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苯乙烯装置废气处理中的工业应用

文档作者：王新陈玉香王学海刘忠生文档来源：中国石化抚顺石油化工研究院		点击数： 168 1	更新时间： 2021年05月12日
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· 240 ·
化 工 环 保
ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY 2014年第34卷第3期
WSH一2型催化剂在环氧丙烷／苯乙烯装置
废气处理中的工业应用
王新，陈玉香，王学海，刘忠生
(中国石化抚顺石油化工研究院，辽宁抚顺113001)
[摘要]介绍了WSH一2型催化剂在环氧丙烷(PO)，苯乙烯(SM)装置废气处理中的应用。工业化装置的运行结果表明，在废气
处理量86 000 Nm ／h、设定反应器进口温度250-300℃、设定进口非甲烷总烃(NMHC)质量浓度1 000 2 200 mg／m 的条件下，
无论单系列还是双系列运转，采用WSH一2型催化剂均可对废气进行有效处理。处理后气体中的NMHC、苯、甲苯、乙醛、SM
等的含量均符合GB 16297-1996《大气污染物综合排放标准》和GB 14554-1993《恶臭污染物排放标准》中的相关规定。
NMHC去除率达到92．9％以上，装置运行稳定。按照目前的废气排放工况推算，预计催化剂的使用寿命可达5 a。
[关键词]环氧丙烷；苯乙烯；废气处理；催化氧化；WSH一2型催化剂
[中图分类号]X5l [文献标志码]A [文章编号]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，Fushun 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
环氧丙烷(PO)／苯乙烯(SM)装置是乙烯工程
的重要装置之一。在PO／SM的生产过程中会产生大
量含有乙醛、PO、苯等挥发性有机物的废气。某
石化企业PO／SM装置年产SM 620 kt和PO 285 kt，
是目前世界上最大的PO／SM生产装置之一，废气排
放量高达86 000 Nm ／h。若该废气不经处理而直接
排放，将会对环境造成极大的污染，严重影响职工
和周围居民的身心健康。
PO／SM装置废气的特点及其对催化剂的要求
如下：1)废气的组成复杂，主要含有PO、苯、乙
苯、SM等15种有机组分，涵盖了烷烃、烯烃、芳
烃、醛类、酮类、醇类、酸类以及含氧烃类等，故
对催化剂的氧化活性和普适性的要求较高。2)废
气的氧含量只有3％( )左右，故需要研制适应低
氧含量气氛的催化剂。3)废气的排放量高达86 000
Nm ／h，处理装置规模大，所需的催化剂量也很
大。因此，降低贵金属用量对降低装置的一次投资
[收稿日期]2013—11—06；[修订日期]2014—03—18。
[作者简介]王新(1971一)，男，山东省胶南市人，高级工程师，
主要从事石油化工废气处理的研究工作。电话024—56389529，
电邮wx．fshy@sinopec．corn。
[基金项目]中国石化科技部“十条龙”攻关课题项目(308027)。
第3期 王新，等．WSH一2型催化剂在环氧丙烷／苯乙烯装置废气处理中的工业应用
成本和操作成本具有重要意义。4)低压降的催化
剂床层有利于气体流动和装置节能，故蜂窝状催化
剂较粒状催化剂更具优势。
针对这些特点和要求，中国石化抚顺石油化
工研究院开发了以贵金属铂、钯为主要活性组分的
蜂窝状WSH一2型催化剂，并于2010年6月在某石化
企业PO／SM装置上进行了工业应用，该装置一直运
行稳定，废气处理效果良好。
本文介绍了WSH一2型催化剂在PO／SM装置废
气处理中的工业应用；考察了废气处理装置单系
列运转和双系列运转时对非甲烷总烃(NMHc)、
苯、甲苯、乙醛等的处理效果；并预测了催化剂的
使用寿命。
1 试验部分
1．1 WSH一2型催化剂的制备
WSH～2型催化剂载体采用堇青石蜂窝陶瓷，
江苏宜兴非金属化工机械厂生产，规格为150
mnlx 150film×50 rnIn，孔密度约3O个／cm2。孔内涂
有活性氧化铝涂层，经干燥和焙烧后，涂层比表面
积可达150~200 mZ／g。催化剂涂层中加入了铈、锆、
镧等助剂。铈具有很好的储存和释放氧的能力uJ，
可在贫氧条件下起氧缓冲的作用；氧化锆和氧化铈
形成的固溶体Ce ZrxO 可显著提高热稳定性和储
