焦化廠VOCs的治理與淺談

李 鑫

（天津天鐵煉焦化工有限公司，天津300301）

0 引言

煤化工作為傳統(tǒng)重工業(yè)性行業(yè)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中很容易產(chǎn)生各種尾氣，因此煤化工（焦化）也是VOCs產(chǎn)生的主要領(lǐng)域之一。煉焦及后續(xù)煤氣凈化涉及到的眾多化工介質(zhì)中含有大量的VOCs。在焦化生產(chǎn)過程中，由于介質(zhì)流動(dòng)、溫度及壓力的變化，極易出現(xiàn)含有VOCs的尾氣逸散。這些逸散尾氣組成復(fù)雜，含有不同刺激性、腐蝕性、惡臭甚至致癌致畸的有害成分，是焦化廠異味的主要來源。尾氣的排放不僅嚴(yán)重污染環(huán)境，影響員工身心健康，加劇裝置腐蝕，而且會(huì)造成資源浪費(fèi)，如果處置不當(dāng)，還存在燃燒爆炸的安全風(fēng)險(xiǎn)?！稛捊构I(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16171-2012）對(duì)大氣污染特別排放限值提出了嚴(yán)格的要求。

1 焦化廠VOCs的來源和組成

VOCs成分復(fù)雜，目前已經(jīng)監(jiān)測(cè)出的VOCs有300多種，主要來自建筑裝飾、有機(jī)化工、鋼鐵冶金，石油石化、包裝印刷、表面涂裝等行業(yè)。在以往的VOCs治理中，焦化廠很少進(jìn)行處理，但實(shí)際上焦化在鋼鐵冶金企業(yè)中必不可少，在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生各種各樣的異味，不僅污染環(huán)境，同時(shí)對(duì)員工的身體也造成潛在的危害。焦化廠的工藝流程包括煤的高溫干餾，主要原料是煤，一般采用的是配合煤。配合煤作為化合物里面的成分，其組成并不固定。在整個(gè)工藝過程中煉焦、回收是產(chǎn)生VOCs最多的車間，尤其在回收區(qū)域更為嚴(yán)重，因此對(duì)于焦化廠的VOCs治理主要集中在回收區(qū)域。煉焦的除塵裝置效果理想可以減少很大一部分VOCs的外排，而回收區(qū)域涉及的設(shè)備眾多，各種罐體的放散氣直接連通大氣，產(chǎn)生的異味嚴(yán)重。氨水、焦油、萘、酚、氰化物、甲烷類烴等物質(zhì)會(huì)逸散到大氣中，特別是苯、硫化氫等物質(zhì)，更是具有強(qiáng)烈的毒性，污染環(huán)境，嚴(yán)重影響環(huán)境和毒害操作工人的身體。

2 焦化廠VOCs的治理措施

和其他環(huán)境治理措施類似，焦化廠尾氣治理仍然要遵循“源頭減量、過程控制、末端治理”的總體思路。采用先進(jìn)工藝裝備，淘汰落后生產(chǎn)工藝，減少“跑冒滴漏”，實(shí)現(xiàn)源頭尾氣減量。同時(shí)，要提高生產(chǎn)管理水平，減少操作維護(hù)不當(dāng)產(chǎn)生的尾氣排放，采取適當(dāng)?shù)闹卫泶胧瑢a(chǎn)生的尾氣加以回收或處理。

焦化廠生產(chǎn)過程產(chǎn)生的尾氣種類繁多、性質(zhì)各異，發(fā)生源的特點(diǎn)亦不相同。根據(jù)其各自的特點(diǎn)，處理方法也多種多樣。目前常用的方法主要有化學(xué)吸收法、物理吸附法、冷凝回收法、燃燒法、催化分解法、氮封法以及通過壓力平衡系統(tǒng)引入煤氣負(fù)壓管網(wǎng)回收等。目前大部分焦化廠在設(shè)計(jì)時(shí)都設(shè)計(jì)有有害尾氣回收管道系統(tǒng)，在施工時(shí)已裝配有害尾氣回收系統(tǒng)，鼓風(fēng)、粗苯、油庫(kù)等槽放散尾氣均接入了鼓風(fēng)機(jī)前負(fù)壓管道。但由于安全原因，都沒有很好地發(fā)揮作用。一些單位在進(jìn)行有害尾氣治理時(shí)，采用洗滌吸附法、吸附燃燒法、洗滌氧化法、吸收法等，尾氣治理工藝各有特點(diǎn)，效果各異，投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用也差別較大。

