化產(chǎn)區(qū)域VOCs 深度治理

鄭 猛

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司焦化廠，河北056404）

0 引言

焦化廠回收車間負(fù)責(zé)焦?fàn)t煤氣的輸送與凈化，主要產(chǎn)品有焦油、粗苯、硫銨等，由鼓冷、脫硫、硫銨、粗苯4 個工段組成。車間范圍內(nèi)所涉及的槽罐和生產(chǎn)排放的尾氣VOCs 含量高，不符合當(dāng)前環(huán)保要求。此前化產(chǎn)各工序只有鼓冷一個簡單的收集裝置，各廢氣源只是簡單的連接，無呼吸閥、阻火器及壓力平衡設(shè)施，收集效果差，不符合環(huán)保要求。根據(jù)《邯鄲市鋼鐵、焦化企業(yè)深度治理專項(xiàng)實(shí)施方案》之要求，主要對焦化企業(yè)化產(chǎn)區(qū)域等VOCs 無組織排放源開展治理，為使尾氣全部得到凈化，需重建一套VOCs 處理裝置來滿足環(huán)保最新要求。

VOCs 深度治理是將密閉槽罐的廢氣、露天的排放源進(jìn)行集中回收處理。粗苯、冷鼓區(qū)域密閉槽罐采用氮?dú)饷芊鈴U氣回負(fù)壓工藝，冷鼓區(qū)域剩余排放點(diǎn)經(jīng)過洗萘塔后，至廢氣洗滌區(qū)。粗苯區(qū)域、脫硫區(qū)域、硫銨區(qū)域、蒸銨區(qū)域、焦油和粗苯成品槽、焦油和粗苯裝車平臺等方面的廢氣，利用洗滌區(qū)尾氣風(fēng)機(jī)的負(fù)壓吸收至洗滌區(qū)。經(jīng)過洗滌塔洗滌活性炭吸附的合格廢氣經(jīng)過煙囪排放。

1 污染源現(xiàn)狀

化產(chǎn)區(qū)域污染源包括鼓冷工序、硫銨工序、粗苯工序、脫硫工序等所有污染源。

1.1 鼓冷工序

鼓冷工序所涉及的槽罐和生產(chǎn)排放的尾氣富含焦油、萘、苯酚、苯并芘、苯、氨氣、硫化氫、氰化氫等物質(zhì)，排放的尾氣VOCs 含量高，無機(jī)類氨氣、硫化氫、氰化氫較多，使得尾氣呈現(xiàn)為異味重。

1.2 硫銨工序

該工段揮發(fā)的尾氣含酸霧，腐蝕性較強(qiáng)。尾氣組分以硫酸酸霧、氨氣、硫化氫為主，并含有苯、萘等有機(jī)物，滿流槽處VOCs 濃度較高。

1.3 粗苯工序

粗苯工段利用洗油脫除煤氣中苯、萘等有機(jī)物，尾氣排放設(shè)備均為槽罐尾氣排放，部分槽罐管口或人孔腐蝕較嚴(yán)重，粗苯中間槽槽頂VOCs 濃度較高。尾氣組分以苯系物、萘為主。

1.4 脫硫工序

由鼓冷來的剩余氨水在蒸氨塔中經(jīng)再沸器汽提，蒸出的氨氣入氨分縮器用循環(huán)水冷卻，為濃氨水，送脫硫作為堿源使用。區(qū)域內(nèi)部分槽罐密封不嚴(yán)，廢氣外溢。

2 深度治理方案

2.1 排放標(biāo)準(zhǔn)要求

（1）《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16171-2012 大氣污染物特別排放限值[1]。

（2）《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》DB 13/2322-2016[2]。

（3）《邯鄲市鋼鐵、焦化企業(yè)深度治理專項(xiàng)實(shí)施方案》[2018]137 號文件的要求。

煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB16171-2012。大氣污染物特別排放限值見表1。

河北省工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)（DB13/2322-2016）。企業(yè)邊界大氣污染物濃度限值見表2。

