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苯酚生產中氧化尾氣的處理技術

文檔作者：王延軍曹鋼文檔來源：中國石化北京燕山分公司化學品事業(yè)部		點擊數：	更新時間： 2025年07月16日
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第l2卷第6期
2007年l2月
中外能源
SINO—GLOBAL ENERGY -87 ·
．．I環(huán)境保護與安全
苯酚生產中氧化尾氣的處理技術
王延軍，曹鋼
(中國石化北京燕山分公司化學品事業(yè)部，北京102500)
摘 要中國石化北京燕山分公司有兩套采用異丙苯法生產工藝、總產能30x10'it／a的苯酚一丙酮裝置。為解決其氧化塔塔頂
的氧化尾氣經過凈化、回收后仍無法滿足13益嚴格的排放標準的難題．先后應用了片狀活性炭吸附技術、活性炭纖
維吸附技術和催化氧化技術。介紹了3種處理技術的原理、工藝流程和技術特點。通過對3種技術處理效果及投資
和運行費用的比較，認為采用催化氧化技術比較理想。同時，對催化氧化技術的進一步研究提出了建議。
關鍵詞氧化尾氣吸附催化氧化催化劑處理效果
，
1 前言
中國石化北京燕山分公司(以下簡稱燕山石化)
目前有兩套苯酚一丙酮裝置，總生產能力30xllYt／a。
生產工藝采用異丙苯法。異丙苯在空氣氧化過程中
排出尾氣．兩套裝置合計總量為3X10％ ／h(標準1。
此部分尾氣經過水冷、深冷冷凝后，絕大部分有機
物被回收． 但尾氣中仍含有約lO00mg／m，的有機
物，其中異丙苯含量約90％(質量分數)，其余為少
量的苯、甲苯、乙苯和輕質烴等．因此還不能直接放
空，需進一步處理。雖然國內各苯酚生產廠家也采
取了多種措施進行處理．但效果并不十分理想。
隨著人們環(huán)保意識的不斷增強、環(huán)保法規(guī)的不
斷完善．特別是北京市在2007年新實施的地方標
準《DB 11／447—2007煉油與石油化學工業(yè)大氣污
染物排放標準》?(比國家標準還要嚴格)后，對苯
酚一丙酮裝置氧化尾氣的深度治理勢在必行。
目前有3類處理效果比較顯著且已工業(yè)應用
的處理技術 】：① 活性炭吸附技術；② 催化氧化技
術，或稱為催化燃燒技術；③ 直接燃燒處理技術。
2 活性炭吸附技術
2．1 活性炭吸附技術原理
該技術原理是選擇適宜的吸附劑f顆粒狀或片
狀活性炭)吸附有機物．然后通過解吸、分離回收有
機物。其主要優(yōu)點是安全性高．且能回收氧化尾氣
中的大部分有機物，但去除率較低，不能滿足日益
嚴格的環(huán)保要求。近年來．有采用活性炭纖維吸附
劑的．其優(yōu)點是較傳統吸附劑去除率高，但運行不
穩(wěn)定． 成本較高。燕山石化兩套苯酚一丙酮裝置在
2007年4月前均采用了活性炭吸附技術處理氧化
尾氣。吸附劑分別采用片狀活性炭和活性炭纖維。
2．2 采用片狀活性炭吸附劑的工藝
來自氧化塔頂的氧化尾氣經過水冷、深冷和氣
液分離后，進入活性炭吸附工序，流程如圖1所示。
解析氣排放
洗滌水排放
處理后尾氣
圖1 片狀活性炭吸附流程
如圖1所示。吸附罐A／B中裝填片狀活性炭。
深冷分離后的氧化尾氣首先進入吸附罐A進行吸
附，經吸附后的氣體直接排放大氣。當A罐吸附飽
和后。切斷A罐，切換B罐進行吸附。此時。A罐通
入蒸汽對活性炭進行加熱脫附再生．一段時間后．
再通入高純工藝水對活性炭進行洗滌降溫。洗滌下
來的“油水”進入裝置進行分離、回收有機物。最后．
通入由B罐吸附處理后的尾氣對活性炭進行干燥。
干燥后，A罐備用，待B罐吸附飽和后切換。如此循
作者簡介：王延軍，工程師，1999年畢業(yè)于四川大學化工學院化
工工藝專業(yè)，目前主要從事石油化工生產技術管理工作。
E—mail：wangyanjun．yssh@sinopec．corn
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· 88 ·
