石油化工企業(yè)VOCs減排治理項目設計要點及管理政策

武登忠，馬書毅，劉少卿

(中國寰球工程公司，北京 100012)

專題綜論

石油化工企業(yè)VOCs減排治理項目設計要點及管理政策

武登忠，馬書毅，劉少卿

(中國寰球工程公司，北京 100012)

隨著國內(nèi)環(huán)境污染程度的逐步加劇，石油化工企業(yè)對VOCs(揮發(fā)性有機物)加強治理，建設VOCs減排治理工程越來越多。為做好該類項目的咨詢及工程設計，本文將目前可以采用的幾種回收技術作了介紹，并就工程設計過程中應考慮的問題進行了總結(jié)，希望結(jié)合各地管理政策的實施，逐步改善我們所生存的環(huán)境質(zhì)量。

VOCs；設計；要點；政策

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.05.001

當前，我國環(huán)境污染嚴重，各地均面臨極大的環(huán)境壓力。而石油化工企業(yè)，包括化工、煤化工等企業(yè)均為VOCs的主要排污源。而VOCs的排放又是加劇環(huán)境污染的主要因素，必須采取有效的措施加以回收利用，減少直接排放到大氣中的VOCs，逐步改善各地環(huán)境質(zhì)量。

首先，VOCs(Volatile Organic Compounds)就是揮發(fā)性有機物的英文縮寫。根據(jù)GB31570標準第3.14條款，VOCs被定義為“參與大氣光化學反應的有機化合物，或者根據(jù)規(guī)定的方法測量或核算確定的有機化合物”。而天津市地方標準中，VOCs則被定義為“在20℃條件下蒸氣壓大于或等于10 Pa，或者特定適用條件下具有相應揮發(fā)性的全部有機化合物(不包括甲烷)”。目前還沒有統(tǒng)一的VOCs定義[1]。

VOCs主要包括非甲烷總烴(烷烴、烯烴、炔烴和芳香烴)、含氧有機化合物(醇、醚、醛、酮等)、鹵代烴、含氮化合物、含硫化合物等，它不僅是PM2.5的前體物，也會通過光化學反應而導致臭氧產(chǎn)生。

換句話說，揮發(fā)性有機物一方面會導致細粒子的產(chǎn)生，形成現(xiàn)在國內(nèi)城市很普遍的灰霾；另一方面，揮發(fā)性有機物也會導致近地面臭氧濃度增高，使得光化學煙霧污染加重。要想控制住灰霾和臭氧，必須先控制好揮發(fā)性有機物。

其次，污染當量值表示了不同污染物或污染排放量之間的污染危害和處理費用的相對關系。

就水污染來說，以污水中1 kg最主要污染物化學需氧量(COD)為基準，對其他污染物的有害程度、生物體的毒性以及處理的費用等進行研究和測算，結(jié)果是排放1 kg COD，4 kg SS，0.5 g汞時所產(chǎn)生的污染危害和相應的處理費用基本相等，也就是污水中COD的污染當量值是1 kg，SS污染當量值是4 kg，汞污染當量值是0.000 5 kg。廢氣是以大氣中主要污染物煙塵、二氧化硫為基準，按照上述類似方法得出其他污染物的污染當量值。污染當量概念主要在水污染收費和大氣污染收費中采用。

某污染物的污染當量數(shù)=該污染物的排放量(kg)/該污染物的污染當量值(kg)。

二氧化硫、氮氧化物污染當量值為0.95 kg，由于VOCs對環(huán)境損害程度與二氧化硫、氮氧化物等廢氣中主要污染物大體相當，所以其污染當量值同為0.95 kg。

最后，由于環(huán)境污染壓力，必須進行VOCs的減排治理工作。為獎優(yōu)罰劣，鼓勵深度治理，并在多省(含直轄市)實行差別化收費政策。

1 執(zhí)行標準

目前，在VOCs項目設計過程中執(zhí)行的主要標準是《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》(GB31570)、《石油化學工業(yè)污染物排放標準》(GB31571)，并且聯(lián)合執(zhí)行成為主流。

