高压聚乙烯装置使用乙烯为原料，在超高压反应器中进行聚合反应。从反应器出来的未反应的气体和熔融聚合物进入高压分离器、低压分离器两级分离后，熔融的聚乙烯进入挤压造粒系统，被切刀切成聚乙烯颗粒后，利用颗粒水输送进入离心干燥器干燥、振动筛分级。合格粒料进入缓冲罐，之后输送至脱气料仓净化、掺混。其中熔融聚乙烯在进入挤压造粒前，仍含有浓度约1000mg/Nm3的挥发性有机物（VOCs），这部分工艺废气在挤压造粒、干燥筛分及输送脱气等系统被排出。聚乙烯在切粒、干燥、输送及掺混过程中，因粒料与管道摩擦等原因产生大量粉尘，也随着工艺废气一起排出。但《合成树脂工业污染物排放标准》（GB31572—2015）明确要求，自2015年7月1日起新建合成树脂生产企业大气污染物VOCs排放限值100mg/m3，颗粒物排放限值30mg/m3。因此高压聚乙烯装置产生的工艺废气需通过废气处理后，按照国家要求达标排放，减少环境污染。

一、工艺废气来源及特点

1.1工艺废气来源

以某公司25万t/a管式高压聚乙烯装置和12万t/a釜式高压聚乙烯装置为例，两套装置工艺废气主要来自于脱气料仓、抽湿风机、振动筛及挤压造粒机组尾端密封等。如脱气料仓进料时顶部废气中VOCs浓度实测1500～2200mg/m3，脱气过程中废气的VOCs浓度实测600～800mg/m3，约脱气6h后废气中VOCs浓度才小于100mg/m3。这分废气混有大量的空气，废气中VOCs浓度低，无法送入火炬系统处理，且超过《合成树脂工业污染物排放标准》的VOCs排放限值。

1.2工艺废气特点

1.2.1废气来源多、气量大

高压聚乙烯装置的工艺废气主要来源于挤压造粒机组尾端密封气体、粒料输送风、脱气料仓净化风、离心干燥器抽湿风机的风及粒料掺混输送风等。为避免粒料输送及净化过程中，可燃气集聚，料仓净化风、粒料输送风及离心干燥器的抽湿风量均比较大，以某公司25万t/a管式高压聚乙烯装置和12万t/a釜式高压聚乙烯装置为例，两套装置粒料在挤压造粒及净化输送过程中，工艺废气量最大为80540Nm3/h。

1.2.2废气中VOCs含量低

以某司25万t/a管式高压聚乙烯装置和12万t/a釜式高压聚乙烯装置为例，两套装置产生的工艺废气混合后VOCs浓度约782.2mg/Nm3，最大浓度约1.7g/Nm3。其中脱气料仓随着进料，废气中的VOCs浓度逐渐升高，待进料结束废气中的VOCs浓度升到最大，进入脱气阶段后，废气中的VOCs浓度逐步下降，最终废气中的VOCs浓度降低至20mg/Nm3以内。

1.2.3废气中含有大量粉尘

聚乙烯颗粒在干燥、输送及掺混过程中，因粒料间、粒料与管道、粒料与料仓碰撞摩擦等原因，产生大量粉尘。同时，部分薄膜类产品中加入二氧化硅或磷酸氢钙作为开口剂，水下切粒过程中析出，吸附在粒料表面，同样产生粉尘。以某公司25万t/a管式高压聚乙烯装置和12万t/a釜式高压聚乙烯装置为例，两套装置正常生产过程中每周粉尘产生量约2t（148mg/Nm3）。

二、废气处理工艺选择

以某公司25万t/a管式高压聚乙烯装置和12万t/a釜式高压聚乙烯装置为例，混合后工艺废气量最大为80540Nm3/h，VOCs浓度约782.2mg/Nm3，最大浓度约1.7g/Nm3，粉尘含量约148mg/Nm3。为满足《合成树脂工业污染物排放标准》达标排放，需要对工艺废气进行“除尘+废气处理”。同时，《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南》国家环办大气函（2020）340号要求，企业污水处理站、有机废气排放口排放限值达到（炼油与石油化工行业）中A级企业利用燃烧法NMHC（非甲烷总烃）浓度连续稳定不高于20mg/m3。进入废气处理设施前，需要先使用袋式除尘器脱除废气中的粉尘，然后进入废气处理设施。

