焦化企業(yè)化產(chǎn)系統(tǒng)VOCs綜合治理

李臣華 劉紀(jì)虎 徐明偉 王惠勇 陳鵬

摘 要：煤、石油和天然氣或以煤、石油和天然氣為燃料或原料的工業(yè)與它們有關(guān)的化學(xué)工業(yè)是揮發(fā)性有機(jī)物產(chǎn)生的三大重要來源。焦化企業(yè)作為以煤為原料的化學(xué)工業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量VOCs，尤其是化產(chǎn)系統(tǒng)VOCs的綜合治理，利國、利民、利環(huán)境，必須予以關(guān)注和重視。

關(guān)鍵詞：化產(chǎn)VOCs；來源；危害；綜合治理；洗凈；焚燒

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.001

1 引言

山東盛陽集團(tuán)有限公司擁有2×55孔5.5米搗固焦?fàn)t一座以及相配套的化產(chǎn)回收系統(tǒng)，整個裝置于2012年10月份建成投產(chǎn)。企業(yè)伴隨環(huán)保壓力的日益增加，化產(chǎn)系統(tǒng)VOCs的治理也由最初建廠時的一無所有，發(fā)展到現(xiàn)在，經(jīng)歷了三個階段的治理設(shè)施。為達(dá)到2019年6月份即將實施的第四時段排放標(biāo)準(zhǔn)，公司提前謀劃，提早實施，與山東山鑫環(huán)?？萍加邢薰疽坏溃芯?、設(shè)計、開發(fā)并實施了一套最新VOCs治理工藝。經(jīng)過公司近三個月的試運行，該工藝運行平穩(wěn)，流程順暢，效果顯著，現(xiàn)場氣味明顯減少，職工操作環(huán)境得到了極大改善，VOCs綜合治理達(dá)到了預(yù)期的效果。

2 VOCs來源及危害分析

VOCs是揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds）的英文縮寫，普通意義上的VOCs就是指揮發(fā)性有機(jī)物；但是環(huán)保意義上的定義是指活潑的一類揮發(fā)性有機(jī)物，即會產(chǎn)生危害的那一類揮發(fā)性有機(jī)物。在我國，VOCs是指常溫下飽和蒸汽壓大于133.32 Pa、常壓下沸點在50～260℃以下的有機(jī)化合物，或在常溫常壓下任何能揮發(fā)的有機(jī)固體或液體。

焦化企業(yè)化產(chǎn)系統(tǒng)VOCs的排放主要集中在油庫裝車區(qū)、冷鼓電捕工段、洗脫苯工段、脫硫硫銨以及副鹽工段，排放的廢氣主要是含有苯、苯并[a]芘、萘、非甲烷烴、揮發(fā)酚、氨、硫化氫及少量焦油等的有機(jī)化合物。

VOCs參與大氣環(huán)境中臭氧和二次氣溶膠的形成，對區(qū)域性大氣臭氧污染、PM2.5污染具有重要的貢獻(xiàn)，VOCs是導(dǎo)致城市灰霾和光化學(xué)煙霧的重要前體物。大多數(shù)VOCs具有令人不適的特殊氣味，并具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用，特別是苯、甲苯及甲醛等對人體健康會造成很大的傷害。空氣中VOCs含量及濃度增加，可導(dǎo)致抽搐、頭痛、昏迷、惡心等癥狀，并損害神經(jīng)系統(tǒng)大腦、腎臟和肝臟等。

目前由于VOCs污染防治基礎(chǔ)薄弱，存在排放基數(shù)不清、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)不健全、控制技術(shù)應(yīng)用滯后、環(huán)境監(jiān)管不到位等諸多問題。同時，由于VOCs排放來源復(fù)雜、排放形式多樣、物質(zhì)種類繁多，建立VOCs污染防治體系難度較大。因此，結(jié)合企業(yè)的實際情況全面開展VOCs污染防治，是一項利國利民、關(guān)系國計民生的艱巨任務(wù)。

3 焦化企業(yè)VOCs治理現(xiàn)狀

目前焦化企業(yè)對化產(chǎn)系統(tǒng)VOCs治理由于化產(chǎn)系統(tǒng)布局分散的特點以及各個工段排放氣量的不同，大多將廢氣分工段收集后設(shè)置水洗、堿洗、油洗，再經(jīng)活性炭把關(guān)過濾后進(jìn)行高空排放。2017年實施的網(wǎng)上申報排污許可證中，也將化產(chǎn)系統(tǒng)各個工段尾氣收集處理后高空排放設(shè)置了單獨的排放口，是以對此處理方式的默認(rèn)。