表1 大氣污染物特別排放限值/mg·m-3

表2 企業(yè)邊界大氣污染物濃度限值

河北省工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)（DB13/2322-2016）。生產(chǎn)車間或生產(chǎn)設(shè)備邊界大氣污染物濃度值見表3。

2.2 工藝方案

根據(jù)《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16171-2012 大氣污染物特別排放限值、《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》DB13/2322-2016 和邯?dú)忸I(lǐng)辦[2018]137 號文件的要求，本次方案為：回收區(qū)域內(nèi)所有的污染源點(diǎn)全部包含在此，區(qū)域內(nèi)密閉的槽罐優(yōu)先采用煤氣負(fù)壓回收處理，但可切換到洗滌吸附；開放式排氣采用洗滌吸收+活性炭吸附+熱氮?dú)饷摳教幚?；設(shè)置分工序預(yù)處理系統(tǒng)，增上VOC 處理精脫區(qū)，進(jìn)精脫前先采用預(yù)處理系統(tǒng)鼓冷工序熱氨水除油、萘，粗苯工序洗油吸附等，可利用原有洗滌裝置。

2.2.1 施工程序

預(yù)制塔罐槽→敷設(shè)管道→污染源點(diǎn)密閉封堵→基礎(chǔ)施工→工藝設(shè)備安裝→管道接口→電氣設(shè)備安裝→調(diào)試。

表3 生產(chǎn)車間或生產(chǎn)設(shè)備邊界大氣污染物濃度值

敷設(shè)管道先安裝主管道，再連接各工段分支管道。

（1）區(qū)域內(nèi)主管道連接

每個工段分支管道留有接口法蘭，并且每對接口法蘭中間裝有3 mm 厚盲板，使用螺栓緊固。防止主管道內(nèi)進(jìn)入各工段產(chǎn)生的廢氣。主管道先焊接主路東側(cè)管道支架并按照管道，東側(cè)支架上安裝三路管道；主路西側(cè)主要分為粗苯區(qū)和鼓冷區(qū)。都包括廢氣管道、負(fù)壓管道、氮封管道。

①廢氣管道安裝：北側(cè)自脫硫開始，主管道為DN400 螺旋管。南側(cè)自硫銨主管道DN150 焊管，到蒸銨預(yù)留口處DN250 螺旋管。南北兩側(cè)管道至硫銨匯總為DN500 螺旋管，向西延鼓冷風(fēng)機(jī)與粗苯之間安裝廢氣管道。

鼓冷區(qū)域廢氣管道利用原有廢氣洗滌塔，主管道DN400 螺旋管安裝至廢氣回收裝置。粗苯區(qū)域主管道DN200 螺旋管。

②負(fù)壓管道安裝：回負(fù)壓的槽罐主要有3 個焦油槽、2 個苯槽及和2 個洗油槽。北側(cè)3 個焦油槽回收匯總主管為DN150 焊管，南側(cè)粗苯罐回收匯總DN100 焊管。兩根管道至脫硫處匯總為DN200 螺旋管，延DN500 廢氣管向西安裝，安裝至預(yù)冷塔前負(fù)壓煤氣管道DN250 閘閥附近，匯總其他負(fù)壓管道為DN250 負(fù)壓管道最后連接。

鼓冷區(qū)進(jìn)負(fù)壓點(diǎn)主要有：焦油氨水分離槽、焦油中間罐、循環(huán)氨水罐、初冷器循環(huán)液槽等密閉槽罐，主管道DN200 螺旋管留有各槽罐分支法蘭后，安裝至預(yù)冷塔前負(fù)壓煤氣管道DN250 閘閥附近，匯總其他負(fù)壓管道為DN250 負(fù)壓管道最后連接。

粗苯進(jìn)負(fù)壓管道有：洗油槽、貧油槽、分離器、放空槽、富油槽、苯冷卻器等密閉槽罐，主管道為DN150 焊管，安裝至預(yù)冷塔前負(fù)壓煤氣管道DN250閘閥附近，匯總其他負(fù)壓管道為DN250 負(fù)壓管道最后連接。

