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苯乙烯裝置廢氣處理中的工業(yè)應(yīng)用

文檔作者：王新陳玉香王學(xué)海劉忠生文檔來(lái)源：中國(guó)石化撫順石油化工研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月12日
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· 240 ·
化 工 環(huán) 保
ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY 2014年第34卷第3期
WSH一2型催化劑在環(huán)氧丙烷／苯乙烯裝置
廢氣處理中的工業(yè)應(yīng)用
王新，陳玉香，王學(xué)海，劉忠生
(中國(guó)石化撫順石油化工研究院，遼寧撫順113001)
[摘要]介紹了WSH一2型催化劑在環(huán)氧丙烷(PO)，苯乙烯(SM)裝置廢氣處理中的應(yīng)用。工業(yè)化裝置的運(yùn)行結(jié)果表明，在廢氣
處理量86 000 Nm ／h、設(shè)定反應(yīng)器進(jìn)口溫度250-300℃、設(shè)定進(jìn)口非甲烷總烴(NMHC)質(zhì)量濃度1 000 2 200 mg／m 的條件下，
無(wú)論單系列還是雙系列運(yùn)轉(zhuǎn)，采用WSH一2型催化劑均可對(duì)廢氣進(jìn)行有效處理。處理后氣體中的NMHC、苯、甲苯、乙醛、SM
等的含量均符合GB 16297-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》和GB 14554-1993《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)規(guī)定。
NMHC去除率達(dá)到92．9％以上，裝置運(yùn)行穩(wěn)定。按照目前的廢氣排放工況推算，預(yù)計(jì)催化劑的使用壽命可達(dá)5 a。
[關(guān)鍵詞]環(huán)氧丙烷；苯乙烯；廢氣處理；催化氧化；WSH一2型催化劑
[中圖分類號(hào)]X5l [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]1006—1878(2014)03—0240—05
Industrial Application of W SH一2 Catalyst in Treatment of PO／SM W aste Gas
WangXin， Chen Yuxiang， WangXuehai， Liu Zhongsheng
(S1NOPEC Fushun Research Institute ofPetroleum and Petrochemicals，F(xiàn)ushun Liaoning 113001，China)
Abstract：The industrial application of W SH-2 catalyst in the treatment of waste gas from propylene oxide／
styrene monomer(PO／SM)device iS introduced．The application results show that PO／SM waste gas can
be efectively treated bv W SH-2 catalyst in both simple and double operation system under the conditions
of treatment capacity 86 000 Nm ／h， set inlet temperature 250—300 ℃ and inlet total non．methane
hydrocarbon(NMHC)mass concentration 1 000—2 200 mg／m ．The contents ofNMHC，benzene，toluene，
acetaldehyde， SM in the treated gas can meet the national emission standards of GB 1 6297—1 996 and GB
14554—1993．The remova1 rate of NM HC iS over 92．9％ ． and the device WOrks steadily．According to the
existing waste gas em ission。the service life of the catalyst iS expected for 5 years．
