焦化行業(yè)VOCs的來源及治理技術(shù)研究

朱斌鵬

（邯鄲鋼鐵集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，河北 邯鄲 056000）

揮發(fā)性有機(jī)廢氣的英文縮寫為VOCs，是指在正常的氣壓下沸點(diǎn)大于等于260℃的以氣態(tài)分子形式存在于大氣中的有機(jī)化合物。這種污染物的來源非常廣泛，主要來自工業(yè)生產(chǎn)有機(jī)廢氣污染，其性質(zhì)非常復(fù)雜?，F(xiàn)階段，我國環(huán)境管理部門針對揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）治理相繼頒布了相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，要求各個(gè)行業(yè)加大環(huán)境保護(hù)設(shè)施及資金的投入，目的是對VOCs溢出進(jìn)行有效控制，從而改善環(huán)境。

1 VOCs的危害

VOCs具有毒性，對于人體健康以及環(huán)境均會產(chǎn)生諸多不利影響，其中部分芳香胺以及相關(guān)的衍生物均容易產(chǎn)生誘變效果，而包括芳香胺、亞硝胺等在內(nèi)的一些物質(zhì)則容易導(dǎo)致惡性腫瘤等疾病，威脅人類生存。除了上述特性之外，VOCs往往表現(xiàn)出一定的光化學(xué)反應(yīng)性，通過紫外光線的反射，VOCs會與大氣中的化學(xué)成分發(fā)生反應(yīng)，形成有毒有害的化學(xué)煙霧消散在大氣中，這會對空氣造成嚴(yán)重的二次污染，加大對生態(tài)環(huán)境的破壞和危害[1]。此外，光化學(xué)反應(yīng)所造成的煙霧會產(chǎn)生臭氧、PAN、PBN等有害物質(zhì)，不僅對大自然環(huán)境造成影響，還會嚴(yán)重威脅人們的身體健康，使呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病率大大增加。

2 焦化行業(yè)VOCs的主要來源

針對焦化行業(yè)VOCs的主要來源進(jìn)行分析，一般可將其來源劃分為多個(gè)階段，在各個(gè)階段皆會形成一定的VOCs。首先，由于中間槽的尾氣任意排放，會在冷鼓工段形成氨氣及焦油等污染物，此部分污染物的主要特點(diǎn)是易潔凈、腐蝕性強(qiáng)、有異味、易燃易爆。其次，在脫硫工段、冷鼓工段，由于槽罐區(qū)域的尾氣經(jīng)常隨意、無組織排放，從而產(chǎn)生氨氣、硫化氫等主要污染物，此部分污染物的主要特點(diǎn)是具有強(qiáng)腐蝕性、有異味以及毒性強(qiáng)。再次，硫銨工段產(chǎn)生的VOCs主要與槽罐區(qū)域尾氣的排出有關(guān)，此時(shí)的污染氣體主要是氨氣等。最后，在粗苯工段出現(xiàn)的VOCs與硫銨工段的污染物來源相近，主要產(chǎn)生重苯、苯系物等污染物，此部分污染物的主要特點(diǎn)是易燃易爆、膠黏以及毒性強(qiáng)。

3 現(xiàn)階段我國VOCs治理現(xiàn)狀

根據(jù)相關(guān)研究表明，采用清潔生產(chǎn)的方式是治理揮發(fā)性有機(jī)廢氣最直接最有效的方式，該方法能夠從根源上減少廢氣的排放。然而通過深入的研究發(fā)現(xiàn)，在工業(yè)領(lǐng)域并沒有研制出一套健全的清潔生產(chǎn)體系，由于目前的生產(chǎn)設(shè)備不夠先進(jìn)，也在一定程度上影響了揮發(fā)性有機(jī)廢氣的治理效果，導(dǎo)致大氣污染問題得不到有效緩解。此外，由于VOCs成分的復(fù)雜性，采用常見的治理方式雖然能在一定程度上降低揮發(fā)性有機(jī)廢氣所帶來的污染，但是并不能夠徹底根除[2]。因此，針對揮發(fā)性有機(jī)氣體來研制出更有效的治理措施，將有機(jī)廢氣濃度控制在一定范圍，降低揮發(fā)性有機(jī)廢氣產(chǎn)生的危害是十分必要的。

4 焦化行業(yè)VOCs治理技術(shù)

