上的烃类分子、H2、O2会被活化而参加反应。VOCs 组分与氧之间在催化剂活性中心处发生无焰氧化，生成CO2和H2O，达到去除尾气中的有害物质的目的，同时放出热能。

由于HRG 尾气在实际生产中风量比较大、有机气体质量分数较低，在燃烧过程中释放出的热量不能够维持热平衡，需外界提供热量维持反应温度。在初始开车阶段，使用电加热为反应器提供热量，但电加热功率较大，能耗较高，长时间运行，增加了运行成本，因此要向反应器内注入燃料，来维持反应温度。在催化氧化反应中，与天然气、LPG、汽油等其他燃料注入相比，甲醇需要的催化氧化温度最低，更加节能。相同催化温度下甲醇的催化氧化效率最高，维持催化温度甲醇的用量远远低于其爆炸下限最高，使用甲醇注入最安全[2]。表3 为试验数据。

表3 催化氧化法试验数据

3 总结

经过中试试验，短期内上述三种技术方案均能满足HRG 尾气排放要求，以HRG 尾气为对象，经过对比论证，结果见表4。

表4 技术方案对比

HRG 絮凝工艺属于连续生产，要求尾气处理装置连续运行，处理装置不能有明火，所用设备便于现场布置，且要维护简单，有足够的巡检、检修空间。环保装置投用后能够运行稳定，保证工作效率。常温催化法设备占地面积较大，现场有限的空间里不易布置，且需用特型催化剂，市场上不易购买，制约了装置长期稳定运行。吸附浓缩催化氧化法中的活性炭装置需要一套备用，这样就占据了厂房一部分空间，不易布置。且运行周期短，操作人员要定期的活化活性炭，不利于长期稳定运行。催化氧化法中，蓄热式催化氧化反应器将系统的换热部件蓄热床和反应床层集成于一体，催化剂布置于蓄热床层之上。这种一体化结构具有热损失小、结构紧凑、节省占地等优势。反应器底部为气流分布装置旋转翼，是区别于分床式蓄热氧化装置的核心部件。它采用连续旋转气体分配机构代替传统的机械阀门，无需定期频繁开关，只要以0.2～0.5rpm 的速度缓慢转动即可实现进口和出口气流的有效分离和分布。综合考虑，认为以催化氧化为技术核心的处理方案适用于处理HRG 尾气，此方案工艺流程简单，设备布置紧凑，节省占地空间，运行稳定，能够满足生产要求。