凌鋼焦化廠VOCs治理工藝

聶娟

（凌源鋼鐵集團(tuán)設(shè)計(jì)研究有限公司，遼寧朝陽 122500）

引言

VOCs 是在常溫常壓下易揮發(fā)的有機(jī)固體或液體，揮發(fā)性有機(jī)混合物對(duì)人體有刺激作用，其中的烯烴和芳香烴化合物，在大氣中的光合作用下還可以和NOx發(fā)生反應(yīng)形成化學(xué)煙霧，造成二次污染。為進(jìn)一步提升大氣污染防治水平，改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，VOCs治理尤為重要。

焦化廠化產(chǎn)工段焦油、粗苯、廢水等物料的轉(zhuǎn)運(yùn)、儲(chǔ)存過程中裝置、槽罐排放逸散的氣體，可視為VOCs 廢氣，會(huì)造成環(huán)境污染。因此需對(duì)這些化產(chǎn)區(qū)域的逸散氣體進(jìn)行回收治理，以滿足國家執(zhí)行的焦化行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)改善現(xiàn)場(chǎng)職工的工作環(huán)境，確保職工的職業(yè)健康。

1 焦化VOCs廢氣治理工藝介紹

目前國內(nèi)外焦化行業(yè)VOCs 廢氣治理，通常采用化學(xué)洗滌、焚燒、煤氣負(fù)壓管道吸收、集中收集處理進(jìn)入焦?fàn)t燃燒系統(tǒng)等工藝。根據(jù)其技術(shù)特點(diǎn)，現(xiàn)將各類技術(shù)方法比較如表1所示。

焦?fàn)t燃燒是將尾氣中的VOCs 組分通過燃燒，最終轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的二氧化碳和水的方法。該方法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，凈化效率高，無二次污染，還可消煙、除臭，一般用于處理大風(fēng)量、低濃度有機(jī)廢氣?；a(chǎn)VOCs 尾氣中除含有苯等有機(jī)廢氣外，還含有H2S、NH3等無機(jī)廢氣，所以采用燃燒法治理化產(chǎn)尾氣時(shí)，需對(duì)尾氣進(jìn)行處理，去除H2S、NH3等無機(jī)廢氣。送入焦?fàn)t燃燒后的煙氣進(jìn)行脫硫脫硝處理去除NOX和SO2。

負(fù)壓回收是將收集后的化產(chǎn)VOCs 直接引到鼓風(fēng)機(jī)前煤氣負(fù)壓管道內(nèi)，利用煤氣凈化系統(tǒng)對(duì)VOCs 尾氣進(jìn)行凈化回收?；a(chǎn)區(qū)域VOCs 均來源于煤氣凈化過程，將化產(chǎn)VOCs 重新引入煤氣凈化系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)合理、又治理徹底，真正實(shí)現(xiàn)了化產(chǎn)VOCs 零排放，是焦化行業(yè)化產(chǎn)VOCs 治理的主流工藝之一。該方法需控制VOCs 中的氧含量，防止過量的氧進(jìn)入煤氣凈化系統(tǒng)，帶來安全隱患，故需采取有效的安全控制措施，且僅可處理設(shè)備密封狀況較好的排放點(diǎn)。由于部分生產(chǎn)工藝的尾氣中本身就含有較高的氧，因此該工藝只能作為一種輔助工藝方法使用。

表1 VOCs廢氣治理工藝對(duì)比

2 凌鋼焦化VOCs治理工藝

2.1 治理工藝選擇

凌鋼焦化各區(qū)域VOCs廢氣類型見表2。根據(jù)表2 所列每個(gè)區(qū)域的逸散氣體的特點(diǎn)，并結(jié)合表1中工藝技術(shù)方法，最終確定治理方案為：洗滌吸收+焦?fàn)t燃燒技術(shù)與洗滌吸收+負(fù)壓回收技術(shù)相結(jié)合。

表2 各區(qū)域VOCs廢氣類型及來源

2.2 洗滌吸收+焦?fàn)t燃燒技術(shù)

2.2.1 基本工藝路線

將各區(qū)域密封性較差的設(shè)備、槽罐逸散氣預(yù)處理之后匯總到主管，通過主管進(jìn)入除霧填料塔，經(jīng)過除霧的廢氣通過主風(fēng)機(jī)被輸送到焦?fàn)t地下室，再通過地下室兩條主管上的支管直接進(jìn)入焦?fàn)t廢氣盤配風(fēng)通道與空氣混合進(jìn)入焦?fàn)t燃燒室進(jìn)行燃燒，燃燒后的尾氣通過焦?fàn)t煙氣系統(tǒng)進(jìn)行排放。工藝圖見圖1。

