新標(biāo)準(zhǔn)下石油煉制行業(yè)廢氣達(dá)標(biāo)排放風(fēng)險(xiǎn)實(shí)例分析與探討

王亮，盛文龍，付勝楠

（中國海洋石油總公司節(jié)能減排監(jiān)測中心，天津 300452）

石油煉制行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)，直接關(guān)系到整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。石油煉制行業(yè)工藝復(fù)雜，原料輔料種類眾多，是污染物排放大戶，對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成了潛在的影響。因此國家先后發(fā)布了《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16297—1996）[1]、《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 9078—1996）[2]等綜合型排放標(biāo)準(zhǔn)，地方也制定有《大氣污染物排放限值》（DB 44/27—2001）[3]、《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/501—2007）[4]、《區(qū)域性大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 37/2376—2013）[5]等標(biāo)準(zhǔn)對石油煉制行業(yè)特征污染物排放進(jìn)行管控。

隨著原油加工量不斷增加，民眾環(huán)保意識不斷提升，區(qū)域性環(huán)境問題日益嚴(yán)重，相對寬松的綜合性標(biāo)準(zhǔn)已不能滿足環(huán)保管理需要，需要對石油煉制行業(yè)污染物排放提出更高的要求。鑒于此，國家于2015年發(fā)布了《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31570—2015）[6]，以專用標(biāo)準(zhǔn)和趨嚴(yán)指標(biāo)倒逼產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，減少污染物排放，改善環(huán)境質(zhì)量。新標(biāo)準(zhǔn)要求現(xiàn)有企業(yè)從2017年7月1日起實(shí)施。為考察執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)后，石油煉制企業(yè)廢氣排放是否存在達(dá)標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，文章針對氮氧化物、二氧化硫這兩個(gè)約束性指標(biāo)，選取了3家石油煉制企業(yè)進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)測和調(diào)研。

1 新舊標(biāo)準(zhǔn)差異

《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31570—2015）出臺之前，石油煉制企業(yè)排放廢氣中二氧化硫和氮氧化物濃度限值執(zhí)行不同的綜合型排放標(biāo)準(zhǔn)，其中加熱爐、重沸爐、轉(zhuǎn)化爐等工藝加熱爐多執(zhí)行《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 9078—1996）；酸性氣回收尾氣和催化裂化裝置廢氣污染物排放多執(zhí)行《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16297—1996）。新標(biāo)準(zhǔn)針對不同的控制源制定了不同的具有針對性的控制要求，具體化了工藝加熱爐、催化裂化催化劑再生煙氣、酸性氣回收尾氣等的排放控制標(biāo)準(zhǔn)，并且大幅度地收緊了指標(biāo)限值，氧含量折算系數(shù)也發(fā)生變化，以避免稀釋排放現(xiàn)象發(fā)生。與原執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)相比，新標(biāo)準(zhǔn)有許多重大改進(jìn)，其實(shí)施必將對我國石油煉制行業(yè)的環(huán)保工作起到積極的作用。石油煉制行業(yè)廢氣中二氧化硫和氮氧化物排放限值新舊標(biāo)準(zhǔn)對照見表1。

表1 石油煉制行業(yè)廢氣中二氧化硫和氮氧化物排放限值新舊標(biāo)準(zhǔn)對照 mg/m3

2 現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果

2016年6—12月，從3家石油煉制企業(yè)中選取正常運(yùn)行中的12個(gè)工藝加熱爐廢氣排放口、3個(gè)催化裂化催化劑再生煙氣排放口和3個(gè)硫黃回收尾氣排放口作為現(xiàn)場監(jiān)測對象。監(jiān)測結(jié)果分別見表2和表3。

表2 工藝加熱爐廢氣監(jiān)測結(jié)果 mg/m3

續(xù)表2

表3 催化裂化催化劑再生煙氣和硫黃回收尾氣監(jiān)測結(jié)果 mg/m3

3 監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 舊標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)情況

2017年7月1日之前，3家企業(yè)工藝加熱爐排放廢氣執(zhí)行《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 9078—1996），酸性氣回收尾氣和催化裂化裝置廢氣污染物排放執(zhí)行《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（16297—1996）。監(jiān)測結(jié)果表明，所有排放廢氣中二氧化硫和氮氧化物濃度均滿足指標(biāo)限值要求。分析認(rèn)為，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)得益于舊標(biāo)準(zhǔn)濃度限值偏高，以及標(biāo)準(zhǔn)氧含量較高，造成折算濃度偏低。

