焦化企業(yè)VOCs廢氣處理技術(shù)的研究

張新民(南京鋼鐵聯(lián)合有限公司，江蘇 南京 210035)

1 概述

1.1 VOCs定義

VOCs就是指揮發(fā)性有機(jī)物，常用VOCs表示，總揮發(fā)性有機(jī)物有時(shí)也用TVOC來表示。普通意義上的VOCs就是指揮發(fā)性有機(jī)物；但是環(huán)保意義上的定義是指活潑的、揮發(fā)和參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的，也就是會產(chǎn)生危害的那一類揮發(fā)性有機(jī)物。

1.2 VOCs危害

VOC通常分為非甲烷烴，含氧有機(jī)化合物，鹵代烴，含氮有機(jī)化合物和含硫有機(jī)化合物。它們主要來自煤炭化學(xué)工業(yè)、石化工業(yè)、燃料涂料制造、溶劑制造和使用。

VOC參與大氣環(huán)境中臭氧和二次氣溶膠的形成，并對區(qū)域大氣臭氧和PM2.5污染產(chǎn)生重大影響。大多數(shù)揮發(fā)性有機(jī)化合物具有令人不愉快的特殊氣味，并且有毒、刺激性、致畸性和致癌性。尤其是苯，甲苯和甲醛可能對人體健康非常有害。VOC是導(dǎo)致城市朦朧的光化學(xué)煙霧的重要前體。鑒于揮發(fā)性有機(jī)化合物對人體和環(huán)境的巨大破壞，必須在工業(yè)部門加強(qiáng)揮發(fā)性有機(jī)化合物的治理，而煤化工行業(yè)則必須這樣做。

2 常見VOCs治理工藝

目前，常見的VOCs治理技術(shù)有吸附法、凈化法、熱氧化法、理化法、低溫等離子體法、植物提取法、生物氧化法等，由此又衍生出多樣化的具體單項(xiàng)治理工藝或組合工藝，部分工藝又互有交叉。

2.1 吸附法

在有機(jī)廢氣的處理中，吸附是處理VOC的最有效和廣泛使用的方法之一。吸附劑包括活性炭、硅藻土和沸石，其中最常用的是活性炭吸附。吸附系統(tǒng)不僅顯著降低了VOCS濃度并排放了廢氣，而且使回收的材料可重新用于吸附后的空氣汽提和解吸。優(yōu)點(diǎn)：適用于高效，高凈化要求的除氣。缺點(diǎn)：當(dāng)吸附一定量的活性炭時(shí)，它會變得飽和，并且需要對活性炭進(jìn)行再生或更換，從而導(dǎo)致高昂的運(yùn)營成本。此方法通常用于低濃度VOC的后處理。

2.2 燃燒處理法

VOC是有機(jī)揮發(fā)物，易燃。它們可以在室溫下或通過催化氧化燃燒進(jìn)行處理。氣體通過進(jìn)氣管道引入鍋爐或焚化爐進(jìn)行燃燒，但是熱有機(jī)氣體需要經(jīng)過安全認(rèn)證。優(yōu)點(diǎn)：這種方法比較完整，可以處理高濃度的VOC，并且基本上可以將VOC轉(zhuǎn)換為CO2和H2O。缺點(diǎn)：必須考慮高投資和運(yùn)營成本，燃燒系統(tǒng)安全和防爆以及煙氣中的NOx污染。

2.3 吸收和脫氣方法

VOC通?？扇苡谟袡C(jī)溶劑，例如柴油和200#汽油，因此柴油或200#汽油可用于吸收VOC，吸收的溶劑可用作燃料或稀釋劑。優(yōu)點(diǎn)：這種方法易于操作且成本低廉。缺點(diǎn)：但是，吸收處理后會殘留揮發(fā)性氣體。由于有機(jī)溶劑本身是揮發(fā)性的，因此VOC不能降至零。高溫下吸收率降低。

2.4 冷凝法

冷凝物收集可用于熱有機(jī)氣體。首先直接冷凝，然后間接冷凝。優(yōu)點(diǎn)：該方法除氣效果明顯，操作簡便，運(yùn)行成本低。缺點(diǎn)：這種效果對低沸點(diǎn)氣體不好。

