京唐西山焦化廠VOCs的治理及分析

馬建超，郭振東 (河北省唐山首鋼京唐西山焦化有限責(zé)任公司，河北 唐山 063210)

0 引言

揮發(fā)性有機物（簡稱VOCs），是工業(yè)污染中常見的一類污染物，是近地面臭氧和二次有機氣溶膠生成的重要前體物，對大氣環(huán)境質(zhì)量以及光化學(xué)污染等有重要影響[1-2]。焦化廠在化工區(qū)域主要產(chǎn)生VOCs氣體，VOCs氣體主要包括焦油氣，苯氣，洗油氣，氨氣等易于揮發(fā)到空氣中的烴類、酮類、醛類、脂類、酚類等有機物[3]。近年來隨著國家對環(huán)保管控措施的進一步加強，焦化廠現(xiàn)場異味治理被越來越多的企業(yè)重視起來，此外，這些揮發(fā)性氣體對人體也容易造成嚴重的傷害。因此，焦化廠化工區(qū)域的VOCs治理是一項利國利民的優(yōu)秀工程。

現(xiàn)階段，國內(nèi)對VOCs的治理主要包含以下三種措施：吸收回收法，燃燒法，以及生物處理法。三種方法各有優(yōu)缺點，適用場所也各有特點。

首鋼京唐西山焦化有限責(zé)任公司焦化廠擁有4座70孔7.63米頂裝焦?fàn)t，年產(chǎn)焦炭382萬噸。生產(chǎn)品種有冶金焦、焦油、粗苯、硫銨、焦?fàn)t煤氣等。投產(chǎn)以來，化工區(qū)域設(shè)有4套VOCs氣體氮封回收裝置，分別為油庫區(qū)域、鼓冷槽區(qū)、粗苯區(qū)域、脫硫區(qū)域各一套。近年來隨著國家環(huán)保法對企業(yè)VOCs的進一步嚴格要求以及建廠10余年來設(shè)備的老化，現(xiàn)場VOCs氣體氮封回收裝置已不能滿足現(xiàn)有要求。因此，京唐西山焦化廠通過設(shè)計院一起交流最新技術(shù)，對整個化工區(qū)域的VOCs現(xiàn)場異味治理進行了進一步改造完善，改造完善后現(xiàn)場異味治理明顯?，F(xiàn)將京唐西山焦化廠VOCs的治理情況進一步介紹說明，為同類企業(yè)的VOCs治理提供參考。

1 化工區(qū)域原有VOCs氣體治理措施及問題

1.1 原有VOCs氣體的治理措施及流程

自2007年投產(chǎn)以來，焦化廠化工區(qū)域分別有4套VOCs氣體集中收集裝置。分別為：鼓冷槽區(qū)VOCs氣體通過氮封裝置集中進入一步電捕后煤氣鼓風(fēng)機前負壓煤氣管道；油庫區(qū)域各槽罐VOCs氣體通過氮封裝置集中進入一步電捕后煤氣鼓風(fēng)機前負壓煤氣管道；粗苯區(qū)域各槽罐VOCs氣體通過氮封裝置集中進入二步電捕后煤氣鼓風(fēng)機前負壓煤氣管道；脫硫區(qū)域各槽罐VOCs氣體通過氮封裝置集中進入一步初冷器前負壓煤氣管道。

1.2 原有VOCs氣體回收系統(tǒng)運行中存在的問題

1.2.1 原有VOCs管道設(shè)備老化問題

所有VOCs管道設(shè)備運行已經(jīng)10余年之久，管道均為普通碳鋼材質(zhì)，內(nèi)部腐蝕堵塞嚴重，影響VOCs系統(tǒng)的正常使用。因此造成化工區(qū)域現(xiàn)場異味不能明顯。

1.2.2 原有鼓冷VOCs管道設(shè)計存在缺陷問題

原鼓冷VOCs管道長時間運行后內(nèi)部容易積萘，因此造成部分管道腐蝕堵塞，無除萘設(shè)備和手段，因此影響VOCs系統(tǒng)正常運行。

1.2.3 化工部分區(qū)域VOCs氣體未進入VOCs回收系統(tǒng)

化工硫銨區(qū)域以及鼓冷部分區(qū)域如焦油中間槽，預(yù)分離器，地下放空槽等多處VOCs氣體含量低的設(shè)備設(shè)施，現(xiàn)場只有呼吸閥或直接對空排放。這些VOCs氣體雖然量不大，卻也是化工現(xiàn)場產(chǎn)生異味的一個因素。

1.2.4 現(xiàn)場部分重大危險源儲罐沒有獨立氮封裝置

隨著近年來安全管理的不斷升級，原VOCs氣體氮封設(shè)計已經(jīng)不符合最新的安全管理要求，油庫區(qū)域粗苯罐，粗苯區(qū)域的粗苯中間槽都是與所屬區(qū)域的其他槽罐共同使用一個氮封系統(tǒng)，存在一定的安全隱患風(fēng)險。

2 化工區(qū)域針對原有VOCs系統(tǒng)的問題進行的進一步改善

2.1 原有VOCs管道設(shè)備老化問題的改善

針對原有VOCs管道設(shè)備老化以及各種泄漏的問題，化工區(qū)域自2020年開始，先后對鼓冷槽區(qū)集中放散管道，粗苯至鼓冷區(qū)域集中放散管道，油庫至鼓冷區(qū)域集中放散管道進行了更換。管道材質(zhì)從原來的普通碳鋼管道更換為304不銹鋼管道，新管道更換后，因管道腐蝕而造成的泄露問題得到了明顯的治理。

