YZW系列催化氧化催化剂在含VOCs废气治理中的工业应用
朱伟、杨爱武、汪洋、刘建新、陈韶辉、杜鹃、李丹
（中国石化扬子石油化工股份有限公司研究院）
摘要：介绍了扬子石化研究院YZW系列催化剂的性能、特点、应用领域及治理效果，以及该系列催化剂在扬子石化研究院开发的催化氧化（CO）及吸附-催化氧化（XCO）两套工艺中的工业应用情况。
关键词：催化氧化、含VOCs废气、催化剂
1、序言
催化氧化技术是指在较低温度下(350-600℃)，通过催化反应器中的催化剂的作用，将废气中的可燃性组份氧化分解的一种废气处理方[1、2、3]。
2015年以来，随着国家对环境保护的重视程度日益提高，工业尾气排放标准越来越严格，新的国家及地方排放标准中，非甲烷总烃及特征污染物排放限值较1996年实行的 《大气污染综合排放标准》有了更为严格的规定[4、5]。如GB31570—2015 石油炼制工业污染物排放标准》、《GB31573—2015 无机化学工业污染物排放标准》、《GB31572—2015 合成树脂工业污染物排放标准》、《江苏省化学工业挥发性有机物排放标准》等。
扬子石化研究院经过多年研究，开发出适用于PTA氧化尾气处理工业级催化剂（YZW-400）， 2015-2016年在扬子石化PTA装置上进行了工业考评，催化剂达到进口催化剂性能指标。2018年3月，该催化剂在扬子石化PTA装置上得到完全应用。
2014年至今，随着国家对大气环境治理工作越来越重视，在YZW-400型催化剂的基础上，开发出针对低温治理要求的YZW-800型催化剂及专用于处理大风量低浓度的YZW-200型催化剂。
上述三种催化剂在2014年至2018年期间，均以技术服务的形式进行了对外转化工作，进行过工业应用。
2、YZW系列催化剂介绍
2.1 YZW-200型催化剂
1）催化剂各项技术参数
|
序号 |
项目名称 |
单位 |
数据 |
说明 |
|
1 |
外形尺寸 |
mm |
100100X50 |
尺寸可根据需求定制 |
|
2 |
类型 |
蜂窝式 |
||
|
3 |
最高使用温度 |
℃ |
500 |
|
|
4 |
抗压强度（正面） |
MPa |
≦20 |
|
|
5 |
抗压强度（侧面） |
MPa |
≦2 |
|
|
6 |
堆密度 |
g/L |
700 |
2）催化剂适用范围及使用条条件
|
序号 |
项目名称 |
单位 |
数据 |
说明 |
|
1 |
应用领域 |
含VOCs脱附气的循环处理 |
||
|
2 |
适用装置 |
XCO装置 |
||
|
3 |
适用VOCs种类 |
烃类、醇类、酯类、卤代烃等 |
||
|
4 |
不适应VOCs种类 |
水含量>10%的气体，含硫砷类化合物的气体 |
||
|
5 |
处理VOCs的浓度 |
mg/m3 |
100～500 |
结合吸附催化氧化工艺处理大风量低浓度含VOCs废气 |
|
6 |
催化剂的起燃温度 |
℃ |
250～300 |
针对“三苯” |
|
7 |
催化床层工作温度 |
℃ |
≦500 |
|
|
8 |
处理空速 |
h-1 |
1000～5000 |
3）催化剂使用性能
|
序号 |
项目 |
单位 |
期望值 |
保证值 |
说明 |
|
1 |
非甲烷总烃去除率 |
% |
≥97 |
≥95 |
循环处理条件下 |
|
2 |
非甲烷总烃残留 |
mg/m3 |
≦15 |
≦20 |
循环处理条件下 |
|
3 |
二甲苯残留 |
mg/m3 |
≦10 |
≦20 |
循环处理条件下 |
|
4 |
甲苯残留 |
mg/m3 |
≦8 |
≦15 |
循环处理条件下 |
|
5 |
苯残留 |
mg/m |
≦2 |
≦4 |
循环处理条件下 |
|
6 |
使用寿命 |
年 |
5 |
3 |
规定的使用条件 |
|
7 |
催化剂能否回收 |
能够进行载体回收 |
2.2 YZW-400型催化剂
1）催化剂各项技术参数
|
序号 |
项目名称 |
单位 |
数据 |
说明 |
|
1 |
外形尺寸 |
mm |
100100X50 |
尺寸可根据需求定制 |
|
2 |
类型 |
蜂窝式 |
||
|
3 |
最高使用温度 |
℃ |
450 |
|
|
4 |
抗压强度（正面） |
MPa |
≦20 |
|
|
5 |
抗压强度（侧面） |
MPa |
≦2 |
|
|
6 |
堆密度 |
g/L |
750 |
2）催化剂适用范围及使用条条件
|
序号 |
项目名称 |
单位 |
数据 |