热分解工艺一般分为蓄热式氧化焚烧炉（RTO）、蓄热式催化氧化（RCO）、催化氧化（CO）和直火式焚烧（TO）四种。

2.1蓄热式氧化焚烧炉

RTO原理是将含有VOCs的废气加热到760℃以上，利用高温使废气中的VOCs氧化反应，使废气中VOCs的转变为对环境无害的CO2和H2O，直接排放到大气。RTO利用了预热回收，使用蓄热塔内的陶瓷对氧化反应产生的热量回收再利用。

2.2蓄热式催化氧化

RCO工艺是将RTO和CO两种工艺有点结合起来的优势工艺。废气通过管道输送至蓄热式催化氧化（RCO）系统，原理是在催化剂的作用下将废气加热到有机物的起燃温度300℃以上（与物质自燃点有关），废气中的有机物在高温下发生氧化反应，使废气中的碳氢化合物变成CO2和H2O，直接排放到大气。不适用于废气中含氯、氟等卤素或者硫等使催化剂中毒成分。

2.3催化氧化

CO是将有机废气、恶臭气体加热至约300℃，在催化剂的作用下使废气氧化成N2、CO2和H2O等小分子，产生的高温气体通过换热器预热低温待处理废气，从而节省废气升温燃料消耗的处理技术。

2.4直火式焚烧

TO是用焚烧炉内的高温对废气、废液的中有机物的进行氧化转化为可以无害的CO2、H2O、N2排放，燃烧产生的高温烟气可以进行余热回收，烟气中的SOX、HCL、HF、NOX、烟尘、二噁英等有害物质经烟气净化处理系统出来后达标排放。

2.5工艺对比四种热分解工艺各有不同，下面对四种工艺从达标排放、去除率、稳定运行及投资运行成本等方面对比。

根据表1中工艺技术比选，从达标排放、去除率、稳定运行及投资运行成本等方面对比，RTO运行稳定、达标排放、运行消耗及维护成本低，更适合应用于处理含有粉尘的低VOCs浓度高压聚乙烯装置工艺废气。

三、高压聚乙烯装置工艺废气处理实例

研究以某公司25万t/a管式高压聚乙烯装置和12万t/a釜式高压聚乙烯装置为例，混合后工艺废气量最大为80540Nm3/h，VOCs浓度约782.2mg/Nm3，最大浓度约1.7g/Nm3，粉尘含量约148mg/Nm3。要求处理后废气中VOCs浓度不高于20mg/m3，颗粒物浓度不高于30mg/m3。

最终某公司25万t/a管式高压聚乙烯装置和12万t/a釜式高压聚乙烯装置产生的工艺废气处理选用“袋滤器+旋转式RTO”处理工艺。

该RTO选用旋转式，采用转阀转换位置如图1所示，通过底部转阀切换气体在两个蓄热塔A/B中的流向，确保蓄热塔中温度可以氧化分解工艺废气中的VOCs，最终废气达标排放。该RTO投用后，经过调试投用运行稳定一段时间后，对外排废气取样分析如表2，外排废气各项控制指标均满足《合成树脂工业污染物排放标准》及《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南》的排放限值要求。同时对燃烧室温度分别控制850℃、870℃时，外排废气分析指标及燃料气消耗等参数见表2，均满足排放限制要求。

如表3所示，随着燃烧室控制温度的升高，外排废气的非甲烷总烃浓度下降，工艺废气中的VOCs去除率提高。因此，根据废气中的VOCs浓度选择合适的处理温度，也是RTO运行操作中的关注点。对于本实例分析，燃烧室控制850℃时废气中非甲烷总烃、颗粒物及NOX可以达标排放，虽提高温度可以提高非甲烷总烃的去除率，但燃料气消耗及氮氧化物NOX浓度增加，对于运行并不经济，且温度升高不利于设备长周期运行。

四、结束语

蓄热式氧化焚烧炉（RTO）建设及运行维护成本低，无催化剂中毒风险，更适用于处理“来源多、气量大、浓度低”的高压聚乙烯装置的工艺废气，可以适应气量及浓度的波动，VOCs去除率高，可以满足日益严格的排放限值。

作者：折军  中级工程师，研究方向 ：高压聚乙烯生产。

来源：相章分享环保技术