VOCs作為環(huán)保指標(biāo)，之前很少在焦化廠中進(jìn)行治理。但隨著國(guó)家環(huán)保形勢(shì)的加劇，民眾對(duì)于環(huán)保的意識(shí)也在提高，企業(yè)投入資金和技術(shù)對(duì)VOCs的排放進(jìn)行治理，可以減少企業(yè)對(duì)環(huán)境的污染程度和范圍。

3 焦化廠密閉槽體VOCs的治理

焦化廠的VOCs主要集中于回收區(qū)域，回收區(qū)域涉及范圍很廣，大致分為氨硫、粗苯、鼓風(fēng)冷凝、洗滌、精脫硫、儲(chǔ)備站、油庫(kù)等工段。其中粗苯、鼓風(fēng)冷凝、洗滌、油庫(kù)都有槽體。之前的工藝是每個(gè)槽體放散氣直接連通大氣來保證槽體內(nèi)的壓力平衡，同時(shí)槽體內(nèi)還有物料的進(jìn)出。對(duì)于這種槽體的放散氣有很多種治理方法，但是考慮性價(jià)比，操作方便，投資小，真正實(shí)現(xiàn)零排放。一般都采用氮?dú)饷芊馊缓笕?fù)壓返回煤氣系統(tǒng)的處理工藝。此工藝需要槽體的密封效果好，這樣空氣不容易進(jìn)入負(fù)壓區(qū)，可以更好地控制煤氣的含氧量。

3.1 放散氣全負(fù)壓返回煤氣系統(tǒng)工作原理

首先對(duì)封閉式槽體安裝開閉式氮封裝置，當(dāng)槽體進(jìn)出料作業(yè)時(shí)，氮封閥進(jìn)行供氮與泄氮作業(yè)，泄氮時(shí)部分尾氣隨氮?dú)馀懦?。將封閉式槽體放散閥接入負(fù)壓系統(tǒng)，在風(fēng)機(jī)前安裝一套微負(fù)壓控氧裝置，設(shè)定一定的壓力，剛好將這些槽體排出的尾氣吸入負(fù)壓系統(tǒng)，而不至于在風(fēng)機(jī)壓力變化時(shí)將過多的氧氣吸入到負(fù)壓系統(tǒng)，從而產(chǎn)生安全隱患。

氮封技術(shù)主要是應(yīng)用于庫(kù)區(qū)槽罐的密封。槽內(nèi)液位下降或溫度降低時(shí)利用氮?dú)庋a(bǔ)充槽內(nèi)氣體空間。通過氮?dú)獬錆M槽內(nèi)液位上方，阻止液體介質(zhì)持續(xù)氣化，抑制介質(zhì)氣化逸出。當(dāng)槽體進(jìn)料液位上升或溫度升高造成槽內(nèi)氣體壓力升高時(shí)，泄氮閥打開，氮?dú)庖莩觯瑥亩３植蹆?nèi)壓力平衡。該方法可有效減少庫(kù)存槽罐作業(yè)過程中的尾氣排放，也有利于提高槽罐本質(zhì)安全水平。另外，氮?dú)鈱儆诙栊詺怏w，與氧氣反應(yīng)條件為4 000℃電弧環(huán)境，因此不必考慮氮封廢氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)對(duì)煤氣系統(tǒng)造成的不利影響。同時(shí)，氮封處理引入煤氣系統(tǒng)的廢氣量很少（最大量不到1 000 m3），對(duì)煤氣系統(tǒng)管道也不會(huì)產(chǎn)生不利影響。

具體工作原理：（1）設(shè)定微負(fù)壓控氧裝置前管道吸力為-100～200 Pa，槽體放散口吸力為0～-50 Pa，根據(jù)槽體至鼓風(fēng)機(jī)前微負(fù)壓控氧裝置前的管道長(zhǎng)度，管道長(zhǎng)度不同，阻力不同，用槽體上閥門開度調(diào)節(jié)槽體放散口吸力為設(shè)定值；（2）微負(fù)壓控氧裝置接入鼓風(fēng)機(jī)回流管道上或者風(fēng)機(jī)前管道上，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)微負(fù)壓控氧裝置的吸力在-1 000～-5 000 Pa；（3）微負(fù)壓控氧裝置內(nèi)部特殊結(jié)構(gòu)，由吸入管、限壓水封艙、氣體水封、真空艙、折流板、調(diào)節(jié)閥、回流管、真空計(jì)、溢流管、補(bǔ)水管等構(gòu)成，進(jìn)口管內(nèi)氣體在負(fù)壓作用下，沖破水封進(jìn)入真空部分，被吸入鼓風(fēng)機(jī)煤氣管道，水封高度隨著吸力的變化而變化，回收尾氣剛好能沖破水封進(jìn)行真空系統(tǒng)，保持有害尾氣管道吸力恒定，氣體帶走的水汽在折流板處被冷凝下來進(jìn)入回流管，回到水封系統(tǒng)，有一部分水汽被氣體帶入煤氣，這時(shí)需用補(bǔ)水管補(bǔ)充，保證水封的高度。全程無排放，無泄漏，安全可靠，真正實(shí)現(xiàn)了零排放治理化產(chǎn)尾氣。