中外能源
SIN0一GLOBAL ENERGY 2007年第12卷
環(huán)。使氧化尾氣得到連續(xù)處理。
片狀活性炭對氧化尾氣的處理效果見表l。
表1 片狀活性炭對氧化尾氣的處理效果
項目 1 2 l 3
苯、甲苯、乙苯、異丙苯脫除率，％ 91．39 73．33 f 86．19
非甲烷總烴脫除率，％ 52．51 48．32 49．78
2．3 采用活性炭纖維作吸附劑的工藝
活性炭纖維吸附的工藝流程如圖2所示。
圖2 活性炭纖維吸附流程
來自氧化塔頂的氧化尾氣通過水冷后進入廢
氣凝液分離罐(PD一95)進行氣液分離，不凝氣經過
深冷后進入二級廢氣凝液分離罐(PD一6)再進行氣
液分離， 分離后氣體進入活性炭纖維吸附系統
(AkB＼C＼D)進行吸附處理。4臺吸附器并聯，3臺正常
使用時，l臺通人3kgf／tin (1kgf／cm 0．098MPa)蒸
汽加熱解吸，4臺吸附器自動切換操作。解吸時，吸
附器自動進行油水分離?；厥盏挠拖噙M入異丙苯堿
洗罐fPD一5)。
經過活性炭纖維吸附處理后的效果見表2。
表2 活性炭纖維吸附效果
項目 1 2 3
苯、甲苯、乙苯、異丙苯脫除率，％ 25．07 25．51 49．03
非甲烷總烴脫除率．％ 46．25 33．10 40．65
3 催化氧化技術
3．1 催化氧化原理及特點
催化燃燒是典型的氣一固相催化反應【5】。催化劑
降低了反應的活化能，使有機物能在較低的起燃溫
度(200—300％)下進行無焰燃燒。其實質是：空氣中
的氧氣被催化劑中的活性組分所活化，當活性氧與
反應物分子接觸時發(fā)生了能量的傳遞，反應物分子
隨之被活化，從而加快了氧化反應的反應速率。
有機物質氧化發(fā)生在固體催化劑表面．同時產
生CO 和H20，放出大量的熱。因其氧化反應溫度
低，所以大大地抑制了空氣中的N 在高溫條件下
形成NO ；同時，催化劑的選擇性催化作用有可能
抑制燃料中含氮化合物(RNH)的氧化過程，使其形
成分子氮(N )。
與傳統的火焰燃燒相比。催化燃燒有著很大的
優(yōu)勢：① 起燃溫度低(轉化10％時的溫度)，能耗少，
燃燒易達穩(wěn)定，甚至到起燃溫度后無需外界傳熱就
能完成氧化反應；② 凈化效率高，污染物(如N 及
不完全燃燒產物等1的排放水平較低；③ 適應氧濃
度范圍大，無二次污染，噪音小，燃燒緩和，運轉費
用低。操作管理也很方便。
催化燃燒對催化劑的基本要求是：既能抑制燒
結、保持具有較大的比表面積及良好的熱穩(wěn)定性，
又要具有一定的活性。燕山石化在20o7年對兩套
苯酚一丙酮裝置氧化尾氣處理進行改造。采用以熱
穩(wěn)定性好且比表面積大的AI，O，為載體的貴金屬Pt
催化劑，實現了催化氧化處理氧化尾氣。
3．2 催化氧化法工藝流程及效果
來自各氧化塔塔頂的氧化尾氣冷卻分離后。不
凝有機廢氣進入催化氧化系統進行處理。在開車初
始將壓力調節(jié)閥(PRC一3611)切為自動，設定值為
0．18MPa，確認尾氣溫度小于15o【=，按順序先后復位
電磁切斷閥(XV一304A、XV一304B)。要求廢氣進料
時，控制室緩慢打開XV一304A，開始進料。將反應
器上端測溫點(TRC一3611)設定在220c【=，確認溫度
調節(jié)閥(TV一3611B)關閉，溫度調節(jié)閥(TV一3611A)開
啟，高壓蒸汽換熱器(PE一121)通入高壓蒸汽進行尾
氣預熱。催化燃燒器(PD一120)出口溫度Tr一3610的
目標值為320c【=，應控制在350c【=以下．可以通過調
整TRC一361l的值來控制。逐步提高XV一304A閥位
開度至100％后，再逐步關閉XV一304B至零．使尾
氣全部進入燃燒系統。正常運轉后，氧化尾氣在進
催化燃燒器(PD一120)前，首先使用PD一120出來的
高溫氣體進行預熱，進入燃燒反應器，另外可以使
用PE一121來加熱廢氣，調整反應溫度達到要求。最