2.5 化學(xué)洗滌法

利用VOCs中某些物質(zhì)和化學(xué)液體的特性進(jìn)行反應(yīng)并去除氣體中的污染物成分。常用的方法是酸堿清洗，氯清洗和過氧化氫清洗。優(yōu)點(diǎn)：可以去除各種各樣的惡臭氣體，并且可以實(shí)現(xiàn)很高的去除效率，操作靈活。缺點(diǎn)：需要支持后續(xù)處理設(shè)備。

2.6 生物處理法

生物廢氣的生物處理是最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法，是所有處理方法中運(yùn)行成本最低的，安全且易于操作。VOC生物凈化方法包括直接微生物凈化，間接微生物處理(先吸水，然后廢水生物處理)和植物凈化方法。直接生物凈化包括生物吸收池、生物凈化池、生物濾池、生物濾池，處理效果優(yōu)異，操作方便。其中，生物濾池技術(shù)已經(jīng)成熟并具有許多用途。例如德國和荷蘭生產(chǎn)數(shù)百種廢氣生物過濾器，所有這些都運(yùn)行良好[1]。生物處理方法是用水或弱堿液吸收VOC。醇和醛中所含的物質(zhì)很容易溶于水，吸收的廢水被生物降解并排放到標(biāo)準(zhǔn)水平。植物凈化方法是擴(kuò)大工廠區(qū)域的綠色空間，并使用綠色植物吸收和轉(zhuǎn)化空氣中的污染物以凈化空氣。該方法適用于大規(guī)模環(huán)境中的低濃度污染。

2.7 土壤除臭劑法

土壤除臭機(jī)理可分為物理吸附和生物降解。水溶性惡臭氣體(胺、硫化氫、低級脂肪酸等)被土壤中的水吸收和去除，不溶性氣味被土壤表面吸收。優(yōu)點(diǎn)：維護(hù)成本低，除臭效果相當(dāng)于活性炭。缺點(diǎn)：占地面積大，不適用于多雨地區(qū)，需要降溫、除濕、降塵預(yù)處理，而且微生物會破壞物理吸附。

2.8 等離子體法

在外部電場的作用下，電極空間中的電子獲得能量并加速，引起一系列復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)，如激發(fā)、離解和電離，破壞有機(jī)物中的化學(xué)鍵。優(yōu)點(diǎn)：易于加工，易于操作，運(yùn)行成本高，氣體溫度范圍寬(-50～50 ℃)。缺點(diǎn)：去除效率低，可處理的氣體種類少。

3 焦化揮發(fā)性有機(jī)化合物的特征

3.1 焦化揮發(fā)性有機(jī)化合物的組成

焦炭行業(yè)是目前最復(fù)雜的VOC治理行業(yè)之一，涉及多個(gè)行業(yè)，每個(gè)行業(yè)的氣體排放量不同。這主要是由于各種氣體泄漏和氣體凈化區(qū)中的臨時(shí)排放以及化學(xué)泄漏。粗苯部分和冷卻部分(不包括機(jī)械排渣槽和排渣口)是具有良好氣密性的儲罐。噴砂段和粗苯段包含揮發(fā)性氣體成分，這些成分在制造過程中很復(fù)雜。鼓風(fēng)段包含揮發(fā)性氣體：氨、氰化氫、硫化氫、非甲烷總烴、苯并(a)芘、萘等。組成復(fù)雜的粗苯段主要揮發(fā)出苯氣和非甲烷總烴。如果不對廢氣進(jìn)行處理，揮發(fā)性有機(jī)氣體VOC中的烯烴和某些芳香族化合物也會與空氣中的氮氧化物在陽光的作用下反應(yīng)，從而對環(huán)境造成二次污染，因此治理起來更加困難。

3.2 焦炭行業(yè)中揮發(fā)性有機(jī)化合物的特征

根據(jù)排放分類，VOC排放可分為揮發(fā)性排放，蒸發(fā)排放，液位波動排放和伴隨的氣體排放。揮發(fā)性排放物是一種排放方法，在這種排放方法中，VOC氣體在低溫條件下自然揮發(fā)并通過逸散點(diǎn)擴(kuò)散。它體積小、溫度低。蒸發(fā)排放物是為了確保存儲設(shè)備在設(shè)備內(nèi)的流動性而生成的VOC的排放，或者存儲設(shè)備本身是熱液，有大量的氣體，溫度高。液位波動排放是一種通過在設(shè)備和罐的物料水平波動期間提高物料水平來主動排放內(nèi)部氣體的排放方法。它的特點(diǎn)是大量的氣體以及排氣和吸氣的循環(huán)。伴隨的放氣是在加熱、運(yùn)輸和凈化過程中由蒸汽或空氣攜帶的污染物的釋放。上述四種方法不會一次出現(xiàn)，通常會同時(shí)存在一種或兩種。例如焦油儲罐本身存儲具有蒸發(fā)釋放特性的熱焦油，并且在焦油運(yùn)輸過程中液位會波動[2]。

