焦化VOCs深度治理的實踐應(yīng)用

陳兵，張祖彬，劉士民，李偉明

焦化VOCs深度治理的實踐應(yīng)用

陳兵1，張祖彬2，劉士民2，李偉明2

（1. 鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司， 遼寧 朝陽 122000； 2. 山東三木環(huán)保工程有限公司， 山東 濟(jì)南 250000）

為進(jìn)一步改善生態(tài)環(huán)境狀況，國家生態(tài)環(huán)境管理部門陸續(xù)出臺相應(yīng)針對揮發(fā)性有機物（VOCs）的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，要求各行業(yè)提升污染防治水平。介紹了鞍鋼朝陽鋼鐵有限公司焦化廠在焦化VOCs深度治理方面的實踐應(yīng)用，取得了良好的VOCs治理效果，大大提升了企業(yè)的環(huán)保管理水平。

焦化VOCs；深度治理；環(huán)保；負(fù)壓；燃燒

普通意義上的VOCs通常指揮發(fā)性有機物；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，也即會產(chǎn)生危害的那一類揮發(fā)性有機物，其對光化學(xué)污染、大氣環(huán)境質(zhì)量、氣候變暖等有重要影響［1-2］。

焦化廠在煉焦生產(chǎn)及化產(chǎn)品回收過程中，會產(chǎn)生大量含有苯、酚及其他有機揮發(fā)性物質(zhì)的氣體，其污染物排放治理是焦化企業(yè)環(huán)保工作的重中之重。焦化VOCs排放的四大特征: 排放節(jié)點多、差異大、組分復(fù)雜、異味重［3］。國家生態(tài)環(huán)境保護(hù)管理部門為進(jìn)一步改善環(huán)境狀況，針對焦化VOCs治理陸續(xù)出臺了相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，要求企業(yè)加大環(huán)保投入，增加環(huán)保設(shè)施，控制VOCs的排放。

《2019年鋼鐵、焦化行業(yè)深度減排實施方案》要求焦化企業(yè)加快提升企業(yè)污染防治水平。2019年6月11日生態(tài)環(huán)境部與國家市場監(jiān)督管理總局聯(lián)合發(fā)布《揮發(fā)性有機物無組織排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 37822—2019），2019年7月1日開始實施，進(jìn)一步加強VOCs無組織排放的控制和管理。《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 16171—2012也對大氣污染物特別排放限值提出了嚴(yán)格的要求。面對越來越嚴(yán)峻的VOCs治理要求與排放標(biāo)準(zhǔn)，焦化企業(yè)開展VOCs無組織排放的管控與治理勢在必行。

本文介紹了鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司焦化廠的VOCs逸散情況和VOCs深度治理的措施；該項目實施后，取得了良好的VOCs深度治理效果。

1 焦化廠生產(chǎn)概況

鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司焦化廠現(xiàn)有100萬t·a-1焦化生產(chǎn)裝置。主要包括：2×50 孔 6 m焦?fàn)t1套，以及配套化產(chǎn)回收的冷鼓、脫硫、硫銨、粗苯、油庫等工段。各工段VOCs尾氣特性分析見表1。

表1 各工段VOCs尾氣特性分析表

2 VOCs深度治理措施

2.1 各排放點VOCs治理方式

正文焦化廠VOCs的治理有很多方法，如吸收、冷凝、吸附、焚燒、生物處理和引入負(fù)壓煤氣系統(tǒng)等［4-6］，國內(nèi)多數(shù)焦化企業(yè)采用其中一種或幾種組合的技術(shù)［7］。引入負(fù)壓煤氣系統(tǒng)和洗滌后進(jìn)焦?fàn)t燃燒處理是目前較為理想的焦化VOCs深度治理方式，在焦化廠已有成功應(yīng)用案例［8-10］。為實現(xiàn)焦化VOCs深度治理，鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司焦化廠采用引入負(fù)壓煤氣系統(tǒng)和洗滌后進(jìn)焦?fàn)t燃燒處理相結(jié)合的工藝。改造后，焦化廠不再設(shè)置VOCs排放口，可以實現(xiàn)零排放。

根據(jù)各工段尾氣特點，對粗苯工段粗苯中間槽和洗油中間槽、油庫工段粗苯儲槽進(jìn)行氮封處理，與粗苯工段其他槽罐裝置尾氣一起，引入負(fù)壓煤氣系統(tǒng)；對冷鼓、脫硫、硫銨、油庫的放散氣體進(jìn)行收集，各區(qū)域氣體匯總收集后經(jīng)過油洗塔和水洗塔洗滌吸收處理后，經(jīng)輸送風(fēng)機送入焦?fàn)t開閉器，代替部分空氣配風(fēng)，進(jìn)焦?fàn)t進(jìn)行燃燒處理。

