蓄热式热力氧化器（GRTO）助力高效率净化
■ 中国煤化工VOCs治理技术中心 郑承煜
煤化工生产环节所产生的废气主要成分有挥发性有机物（VOCs）、含硫化合物、含氮化合物和一氧化碳等，其中卤素、以及酸性气体的腐蚀问题是煤化工行业区别于其他行业的重点。这些废气对环境及人体健康都有较大的危害，需要进一步处理以达到较为洁净的程度。当前针对煤化工废气处理，使用较为普遍的是蓄热式热力氧化器（GRTO），用来专业处理有机废气，使有机废气在高温环境里分解干净，分解率达到99％以上，最终使废气排放符合国家环保标准。
煤化工四大类废气污染严重
在煤化工行业，主要有四大类废气会对环境和人体健康造成影响，其中包括煤制焦过程中的废气、煤制气过程中的废气、煤制油过程废气以及煤燃烧过程废气。
煤焦化废气主要来源于装煤和炼焦等过程。装煤初期，煤料在高温条件下与空气接触，形成大量黑烟及烟尘、荒煤气及对人体健康有害的多环芳烃。炼焦时，废气一方面来自化学转化过程中未完全炭化的细煤粉及其析出的挥发组分、焦油、飞灰和泄漏的粗煤气，另一方面来自出焦时灼热的焦炭与空气接触生成的CO、CO2、NOx等,主要污染物包括苯系物、酚、氰、硫氧化物以及碳氢化合物等。
煤制气废气的来源主要是气化炉开车过程中由于炉内结渣、火层倾斜等非正常停车而产生的逸散，另外，还有炉内的排空气形成部分废气、固定床气化炉的卸压废气、粗煤气净化工序中的部分尾气、硫酚类物质回收装置的尾气及酸性气体、氨回收吸收塔的排放气。这些废气的主要成分包括碳氧化物、硫氧化物、氨气、苯并芘、CO、CH4等，有些还夹杂了煤中的砷、镉、汞、铅等有害物质，对环境及人体健康有较大的危害。
煤的液化可分为直接液化和间接液化。煤液化过程对环境造成的影响较小，主要的污染物是液化残渣，这是一种高碳、高灰和高硫物质，在某些工艺中占到液化原料煤总量的40％左右，需进一步处理。
煤燃烧过程主要污染物有粉尘与烟雾、硫化物、氮氧化物及多种有害的微量元素、产生温室效应的CO2等。煤直接燃烧的能量利用率低，环境污染严重。
高分解率GRTO专业
处理有机废气
蓄热式热氧化炉专业处理有机废气，使有机废气在高温环境里分解干净，分解率达到99％以上，最终使废气排放符合国家环保标准。此热氧化炉使用两个固定的热交换媒介床，热交换媒介使用的是蓄热陶瓷，来自生产线的废气经过一个热陶瓷媒介床后被加热；到炉膛后燃烧的高温气体将另一个热交换媒介床加热，如此两个热交换媒介床互相切换，蓄热后去加热低温废气。热交换效率达到95％以上，很容易利用有机废气实现氧化炉的自我维持，而不用任何燃料。
以某石化项目为例，其废气最大风量20000m3/h，废气浓度约3500mg/m3，主要成分为甲苯、苯乙烯和少量酸性气体等。该石化项目的废气属于小风量、高浓度废气，大部分为有机废气，含有部分酸性气体，采用较为合理的工艺应为：洗涤+GRTO+洗涤。
大部分有机废气的分解温度在760℃以下，其中苯环和卤素在400℃左右条件下容易产生二噁英，但二噁英可以在温度高于850℃且燃烧时间大于1秒，或者温度高于800℃且燃烧时间大于2秒时被分解掉，苯环被破坏掉后就不会有二噁英产生，即其反应是不可逆的，所以GRTO的炉膛设计燃烧温度是850℃且燃烧时间在2秒以上。
涡流净化塔应对腐蚀性废气