Key words：propylene oxide；styrene；waste gas treatment；catalytic oxidation；W SH-2 catalyst
環(huán)氧丙烷(PO)／苯乙烯(SM)裝置是乙烯工程
的重要裝置之一。在PO／SM的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大
量含有乙醛、PO、苯等揮發(fā)性有機(jī)物的廢氣。某
石化企業(yè)PO／SM裝置年產(chǎn)SM 620 kt和PO 285 kt，
是目前世界上最大的PO／SM生產(chǎn)裝置之一，廢氣排
放量高達(dá)86 000 Nm ／h。若該廢氣不經(jīng)處理而直接
排放，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染，嚴(yán)重影響職工
和周圍居民的身心健康。
PO／SM裝置廢氣的特點(diǎn)及其對(duì)催化劑的要求
如下：1)廢氣的組成復(fù)雜，主要含有PO、苯、乙
苯、SM等15種有機(jī)組分，涵蓋了烷烴、烯烴、芳
烴、醛類、酮類、醇類、酸類以及含氧烴類等，故
對(duì)催化劑的氧化活性和普適性的要求較高。2)廢
氣的氧含量只有3％( )左右，故需要研制適應(yīng)低
氧含量氣氛的催化劑。3)廢氣的排放量高達(dá)86 000
Nm ／h，處理裝置規(guī)模大，所需的催化劑量也很
大。因此，降低貴金屬用量對(duì)降低裝置的一次投資
[收稿日期]2013—11—06；[修訂日期]2014—03—18。
[作者簡(jiǎn)介]王新(1971一)，男，山東省膠南市人，高級(jí)工程師，
主要從事石油化工廢氣處理的研究工作。電話024—56389529，
電郵wx．fshy@sinopec．corn。
[基金項(xiàng)目]中國(guó)石化科技部“十條龍”攻關(guān)課題項(xiàng)目(308027)。
第3期 王新，等．WSH一2型催化劑在環(huán)氧丙烷／苯乙烯裝置廢氣處理中的工業(yè)應(yīng)用
成本和操作成本具有重要意義。4)低壓降的催化
劑床層有利于氣體流動(dòng)和裝置節(jié)能，故蜂窩狀催化
劑較粒狀催化劑更具優(yōu)勢(shì)。
針對(duì)這些特點(diǎn)和要求，中國(guó)石化撫順石油化
工研究院開發(fā)了以貴金屬鉑、鈀為主要活性組分的
蜂窩狀WSH一2型催化劑，并于2010年6月在某石化
企業(yè)PO／SM裝置上進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用，該裝置一直運(yùn)
行穩(wěn)定，廢氣處理效果良好。
本文介紹了WSH一2型催化劑在PO／SM裝置廢
氣處理中的工業(yè)應(yīng)用；考察了廢氣處理裝置單系
列運(yùn)轉(zhuǎn)和雙系列運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)非甲烷總烴(NMHc)、
苯、甲苯、乙醛等的處理效果；并預(yù)測(cè)了催化劑的
使用壽命。
1 試驗(yàn)部分
1．1 WSH一2型催化劑的制備
WSH～2型催化劑載體采用堇青石蜂窩陶瓷，
江蘇宜興非金屬化工機(jī)械廠生產(chǎn)，規(guī)格為150
mnlx 150film×50 rnIn，孔密度約3O個(gè)／cm2。孔內(nèi)涂
有活性氧化鋁涂層，經(jīng)干燥和焙燒后，涂層比表面
積可達(dá)150~200 mZ／g。催化劑涂層中加入了鈰、鋯、
鑭等助劑。鈰具有很好的儲(chǔ)存和釋放氧的能力uJ，
可在貧氧條件下起氧緩沖的作用；氧化鋯和氧化鈰
形成的固溶體Ce ZrxO 可顯著提高熱穩(wěn)定性和儲(chǔ)
氧能力 ；鑭等其他助劑可增強(qiáng)涂層的抗燒結(jié)性
以及貴金屬的分散性等性能。為獲得與蜂窩陶瓷
載體結(jié)合緊密、負(fù)載量高的涂層，采用特殊的制
備工藝，控制所制備的涂層液具有適宜的黏度和
顆粒度分布。采用常規(guī)浸漬方法加入鉑、鈀作為
主要活性組分。制成的WSH一2型催化劑的外觀照
片見圖1。
圖1 WSH一2型催化劑的外觀照片
該催化劑具有氧化活性高、適用范圍廣、機(jī)
械強(qiáng)度高等特點(diǎn)。
1．2 廢氣處理的工藝流程
廢氣處理裝置包括A系列和B系列兩套并列的
催化氧化處理裝置。正常工況下，廢氣通過(guò)閥門控
制同時(shí)進(jìn)人催化氧化處理裝置的A系列和B系列進(jìn)
行處理，每一系列的處理量為進(jìn)氣量的50％；當(dāng)某
一系列停車或檢修時(shí)，全部廢氣進(jìn)人另一系列進(jìn)行
處理，確保在任何工況下也不會(huì)有未經(jīng)處理的廢氣