目前，對于有機(jī)揮發(fā)性廢氣治理的常用方法主要分為三大類，分別是生物處理、破壞以及非破壞性方法，各個(gè)方法的原理以及應(yīng)用效果是不同的。破壞性方法的應(yīng)用較早，在處理有機(jī)揮發(fā)性氣體時(shí)主要采用了焚燒的方式，該方法的優(yōu)勢在于廢氣處理比較徹底、效率較高以及使用時(shí)效長等，所以在很多國家中得到了廣泛應(yīng)用。該方法進(jìn)一步又可劃分為直接焚燒法及蓄熱式焚燒法等。

4.1 蓄熱式焚燒爐（RTO）

從原理上來看，該方法通過焚燒有機(jī)揮發(fā)性氣體，將燃燒產(chǎn)生的熱量應(yīng)用到其他場景中，使熱量得到了有效利用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。此方法需要將溫度控制在合適的范圍內(nèi)，一般在750～850℃之間。其中進(jìn)口溫度設(shè)置為常溫，通過RTO焚燒蓄熱之后，溫度將會接近100℃，焚燒效率較高，基本可以達(dá)到95%，在滿足處理要求的同時(shí)有效降低了成本。

4.2 催化焚燒爐（RCO）

在此方法中，系統(tǒng)首先對氣體進(jìn)行加熱處理，在達(dá)到一定的溫度后，傳輸?shù)酱呋趸覂?nèi)，繼而通過反應(yīng)得到水蒸氣和二氧化碳?xì)怏w，然后對形成的逸散氣體進(jìn)行適當(dāng)預(yù)熱。在此過程中主要利用換熱器實(shí)現(xiàn)了熱量的回收利用，降低了功耗，減少了成本。RCO一般需要將焚燒溫度控制在合適范圍內(nèi)，一般為25~450℃，相對于RTO溫度要求明顯更低，因此減少了燃料消耗，降低了成本。但是此方法的應(yīng)用也存在不足，主要體現(xiàn)在如下方面，首先對于逸散氣體控制難度較大，可能引發(fā)催化劑中毒問題；其次是一次性投資成本大，需要有較高的資金投入。

4.3 直接燃燒式焚燒爐（VAR）

該方法主要是在爐膛內(nèi)對逸散氣體進(jìn)行焚燒，其中溫度屬于關(guān)鍵因素，會直接影響到焚燒的效果，通常需要將溫度控制在900~1 200℃之間，最佳的溫度區(qū)間是1 000~1 150℃。在焚燒過程中會形成較多的煙氣，其中具有一些熱量，可通過合適的方式予以回收利用，在此過程中利用余熱鍋爐進(jìn)行處理，將溫度降低到300℃左右。此外，進(jìn)口溫度一般保持為常溫，將產(chǎn)生的熱量回收利用之后，廢氣溫度保持在280℃上下。在此方法中，如果焚燒爐中廢氣的濃度較高，則意味著具有較高的經(jīng)濟(jì)性。相較于RTO，該方法在焚燒效率上具有一定的優(yōu)勢，但是成本也會增大，并且需要考慮到焚燒安全性等相關(guān)問題。利用焚燒方式去除有機(jī)揮發(fā)性氣體，具有處理效果好、有害物可徹底轉(zhuǎn)化等優(yōu)點(diǎn)。

4.4 焦?fàn)t負(fù)壓并配風(fēng)法

將冷鼓工段、洗脫苯工段和油庫工段等密閉性較好、含氧量低、附加值高的收集氣經(jīng)各個(gè)區(qū)域油洗塔處理后，引入焦?fàn)t負(fù)壓系統(tǒng)，同時(shí)將脫硫工段和硫銨工段含氧量較高、附加值較低的收集氣經(jīng)過油洗塔、酸洗塔、堿洗塔、水洗塔后，引入焦?fàn)t開閉器以作為焦?fàn)t配風(fēng)用[3]。原煙囪作為事故狀態(tài)下或洗滌后尾氣可燃?xì)怏w超標(biāo)時(shí)的緊急排放筒。

進(jìn)焦?fàn)t地下室開閉器尾氣配風(fēng)管道共有1路，進(jìn)機(jī)焦側(cè)單號開閉器1路，進(jìn)機(jī)焦側(cè)雙號開閉器1路。每路管道上各安裝1個(gè)快切閥門，2個(gè)快切閥和焦?fàn)t交換機(jī)換向聯(lián)鎖，焦?fàn)t交換機(jī)每30 min一換向，當(dāng)機(jī)焦側(cè)單號開閉器送風(fēng)時(shí)，單號管路快切閥開啟，雙號管路快切閥關(guān)閉，30 min后，當(dāng)機(jī)焦側(cè)雙號開閉器送風(fēng)時(shí)，雙號管路快切閥開啟，單號管路快切閥關(guān)閉。