終，經催化燃燒后的尾氣直接排人大氣。具體工藝
流程如圖3所示。
在實際正常生產運行中，不需要加熱蒸汽，催
化氧化產生的熱量就能維持系統運作，而且氧化尾
氣處理效果很好，具體效果見表3。
4 各種處理方法的比較
4．1 處理效果的比較
從表l 3的處理結果來看，在處理有機物含量
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第6期 王延軍等． 苯酚生產中氧化尾氣的處理技術 ·89·
400～1000mg／m 的異丙苯氧化產生的廢氣時．采用
催化氧化技術處理效果最好，其次為片狀活性炭吸
附。理論上講，活性炭纖維處理效果應當好于片狀
活性炭．但是由于設計和施工等原因．投用后處理
效果并不好，操作穩(wěn)定性也差，活性炭纖維膜還曾
因破損而更換過。在處理這種帶有壓力的類似氧化
廢氣時，吸附器的結構還要改進?？偟膩砜矗呋?
氧化尾氣
化技術對氧化尾氣處理徹底，因此是較為理想的吸
附處理技術。
此外，按《DB 11／447-2007煉油與石油化學工
業(yè)大氣污染物排放標準》的相關規(guī)定，即生產工藝
單元非甲烷總烴最高容許濃度不得超過100mg／m3，
以及對特殊工藝排氣的要求(見表4)來看，只有采
用催化燃燒工藝可以達到此要求。
圖3 催化氧化處理氧化尾氣工藝流程
表3 采用催化氧化后尾氣處理效果
項目 1 2 3
苯、甲苯、乙苯、異丙苯脫除率，％ 96．5O 97．88 95．37
非甲烷總烴脫除率．％ 94．94 95．33 96．22
表4 特殊工藝排氣數據要求 mg／m
項目 苯 甲苯 乙苯 異丙苯
標準要求 <8 <25 <8O <8O
處理后 0
．035～1．059 0．015～3．16 O．O1 1～實測 值 O．067 6．97～21．834
4．2 投資和運行費用的比較
目前．催化氧化技術由于要采用進口貴金屬催
化劑，價格比較高，因此一次性投資較大，但催化劑
使用壽命較長，一般大于6a；活性炭吸附技術采用
的吸附介質費用較低，一次性投資較低，但壽命一
般只有1a。在運行年成本上。催化氧化技術較高。
但活性炭吸附技術運行不穩(wěn)定．經常造成尾氣處理
系統停工檢修，而催化氧化技術運行平穩(wěn)。因此，從
運行周期上來看，催化氧化技術年平均運行費用較
低。
5 結論
不管是從處理效果來看．還是從運行費用方面
空
來看，催化氧化技術都優(yōu)于活性炭吸附技術，在日
益嚴格的環(huán)保要求下．采用催化氧化技術處理苯
酚一丙酮裝置氧化尾氣是比較理想的選擇。
6 建議
6．1 加強對催化氧化的催化劑進行研究
催化氧化技術的核心技術是催化劑，目前此種
催化劑需要進口，并且價格昂貴，所以燕山石化對
催化劑作了相關研究。
目前用于催化氧化的催化劑主要有鈀(Pd)、鉑
(Pt)、銅(Cu)、鈰(Ce)等金屬的氧化物，所用的載體主
要有鎳(Ni)、鉻(Cr)等金屬絲團或金屬絲的編織物以
及各種不同型號的氧化鋁等。
據相關研究發(fā)現，Pd／Ni—Cr絲(Pd含量2％)和
Cu—Cr／r／一A120 兩種催化劑在工業(yè)中有實際應用的
價值。在以后的研究工作中，低溫型、高空速、高轉
化率的催化劑將成為研究重點，以過渡金屬氧化物
為主、添加稀土氧化物的催化劑和鈣鈦礦型復合氧
化物的催化劑也應作進一步研究。
6．2 加強對催化氧化工藝的研究
催化氧化技術處理氧化尾氣，雖然可有效處理
有機物，使排放達標．但同時有機物也被白白燒掉。
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中外能源
SIN0一GL0BAL ENERGY 2007年第12卷
而且，處理過程中需要對氧化尾氣進行加熱，增加
了能耗。所以，需要在節(jié)能和回收有機物方面進行
改進。
6．2．1對催化氧化工藝節(jié)能研究
氧化尾氣有機物濃度一般為400～1000mg／m 。
僅僅依靠反應熱， 一般難以維持反應所需的溫度。