排放。
在A(或B)系列中，廢氣首先進(jìn)入熱管氣一氣
換熱器與催化氧化反應(yīng)器排放的高溫凈化氣進(jìn)行換
熱，再經(jīng)過(guò)燃燒器加熱后進(jìn)入催化氧化反應(yīng)器進(jìn)行
氧化反應(yīng)，高溫凈化氣經(jīng)熱管氣一氣換熱器回收熱
量后通過(guò)排氣煙囪排放到大氣中。廢氣處理的工藝
流程見圖2。
璧 ． 星
空氣
A系列 開工風(fēng)機(jī)A PO／SM裝置廢氣開工鳳機(jī)B B系列
圖2 廢氣處理的工藝流程
空氣
1．3 工業(yè)化試驗(yàn)
催化氧化反應(yīng)器是廢氣處理裝置的核心部
分，它的處理效果和所用催化劑的性能密切相關(guān)。
工業(yè)化試驗(yàn)中WSH一2型催化劑的總裝填量為6．3
m ，每個(gè)反應(yīng)器的裝填量為3．15 m。。催化氧化過(guò)程
操作溫度低，廢氣中的絕大部分有機(jī)物在250～450
℃的溫度下被氧化，反應(yīng)產(chǎn)物為CO，和水，不會(huì)產(chǎn)
生N0 二次污染。
工業(yè)化試驗(yàn)過(guò)程中，在反應(yīng)器進(jìn)口溫度250~300
℃ 、進(jìn)VINMHC質(zhì)量濃度1 000-2 200 mg／m 的設(shè)定
條件下，先后考察了廢氣處理裝置單系列運(yùn)轉(zhuǎn)和雙
系列運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)XCNMHC、苯、甲苯、乙醛等的處理效
果。對(duì)催化氧化反應(yīng)器的進(jìn)、出口氣體進(jìn)行采樣，
測(cè)定其中主要組分的質(zhì)量濃度。單系列運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)入
A系列處理單元的廢氣氣量為79 00(086 000 Nm’fh：
雙系列運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩個(gè)單元的總氣量為79 000～86 000
Nm。／h，由于進(jìn)入兩個(gè)系列的閥門開度一致，兩個(gè)
單元的平均處理氣量均為39 500～43 000 Nm ／h，
實(shí)際運(yùn)行中兩個(gè)單元的處理氣量在33 000～46 000
Nm。／h之間。
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化 工 環(huán) 保
ENVIRONMENTALPROTECTION OF CHEMICALINDUSTRY 2014年第34卷
1．4 分析方法
采用Agilent科技有限公司Agilent 7890A型氣
相色譜儀測(cè)定反應(yīng)器進(jìn)、出口氣體中主要有機(jī)組
分的質(zhì)量濃度，色譜柱：DB一1型，30 m x 0．32
mlTlX 1．50 m；載氣：H2，流量1．78 mL／min；燃
氣：H ，流量33．22 mL／min；助燃?xì)猓嚎諝?，流?
400 mL／min；補(bǔ)充氣：N，，流量35 mL／min；分流
比：13：1；進(jìn)樣口溫度：200 oC；FID檢測(cè)器溫
度：350 oC；柱溫：初始溫度3O℃，保持3 min，
以20~C／min的速率升溫至200℃，保持24 rain；進(jìn)
樣體積：0．25 mL。
2 結(jié)果與討論
2．1 NMHC的去除效果
廢氣處理裝置單系列運(yùn)轉(zhuǎn)及雙系列運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)
NMHC的去除效果見表1和表2。由表1和表2可見：
無(wú)論單系列運(yùn)轉(zhuǎn)還是雙系列運(yùn)轉(zhuǎn)，廢氣經(jīng)催化氧化
裝置處理，凈化氣中的NMHC質(zhì)量濃度低于100．0
mg／m。，符合GB 16297-1996《大氣污染物綜合排
放標(biāo)準(zhǔn)》 中的規(guī)定(不超過(guò)120 mg／m。)；單系列運(yùn)
轉(zhuǎn)下的NMHC去除率在92．9％以上，雙系列運(yùn)轉(zhuǎn)下
的NMHC去除率在95．2％以上。
表l 單系列(A系列)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)NMHC的去除效果
257．8
258．5
263．6
285．7
278．5
274．1
260．0
272．1
265．9
265．2
269．6
281-3
267．4
280．3
253．5
265．7