说明 |
|
1 |
应用领域 |
流量和浓度稳定的含VOCs尾气 |
||
|
2 |
适用装置 |
RCO装置，CO装置 |
||
|
3 |
适用VOCs种类 |
烃类、醇类、酯类、卤代烃等 |
||
|
4 |
不适应VOCs种类 |
水含量>10%的气体，含硫砷类化合物的气体 |
||
|
5 |
处理VOCs的浓度 |
mg/m3 |
500～2000 |
直接催化氧化处理 |
|
6 |
催化剂的起燃温度 |
℃ |
200～300 |
针对“三苯” |
|
7 |
催化床层工作温度 |
℃ |
≦450 |
|
|
8 |
处理空速 |
h-1 |
5000～30000 |
3）催化剂使用性能
|
序号 |
项目 |
单位 |
期望值 |
保证值 |
说明 |
|
1 |
非甲烷总烃去除率 |
% |
≥98 |
≥97 |
循环处理条件下 |
|
2 |
非甲烷总烃残留 |
mg/m3 |
≦15 |
≦20 |
循环处理条件下 |
|
3 |
二甲苯残留 |
mg/m3 |
≦10 |
≦20 |
循环处理条件下 |
|
4 |
甲苯残留 |
mg/m3 |
≦8 |
≦15 |
循环处理条件下 |
|
5 |
苯残留 |
mg/m |
≦2 |
≦4 |
循环处理条件下 |
|
6 |
使用寿命 |
年 |
5 |
3 |
规定的使用条件 |
|
7 |
催化剂能否回收 |
能够进行载体回收 |
2.3 YZW-800型催化剂
1）催化剂各项技术参数
|
序号 |
项目名称 |
单位 |
数据 |
说明 |
|
1 |
外形尺寸 |
mm |
100100X50 |
尺寸可根据需求定制 |
|
2 |
类型 |
蜂窝式 |
||
|
3 |
最高使用温度 |
℃ |
400 |
|
|
4 |
抗压强度（正面） |
MPa |
≦20 |
|
|
5 |
抗压强度（侧面） |
MPa |
≦2 |
|
|
6 |
堆密度 |
g/L |
850 |
2）催化剂适用范围及使用条条件
|
序号 |
项目名称 |
单位 |
数据 |
说明 |
|
1 |
应用领域 |
流量和浓度稳定的含VOCs尾气 |
||
|
2 |
适用装置 |
RCO装置，CO装置 |
||
|
3 |
适用VOCs种类 |
烃类、醇类、酯类、卤代烃等 |
||
|
4 |
不适应VOCs种类 |
水含量>5%的气体，含硫砷类化合物的气体 |
||
|
5 |
处理VOCs的浓度 |
mg/m3 |
500～4000 |
直接催化氧化处理 |
|
6 |
催化剂的起燃温度 |
℃ |
150～250 |
针对“三苯” |
|
7 |
催化床层工作温度 |
℃ |
≦400 |
|
|
8 |
处理空速 |
h-1 |
5000～50000 |
3）催化剂使用性能
|
序号 |
项目 |
单位 |
期望值 |
保证值 |
说明 |
|
1 |
非甲烷总烃去除率 |
% |
≥99.5 |
≥99 |
循环处理条件下 |
|
2 |
非甲烷总烃残留 |
mg/m3 |
≦15 |
≦20 |
循环处理条件下 |
|
3 |
二甲苯残留 |
mg/m3 |
≦10 |
≦20 |
循环处理条件下 |
|
4 |
甲苯残留 |
mg/m3 |
≦8 |
≦15 |
循环处理条件下 |
|
5 |
苯残留 |
mg/m |
≦2 |
≦4 |
循环处理条件下 |
|
6 |
使用寿命 |
年 |
5 |
3 |
规定的使用条件 |
|
7 |
催化剂能否回收 |
能够进行载体回收 |
3、CO和XCO含VOCs废气处理工艺介绍
3.1 CO废气处理工艺介绍
CO废气处理工艺流程图
废气（视尾气中的氧含量及VOCs浓度考虑是添加空气）经过气气换热器，与经过催化氧化反应的高温气体换热，而后进入电加热器。
当废气进入催化氧化系统时，电加热器将100Nm3/h空气由常温加热到250℃，保证催化床层温度（当催化氧化反应器入口温度达到280℃时，电加热器停止工作，当催化氧化反应器入口温度低于250℃电加热器再次开启，由于进出催化氧化反应器的气体经过充分的热交换，正常状况下，电加热器工作时间很短）。当有废气进入催化氧化系统时，VOCs氧化分解放出的热量经过气气换热器回收，电加热器不需要工作。
经过电加热器后的废气进入催化氧化反应器，气体中的VOCs通过催化剂的催化作用，分解为二氧化碳和水。催化氧化反应器内部床层设置四个温度探头，催化氧化反应器出口设置一个温度探头，当任何一个测量点温度超过450℃时，冷却空气阀打开，补入冷空气降低床层温度（补风管线设置双向防爆轰型阻火器）。当所有探头温度降到400℃以下时，冷却空气阀关闭。