③氮封管道：根據(jù)焦油灌區(qū)及粗苯罐區(qū)氮?dú)馕恢冒惭b氮封管道。

（2）區(qū)域內(nèi)支管道連接

各槽罐廢氣及負(fù)壓管連接時，利用原各罐槽的放空管，安裝三通，上部安裝呼吸閥，用于防止廢氣風(fēng)機(jī)負(fù)壓較大損壞罐槽。側(cè)面安裝廢氣閥或氮封閥。有易燃易爆危險氣體的罐槽與各區(qū)域支管連接采用外部預(yù)制，區(qū)域內(nèi)法蘭連接。

2.2.2 預(yù)處理系統(tǒng)

（1）鼓冷工序廢氣含焦油、萘較多，易導(dǎo)致后續(xù)管道及VOC 處理設(shè)備堵塞，所以增加預(yù)處理脫除裝置。主要是改造原吸收塔，采用熱氨水噴灑除油、除萘。

（2）粗苯工序廢氣含苯、萘，氣傳輸存在安全隱患較大，所以增加預(yù)處理脫除裝置（冷凝除霧裝置），經(jīng)預(yù)處理后再去VOC 處理系統(tǒng)。粗苯裝車采用文丘里收集噴灑洗油除苯后送粗苯預(yù)處理，做到安全吸附輸送。文丘里負(fù)壓吸收洗滌圖見圖1。

圖1 文丘里負(fù)壓吸收洗滌圖

（3）精脫區(qū)域：氣液分離裝置→油洗塔→酸洗塔→堿洗塔→水洗塔→除霧分離器→活性炭吸附裝置→風(fēng)機(jī)→煙囪及三級冷凝活性炭脫附裝置。

（4）所有罐進(jìn)一步密封，增加呼吸閥；主要槽罐增設(shè)壓力變送、廢氣自動調(diào)壓閥，增上各單罐自動調(diào)壓PLC 控制系統(tǒng)。

（5）對已腐蝕嚴(yán)重、密封不嚴(yán)的設(shè)備如洗萘塔、機(jī)械化澄清槽、飽和器、氨水分離器以及橫管循環(huán)槽等進(jìn)行更換。

預(yù)處理流程圖見圖2。

2.2.3 VOC 精脫區(qū)

圖2 預(yù)處理流程圖

（1）廢氣進(jìn)精脫前設(shè)置氣液分離裝置，對廢氣中的冷凝液再次除濕分離，從而減少后面洗油吸收的使用效能，降低洗油乳化可能。

（2）油洗：經(jīng)過除濕分離的廢氣進(jìn)入洗油洗滌工序，利用洗油通過噴淋塔噴淋，洗去廢氣中的焦油、萘及部分揮發(fā)性有機(jī)物，洗油洗滌塔中采用的吸收劑為貧洗油，洗油為有機(jī)溶劑，根據(jù)相似相溶的原理，廢氣中大部分有機(jī)廢氣被洗油吸收。

（3）酸洗：油洗后的氣體進(jìn)入酸洗塔，在填料塔中采用3%稀硫酸溶液進(jìn)行均勻有效的噴淋，將氣體中的氨通過反應(yīng)去除。經(jīng)過一段時間后，溶液中硫銨濃度提高后，打入硫銨母液槽。

（4）堿洗：經(jīng)過酸洗后的廢氣進(jìn)入后面的堿洗工序，進(jìn)一步去除廢氣中的雜質(zhì)，同時，硫化氫與堿反應(yīng)生成硫化鈉溶解于吸收液中。堿洗塔采用填料噴淋塔，堿液采用5%的氫氧化鈉溶液，堿洗塔內(nèi)吸收液定期排入蒸氨塔做進(jìn)一步處理。