氧能力 ；镧等其他助剂可增强涂层的抗烧结性
以及贵金属的分散性等性能。为获得与蜂窝陶瓷
载体结合紧密、负载量高的涂层，采用特殊的制
备工艺，控制所制备的涂层液具有适宜的黏度和
颗粒度分布。采用常规浸渍方法加入铂、钯作为
主要活性组分。制成的WSH一2型催化剂的外观照
片见图1。
图1 WSH一2型催化剂的外观照片
该催化剂具有氧化活性高、适用范围广、机
械强度高等特点。
1．2 废气处理的工艺流程
废气处理装置包括A系列和B系列两套并列的
催化氧化处理装置。正常工况下，废气通过阀门控
制同时进人催化氧化处理装置的A系列和B系列进
行处理，每一系列的处理量为进气量的50％；当某
一系列停车或检修时，全部废气进人另一系列进行
处理，确保在任何工况下也不会有未经处理的废气
排放。
在A(或B)系列中，废气首先进入热管气一气
换热器与催化氧化反应器排放的高温净化气进行换
热，再经过燃烧器加热后进入催化氧化反应器进行
氧化反应，高温净化气经热管气一气换热器回收热
量后通过排气烟囱排放到大气中。废气处理的工艺
流程见图2。
璧 ． 星
空气
A系列 开工风机A PO／SM装置废气开工凤机B B系列
图2 废气处理的工艺流程
空气
1．3 工业化试验
催化氧化反应器是废气处理装置的核心部
分，它的处理效果和所用催化剂的性能密切相关。
工业化试验中WSH一2型催化剂的总装填量为6．3
m ，每个反应器的装填量为3．15 m。。催化氧化过程
操作温度低，废气中的绝大部分有机物在250～450
℃的温度下被氧化，反应产物为CO，和水，不会产
生N0 二次污染。
工业化试验过程中，在反应器进口温度250~300
℃ 、进VINMHC质量浓度1 000-2 200 mg／m 的设定
条件下，先后考察了废气处理装置单系列运转和双
系列运转时XCNMHC、苯、甲苯、乙醛等的处理效
果。对催化氧化反应器的进、出口气体进行采样，
测定其中主要组分的质量浓度。单系列运转时进入
A系列处理单元的废气气量为79 00(086 000 Nm’fh：
双系列运转时两个单元的总气量为79 000～86 000
Nm。／h，由于进入两个系列的阀门开度一致，两个
单元的平均处理气量均为39 500～43 000 Nm ／h，
实际运行中两个单元的处理气量在33 000～46 000
Nm。／h之间。
· 242 -
化 工 环 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型气
相色谱仪测定反应器进、出口气体中主要有机组
分的质量浓度，色谱柱：DB一1型，30 m x 0．32
mlTlX 1．50 m；载气：H2，流量1．78 mL／min；燃
气：H ，流量33．22 mL／min；助燃气：空气，流量
400 mL／min；补充气：N，，流量35 mL／min；分流
比：13：1；进样口温度：200 oC；FID检测器温
度：350 oC；柱温：初始温度3O℃，保持3 min，
以20~C／min的速率升温至200℃，保持24 rain；进
样体积：0．25 mL。
2 结果与讨论
2．1 NMHC的去除效果
废气处理装置单系列运转及双系列运转时
NMHC的去除效果见表1和表2。由表1和表2可见：
无论单系列运转还是双系列运转，废气经催化氧化
装置处理，净化气中的NMHC质量浓度低于100．0
mg／m。，符合GB 16297-1996《大气污染物综合排
放标准》 中的规定(不超过120 mg／m。)；单系列运
转下的NMHC去除率在92．9％以上，双系列运转下
的NMHC去除率在95．2％以上。
表l 单系列(A系列)运转时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型催化剂在环氧丙烷／苯乙烯装置废气处理中的工业应用
2．2 有机物的去除效果
废气处理装置对有机物的去除效果见表3和表
4。由表3和表4可见，在反应器进口温度高于250
的条件下，无论是单系列还是双系列运转，废气
经处理后，净化气中的乙醛、苯、甲苯等的质量浓
度均符合GB 16297-1996《大气污染物综合排放标
准》中的规定，SM符合GB 14554-1993《恶臭污
染物排放标准》 中的相关规定。
表3 单系列(A系列)运转时有机物的去除效果
注：进气量79 000～86 000 NmS／h，空速25 000~27 300 h～。
1)GB 14554-1993《恶臭污染物排放标准》规定，当排气筒高度30 m时，sM的最高允许排放速率为26 kg／Il。根据气量86 000 Nln3／