廢水區(qū)域距離其他區(qū)域較遠(yuǎn)，需采用小風(fēng)機(jī)來調(diào)節(jié)分區(qū)域收集管吸力外，其他區(qū)域均采用調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)分區(qū)域收集主管的吸力。在主風(fēng)機(jī)主管設(shè)置氣體分析儀，可以檢測(cè)可燃?xì)怏w組分，當(dāng)主風(fēng)機(jī)管道氣體分析儀報(bào)警時(shí)（設(shè)定每種組分報(bào)警線為其爆炸下限的20%），通過聯(lián)鎖系統(tǒng)，主風(fēng)機(jī)出口進(jìn)焦?fàn)t主管切斷閥緊急切斷，同時(shí)打開緊急放散閥進(jìn)行放散。之后再通過分區(qū)域流量顯示、壓力顯示快速判斷故障區(qū)域，檢修處理完畢后及時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)。

圖1 洗滌吸收+焦?fàn)t燃燒工藝

在風(fēng)機(jī)進(jìn)口設(shè)置除霧填料塔（填料選擇大塊焦炭，不產(chǎn)生危險(xiǎn)廢棄物），將廢氣中少量的水份、油類雜質(zhì)去除，既能夠保護(hù)風(fēng)機(jī)，也有效保證焦?fàn)t配風(fēng)的清潔，在主風(fēng)機(jī)出口管道上設(shè)置水封阻火器，進(jìn)入焦?fàn)t廢氣盤時(shí)不影響焦?fàn)t生產(chǎn)。

2.2.2 鼓冷區(qū)域半密封儲(chǔ)罐VOCs氣體治理

根據(jù)就近原則，介質(zhì)相同、槽位就近的設(shè)置成一組，每組通過一根主管進(jìn)行收集，各收集主管收集的逸散氣匯總后，需進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理系統(tǒng)首先采用橫管冷卻器將逸散氣冷卻至30℃左右，去除油類和萘及氨氣等物質(zhì)（利用了焦化行業(yè)初冷器的原理：氣體上進(jìn)下出，低溫水下進(jìn)上出，上部冷凝的大量氨水、焦油、萘等混合液能夠?qū)⒗鋮s管沖洗，確保在一定時(shí)間內(nèi)不需要對(duì)冷卻器橫管進(jìn)行清洗，提高換熱效率），再送往硫銨區(qū)域洗滌塔洗掉尾氣中含有的少量氨氣。預(yù)處理后的逸散氣再通過區(qū)域主管進(jìn)入緩沖罐，除去少量的夾帶液，同時(shí)平衡壓力后，送到風(fēng)機(jī)主管區(qū)域。各槽頂設(shè)置壓力表，通過各收集主管的壓力表和調(diào)節(jié)閥連鎖確保各槽內(nèi)的微負(fù)壓（-100 Pa左右），預(yù)處理后的逸散氣在除掉了焦油類、萘等易堵塞的物質(zhì)后，之后的相關(guān)管道就可以不需要設(shè)置夾套保溫管道，只需要設(shè)置雙側(cè)蒸汽保溫管道進(jìn)行適當(dāng)伴熱保溫，一定程度上也節(jié)約了成本，減少投資。

2.2.3 硫銨區(qū)域VOCs氣體治理

硫銨區(qū)域的VOCs 尾氣成分主要是微量酸氣，由于平時(shí)需要對(duì)槽內(nèi)的酸焦油進(jìn)行處理，設(shè)備敞口比較多，逸散氣收集困難，因此需要對(duì)各槽罐進(jìn)行密封處理。槽頂設(shè)置壓力表，各槽罐、設(shè)備放散氣通過收集主管收集匯總，經(jīng)水洗填料塔洗滌預(yù)處理，除去尾氣中含有的酸氣，最終由風(fēng)機(jī)送焦?fàn)t燃燒。

2.2.4 廢水處理站VOCs氣體治理

針對(duì)廢水站的VOCs 處理，采用先收集，再處理后燃燒的方案。首先根據(jù)各個(gè)池子的功能、現(xiàn)場(chǎng)操作檢修的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)不同形狀規(guī)格的罩子：一是不需要操作的或者操作頻率較低的為一類；二是對(duì)于平時(shí)需要觀察、操作、設(shè)備需要檢修的分為一類，這類罩子必須易于觀察、操作、檢修，特別是檢修設(shè)備的進(jìn)入，做成操作房式的罩子，加裝門窗以及設(shè)備檢修窗口，有利于后面的生產(chǎn)工作的正常進(jìn)行。