3.2 新標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)情況

2017年7月1日之后，3家企業(yè)工藝加熱爐排放廢氣、酸性氣回收尾氣和催化裂化裝置廢氣污染物排放均執(zhí)行《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31570—2015），二氧化硫和氮氧化物指標(biāo)收緊，氧含量折算系數(shù)也發(fā)生變化。為考察執(zhí)行新保準(zhǔn)后存在的潛在隱患，現(xiàn)按照新標(biāo)準(zhǔn)要求，對監(jiān)測數(shù)據(jù)重新進(jìn)行了核算。監(jiān)測結(jié)果表明，3家企業(yè)12個(gè)工藝加熱爐中，有4個(gè)超出氮氧化物標(biāo)準(zhǔn)限值要求，超標(biāo)率為33.3%，超標(biāo)倍數(shù)為1.02～1.38。6個(gè)酸性氣回收裝置和催化裂化裝置中，有4個(gè)超出二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)限值要求，超標(biāo)率為66.7%，超標(biāo)倍數(shù)為1.02～2.69；有1個(gè)超出氮氧化物標(biāo)準(zhǔn)限值要求，超標(biāo)率為16.7%，超標(biāo)倍數(shù)為1.34。

3.3 原因分析

1）標(biāo)準(zhǔn)限值大幅度收緊。工藝加熱爐二氧化硫執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)從≤850 mg/m3收緊為≤100 mg/m3，氮氧化物由不做要求收緊為≤150 mg/m3；催化再生煙氣二氧化硫執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)從≤550 mg/m3收緊為≤100 mg/m3，氮氧化物執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)從≤240 mg/m3收緊為≤200 mg/m3；硫黃回收尾氣二氧化硫執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)從≤960 mg/m3收緊為≤400 mg/m3。新標(biāo)準(zhǔn)濃度限值的大幅度收緊，是造成石油煉制企業(yè)廢氣排放設(shè)施存在超標(biāo)排放風(fēng)險(xiǎn)的主要原因。

針對這一現(xiàn)象，被監(jiān)測企業(yè)為適應(yīng)環(huán)保新要求，排除潛在隱患，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，均積極采取了相應(yīng)措施。其中，工藝加熱爐進(jìn)行低氮燃燒器改造，催化再生和硫黃回收裝置建設(shè)脫硫脫硝設(shè)施，是目前最為常見和有效的措施。

2）標(biāo)準(zhǔn)氧含量降低。工藝加熱爐原標(biāo)準(zhǔn)空氣過量系數(shù)為1.7，催化再生煙氣和硫黃回收尾氣不做要求。新標(biāo)準(zhǔn)一律將標(biāo)準(zhǔn)氧含量收緊為3%，即1.167的標(biāo)準(zhǔn)空氣系數(shù)。由表1可知，標(biāo)準(zhǔn)氧含量降低后，折算濃度值大幅升高，這也是造成廢氣超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的重要原因之一。

針對這一現(xiàn)象，被監(jiān)測企業(yè)對排放煙氣中氧含量超過3%的加熱爐、催化再生和硫黃回收裝置進(jìn)行了逐一排查，主要原因分為3類。一是由于管道建造時(shí)間較長，雨水及煙氣腐蝕造成排煙管道存在漏風(fēng)現(xiàn)象。二是鼓風(fēng)機(jī)功率過大，造成引入爐膛的空氣量偏大。三是裝置低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下未調(diào)低空氣通入量，造成煙氣氧含量過高。為保證煙氣氧含量接近3%的標(biāo)準(zhǔn)氧含量，建議企業(yè)維護(hù)和更換出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象的煙氣管道；改造或更換功率過大的風(fēng)機(jī)，以降低空氣引入量；裝置在長期低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，適當(dāng)調(diào)低空氣引入量。

3）企業(yè)自身監(jiān)測能力不足。部分被監(jiān)測企業(yè)未配備必要的煙氣監(jiān)測設(shè)備，或是配備了監(jiān)測設(shè)備，但在人員能力、儀器維護(hù)、數(shù)據(jù)核算等方面存在欠缺，造成監(jiān)測數(shù)據(jù)失真。此外，監(jiān)測過程中還發(fā)現(xiàn)，部分企業(yè)在線裝置檢出的污染物濃度、氧含量、煙氣溫度、流速等輔助指標(biāo)，以及內(nèi)置計(jì)算參數(shù)均與實(shí)測值存在不同程度的偏差。這些都造成企業(yè)無法真正實(shí)現(xiàn)廢氣排放管控，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)問題和采取整改措施。

