蓄熱式催化氧化 RCO(Regeneration Catalytic Oxidizer)、蓄熱式熱力焚燒 RTO(Regenerative Thermal Oxidezer)廢氣治理技術(shù),是目前能夠實(shí)現 VOCs 達標排 放的成熟技術(shù)。兩種技術(shù)從去除率、達標能力上來(lái)講是一致的,但畢竟是兩種截 然不同的技術(shù),在許多方面還是有區別的。下面對兩種技術(shù)進(jìn)行比較。
一、RCO 技術(shù)反應溫度低
RCO 反應溫度一般在 300~500℃,熱損失小,所需的能耗低;而 RTO反應 溫度一般在 800~1000℃(個(gè)別資料提到反應溫度 760℃,但需增加反應停留時(shí) 間),熱損失大,所需的能耗高。
二、RCO 技術(shù)不產(chǎn)生NOx
RTO 的反應溫度比較高,會(huì )將空氣中的氮氣部分轉化為 NOx,并且這一轉化 率隨著(zhù)溫度的提高、停留時(shí)間的延長(cháng)會(huì )迅速提升,RCO 不會(huì )生成 NOx。
據研究:
1)一套 20 萬(wàn) m3 /h 處理量的RTO設備,其 NOx 排放量約等于一臺 35t/h 的 燃煤流化床鍋爐。
2)在 930℃時(shí),在空氣氣氛下,N2和 O2 反應生成的熱力型 NOx 平衡濃度可 以達到 210ppm(265mg/m3 ),如果停留時(shí)間足夠長(cháng),生成的 NOx 還會(huì )進(jìn)一步 增加。
3)《蓄熱燃燒法工業(yè)有機廢氣治理工程技術(shù)規范》
5.5.1 一般規定:在一般規定中,對治理工程處理后可達到的排放水平以及 凈化設備運行過(guò)程中的環(huán)境保護要求、監測要求等進(jìn)行了原則性的規定。關(guān)于凈 化系統產(chǎn)生的二次污染物的控制在規范 6.4 中進(jìn)行了規定。在此,需要指出的 是,RTO 處理為高溫燃燒,在此過(guò)程中,有可能會(huì )生成 NOx,需要對其凈化予 以考慮,具體排放要求執行國家或地方的相關(guān)排放標準。
基于此,如果采用 RTO 技術(shù)治理 VOCs,后續要采取脫硝措施。
三、RCO 技術(shù)不產(chǎn)生二噁英
RCO 技術(shù)不產(chǎn)生二噁英
RCO 技術(shù)作為 VOCs 治理的主流技術(shù),也是目前能夠實(shí)現 VOCs 達標排 放的成熟技術(shù)。但許多業(yè)主,甚至環(huán)保從業(yè)人員,對催化氧化過(guò)程中是否生成 二噁英顧慮重重,尤其碰到廢氣中含有鹵素、芳烴等物質(zhì)時(shí),在選用催化氧化 技術(shù)時(shí)就會(huì )更加慎重。其實(shí),用催化氧化技術(shù)處理 VOCs 廢氣,基本不同擔心 生成二噁英,如果催化劑配伍當中配置分解二噁英催化劑,就更不用擔心二噁 英問(wèn)題。
二噁英又稱(chēng)二噁因,屬于氯代三環(huán)芳烴類(lèi)化合物,是由 200 多種異構體、 同系物等組成的混合體。其毒性比氯化鉀、砒霜強得多。是非常穩定又難以分 解的一級致癌物質(zhì)。二噁英中毒性最強的是 2,3,7,8-四氯二苯并二噁英, 其化學(xué)結構式為:
RTO,RTO焚燒爐,蓄熱式焚燒爐
英文縮寫(xiě)為 TCDD
二噁英主要來(lái)自垃圾焚燒、農藥及含氯有機物的高溫分解或不完全燃燒。