收集到的VOCs 通過風(fēng)機(jī)集中送到洗滌塔進(jìn)行處理，處理后的氣體在送到焦炭除霧塔除霧后在經(jīng)主管風(fēng)機(jī)送入焦?fàn)t廢氣盤燃燒配風(fēng)。

2.3 洗滌吸收+負(fù)壓回收技術(shù)

2.3.1 基本工藝路線

粗苯、冷鼓區(qū)域密封較好的槽罐及設(shè)備逸散出的VOCs 通過收集進(jìn)入混合氣體緩沖管后，接入初冷器前的煤氣負(fù)壓管道。在進(jìn)初冷器負(fù)壓管道之前，設(shè)置含氧檢測(cè)儀，對(duì)混合氣體含氧進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)含氧超過設(shè)定值時(shí)，與其連鎖的調(diào)節(jié)切斷閥立即切斷，停止進(jìn)入負(fù)壓管道，各區(qū)域槽罐恢復(fù)到使用呼吸閥自然呼吸。當(dāng)故障解決后，再恢復(fù)進(jìn)入負(fù)壓管道，確?；厥哲囬g的安全生產(chǎn)。

2.3.2 粗苯區(qū)域VOCs氣體治理

粗苯區(qū)域逸散氣體主要是苯類物質(zhì)，尾氣收集比較容易，但是安全風(fēng)險(xiǎn)較大，因此，對(duì)每臺(tái)設(shè)備尾氣收集，要求管道設(shè)置阻火器進(jìn)行防火，確保安全。

在粗苯域設(shè)置洗油洗滌塔，采用貧油油將VOCs 中的苯類物質(zhì)通過洗滌除去并回收，將含苯氣體控制在粗苯區(qū)域（粗苯區(qū)域防火級(jí)別高于其他區(qū)域），確保安全之后再匯總到負(fù)壓緩沖罐。

為了防止空氣進(jìn)入苯類油槽內(nèi)，需在槽頂設(shè)置充氮系統(tǒng)，VOCs 逸散氣收集時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致槽內(nèi)壓力低于50 Pa，此時(shí)充氮系統(tǒng)由調(diào)節(jié)閥打開，及時(shí)向槽內(nèi)充入氮?dú)?；?dāng)油槽壓力達(dá)到300 Pa 時(shí)，調(diào)節(jié)閥及時(shí)關(guān)閉，防止充入過量的氮?dú)庥绊懡範(fàn)t生產(chǎn)。此系統(tǒng)既確保苯槽內(nèi)不進(jìn)空氣，又不影響焦?fàn)t生產(chǎn)。

2.3.3 鼓冷區(qū)域密封槽罐VOCs氣體治理

鼓風(fēng)區(qū)域密封性較好的設(shè)備如焦油槽、氨水槽等。這些槽可以通過一根主管進(jìn)行收集，主管壓力通過壓力表和調(diào)節(jié)閥連鎖進(jìn)行調(diào)節(jié)。收集后的氣體直接進(jìn)入?yún)^(qū)域的負(fù)壓緩沖罐，之后在進(jìn)入初冷器前焦?fàn)t煤氣負(fù)壓管道。

為防止萘等易結(jié)晶物質(zhì)堵管道，管道全部采用蒸汽夾套管，安裝時(shí)特別注意法蘭連接、彎頭等容易結(jié)晶堵塞的地方，每條主管設(shè)置蒸汽輔助吹掃。

3 結(jié)論

根據(jù)凌鋼焦化生產(chǎn)的特點(diǎn)及尾氣成分，采用洗滌吸收+負(fù)壓回收與洗滌吸收+引焦?fàn)t燃燒相結(jié)合工藝對(duì)化產(chǎn)區(qū)域VOCs 廢氣進(jìn)行治理。該技術(shù)不但除去了廢氣中的有機(jī)物，同時(shí)回收了工藝過程中揮發(fā)出的苯系物。經(jīng)過不同工況裝置運(yùn)行證明，該工藝分離與凈化技術(shù)成熟、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、處理效果好、操作簡(jiǎn)單、易于控制、靈活、環(huán)境污染小、氣源適應(yīng)范圍寬，整個(gè)VOCs 系統(tǒng)處理過程中不產(chǎn)生二次污染沒有固廢、液廢的產(chǎn)生，滿足環(huán)保排放要求。