2.2 原有VOCs管道設(shè)計存在缺陷問題的改善

針對原鼓冷VOCs管道長時間運行后內(nèi)部容易積萘的問題，通過與設(shè)計院結(jié)合，在對原VOCs管道進行更換時，增設(shè)氮氣加熱器裝置，此外，預(yù)留一個氨水沖洗點。通過投用氮氣加熱器裝置，能較好的將槽區(qū)集中放散管道內(nèi)部積萘問題解決。當(dāng)問題進一步惡化時，還能通過預(yù)留的氨水沖洗點接氨水對管道進行熱沖洗。目前鼓冷槽區(qū)新集中放散系統(tǒng)運行情況良好。

2.3 化工部分區(qū)域VOCs氣體未進入VOCs回收系統(tǒng)的改善

隨著環(huán)保形勢的嚴峻，之前一些含VOCs氣體濃度較少，氧氣濃度及氮氣濃度較多的氣體，也需要進一步進行治理。通過分析氣體成分以及與設(shè)計院的結(jié)合，化工區(qū)域?qū)α蜾@及鼓冷部分未治理的VOCs氣體產(chǎn)生源頭進行了重新設(shè)計改造。對硫銨區(qū)域滿流槽進行封閉的同時，將硫銨滿流槽、母液儲槽、蒸氨放空槽、飽和器大放散以及硫銨樓內(nèi)離心機和結(jié)晶槽等設(shè)施產(chǎn)生的逸散氣統(tǒng)一連入一根集中回收管道，通過兩臺風(fēng)機（1開1備）抽氣加壓后送入脫硫區(qū)進一步處理。將鼓冷區(qū)域地下放空槽、焦油中間槽、預(yù)分離器、超級離心機渣子槽這些設(shè)施產(chǎn)生的逸散氣統(tǒng)一連入一根集中回收管道，通過1臺風(fēng)機抽氣加壓后送入脫硫區(qū)域進一步處理。脫硫區(qū)域增設(shè)一臺抽氣風(fēng)機將兩路VOCs氣體匯總加壓后送入燃燒爐進行燃燒處理。分別調(diào)整硫銨及鼓冷兩區(qū)域的風(fēng)機吸力，將硫銨處風(fēng)機入口吸力控制在 -0.8～-1.5 kpa。將鼓冷處風(fēng)機入口吸力控制在 -0.2～-0.6 kpa。保證進入燃燒爐逸散氣風(fēng)量滿足燃燒要求的同時，確保燃燒爐后酸氣含氧量小幅上升，但始終控制在5～8%之間。運行正常后，將入燃燒爐及制酸風(fēng)機出口放散切斷閥掛“自動”。鼓冷區(qū)域和硫銨區(qū)域逸散氣風(fēng)量達到2 400 m3/h左右，管道設(shè)置蒸汽伴熱，防止溫度過低，管道內(nèi)沉積焦油、萘和一些銨鹽物質(zhì)堵塞管道，同時鼓冷、硫銨，脫硫制酸區(qū)域均設(shè)置蒸汽吹掃點，必要時可以進行蒸汽吹掃，在逸散氣入燃燒爐前設(shè)置阻火器和自動調(diào)節(jié)閥及放散口，便于調(diào)節(jié)逸散氣和空氣的入爐配比。

通過此法，作業(yè)現(xiàn)場的異味得到了明顯改善，具體流程及逸散氣中各項化驗指標(biāo)如圖1、表1所示。

表1 逸散氣各項成分化驗指標(biāo)

圖1 鼓冷硫銨逸散氣治理流程圖

此外根據(jù)風(fēng)險辨識及風(fēng)險評估等手段，對鼓冷區(qū)域水封產(chǎn)生的VOCs氣體進行辨識后，統(tǒng)一進行收集引入一步初冷器后電捕前負壓煤氣管道內(nèi)。通過與設(shè)計院合作，新增油庫裝車平臺VOCs氣體回收裝置，VOCs氣體通過管道與原油庫集中放散管道合并后統(tǒng)一進入一步電捕后風(fēng)機前負壓煤氣管道。

2.4 現(xiàn)場部分重大危險源儲罐氮封裝置的改善

油庫苯罐及粗苯區(qū)域的粗苯中間罐屬于重大危險源，按照最新的安全標(biāo)準要求，重大危險源的集中放散氮封系統(tǒng)應(yīng)該單獨設(shè)置，不能與其他集中放散系統(tǒng)共用。因此，2021年，化工區(qū)域通過與設(shè)計院結(jié)合一起對重大危險源的VOCs氣體氮封裝置進行了改造升級。改造后油庫罐區(qū)由共用一套氮封裝置改為兩個苯罐單獨增設(shè)一套氮封裝置，焦油罐、洗油罐共用一套氮封裝置。粗苯區(qū)域粗苯中間槽單獨增設(shè)一套氮封系統(tǒng)。

3 結(jié)語

經(jīng)過幾年的不斷改造，首鋼京唐西山焦化部的VOCs氣體系統(tǒng)工程初見成效，現(xiàn)場的異味得到了明顯的改善，即改善了職工的工作環(huán)境，又滿足了環(huán)保各項規(guī)定的要求。此外，首鋼京唐西山焦化部對油庫區(qū)域及粗苯區(qū)域的VOCs氣體引入負壓煤氣管道的治理方式，也間接回收了高附加值的苯，實現(xiàn)了一部分的增收效益同時，降低了現(xiàn)場安全風(fēng)險。