含有氯仿、氯甲烷、氯乙烷等低碳氯代烴的有機廢氣在催化氧化過(guò)程中不 會(huì )產(chǎn)生二噁英。其理由是:(1)催化氧化的穩定較低,在 400-600℃之間。(2) 催化氧化的機理與直接燃燒(熱力)燃燒不同。它是反應物分子(包括氧分子) 被吸附在催化劑的活性中心上得到活化、解離、重組、脫附,主要的過(guò)程都在 催化劑表面上完成,受催化劑表面結構控制。(3)低碳氯代烴濃度很低,氧 很豐裕的情況下,C-O、H-O、H-Cl 結合的活性遠大于 C-C、C-Cl 的結合。一個(gè) 碳,兩個(gè)碳的小分子,連接成氯代三環(huán)芳烴類(lèi)結構是不大可能的。
可能產(chǎn)生二噁英的必須條件:
(1)含高濃度氯代烴,貧氧(氧不足),高溫。如垃圾焚燒:垃圾中往 往含有氯的塑料制品;燃燒物的中間易處于貧 O2 層。高濃度、貧 O2是必要條 件。高溫裂解屬自由基反應機理,C-C 鍵容易連接起來(lái)。(2)如果廢物或廢氣 中含有氯代苯類(lèi)如:RTO,RTO焚燒爐,蓄熱式焚燒爐等,濃度比較高,在貧 O2 條件下,不完 全分解,易生成二噁英。
從上述二噁英的定義、生成機理、催化氧化反應機理等分析可知,用催化 氧化技術(shù)對 VOCs 進(jìn)行治理,不必擔心二噁英的問(wèn)題。如果催化劑配伍中配置 了分解二噁英的催化劑,廢氣出口二噁英的達標就更有保證!
2. RTO 技術(shù)在處理含氯廢氣時(shí),會(huì )產(chǎn)生二噁英
RTO技術(shù)在處理含氯廢氣時(shí)會(huì )產(chǎn)生二噁英。如果要消除處理后廢氣中的二噁 英,需要在二燃室將廢氣加熱到>1100℃,停留時(shí)間>2s,然后采用急冷技術(shù), 將廢氣溫度從 600℃迅速降溫至 150℃以下,這個(gè)時(shí)間不能超過(guò) 2s,從而破壞二 惡英再度生成的溫度區間,消除二噁英。
四、RCO 技術(shù)投資低
處理同樣規模的有機廢氣,設備配置水平相同,應用RCO 技術(shù)投資低于應 用RTO技術(shù)的投資,一般為RTO技術(shù)投資的80%。有人認為,RCO技術(shù)相比RTO技術(shù),多了價(jià)格高昂的催化劑,為什么反而投 資低?原因如下:1)RCO反應停留時(shí)間比RTO短得多,約為1/5;
2)RTO需配備脫硝設施;
3)針對含氯廢氣,RTO需增加急冷裝置;
4)RTO需配備燃料儲運設施;
5)RTO需配備備用電源;
6)RTO設備需采用耐高溫的材料;
7)針對含氯廢氣,RTO需解決高溫氯腐蝕問(wèn)題,會(huì )大幅度增加設備投資。
五、RCO 技術(shù)運行費用低
RCO因為反應溫度低,與外界熱量交換比較少,熱損失小,需要補充的外加 熱源相應就比較小,因此運行費用低。
綜上所述,RTO技術(shù)存在的問(wèn)題是嚴重的二次污染,同時(shí)存在投資大、運行 費用高、風(fēng)險高等問(wèn)題。2019 年 7 月 1 日實(shí)施的《制藥工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB 37823—2019)、 《涂料、油墨及膠粘劑工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB 37824-2019)、《揮發(fā) 性有機物無(wú)組織排放控制標準》(GB37822-2019)等,均正式提出了高溫產(chǎn)生氮 氧化物的問(wèn)題、含氯廢氣產(chǎn)生二噁英的問(wèn)題等。
上述標準的正式實(shí)施,極大地限制了RTO的應用范圍,RCO 技術(shù)的優(yōu)勢得 以凸顯。相信隨著(zhù)整個(gè)社會(huì )對廢氣治理的關(guān)注、認知的提高,RCO 將會(huì )在越來(lái)越 多的廢氣治理領(lǐng)域發(fā)揮作用。