4 改進(jìn)措施

3家被監(jiān)測企業(yè)已針對各自存在的隱患采取了相應(yīng)的措施。根據(jù)2017年3—4月復(fù)檢結(jié)果，存在超標(biāo)隱患的加熱爐、重沸爐、酸性氣回收尾氣和催化裂化裝置已全部滿足新標(biāo)準(zhǔn)限值要求。監(jiān)測結(jié)果見表4。

表4 采取改進(jìn)措施前后監(jiān)測結(jié)果比對 mg/m3

1）A廠重沸爐、B廠加熱爐和重沸爐配備的燃燒器為早期設(shè)計(jì)的老式低氮燃燒器，排放廢氣中氮氧化物濃度較高，超出新標(biāo)準(zhǔn)限值要求。為此，企業(yè)積極進(jìn)行低氮燃燒器調(diào)研，聯(lián)合制造廠家進(jìn)行調(diào)試實(shí)驗(yàn)，并在安裝新低氮燃燒器后有效降低了氮氧化物排放濃度。

2）A廠重沸爐和硫黃回收裝置排放廢氣中氧含量過高，是造成氮氧化物和二氧化硫濃度超出新標(biāo)準(zhǔn)限值要求的主要原因。為此，企業(yè)在滿足爐膛燃燒效率的情況下，調(diào)低了鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量，并在停產(chǎn)大修期間對排氣管路進(jìn)行了全面檢查和維護(hù)，大幅降低了煙氣中的氧含量。

3）C廠催化再生煙氣中二氧化硫和氮氧化物均超出新標(biāo)準(zhǔn)限值要求。為此，企業(yè)新建了濕式氨法脫硫脫硝設(shè)施。工藝流程為催化再生煙氣由風(fēng)機(jī)送入煙氣脫硫脫硝塔反應(yīng)區(qū)，煙氣自下而上流動(dòng)，與從塔內(nèi)噴淋管組噴出的氨/尿素漿液液滴逆流接觸，發(fā)生傳質(zhì)與吸收反應(yīng)，從而脫除煙氣中的二氧化硫、三氧化硫及氮氧化物。凈化煙氣經(jīng)除霧器去除煙氣中夾帶的脫硫脫硝液滴后，通過煙囪排放。

4）A廠和B廠催化再生煙氣中二氧化硫超出新標(biāo)準(zhǔn)限值要求。為此，企業(yè)采用了一種濕法洗滌技術(shù)用于降低煙氣中二氧化硫濃度，同時(shí)也可以有效去除煙塵。濕法煙氣洗滌技術(shù)最主要的設(shè)備是洗滌塔，洗滌塔分為急冷段、吸收段、濾清模塊、葉片水珠分離器以及煙囪等部分，通過洗滌工藝和塔內(nèi)件的功能實(shí)現(xiàn)對煙氣的凈化。

5）企業(yè)在對廢氣處理設(shè)施進(jìn)行改造的同時(shí)，加強(qiáng)了廢氣在線監(jiān)測設(shè)備的維護(hù)，配置了手動(dòng)監(jiān)測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對廢氣排放濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和采取整改措施，確保企業(yè)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

5 結(jié)論

國家于2015年發(fā)布了《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31570—2015），以專用標(biāo)準(zhǔn)和趨嚴(yán)指標(biāo)倒逼產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，減少污染物排放。新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施前，由于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)相對寬松，企業(yè)普遍能夠達(dá)標(biāo)排放。新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，標(biāo)準(zhǔn)限值收緊，折算系數(shù)發(fā)生改變，部分企業(yè)難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。鑒于此，建議石油煉制企業(yè)對現(xiàn)存問題進(jìn)行逐一排查，針對自身不同情況，重點(diǎn)從脫硫脫硝和低氮燃燒器等環(huán)保設(shè)施的改造升級、加強(qiáng)輔助設(shè)施運(yùn)行維護(hù)、以及建立健全廢氣監(jiān)測能力三方面著手進(jìn)行整改，以確保二氧化硫和氮氧化物排放濃度滿足新標(biāo)準(zhǔn)限值要求。