在相關行業(yè)具體污染物排放標準出臺前，煤化工、化工項目均應參照執(zhí)行上述兩個標準。

VOCs密閉回收目標，應達到95%或97%以上的回收率(區(qū)分不同地區(qū))，并滿足64個有機特征污染物排放指標。

2 VOCs減排治理項目應考慮的幾個問題

雖然，VOCs回收工作開展較晚，但回收技術是比較成熟的，國內(nèi)工程實踐也不少。但如何劃分好VOCs氣體收集系統(tǒng)、選擇合適的復合工藝技術還需要認真研究、探討。

2.1 新建還是技術改造項目

由于新建生產(chǎn)裝置、儲運設施、裝卸設施等與現(xiàn)有企業(yè)的生產(chǎn)裝置、儲運設施、裝卸設施等的技術改造，在總圖布置、生產(chǎn)技術水平、公用工程配套條件等方面，存在較大差異，應結(jié)合具體項目，差別對待，才能因地制宜地設計出切合實際的VOCs減排治理項目。

2.2 VOCs回收系統(tǒng)劃分

主要根據(jù)所回收的物料性質(zhì)、總圖布置遠近來劃分，合并設置可減少回收系統(tǒng)套數(shù)，達到減少投資，降低運行費用的目的。

2.3 VOCs回收規(guī)模確定

在確定VOCs回收規(guī)模時，應結(jié)合生產(chǎn)實際，在滿足安全和生產(chǎn)運行要求的前提下，做到盡可能縮小回收規(guī)模。因為投資與設計規(guī)模是相關的。儲運設施在靜止儲存和收發(fā)作業(yè)時，由于蒸發(fā)損耗產(chǎn)生VOCs，據(jù)統(tǒng)計占VOCs排放總量的7%左右，是石油化工企業(yè)的VOCs排放大戶[2]。

生產(chǎn)原料進廠卸車以及產(chǎn)品出廠裝車的不均衡性和年用量及運輸條件的差異、上游生產(chǎn)裝置外排流量和溫度、同類儲罐之間的倒罐泵流量、當?shù)貧夂驐l件以及儲罐類型的不同，均可產(chǎn)生不同的回收能力需求。

設計能力取有關罐組各儲罐的熱呼氣總量、倒罐的流量、來自裝置區(qū)的熱物料進料呼氣量三者中的最大值。其中熱物料進料呼氣量計算方法根據(jù)SH/T 3007《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(guī)范》第5.1.6條。

2.4 回收工藝技術選擇

目前，使用最多的回收工藝包括：吸附技術、吸收技術、冷凝技術、膜分離技術，以及上述技術的復合技術[3，4]。

去除技術有：熱力氧化焚燒技術(TO)、催化氧化技術(CO)、蓄熱式氧化焚燒技術(RTO)、蓄熱式催化氧化技術(RCO)。

具體選擇哪種技術最好，需要結(jié)合項目條件、資金寬裕程度、運行費用、公用工程條件統(tǒng)籌考慮。

2.5 吸收劑的選擇

最好的吸收劑是本物料液體，如柴油吸收柴油罐VOCs、汽油吸收汽油罐VOCs等。減少系統(tǒng)物料種類，也是該考慮的因素之一。

2.6 吸附、膜材料的二次污染

本來，建設VOCs項目的目的是減少污染排放。如果在選擇回收技術方面，又產(chǎn)生新的污染物，就得不償失。并且應該考慮耗材的易得性，活性炭適用于多種回收系統(tǒng)，宜選用。