离开催化氧化反应器的高温气体通过气气换热器换热后，温度降低到120℃，再经过散热器散热，散热器配有凝液导淋管线。经过散热器后的尾气温度降低到50℃，通过风机引入烟囱排放。
3.3 XCO废气处理工艺介绍
XCO废气处理工艺流程图
废气进入吸附柜，吸附后排放。当吸附柜中吸附剂吸附饱和后，切换至另一吸附柜，吸附饱和的吸附剂用热空气循环加热脱附，脱出的含VOCs废气通过催化氧化反应器进行无焰燃烧，循环燃烧后排放。
脱附工艺说明：当进行脱附时，关闭主管道两端阀门，打开催化氧化反应器两侧阀门。循环鼓风机开启，电加热器开启，当电加热器出口温度达到300℃时，关闭电加热器，该温度下，气体中脱出的VOCs在催化剂的作用下和氧气发生氧化反应，生成水和二氧化碳。此时，维持冷空气进气阀门和尾端排气阀5%的开度，（保持催化燃烧所需要的氧含量）。当吸附剂的超温时，冷空气进气阀门全开，同时连锁全开尾端排气阀，补充冷空气降低脱附气体的温度，同时补充催化燃烧所需要的氧气。当催化床层进出口温度相同时，脱附过程结束。
4、YZW系列催化氧化催化剂工艺工业应用介绍
4.1 YZW-200催化剂在治理罐区废气XCO装置上的应用
YZW-200催化剂XCO装置现场
项目应用单位：某储运有限公司
项目治理尾气种类：罐顶呼吸阀排放的尾气
项目治理工艺：吸附-催化氧化法
装置规模：
尾气处理量：2000Nm3/h
尾气特征污染物：汽油、柴油、二甲苯、甲醇、石脑油等
尾气中污染物浓度：1000 ～10000mg/m3
催化氧化工艺条件：
催化剂种类：YZW-200型
催化剂用量：400L
催化剂起燃温度：250℃
治理后尾气指标：
|
序号 |
项目 |
单位 |
检测值 |
|
1 |
非甲烷总烃去除率 |
% |
≥99 |
|
2 |
非甲烷总烃残留 |
mg/m3 |
≦80 |
|
3 |
二甲苯残留 |
mg/m3 |
≦20 |
|
4 |
甲苯残留 |
mg/m3 |
≦15 |
|
5 |
苯残留 |
mg/m |
≦4 |
4.2 YZW-400催化剂在PTA氧化尾气RCO装置上的应用
YZW-400催化剂应用装置及催化剂装填现场
项目应用单位：精对苯二甲酸PTA装置
项目治理尾气种类：PTA氧化废气
项目治理工艺：直接催化氧化
装置规模：
尾气处理量：10000Nm3/h
尾气特征污染物：醋酸甲酯、溴甲烷、苯、甲苯、对二甲苯等
尾气中污染物浓度：500 ～2000mg/m3
催化氧化工艺条件：
催化剂种类：YZW-400型
催化剂用量：60250L
催化剂起燃温度：250℃
治理后尾气指标：
|
序号 |
项目 |
单位 |
检测值 |
|
1 |
非甲烷总烃去除率 |
% |
≥99 |
|
2 |
非甲烷总烃残留 |
mg/m3 |
≦25 |
|
3 |
二甲苯残留 |
mg/m3 |
≦1 |
|
4 |
甲苯残留 |
mg/m3 |
≦3 |
|
5 |
苯残留 |
mg/m3 |
≦1 |
|
6 |
醋酸甲酯残留 |
mg/m3 |
≦15 |
|
7 |
溴甲烷残留 |
mg/m3 |
≦3 |
4.3 YZW-800催化剂在热风炉尾气治理CO装置上的应用
装置安装现场
项目应用单位：某吸附剂有限公司
项目治理尾气种类：白土回收工艺中产生的尾气
项目治理工艺：直接催化氧化
装置规模：
尾气处理量：10000Nm3/h
尾气特征污染物：对二甲苯、苯、甲苯
尾气中污染物浓度：1000 ～3000mg/m3
催化氧化工艺条件：
催化剂种类：YZW-800型
催化剂用量：500L
催化剂起燃温度：200℃
治理后尾气指标：
|
序号 |
项目 |
单位 |
检测值 |
|
1 |
非甲烷总烃去除率 |
% |
≥99 |
|
2 |
非甲烷总烃残留 |
mg/m3 |
≦20 |
|
3 |
二甲苯残留 |
mg/m3 |
≦10 |
|
4 |
甲苯残留 |
mg/m3 |
≦5 |
|
5 |
苯残留 |
mg/m |
≦3 |
5、结语
扬子石化研究院开发的YZW系列催化氧化催化剂以及直接催化氧化（CO）和吸附催化氧化（XCO）含VOCs废气治理工艺，在南京、常州、连云港等化工园地区进行了工业应用。罐区、生产装置等含VOCs废气，通过该治理工艺及催化剂的处理，满足现行的国家和江苏省地区的各项废气排放指标。两种废气治理工艺及该系列催化剂，在将来的废气治理环保事业中，具有非常好的市场前景。