对于具有一定浓度的腐蚀性酸雾气体，一般使用涡流净化塔进行净化。涡流净化塔阻力小、能耗省、噪音低、处理效率高，是一种能处理氯化氢气体、氟化氢气体、氨气雾、铬酸雾、氰氢酸气体、碱蒸气、硫化氢气体等的新型净化塔，它具有净化效率高、占地面积小、耐腐蚀、耐老化性能好，重量轻的特点。适用于排放一定浓度的腐蚀性酸雾气体，主要用于化工区、电子产品生产企业、医院、研究中心等场所。
需处理的腐蚀性废气，由玻璃钢离心风机压入净化塔进气段后，垂直向上与喷淋段自上而下的液体发生吸收反应，使废气浓度降低，然后继续向上进入填料段，废气在塑料球打滚再与吸收液起中和反应，使废气浓度进一步降低后进入脱水器，净化后的气体排出大气。
经测定分析，涡流净化塔对硫酸雾净化效率可达99%以上，硝酸净化效率可达99%，盐酸雾净化效率可达99.9%，均达到国内先进水平。
GRTO安全设计特点明显
煤化工生产装置管道内的爆炸，大部分都是因为管道内有大量有机积液突然挥发，再遇上静电而产生的。输送腐蚀性气体的管道比较难做防静电设施，只能降低风速，设计在8米/秒以下的风速比较适合。GRTO的安全设计做到了这一点。
其次，GRTO炉膛内的明火很难进入从车间过来的管道，因为有2米高左右的蓄热陶瓷，蓄热体本身就是很好的阻火器。
GRTO炉膛顶部有泄爆门，此泄爆门可以靠自重关闭，泄爆后不会影响GRTO的正常运行；缓冲罐上有泄爆片。有这些泄爆措施，即使发生爆炸，也会把爆炸的损失降到最低。
另外，如果GRTO在运行过程中遭遇突然停电的状况，炉膛内的高温无法快速散去，会导致很多防腐材料或者其他设备被高温损坏。所以设计有一台应急压缩空气储气罐、UPS和手动控制的泄爆门，一旦突然停电，UPS和应急压缩空气储气罐会将所有风门打到安全位置，应急压缩空气会进入燃烧器管道，避免高温烟气从燃烧器泄露出来。
GRTO出口有洗涤塔的系统高温保护，若洗涤塔是玻璃钢材质，则GRTO出口温度需要控制在100℃以下。若超过100℃，GRTO会自动切断与生产线之间的联机，工艺废气直接进入烟囱。
针对炉膛内温度过高，GRTO也有保护设计。炉膛内有两支热电偶，每支热电偶都是双支的，如果一支出现问题，还有一支备用，保证炉膛内温度控制均匀。当炉膛温度超过一定值时，燃油管路的双电磁阀会自动关闭，避免柴油泄漏进入炉膛。
GRTO首次开机时，需要对蓄热体预热，待预热至设定温度后，含挥发性有机化合物(VOCs)的废气通过阀门的切换，进入蓄热床，废气被蓄热陶瓷逐渐加热后进入燃烧室，VOCs在燃烧室内高温氧化分解并放出热量，形成的热风在通过另一蓄热床时，与蓄热体进行热交换，蓄积热量，以减少辅助燃料的消耗，而被氧化的干净气体温度逐渐降低。
正常运行过程中，GRTO内部温度控制通过燃烧器来实现。当有机废气浓度达到自持燃烧状态、产生热量足以满足下一次冷气预热要求时，此时系统无需开启辅助加热装置进行辅助加热，即可完成有机废气氧化，达到节能效果。当GRTO温度出现异常时（即前端浓度太高），通过程序自动控制关闭进气阀，全开异常外排和新风阀，使GRTO设备完全通过新鲜风降温。
GRTO在煤化工领域运行多年，经多方检测，处理效率一直保持在99%以上，炉体外表温在30～50℃左右，烟囱出口温度低于60℃，是处理煤化工等废气的较佳工艺设备，为煤化工废气净化领域增添绿色动力。