4 焦化廠主要VOCs治理工藝分析

4.1 治理工藝

處理VOC廢氣的方法很多，例如：吸收、冷凝、吸附、焚化、生物處理和引入負(fù)壓氣體系統(tǒng)，尤其是近年來的三步清洗(油清洗+酸清洗)。這些方法各有優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)和適用條件。許多國內(nèi)焦炭公司將有機(jī)化合物的組合物用于VOC的處理。從純技術(shù)角度來看，所有這些方法只要最終加工的折彎氣體符合排放標(biāo)準(zhǔn)都是可行的。但是從綜合優(yōu)勢的角度來看，該過程的合理性不光是運(yùn)營成本，還需要考慮穩(wěn)定性和安全性。

4.2 南鋼焦化采取VOC治理工藝

4.2.1 煉焦工序VOCS治理

煉焦工序揮發(fā)性有機(jī)物相對集中，主要在焦?fàn)t裝煤推焦和熄焦過程。南鋼焦化采用負(fù)壓導(dǎo)煙，通過高壓氨水噴灑形成的負(fù)壓，將裝煤推焦過程中的荒煤氣吸入集氣管。并設(shè)置推焦、裝煤地面除塵站收集推焦、裝煤過程中的煙塵，同時(shí)設(shè)置機(jī)焦側(cè)爐頭煙收集生產(chǎn)過程爐頭逸散的煙塵，煙囪脫硫脫硝技術(shù)降低的燃燒物的氮氧化物。在熄焦工序采用干法熄焦，此工藝產(chǎn)生的VOCS量有限可控。

4.2.2 化產(chǎn)工序揮發(fā)性有機(jī)物排放的相關(guān)治理措施

(1)煤氣凈化區(qū)域逸散氣收集，槽罐逸散氣末端治理裝置技術(shù)方案：根據(jù)各個(gè)區(qū)域尾氣的組分，以及治理要求，南鋼焦化采用“VOCs治理預(yù)處理+蓄熱氧化”的工藝。VOCs治理預(yù)處理裝置。鼓冷區(qū)域采用“油洗+酸洗+堿洗”的預(yù)處理工藝技術(shù)、脫硫區(qū)域采用“水洗”的預(yù)處理工藝技術(shù)、硫銨及蒸氨區(qū)域采用“堿洗”的預(yù)處理工藝技術(shù)、粗苯區(qū)域采用“油洗”的預(yù)處理工藝技術(shù)。VOCs深度治理采用蓄熱式氧化爐技術(shù)(RTO)。鼓冷、脫硫、硫銨、粗苯等區(qū)域預(yù)處理后匯總的尾氣，在進(jìn)入RTO裝置之前，需先進(jìn)行可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測，確保可燃?xì)鉂舛仍谄浔O限下限的25%以下。當(dāng)濃度超出10%LEL時(shí)，可通過稀釋風(fēng)機(jī)補(bǔ)風(fēng)，降低可燃?xì)怏w濃度。

(2)油庫區(qū)域尾氣治理技術(shù)。南鋼焦化采用先進(jìn)、節(jié)能、安全、高效的“洗滌+冷凝+吸附”組合工藝。尾氣治理裝置的工藝流程框圖如圖1所示。

圖1 尾氣治理裝置的工藝流程圖

3 結(jié)語

綜上所述，VOCS廢氣所造成的污染正在引起全國各級環(huán)境保護(hù)部門的越來越多的關(guān)注。焦化行業(yè)已經(jīng)開始研究各種VOCS廢氣處理技術(shù)，以減少VOCS廢氣向大氣環(huán)境中的排放并避免產(chǎn)生廢氣。空氣污染。隨著我國焦炭企業(yè)的不斷發(fā)展和壯大，南鋼焦化響應(yīng)中國綠色環(huán)境建設(shè)的領(lǐng)先理念，采用多種高效VOCS廢氣處理技術(shù)，控制生產(chǎn)區(qū)域中有害氣體的排放并減少對空氣環(huán)境的污染。