由于焦?fàn)t交換機(jī)在換向時(shí)有約30 s的間斷時(shí)間焦?fàn)t內(nèi)不進(jìn)燃?xì)?，因此需考慮交換機(jī)換向尾氣憋壓問題，共有兩種解決方案。方案一：進(jìn)焦?fàn)t前，在尾氣管道總管處設(shè)1個(gè)泄壓安全閥，尾氣憋壓到一定壓力時(shí)，安全閥打開，尾氣對空排放。方案二：尾氣同時(shí)引入2座焦?fàn)t，由于2座焦?fàn)t換向不同步（一般相差15 min），因此可錯(cuò)開30 s的換向間斷時(shí)間，1號焦?fàn)t換向憋壓時(shí)，尾氣可進(jìn)入2號焦?fàn)t，2號焦?fàn)t換向憋壓時(shí)，尾氣可進(jìn)入1號焦?fàn)t。兩種方式各有利弊，方案一的投資少，但憋壓時(shí)需對空排放，達(dá)不到環(huán)保部門要求；方案二雖可達(dá)到環(huán)保部門要求，但投資大。

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1套多組分濃度在線可燃?xì)怏w分析儀監(jiān)測裝置，可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測尾氣中易燃易爆組分的濃度，并將信號輸接至原DCS控制系統(tǒng)[4]。在風(fēng)機(jī)出口至原煙囪處和至焦?fàn)t開閉器尾氣管道上各設(shè)置1個(gè)氣動快切閥，當(dāng)尾氣中可燃?xì)怏w超標(biāo)時(shí)，斷開至焦?fàn)t尾氣的快切閥，同時(shí)打開至緊急排放筒的快切閥。

在油洗塔風(fēng)機(jī)進(jìn)口管處設(shè)置尾氣配空氣口，并設(shè)自動閥門，以保證進(jìn)焦?fàn)t配風(fēng)用的尾氣φ（O）＞19%。風(fēng)機(jī)出口尾氣管道從焦?fàn)t爐端引入地下室，在焦?fàn)t地下室分為機(jī)焦側(cè)單號支管和機(jī)焦側(cè)雙號支管，兩支管各設(shè)置1個(gè)快切閥門，2個(gè)快切閥門的啟閉和交換機(jī)換向聯(lián)鎖，其換向略滯后交換機(jī)換向。

兩支管處各設(shè)1塊遠(yuǎn)傳和就地千帕級壓力表，時(shí)常檢測尾氣總管壓力，以維持焦?fàn)t尾氣管壓力在1 000 Pa左右，進(jìn)焦?fàn)t尾氣管沿路由設(shè)電伴熱或蒸汽伴熱、排液管、蒸汽吹掃口，并做保溫。進(jìn)入焦?fàn)t配風(fēng)室的收集氣混合部分經(jīng)煙囪排放的尾氣，采取一定措施后引入焦?fàn)t開閉器，作為焦?fàn)t配風(fēng)用。這樣能夠起到更好的節(jié)能降耗作用。此外，隨著焦?fàn)t的大型化，獨(dú)立焦化企業(yè)無法像鋼鐵聯(lián)合企業(yè)一樣使用高爐煤氣燃燒來增加燃燒的高相區(qū)，而是通過VOCs部分收集氣與焦?fàn)t煙氣循環(huán)氣混合來增加焦?fàn)t燃燒的高相區(qū)，以此降低煙氣中的NOx，從而達(dá)到節(jié)能減排的作用。

5 結(jié)語

對焦化行業(yè)來說，在生產(chǎn)過程中往往會產(chǎn)生較多污染，如果形成的污染物直接排放到大氣中，不僅會威脅了人們的健康，而且會使環(huán)境造成嚴(yán)重污染。而這些污染物的相關(guān)性質(zhì)和特征也大不相同，所以對污染物處理技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的選擇是非常有必要的。高效、科學(xué)地處理污染物，對促進(jìn)焦化行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展具有非常重要的意義。除此之外，在VOCs治理技術(shù)方面，需與國際企業(yè)進(jìn)行相互協(xié)作，汲取一些先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，以提升對污染物的治理水平，從而降低其對人們健康以及環(huán)境造成的負(fù)面影響，提高整個(gè)行業(yè)的發(fā)展質(zhì)量。