焦化廠化產回收工段VOC氣體回收工藝改造及優(yōu)化

柴永瑞，王進剛，趙栓柱

（遷安中化煤化工有限責任公司，河北 遷安 064400）

VOC是具有揮發(fā)性質的有機化合物總稱[1]，主要指的是散發(fā)于空氣中的烴類、酮類、酯類、酚類、醛類等有機化合物[2]，特點是沸點較低、分子量小、常溫狀態(tài)下易揮發(fā)[3]。這些有機化合物存在于空氣中，不但對人體造成十分嚴重的危害，而且給生態(tài)環(huán)境帶來較為惡劣的影響。焦化廠VOC主要集中在化產回收工段，來自各類油品貯槽的放散廢氣及油品裝車過程中逸散出的有機揮發(fā)性氣體等[4]，主要包括焦油氣、苯氣、洗油氣等。因此，化產回收工段VOC回收是焦化企業(yè)必須要上而且要運行好的環(huán)保項目之一。

VOC的治理主要有3類方法：第一類是非破壞性方法，包括吸收法、冷凝回收法、吸附-解吸法等；第二類是破壞性方法，包括蓄熱式焚燒法、催化焚燒法、直接焚燒法等；第三類是生物處理法，主要是利用微生物將廢氣中的VOC氣體轉化為水、二氧化碳等無機物[5]。以上這些方法在運行過程中，都需要持續(xù)不斷的投資，運行成本較高。目前，國內焦化企業(yè)VOC治理主要采用洗凈塔回收工藝，運行效果不理想。

遷安中化煤化工有限責任公司（簡稱遷安中化公司）擁有JN60-82型焦爐6座，年產焦炭330萬t，其中化產回收Ⅰ工段對應4座焦爐?；a回收Ⅰ工段原設計有1套洗凈塔回收VOC氣體工藝，此工藝運行過程中問題較多，因此遷安中化公司于2017年將化產回收Ⅰ工段VOC氣體洗凈塔回收工藝改造為負壓回收工藝，同時將以前未回收的粗苯、油庫VOC氣體也納入此次負壓回收改造。改造后，解決了化產回收工段無組織排放的問題，現(xiàn)場大氣環(huán)境明顯改善；但在VOC氣體負壓回收工藝運行中也出現(xiàn)了一些新情況，針對出現(xiàn)的問題，遷安中化公司進行了優(yōu)化，實現(xiàn)了VOC負壓回收系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運行。

1 原洗凈塔回收VOC氣體工藝及存在問題

1.1 原洗凈塔回收VOC氣體工藝流程

2013年遷安中化公司在化產回收Ⅰ工段投用了一套洗凈塔回收VOC氣體的工藝，該工藝流程示意圖見圖1。

圖1 原洗凈塔回收VOC氣體工藝流程示意圖

通過引風機，把化產回收Ⅰ工段鼓冷區(qū)域澄清槽、氨水罐、水封、地下槽、焦油槽等各處放散的VOC氣體收集起來，送入洗凈塔下部，與洗凈塔上部噴灑下來的循環(huán)水逆流接觸，循環(huán)液吸收廢氣中的氨氣、焦油氣等物質，凈化后的廢氣通過洗凈塔頂放散排入大氣。為保證洗凈塔循環(huán)液有一定的吸收能力，定期對循環(huán)水進行置換，多余的循環(huán)液打入冷凝氨水系統(tǒng)。

1.2 運行中存在問題

1.2.1 引風機前VOC氣體回收管道積料嚴重

從鼓冷區(qū)域回收的VOC氣體大部分溫度較高，造成焦油氣、萘含量高，進入VOC氣體回收管道后，經過冷凝，沉積在管道底部，由于黏度較高，流動性不好，積存在管道內，造成管道內氣體通道越來越小。采用蒸汽清掃VOC回收管道，由于管徑較大，吹掃蒸汽量偏小，只能把管道內積存的易揮發(fā)的萘清掃走，不能把管道徹底清掃干凈，同時，管道底部沉積的焦油等雜物，經過多次蒸汽清掃后，固化變硬，徹底堵塞VOC管道，最終造成區(qū)域內VOC氣體不能有效回收。

1.2.2 引風機損壞頻率高

引風機是普通的高壓離心通風機，因VOC氣體中大量的焦油、萘等物質在引風機處沉積，造成風機葉輪掛料嚴重，致使風機運行不穩(wěn)，振動較大，檢修頻繁。

1.2.3 洗凈塔尾氣排放不達標

鼓冷區(qū)域回收的VOC氣體，僅經過洗凈塔的循環(huán)水單次洗滌吸收，尾氣中的各種污染物濃度仍較高，達不到排放標準。

1.2.4 VOC氣體回收不全面

該工藝僅回收鼓冷區(qū)域VOC氣體，對粗苯、油庫等區(qū)域的VOC氣體未進行回收。

2 VOC氣體負壓回收工藝

2.1 VOC氣體負壓回收工藝流程

2017年遷安中化公司自主設計了VOC氣體負壓回收工藝流程，于當年10月完成改造并投入使用。VOC氣體負壓回收工藝流程示意圖見圖2。

圖2 VOC氣體負壓回收工藝流程示意圖

以煤氣鼓風機為動力源，用氮氣對VOC系統(tǒng)密封并設置壓力自動調節(jié)系統(tǒng)，通過管道把化產回收工段冷凝、風機、粗苯、油庫等區(qū)域各處塔器、槽罐放散的VOC氣體匯總到風機前煤氣管道，利用現(xiàn)有化產回收工段煤氣凈化工藝的初冷器、脫硫塔、飽和器、洗苯塔等設施，與焦爐煤氣同步脫除焦油氣、硫化氫、氨、苯等污染物質，最終實現(xiàn)化產回收工段VOC氣體零排放。

