李进鹏，郭健，任亚红，孔祥红
新疆广汇新能源有限公司 新疆哈密839303
摘要：煤炭是我国最主要的能源资源和重要的化工原料。近年来，在国际油价急剧震荡和对替代化工原料、替代能源的需求越发迫切的背景下，煤化工的经济性逐步显现。我国独特的能源结构也进一步提升了发展煤化工的必然性。本文结合国家近年来最新大气污染防治政策要求，以国内碎煤加压气化工艺低温甲醇洗装置尾气VOCs治理项目为例（该装置为单套已建成项目），分析采用高温无火焰直接燃烧技术技术治理VOCs，将其分解为CO2和水，并回收烟气余热副产蒸汽，即可保证满足现行环保排放政策，同时产生一定的经济效益。
关键词：碎煤加压气化；低温甲醇洗；挥发性有机物（VOCs）；无火焰直接燃烧技术
前言：
VOCs(volatile organic compounds)是挥发性有机物的简称，是常温下沸点50℃—260℃的各种有机化合物。在我国，VOCs指常温常压下饱和蒸汽压大于70Pa、沸点小于260℃的有机化合物，或20℃条件下蒸汽压≧10Pa且具有相应挥发性的全部有机化合物。
我国基础煤化工产品总体产能过剩，竞争激烈，产业结构有待优化。新型煤化工因产能利用率高、资源利用充分、二氧化碳等温室气体排放量少等众多优势近年来呈现出井喷式发展，近年来随着新型煤化工如煤制油、煤制烯烃、煤制天然气、煤制乙二醇等示范装置陆续投产，新型煤化工净化装置大流量高浓度VOCs废气治理工作逐渐被重视起来。
本文以国内某碎煤加压气化工艺生产甲醇及天然气工厂配套建设的低温甲醇洗装置CO2尾气VOCs治理为例，进行探讨，以供类似装置参考。
项目单套装置尾气量极大（单套装置56000NM3/h）、尾气中VOCs成分极其复杂、浓度达不到持续燃烧的条件但进入爆炸极限范围内（现有装置4.0-4.5%VOCs），安全风险系数很高，治理难度极大，国内尚无治理成功的案例。
低温甲醇洗装置CO2尾气VOCs治理工艺比选
该公司采用碎煤加压气化工艺生产粗煤气，经深加工最终年产120万吨甲醇、5亿方天然气。原工艺配套的低温甲醇洗煤气净化工艺中，在尾气洗涤塔塔顶排出的气（目前使用此类气化炉生产粗煤气的厂家较多，煤气组分类似，但是因使用煤种不同，尾气洗涤塔后尾气组分及含量区别很大）直接进排气筒，然后放空进入大气。CO2尾气主要成分如下表：
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注：本文仅考虑正常工况中的气体成分，装置设计过程已考虑不同工况下的气体组分及其他干扰因素，以保证装置安全性。
根据尾气气体成分不同，项目通过对比主流VOCs治理工艺，结合自身工艺特点，选出比较适合的工艺路线。
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项目正常工况时低甲排放尾气热值约600Kcal/Nm3，气量约56000Nm3/h，因其气量较大，可燃物浓度较高，采用回收工艺VOCs去除率不够，拟采用成熟可靠、VOCs去除率高的燃烧工艺。在燃烧工艺中，可选择蓄热燃烧和直接燃烧技术（有/无火焰燃烧技术），表3列出了蓄热燃烧和直接燃烧技术的工艺参数和投资。
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由上表可见，在尾气中有机物浓度或热值较高时，蓄热燃烧需掺入大量的稀释空气以控制温度，在经济性上无法和直接燃烧技术竞争。本项目中尾气热值高达约600Kcal/Nm3，可采用直接燃烧技术技术（有/无火焰燃烧技术）。而有火焰燃烧技术需额外消耗较多燃料气，且NOX排放相对较高，投资与无火焰燃烧技术差别不大，故本项目VOCS处理工艺选定为无火焰直接燃烧工艺。
无火焰直接燃烧技术工艺路线
总体工艺路线：高温空气+废气→无火焰旋风燃烧器（引发废气链式氧化反应）→L型缩颈式氧化炉（高温维持低浓度废气氧化）→超高温空气预热器（烟气余热废气）→余热锅炉（回收烟气热量）→高效湿法脱硫系统→烟囱。
项目成果
该技术打破大流量高浓度VOCs尾气治理瓶颈、攻克TO炉高能耗及无脱硝设施NOx超标、避免RTO高浓度VOCs爆炸稀释及运行费用高等问题，为国内首创技术。
（1）开发出同轴大套小、不同功率的高效旋风低氮燃烧器，并配置超高温“气锁”式空气预热器，利用烟气预热空气和高温空气引发VOCs分解的联锁反应方式，实现超强涡流和超低燃料气（300Nm3/h以内）低能耗目标；
（2）开发出新型无火焰旋风三级七层空气、燃气、废气高效复合型低氮燃烧器和L型高温氧化炉技术，保证高温条件下氮氧化物在100mg/Nm3国家限值范围和避免类似蓄热氧化微小空间爆炸的安全问题，同时将设备体积大幅缩小，去掉昂贵的提升阀和易损的蓄热体，投资成本大幅降低。
（3）采用高温氧化技术、耐火材料热反射效果强、高效旋风燃烧器，实现大流量高浓度VOCs高达99%去除率的目标和80mg/NM3的排放要求；同时配套余热回收锅炉，回收高浓度VOCs分解释放的能量副产蒸汽；配套湿法脱硫装置，保证二氧化硫和硫化氢达标排放。
本项目实施后VOCs去除率高达99%以上，浓度80mg/m3以内，年减排量27900吨；一氧化碳年减排量3720吨，硫化氢年减排量51.1吨，甲醇减排量2.1吨；同时年副产40万吨蒸汽，实现年收入1500万元。
开发的低氮、低燃料气、高VOCs去除率、低能耗、低成本、大流量高浓度VOCs废气的高温氧化无火焰余热回收工艺将会大面积推广到煤化工行业净化装置废气治理装置，走出行业内大流量高浓度废气长期无法有效治理的困境。
作者简介：李进鹏（1992.9），性别：男，民族：汉，籍贯：甘肃武威，职务/职称：助理工程师，学历：本科，单位：新疆广汇新能源有限公司，研究方向：煤化工环保治理。??单位所在的省市和邮编?：新疆哈密839303