（5）水洗：水洗進(jìn)一步去除廢氣中的雜質(zhì)、氨氣等，同時也對廢氣進(jìn)行降溫處理，塔上部捕霧層對水汽進(jìn)行初步脫除。

（6）除濕：廢氣通過旋風(fēng)捕集器，進(jìn)一步去除廢氣中攜帶的液滴、水霧，做到氣液分離，從而提高后續(xù)吸附脫附單元的效率。

（7）活性炭吸附：有機(jī)廢氣經(jīng)過除霧后，進(jìn)入活性炭吸附裝置，有機(jī)廢氣被活性炭捕集、吸附并濃縮，經(jīng)凈化后的廢氣經(jīng)排氣筒排入大氣。為滿足連續(xù)生產(chǎn)的需要，每套系統(tǒng)采用自動切換的方式通過二臺吸附裝置連續(xù)輪流并聯(lián)吸附，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，一個床吸附一個脫附。

（8）脫附：活性炭吸附了一定的有機(jī)溶劑后，在裝置出口處裝有有機(jī)濃度檢測裝置，時刻監(jiān)控排放濃度，達(dá)到飽和后，控制系統(tǒng)會發(fā)出警報。為保證系統(tǒng)脫附的安全性、防止活性炭吸水飽和，采用熱氮?dú)鈱ζ溥M(jìn)行脫附再生，利用蒸汽換熱加熱氮?dú)?。熱氮?dú)鈱钚蕴看策M(jìn)行吹脫，將有機(jī)廢氣自活性炭中解析脫附，從而使活性炭恢復(fù)其活性，即再生。熱氮?dú)饨?jīng)三級冷凝降溫，回到精脫油洗塔前繼續(xù)處理。脫附廢液去液下罐，最終打回機(jī)械化澄清槽。

精脫區(qū)流程圖見圖3。

圖3 精脫區(qū)流程圖

2.2.4 槽罐進(jìn)負(fù)壓煤氣系統(tǒng)

鼓冷工序密閉槽罐、粗苯工序密閉槽罐進(jìn)鼓風(fēng)機(jī)前煤氣負(fù)壓系統(tǒng)，同時上氮封及壓力平衡調(diào)節(jié)，來減少VOC 精脫處理區(qū)負(fù)荷。

實(shí)施范圍：

進(jìn)一步密封鼓冷、粗苯工序進(jìn)負(fù)壓煤氣系統(tǒng)的密閉罐。

鋪設(shè)廢氣管道、氮?dú)夤艿?，廢氣管道伴熱管，采用密封性好的液位計。

（3）增加罐上氮?dú)庾詣訅毫刂崎y，廢氣吸口調(diào)節(jié)閥。

（4）增加單罐自動調(diào)壓補(bǔ)氮PLC 控制系統(tǒng)，結(jié)合廢氣調(diào)壓閥，對各罐進(jìn)行綜合控制，自動補(bǔ)氮保持各罐壓力平衡。

3 使用效果

系統(tǒng)建成后運(yùn)行費(fèi)用低、穩(wěn)定可靠、不產(chǎn)生二次污染。VOCs 深度治理系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、所有設(shè)備的制造和設(shè)計符合安全可靠、連續(xù)有效穩(wěn)定運(yùn)行的要求，關(guān)鍵設(shè)備、部件擇優(yōu)選用，設(shè)備年可用率高，達(dá)到了《邯鄲市鋼鐵、焦化企業(yè)深度治理專項(xiàng)實(shí)施方案》規(guī)定的焦化企業(yè)主要無組織排放源周邊1 m 處VOCs 濃度小于5 mg/m3的要求。

4 結(jié)論

該項(xiàng)目實(shí)施投產(chǎn)后，可有效降低廢氣中VOCs 排放濃度，滿足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16171-2012）、河北省《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》和《邯鄲市鋼鐵、焦化企業(yè)深度治理專項(xiàng)實(shí)施方案》中煙氣排放指標(biāo)要求，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，減少環(huán)境污染，具有顯著的環(huán)保效益和社會效益。