282．0
297．0
275．0
272．1
284．2
270．4
279．3
269．8
286．0
272．4
45 082
39 l92
40 588
35 157
33 847
40 382
41 321
40 350
40218
40984
40 708
39 933
39480
39 334
39 799
40234
42 555
45 788
42 652
44 0l1
39 189
40 723
39002
43 123
45 107
44 791
1 265．4
1 315．8
1 219．7
1 331．1
1 294．2
1 457．6
1 469．6
1 712．9
1 656．0
1 827．7
1 626．6
1 903．5
l 8l1．0
55．6
49．1
54．1
59_3
28．4
36．7
66．7
50．8
70．3
75．6
55．4
57．4
87．6
45．8
58．4
27．9
37-2
33．6
34．4
39．1
36．0
37．1
45．8
34．0
35．4
64．2
95．6
96-3
95．6
95．5
97．8
97．5
95．5
97．0
95．8
95．9
96．6
97．0
95．2
96．4
95．6
97．7
97．2
97．4
97．6
97．3
97．9
97．8
97．5
97．9
98．1
96．5
第3期 王新，等．WSH一2型催化劑在環(huán)氧丙烷／苯乙烯裝置廢氣處理中的工業(yè)應(yīng)用
2．2 有機(jī)物的去除效果
廢氣處理裝置對(duì)有機(jī)物的去除效果見表3和表
4。由表3和表4可見，在反應(yīng)器進(jìn)口溫度高于250
的條件下，無(wú)論是單系列還是雙系列運(yùn)轉(zhuǎn)，廢氣
經(jīng)處理后，凈化氣中的乙醛、苯、甲苯等的質(zhì)量濃
度均符合GB 16297-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)
準(zhǔn)》中的規(guī)定，SM符合GB 14554-1993《惡臭污
染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 中的相關(guān)規(guī)定。
表3 單系列(A系列)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有機(jī)物的去除效果
注：進(jìn)氣量79 000～86 000 NmS／h，空速25 000~27 300 h～。
1)GB 14554-1993《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，當(dāng)排氣筒高度30 m時(shí)，sM的最高允許排放速率為26 kg／Il。根據(jù)氣量86 000 Nln3／
h推算，sM排放濃度不能超過(guò)3O2 mg／m3。下表同。
表4 雙系列運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)有機(jī)物的去除效果
注：進(jìn)氣量33 000,-46 000Nm ／h，空速10 500～15 000h～。
2-3 催化劑使用壽命的預(yù)測(cè)
催化劑在使用過(guò)程中，其活性隨時(shí)間的延長(zhǎng)
而降低，當(dāng)活性降至一定程度時(shí)催化劑就不能再繼
續(xù)使用。從催化劑開始使用到不能使用的這段時(shí)間
稱為催化劑的使用壽命。催化劑使用壽命越長(zhǎng)，其
操作費(fèi)用越低。本課題組對(duì)該類型催化劑失活機(jī)理
的研究結(jié)果表明，導(dǎo)致該類型催化劑失活的原因除
物理吸附和化學(xué)毒物中毒外，主要還有涂層流失、
涂層燒結(jié)、積碳以及活性金屬聚集等 。
在工業(yè)裝置運(yùn)行初期，反應(yīng)器進(jìn)口溫度在
化 工 環(huán) 保
ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY 20 1 4年第34卷
250～280 cI二范圍內(nèi)，出口溫度在310～330 oC范圍
內(nèi)，床層溫升約5O cI二。隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，催化
劑的活性有所下降。為了使凈化氣能達(dá)到排放標(biāo)
準(zhǔn)，需逐步提高反應(yīng)溫度。目前反應(yīng)器進(jìn)口溫度已
經(jīng)提高~fl305℃ 。
根據(jù)3年來(lái)裝置的運(yùn)行情況，預(yù)計(jì)在裝置運(yùn)行