各槽體放散口吸力設(shè)定為-100～0 Pa，根據(jù)管道長(zhǎng)度、口徑、阻力情況來設(shè)定各放散口吸力，槽體安裝開閉式供氮閥、泄氮閥，用變頻控制器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，各點(diǎn)用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)吸力，保證氣體不會(huì)逸散到大氣中，同時(shí)，又能保證保持足夠的吸力。該工藝全部采用DSC控制，選用自動(dòng)化程度較高的設(shè)備，信號(hào)接入化產(chǎn)中控室中控系統(tǒng)，由中控室人員操作，不再另增加操作人員。為防止管道堵塞，在廢氣收集管道上加裝蒸汽清掃管道，定期進(jìn)行蒸汽沖掃。

工藝流程見圖1。

3.2 敞開式有害尾氣排放點(diǎn)逸散氣處理

圖1 工藝流程圖

圖2 工藝流程圖

這些區(qū)域分布較廣，收集尾氣比較困難，各個(gè)廢氣排放點(diǎn)形狀各異，需要制作不同的尾氣收集裝置，相比而言最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的是采取洗滌法來對(duì)尾氣進(jìn)行處理。尾氣主要含氨、非甲烷總烴、硫化氫、萘、酚、苯類等有機(jī)物質(zhì)。首先將此類廢氣進(jìn)行收集，經(jīng)管道引入洗滌塔，洗滌塔分為二次洗滌，下層使用冷凝液循環(huán)噴灑，除去廢氣中的苯類有機(jī)物，借由傳質(zhì)吸收原理，以組分分壓壓差作為吸收推動(dòng)力，嚴(yán)格控制操作壓力和溫度等操作因素，以達(dá)到較好的吸收效果。上段使用蒸氨廢水洗滌，通過對(duì)操作狀態(tài)的控制，對(duì)廢氣中的殘余有機(jī)物質(zhì)達(dá)到吸收的目的。

由于各排放點(diǎn)形狀各異，大小不同，大多屬于敞開式排放點(diǎn)，需要根據(jù)每一個(gè)排放點(diǎn)的具體情況設(shè)計(jì)制作相應(yīng)的收集裝置，需要功率匹配的風(fēng)機(jī)，通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來保證有害氣體的全部收集。處理后的廢氣送焦?fàn)t煙囪與焦?fàn)t廢氣一起排放或者可以直接排放。

工藝流程見圖2。

4 系統(tǒng)調(diào)試和實(shí)際運(yùn)行情況

天焦公司響應(yīng)國(guó)家環(huán)保號(hào)召，在回收區(qū)域進(jìn)行VOCs治理措施。采用回鼓風(fēng)機(jī)前負(fù)壓區(qū)工藝，自7月調(diào)試運(yùn)行以來，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，但也出現(xiàn)了一些實(shí)際問題。調(diào)試過程中，對(duì)于每一個(gè)控制單元，都能很好地控制罐體壓力。由于負(fù)壓區(qū)吸力較大，罐體壓力需要用氮?dú)鈦砭S持壓力穩(wěn)定。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)氮?dú)庀牧亢艽螅?jīng)過與設(shè)計(jì)方的研究，決定把回負(fù)壓區(qū)的總閥門關(guān)到很小，由閥門控制罐體內(nèi)壓力的穩(wěn)定，進(jìn)一步減少氮?dú)庀?，同時(shí)通過與現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)，把每個(gè)罐體的壓力設(shè)置在合理范圍內(nèi)，避免罐體壓力變化太大，對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響。5 結(jié)論

隨著國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，逐步展開了對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物VOCs的治理工作，特別是在焦化行業(yè)，在生產(chǎn)過程中進(jìn)行管控，避免了先污染后治理的弊端。VOCs治理可以在焦化行業(yè)中進(jìn)行推廣，以減少生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)企業(yè)綠色發(fā)展。從企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展考慮，技術(shù)革新，優(yōu)化生產(chǎn)，綠色生產(chǎn)，對(duì)原有工藝進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)造也是企業(yè)生存的關(guān)鍵。