2.7 注意對現(xiàn)有設施的影響

不論怎樣，建設VOCs減排治理系統(tǒng)，增加了現(xiàn)有設施的復雜性，改變了操作人員的操作習慣，對安全生產(chǎn)造成一定壓力。因此，必須在設計中增加一些安全措施，避免發(fā)生安全事故。如在收集系統(tǒng)總管上配置100%×2可切換的雙安全閥、專用的呼吸閥、阻火器、止逆閥等等管件。阻火器依據(jù)物料及混合物的MESG特性(最大試驗安全間隙)進行選型。

應核算新增受力對儲罐剛度的影響，考慮新增管線對原管廊的負荷增加是否在原設計裕度內(nèi)。

2.8 氮氣氣封保護的選擇

根據(jù)GB 50160《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》，充氮保護的固定頂罐視同內(nèi)浮頂罐。通?？梢圆换厥誚OCs氣體，但有些特殊用戶也要求回收，更有特例對內(nèi)浮頂罐也采用了氮封措施，并進行VOCs回收，不能作為一般設計原則。

2.9 回收系統(tǒng)的操作壓力

由于大多數(shù)VOCs排放工況為微正壓工況，設備設計壓力一般為微負壓/微正壓，為安全起見，VOCs收集管網(wǎng)及回收橇塊系統(tǒng)宜采取微負壓操作為好，同時也可減少VOCs泄漏，有利于回收操作。

2.10 VOCs收集系統(tǒng)管道材料選擇

參照GB 50759《油品裝載系統(tǒng)油氣回收設施設計規(guī)范》第3.0.10條款，管道宜采用碳鋼、合金鋼、不銹鋼無縫鋼管，鋼制閥門、管件壓力等級與所連管道一致。

不建議采用非金屬管道，其耐久性、剛度等不足，例如玻璃鋼等。

2.11 UPS供電的必要性

雖然，VOCs回收系統(tǒng)遇停電工況，不會造成重大經(jīng)濟損失和安全事故，但為了全廠生產(chǎn)設施的安全，建議對控制系統(tǒng)提供UPS供電。

2.12 移動式VOCs處理設施的必要性

上述設計要點主要針對固定式VOCs減排治理設施的工程設計問題。而某些VOCs排放場合，無法采取固定式或使用頻率較低的，就需要采用移動式VOCs處理設施。

移動式VOCs處理設施主要應用于壓力罐區(qū)、常壓罐區(qū)清罐、現(xiàn)有固定式油氣回收系統(tǒng)故障、事故現(xiàn)場設備的快速修復、生產(chǎn)設備以及工藝管道清掃前加快置換、現(xiàn)有罐區(qū)沒有位置布置固定式回收設施等等工況。

移動式VOCs處理設施已在美國石油化工企業(yè)廣泛應用，是早期VOCs回收的主要措施。相信將來隨著管理越來越嚴格，在國內(nèi)會得到廣泛采用。

3 管理現(xiàn)狀

在《關于揮發(fā)性有機物排污收費試點有關具體工作的通知》環(huán)境保護部辦公廳函(環(huán)辦環(huán)監(jiān)函[2016]113號)中指出：根據(jù)《國務院關于印發(fā)大氣污染防治行動計劃的通知》(國發(fā)〔2013〕37號)中“將揮發(fā)性有機物(VOCs)納入排污費征收范圍”的要求，財政部、發(fā)展改革委、環(huán)境保護部先后出臺了《關于印發(fā)〈揮發(fā)性有機物排污收費試點辦法〉的通知》(財稅〔2015〕71號，以下簡稱71號文件)和《關于制定石油化工及包裝印刷等試點行業(yè)揮發(fā)性有機物排污費征收標準等有關問題的通知》(發(fā)改價格〔2015〕2185號)，決定自2015年10月1日起，在石油化工、包裝印刷行業(yè)開展揮發(fā)性有機物排污收費試點工作。

石油化工企業(yè)要按71號文件附件2規(guī)定的核算周期(以年計)和計算辦法，向地方環(huán)境監(jiān)察機構(gòu)報送本通知所附的揮發(fā)性有機物排放信息申報表，申報揮發(fā)性有機物排放量和相關信息，并對申報材料的真實性、有效性、完整性負責。