環(huán)保壓力的增大，有些企業(yè)為了達(dá)標(biāo)排放，甚至將UV光解引入到化產(chǎn)系統(tǒng)VOCs治理當(dāng)中，結(jié)果由于化產(chǎn)系統(tǒng)VOCs成分復(fù)雜，含有易燃易爆的成分，導(dǎo)致UV光解設(shè)施一建成后就成了擺設(shè)。

VOCs經(jīng)過處理后進(jìn)行高空排放，無論處理效率多高，總會有或多或少的VOCs排放到大氣當(dāng)中。積少成多，經(jīng)過富集、疊加，大氣中的VOCs濃度一高，依舊影響著空氣質(zhì)量，依然毒害著周邊的職工。因而尋求一種徹底的VOCs綜合治理工藝、需求一種高效的處理模式，便是每一家焦化企業(yè)所面臨的一個新的課題。

4 VOCs綜合治理

山東盛陽集團(tuán)有限公司與山東山鑫環(huán)?？萍加邢薰狙芯?、開發(fā)的VOCs綜合治理工藝，是根據(jù)焦化企業(yè)化產(chǎn)系統(tǒng)VOCs的排放場所不同以及排放廢氣組成成分各異的特點，將化產(chǎn)系統(tǒng)排放的VOCs分成兩部分分別進(jìn)行處理：

一是煤焦油、粗苯儲罐區(qū)操作不頻繁、相對穩(wěn)定的裝置逸散的尾氣直接引入煤氣橫管初冷器前的煤氣負(fù)壓管道內(nèi)。如圖1所示：

為確保罐區(qū)排放尾氣安全引入煤氣負(fù)壓管線，需要切實做好如下幾個要點：

（1）每個儲罐頂部必須進(jìn)行全密閉，杜絕空氣進(jìn)入尾氣系統(tǒng)。

（2）進(jìn)煤氣負(fù)壓管線的尾氣總管上安裝含氧在線檢測儀和切斷閥，時時檢測尾氣含氧量；當(dāng)含氧量超過一定標(biāo)準(zhǔn)限值時，切斷閥聯(lián)鎖切斷，保證系統(tǒng)安全。

（3）單個儲罐頂部設(shè)置氣量調(diào)節(jié)閥，經(jīng)過調(diào)節(jié)，保證儲罐內(nèi)處于微負(fù)壓狀態(tài)。

（4）單個儲罐頂部設(shè)置補(bǔ)氣閥和排氣呼吸閥，當(dāng)儲罐內(nèi)壓力低于設(shè)計下限時，補(bǔ)氣閥自動打開，補(bǔ)充氮氣；當(dāng)儲罐內(nèi)壓力高于設(shè)計下限時，呼吸閥自動打開，從而保證儲罐的使用安全。

二是化產(chǎn)系統(tǒng)其它不同工段VOCs分別進(jìn)行收集預(yù)處理后，混合進(jìn)入焦?fàn)t進(jìn)行焚燒處理。

化產(chǎn)系統(tǒng)冷鼓電捕工段、脫硫蒸氨工段、硫銨工段以及副鹽回收工段的VOCs在進(jìn)入焦?fàn)t廢氣循環(huán)系統(tǒng)焚燒之前，根據(jù)其成分的不同，分別采用不同的液體吸收法進(jìn)行預(yù)處理，此舉的目的在于：

（1）通過不同液體吸收，降低所排尾氣中有害組分的濃度；進(jìn)而提升安全可靠度，為安全焚燒奠定基礎(chǔ)；

（2）控制進(jìn)入焦?fàn)t廢氣循環(huán)系統(tǒng)的尾氣溫度，使之穩(wěn)定在低溫狀態(tài)下進(jìn)入焦?fàn)t廢氣循環(huán)系統(tǒng)；

（3）回收尾氣中部分高沸點有機(jī)物，諸如萘、粗蒽等，避免這些高沸點有機(jī)物對設(shè)備設(shè)施、廢氣循環(huán)系統(tǒng)等造成堵塞、損壞。