后期，反應(yīng)器進(jìn)口溫度需提高到360 oC，才能保證
凈化氣達(dá)標(biāo)排放。按床層溫升50 cc考慮，運(yùn)行后
期，反應(yīng)器出口溫度為410℃。以此推算，按照目
前的廢氣排放工況，催化劑的使用壽命可達(dá)5 a。
3 結(jié)論
a)工業(yè)化裝置運(yùn)行結(jié)果表明，采用WSH一2
型催化劑可有效處理PO／SM裝置廢氣。在廢氣處
理量86 000 Nm。／h、設(shè)定反應(yīng)器進(jìn)口溫度250～300
℃、設(shè)定進(jìn)151NMHC質(zhì)量濃度1 000～2 200 mg／m 的
條件下，無(wú)論采用單系列還是雙系列運(yùn)轉(zhuǎn)，凈化
后氣體中的NMHC、苯、甲苯、乙醛、SM等均符
合GB 16297-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》
和GB 14554-1993《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的
相關(guān)規(guī)定，NMHC去除率達(dá)到92．9％以上，裝置運(yùn)
行穩(wěn)定。
b)按照目前的廢氣排放工況推算，預(yù)計(jì)催化
劑的使用壽命可達(dá)5 a。
參考文獻(xiàn)
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化活性和熱穩(wěn)定性的影響[J]．應(yīng)用化學(xué)。2004，21
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劑失活原因探討[M]．石油化工綠色低碳技術(shù)，北
京：中國(guó)石化出版社，2013：433—438．
(編輯魏京華)
· 專利文摘·
一種含甲醛酸性廢水的綜合處理方法
該專利提供了一種含甲醛酸性廢水的綜合
處理方法，處理生產(chǎn)氨基三亞甲基膦酸、乙二胺
四亞甲基膦酸等有機(jī)膦水處理藥劑過(guò)程中產(chǎn)生的
大量含有甲醛的鹽酸廢液。具體步驟如下：將液
氨加人到含甲醛的酸性廢水中，調(diào)節(jié)pH至5～7生
成氯化銨稀溶液。減壓精餾，濃縮，結(jié)晶，脫水
得到氯化銨晶體，作為生產(chǎn)氨基三亞甲基膦酸的
原料，也可以用作農(nóng)作物的氮肥。廢水中的甲
醛經(jīng)過(guò)精餾提純得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20％的甲醛溶
液，可作為有機(jī)膦生產(chǎn)原料回收利用。蒸出廢液
中甲醛質(zhì)量濃度小于2 mg／L，氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)小
于3×10～，pH為5～7，達(dá)到工業(yè)廢水二級(jí)排放標(biāo)
準(zhǔn)。／CN 103435214A，2013—12—11
一種低濃度含鎘廢水的處理方法
該專利涉及一種低濃度含鎘廢水的處理方
法。其步驟為：先向含鎘廢水中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
5×10-5_5×104的聚氯乙烯，攪拌2～5 min；再加
入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1×10-5 1×10 的三聚硫氰酸三鈉
鹽，攪拌2～5 min；然后，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5×10一 ～
5×10-6的陰離子，攪拌10～20 min，沉淀10～20
rain，過(guò)濾，測(cè)定過(guò)濾后水中鎘含量。該專利處理
成本低廉，同時(shí)對(duì)水體中各種形態(tài)的鎘都有很好的
處理效果，操作簡(jiǎn)單，無(wú)二次污染，無(wú)有氣味的氣
體產(chǎn)生，鎘去除率高達(dá)99．5％。／CN 103482738 A，
2014——01——01
一種利用微生物燃料電池驅(qū)動(dòng)電容去離子的脫鹽技術(shù)
該專利公開了一種集廢水處理、微生物發(fā)
電、能源回收以及處理含離子水溶液的新型脫鹽方
法。該專利使用以連續(xù)流模式運(yùn)行的微生物燃料電
池提供持續(xù)穩(wěn)定的電壓，并將電源施壓于電容去離
子裝置，有效去除廢水中鹽離子。該專利提供了
一種低能耗、持續(xù)去離子的方法，／CN 103482728
A．2014—01—0l

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03-11