石油化工企業(yè)申報的各污染源項中涉及排放揮發(fā)性有機物的設備動靜密封點、生產(chǎn)裝置、儲罐、裝卸站臺、燃燒設備、工藝有組織廢氣排放源、火炬、揮發(fā)性有機物處理設施等數(shù)量，必須與核算期內(nèi)其生產(chǎn)在用的數(shù)量相等；各污染源項揮發(fā)性有機物排放量及污染當量數(shù)之和與總排放量及總污染當量數(shù)相等。

揮發(fā)性有機物排污收費試點征收管理系統(tǒng)，將采用云計算方式部署在環(huán)境保護部云平臺上，供石油化工和包裝印刷企業(yè)申報、地方環(huán)保部門征收排污費時使用。

4 十一省市VOCs排污收費政策

我國VOCs的污染防治工作起步較晚，與VOCs的污染防治工作有關的政策法規(guī)和管理制度體系不健全，嚴重制約了VOCs污染治理產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

近年來，隨著大氣污染形勢的加劇，國家越發(fā)重視對大氣環(huán)境的治理。目前，已有十一省市開展VOCs排污費征收工作(見表1)，推行“容量有限、資源有價、使用有償”的理念。

表1 十一省市VOCs排污收費標準

續(xù)表

VOCs作為大氣污染的主要污染物，成了各地治理的重點，國家及地方VOCs排污收費標準的相繼出臺，可見國家將會花大力氣在VOCs的污染防治工作上。

隨著《揮發(fā)性有機物排污收費試點辦法》的實施和各地環(huán)保壓力的加劇，VOCs排放標準不斷完善，排污收費制度也將會隨著污染源清單的不斷更新完善而涉及到更多的行業(yè)，VOCs治理項目會越來越多。

5 結(jié)語

本文結(jié)合揮發(fā)性有機物VOCs減排治理項目在工程設計過程中需要考慮的幾個技術問題，并對回收技術進行了簡單介紹，對各省市排污收費情況進行了信息匯總，便于有關企業(yè)、工程公司以及管理機關在該類工程項目的前期規(guī)劃、工程設計、管理等各階段有所借鑒。作為工程公司，為社會和業(yè)主提供高質(zhì)量的工程設計服務是其應盡的義務。

[1]汪濤，竇秀冬.目前我國與VOCs有關標準及政策要求.2014年PM2.5及霧霾污染控制專題研討會[R].廣州：中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會環(huán)境影響評價行業(yè)分會，2014年.

[2]辛梓弘，等.固定頂儲罐中VOCs的呼吸損耗估算[J].上海師范大學學報(自然科學版)，2005，34(6)：70-75.

[3]曲茉莉.大氣中VOCs的污染現(xiàn)狀及治理技術研究進展[J].環(huán)境科學與管理，2012，37(6)：102-104.

[4]黃維秋，鐘泰.油氣回收技術分析與比較[J].化學工程，2005，33(5)：53-56.

Design Essentials and Management Policies for VOCs Emission Reduction Control Project of Petrochemical Enterprises

WU Deng-zhong，MA Shu-yi，LIU Shao-qing
(China Huanqiu Contracting＆Engineering Corp.，Beijing 100012 China)

With the ever-increasing domestic environment pollution，petroleum and chemical enterprises have strengthened the governance of VOCs(volatile organic matter)and established more and more VOCs emission reduction projects.For the consulting and engineering design of such projects，this paper introduces several present recycling technologies，and summarizes the problems in the process of engineering design.Moreover，it also hopes to improve our environmental quality by combining the implementation of local management policies.

VOCs；design；key points；policy

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.05.001

X701

A

1004-8901(2016)05-0001-04

2016-05-27

武登忠(1960年-)，男，河北張家口人，1982年畢業(yè)于華南理工大學無機化工專業(yè)，教授級高級工程師，現(xiàn)主要從事石油化工工程設計咨詢等工作。