h推算，sM排放浓度不能超过3O2 mg／m3。下表同。
表4 双系列运转时对有机物的去除效果
注：进气量33 000,-46 000Nm ／h，空速10 500～15 000h～。
2-3 催化剂使用寿命的预测
催化剂在使用过程中，其活性随时间的延长
而降低，当活性降至一定程度时催化剂就不能再继
续使用。从催化剂开始使用到不能使用的这段时间
称为催化剂的使用寿命。催化剂使用寿命越长，其
操作费用越低。本课题组对该类型催化剂失活机理
的研究结果表明，导致该类型催化剂失活的原因除
物理吸附和化学毒物中毒外，主要还有涂层流失、
涂层烧结、积碳以及活性金属聚集等 。
在工业装置运行初期，反应器进口温度在
化 工 环 保
ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY 20 1 4年第34卷
250～280 cI二范围内，出口温度在310～330 oC范围
内，床层温升约5O cI二。随运行时间的延长，催化
剂的活性有所下降。为了使净化气能达到排放标
准，需逐步提高反应温度。目前反应器进口温度已
经提高~fl305℃ 。
根据3年来装置的运行情况，预计在装置运行
后期，反应器进口温度需提高到360 oC，才能保证
净化气达标排放。按床层温升50 cc考虑，运行后
期，反应器出口温度为410℃。以此推算，按照目
前的废气排放工况，催化剂的使用寿命可达5 a。
3 结论
a)工业化装置运行结果表明，采用WSH一2
型催化剂可有效处理PO／SM装置废气。在废气处
理量86 000 Nm。／h、设定反应器进口温度250～300
℃、设定进151NMHC质量浓度1 000～2 200 mg／m 的
条件下，无论采用单系列还是双系列运转，净化
后气体中的NMHC、苯、甲苯、乙醛、SM等均符
合GB 16297-1996《大气污染物综合排放标准》
和GB 14554-1993《恶臭污染物排放标准》中的
相关规定，NMHC去除率达到92．9％以上，装置运
行稳定。
b)按照目前的废气排放工况推算，预计催化
剂的使用寿命可达5 a。
参考文献
[1] 赫崇衡，朱明，金国林，等．氧化铈对Pd催化剂氧
化活性和热稳定性的影响[J]．应用化学。2004，21
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剂失活原因探讨[M]．石油化工绿色低碳技术，北
京：中国石化出版社，2013：433—438．
(编辑魏京华)
· 专利文摘·
一种含甲醛酸性废水的综合处理方法
该专利提供了一种含甲醛酸性废水的综合
处理方法，处理生产氨基三亚甲基膦酸、乙二胺
四亚甲基膦酸等有机膦水处理药剂过程中产生的
大量含有甲醛的盐酸废液。具体步骤如下：将液
氨加人到含甲醛的酸性废水中，调节pH至5～7生
成氯化铵稀溶液。减压精馏，浓缩，结晶，脱水
得到氯化铵晶体，作为生产氨基三亚甲基膦酸的
原料，也可以用作农作物的氮肥。废水中的甲
醛经过精馏提纯得到质量分数大于20％的甲醛溶
液，可作为有机膦生产原料回收利用。蒸出废液
中甲醛质量浓度小于2 mg／L，氯离子质量分数小
于3×10～，pH为5～7，达到工业废水二级排放标
准。／CN 103435214A，2013—12—11
一种低浓度含镉废水的处理方法
该专利涉及一种低浓度含镉废水的处理方
法。其步骤为：先向含镉废水中加入质量分数为
5×10-5_5×104的聚氯乙烯，搅拌2～5 min；再加
入质量分数为1×10-5 1×10 的三聚硫氰酸三钠
盐，搅拌2～5 min；然后，加入质量分数为5×10一 ～
5×10-6的阴离子，搅拌10～20 min，沉淀10～20
rain，过滤，测定过滤后水中镉含量。该专利处理
成本低廉，同时对水体中各种形态的镉都有很好的
处理效果，操作简单，无二次污染，无有气味的气
体产生，镉去除率高达99．5％。／CN 103482738 A，
2014——01——01
一种利用微生物燃料电池驱动电容去离子的脱盐技术
该专利公开了一种集废水处理、微生物发
电、能源回收以及处理含离子水溶液的新型脱盐方
法。该专利使用以连续流模式运行的微生物燃料电
池提供持续稳定的电压，并将电源施压于电容去离
子装置，有效去除废水中盐离子。该专利提供了
一种低能耗、持续去离子的方法，／CN 103482728
A．2014—01—0l

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