其中冷鼓電捕工段液體吸收法預(yù)處理工藝如圖2：

化產(chǎn)系統(tǒng)VOCs經(jīng)過預(yù)處理后隨焦?fàn)t廢氣循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入焦?fàn)t進(jìn)行氧化分解焚燒，進(jìn)入焦?fàn)t的方式是從廢氣分配盤與空氣混合后隨廢氣循環(huán)系統(tǒng)一并進(jìn)入焦?fàn)t，替代一部分焦?fàn)t燃燒需要的空氣，對焦?fàn)t操作非但不產(chǎn)生額外的影響，反而能夠改善焦?fàn)t的高向加熱，有利于煤餅上下加熱的一致性，提高了焦炭質(zhì)量，縮短結(jié)焦時間，相應(yīng)增加了焦炭產(chǎn)量并降低了焦?fàn)t加熱耗熱量；能夠使得焦?fàn)t煙氣中的NOX明顯降低，減輕了后續(xù)焦?fàn)t煙氣SCR脫硝的壓力。

為確保尾氣進(jìn)入焦?fàn)t焚燒的安全性，在尾氣風(fēng)機(jī)入口設(shè)置了一套多組分濃度在線監(jiān)測裝置，實時在線監(jiān)測尾氣中易燃易爆組分的濃度，并將信號輸送至DCS控制系統(tǒng)。當(dāng)組分濃度達(dá)到設(shè)置上限時，DCS報警，并自動打開配風(fēng)閥門；當(dāng)組分濃度達(dá)到設(shè)置上上限時，設(shè)置的入焦?fàn)t自動閥切斷，入活性炭箱的尾氣閥門自動打開，尾氣通過活性炭箱吸附后應(yīng)急放散，實現(xiàn)自動切換。

預(yù)處理后尾氣進(jìn)焦?fàn)t焚燒工藝流程如圖3。

VOCs是揮發(fā)性有機(jī)化合物，焦化企業(yè)化產(chǎn)系統(tǒng)VOCs主要是含有苯、苯并[a]芘、萘、非甲烷烴、揮發(fā)酚、氨、硫化氫及少量焦油等的有機(jī)化合物。這些有機(jī)化合物經(jīng)過高溫焚燒，除去少量含S、N元素的有機(jī)物焚燒會產(chǎn)生一些SO2、NOX等有害物質(zhì)外，絕大多數(shù)生成了CO2和H2O，實現(xiàn)有害氣體徹底分解。VOCs焚燒產(chǎn)生的少量SO2、NOX等有害物質(zhì)在后續(xù)焦?fàn)t煙氣脫硫、脫硝、除塵一系列環(huán)保凈化過程中給予捕集、凈化處理，實現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，不會再有二次環(huán)境污染；化產(chǎn)系統(tǒng)VOCs中含有S、N元素的有機(jī)物本來就少，加上進(jìn)入焦?fàn)t進(jìn)行焚燒的VOCs的數(shù)量較之焦?fàn)t廢氣循環(huán)量滄海一粟，不會增加后續(xù)煙氣的環(huán)保凈化負(fù)擔(dān)。VOCs焚燒法相對于其他處理技術(shù)，處理效率高，指標(biāo)穩(wěn)定，焚燒后尾氣隨焦?fàn)t煙氣一并排放，不需再另外設(shè)置排放口，減少了焦化廢氣排放口數(shù)量，無需安裝監(jiān)測設(shè)施，減少了后續(xù)排放尾氣檢測、比對的費用，投資運行成本大大降低。

5 結(jié)語

我國大氣中VOCs的人為污染源可以分為固定源、流動源和無組織排放源三大類。作為固定源排放的以煤為原料的焦化生產(chǎn)，尤其是焦?fàn)t煤氣凈化的化產(chǎn)生產(chǎn)系統(tǒng)，在其生產(chǎn)過程中不可避免的產(chǎn)生大量的VOCs，伴隨環(huán)保壓力的日益增加以及人們對環(huán)保需求的日趨渴望，VOCs的綜合治理必須提上議事日程，得到各個焦化企業(yè)的足夠重視。簡單的水洗、堿洗、油洗、過濾后排放的工藝需要加強(qiáng)操作管理，使之起到最大限度的凈化作用。采用不用再單獨設(shè)置排放口、較為徹底的去除VOCs的焚燒工藝值得大力推廣和應(yīng)用。

作者簡介：李臣華（1972-），男，山東濰坊人，本科，高級工程師，研究方向：煤焦化、煤化工。