2.2 運行中存在的問題

2.2.1 VOC氣體回收管道吸力波動大

VOC分支管道設計吸力為微負壓，在-20 Pa～-50 Pa，實際運行中在0～-200 Pa，且波動較為頻繁。

VOC總管道吸力來自初冷器前吸力，初冷器前吸力在-1.2 kPa左右，波動較小且穩(wěn)定，不會造成VOC分支管道吸力波動大。VOC分支管道吸力采用2套氣動閥控制，其中VOC主管氣動閥組開閉來進行VOC管道吸力的較大調節(jié)，VOC管道氮氣保壓閥組開閉來進行VOC管道吸力的微調。實際運行中，氮氣保壓氣動閥開閉幅度在1%左右時，能造成VOC分支管道吸力出現(xiàn)較大波動。

2.2.2 VOC管道吸力偏低

2.2.2.1 VOC管道較長，屬新工藝增添的管道，設計時有一定的坡度，且在VOC管道所有爬坡處都設置有泄液管道，管道內存液會連續(xù)自動排出。當氣溫低時，泄液管道發(fā)生凍堵，造成VOC管道中積液，影響吸力。

2.2.2.2 VOC管道設計管徑有限，而油庫工段焦油罐脫水溫度偏高，在85℃～95℃，日常氣體揮發(fā)量較大，當冷凝工段向油庫工段打完焦油后，冷凝工段開啟焦油管道蒸汽吹掃時，因蒸汽量大，會造成VOC管道吸力偏低，致使部分點位廢氣不能有效回收。

2.2.2.3 VOC管道底部沉積焦油、焦粉等雜物，堵塞氣體通道。

2.2.3 部分VOC氣體回收點位回收難度大

2.2.3.1 機械化澄清槽是實現(xiàn)焦油渣、焦油、氨水分離的設備，沉積于槽底的焦油渣由刮板輸送機送至前伸的頭部漏斗內排出[6]，懸空落入出渣口下方的渣滓斗，機頭部位和大氣直接連通，回收此處VOC時面臨兩方面困難：一是氣體回收量大；二是回收的氣體中氧氣含量較高，進入煤氣系統(tǒng)后安全隱患較大。

2.2.3.2 油庫是暫時存放焦油、粗苯等產品及硫酸、液堿、洗油等化工原料的地方，焦油、粗苯裝車外銷時，特別是焦油裝車時，由于溫度高（90℃左右），加上裝車鶴管與罐車裝車口連通處屬于開放狀態(tài)，造成裝車口焦油氣放散情況嚴重。

2.3 VOC氣體負壓回收工藝改進措施

2.3.1 VOC管道吸力波動大的解決措施

VOC管道內的補償氣體（氮氣）通過Ф50 mm的管道連接到VOC主管上，氮氣來氣壓力為0.4 MPa，DN50 mm的氣動閥開關幅度在很小范圍內變化就可以造成進入VOC主管內的氮氣流量發(fā)生較大變化。為此在氮氣氣動閥前管道上加裝孔板節(jié)流裝置，降低氮氣流量變化過大對VOC管道吸力造成的影響。

2.3.2 VOC回收管道吸力偏低的解決措施

2.3.2.1 VOC回收管道泄液管加裝伴熱蒸汽并做保溫，環(huán)境氣溫低于10℃時打開伴熱蒸汽，保證VOC管道泄液管在低溫下不會發(fā)生凍堵。

2.3.2.2 針對部分時段油庫VOC氣體不能完全回收的情況，一是調整焦油罐焦油脫水溫度（由85℃～95℃降至70℃～80℃），降低焦油罐加熱蒸汽量，減少油庫區(qū)域焦油罐的氣體揮發(fā)量；二是調整冷凝至油庫焦油管道內積存焦油的吹掃方式，減少清掃蒸汽的使用量。

2.3.2.3 VOC主管道在高點增加氨水沖洗點位，定期使用循環(huán)氨水沖洗，把VOC管道底部沉積的雜質通過VOC管道泄空管沖走，避免雜質長期沉積，堵塞管道。

2.3.3 部分難回收的VOC氣體回收點位的改造措施2.3.3.1 對機械化澄清槽機頭部位進行改造，設計了一套液壓裝置控制的伸縮套筒形式的出渣口密封蓋。此出渣口在正常生產時套筒密封蓋落下蓋在渣滓斗上，形成密封，隔離大氣和機械化澄清槽內部，避免負壓回收時把大量空氣抽入煤氣系統(tǒng)。

2.3.3.2 對油庫粗苯、焦油裝車系統(tǒng)進行改造，在裝車鶴管上安裝集氣裝置，同時配備定量裝車系統(tǒng)，避免裝車時罐車裝車口放散VOC氣體。

3 結 語

經過對遷安中化公司化產回收I工段VOC負壓回收工藝的一系列改造和調整，VOC回收系統(tǒng)實現(xiàn)了長期穩(wěn)定運行，解決了化產回收工段的無組織排放，改善了現(xiàn)場的大氣環(huán)境。同時，VOC系統(tǒng)回收的焦油、氨、苯等物質，經過初冷器、飽和器、洗苯塔回收后，變成產品增加收率，可提高經濟效益。