為了提高熱經濟性，人們開展了大量的研究，一個
方向是改進催化劑的性能使反應溫度降低；另一個
方向是研究新的工藝技術、新的反應器設計，實現
自熱反應，其中研究較多的是固定床反應器采用流
向變換非定態(tài)操作方式的應用。由于該技術具有獨
特的優(yōu)勢，它已在環(huán)境工程、低品位能源利用方面
顯示了廣闊的應用前景【 。
6．2．2采用吸附和流向變換催化氧化相結合的工藝
在保證氧化尾氣處理效果的前提下，進一步對
廢氣中有用的有機物進行回收，降低消耗，同時減
少CO：的排放量。建議對催化氧化的工藝流程進一
步改進，采用“吸附+流向變換催化氧化”的組合工
藝流程。首先進行吸附處理，使得80％的有機物被
吸附回收，剩余的20％有機物進人流向變換催化氧
化反應器。
參考文獻：
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化燃燒技術進展．環(huán)境污染治理技術與設備，2000，1(2)：87～
89
Oxidized Tail Gas Treatment Technology in Phenol Production
Wang Yanjun，Cao Gang
(Chemical Undertaking Department，SINOPEC Beijing Yanshan Company，Beijing 102500)
(編輯常雪紅)
【Abstract】SINOPEC Beijing Yanshan Company has two phenol-acetone units using the cumene-method pro—
duction technology．These two units have a combined production capacity of 30x 104t／a．Th e oxidized tail gas at
the top of the oxidization towers of these units has been unable to meet the increasingly strict emission
standards even after being purified and recycled．To address this problem ，the company has introduced activat—
ed carbon flake adsorption technology ，activated carbon fiber adsorption technology and catalytic oxidation tech—
nology for the units．Th is article describes the fundamentals，technological process and technical characteristics
of these three treatment technologies．By comparing the efectiveness and costs of these technologies，the article
concludes that the catalytic oxidation technology is preferable．Th e article also puts forth some advice on the
research an d development of catalytic oxidation catalysts．
【Keywords】oxidized tail gas；absorption；catalytic oxidation；catalyst；efectiveness of treatment

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