化產(chǎn)VOCs排放點較多，需根據(jù)不同排放點的特性和現(xiàn)場工況進(jìn)行單獨設(shè)計，在不影響正常操作的情況下，盡可能提高廢氣收集效果，減少廢氣量。

各工段排放點情況見表2。

經(jīng)核算，引入負(fù)壓煤氣系統(tǒng)處理的排放點共13個，計算風(fēng)量1 580 m3·h-1，設(shè)計風(fēng)量按2 000 m3·h-1；洗滌處理后進(jìn)焦?fàn)t燃燒處理的排放點共55個，計算風(fēng)量20 350 m3·h-1，考慮到稀釋配風(fēng)和后期增項，設(shè)計風(fēng)量按30 000 m3·h-1。

2.2 引入負(fù)壓煤氣系統(tǒng)工藝

粗苯工段密閉槽罐放散的VOCs引入負(fù)壓煤氣系統(tǒng)，同時設(shè)置氮封和壓力平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，將尾氣引入電捕后負(fù)壓煤氣管道，再次進(jìn)入煤氣凈化系統(tǒng)凈化回收。引入負(fù)壓煤氣系統(tǒng)回收VOCs的主要工藝：

1）粗苯中間槽和洗油中間槽、油庫工段粗苯儲槽采用氮封控制技術(shù)，通過壓力控制，使區(qū)域內(nèi)密閉槽罐器上部空間始終保持在200～1 000 Pa之間，氮源壓力不低于2 kPa。

槽罐自動補氮泄氮閥采用自力式壓力調(diào)節(jié)閥。當(dāng)槽罐內(nèi)液體出料下降時，槽罐內(nèi)壓力逐步降低，當(dāng)降低到一定值時，通過自動補氮閥向槽罐內(nèi)補充氮氣；當(dāng)向槽罐內(nèi)進(jìn)料液位上升時，槽罐內(nèi)壓力逐步增大，當(dāng)增大到一定值時，通過自動泄氮閥進(jìn)行泄壓操作，泄壓后的廢氣進(jìn)入工段內(nèi)尾氣輸送主管道，引入負(fù)壓煤氣系統(tǒng)進(jìn)行回收。

2）采用微壓輸送控制技術(shù)，在VOCs輸送主管道上設(shè)有調(diào)節(jié)閥，將VOCs輸送壓力控制在一定范圍之內(nèi)，防止因吸力過大而消耗大量氮氣。

3）入電捕后負(fù)壓煤氣管道前，VOCs輸送主管道安裝1臺原位激光型氧含量在線分析儀，并與VOCs輸送主管道的應(yīng)急切斷閥進(jìn)行聯(lián)鎖控制，保證安全。

表2 各工段排放點情況一覽表

2.3 洗滌處理后進(jìn)焦?fàn)t燃燒工藝

對冷鼓、脫硫、硫銨、油庫的放散 VOCs 氣體進(jìn)行收集，各區(qū)域氣體匯總收集后經(jīng)過油洗和水洗處理，通過風(fēng)機送至焦?fàn)t地下室開閉器，代替部分空氣進(jìn)入焦?fàn)t燃燒室，燃燒后排入焦?fàn)t煙道，通過煙囪進(jìn)入原脫硫脫硝裝置后達(dá)標(biāo)排放至大氣。工藝流程圖見圖1。

1）采用分區(qū)控制工藝，即每個工段尾氣主管道分別設(shè)置調(diào)節(jié)閥，對工段內(nèi)各收集點位進(jìn)行吸力控制；目的是保證各區(qū)域排放點收集裝置內(nèi)處于微負(fù)壓狀態(tài)時，風(fēng)機處于最低負(fù)荷狀態(tài)，同時也有利于及時發(fā)現(xiàn)問題點，保證環(huán)保效果長期穩(wěn)定。

圖1 洗滌處理后進(jìn)焦?fàn)t燃燒工藝流程圖

2）油洗塔的主要作用是洗滌脫除尾氣中的焦油氣、苯、萘等成分，水洗塔的主要作用是降溫、洗氨，降低安全風(fēng)險，防止管路堵塞。洗滌液定期排入機械化氨水澄清槽。

3）去除雜質(zhì)后的含 VOCs 廢氣通過輸送風(fēng)機送至焦?fàn)t地下室。進(jìn)入地下室后，VOCs輸送管道分兩路支管道，機焦兩側(cè)各有一根配風(fēng)管道，相鄰2個廢氣盤共用一個廢氣支管，每根廢氣支管上均裝有手動閥、金屬軟管。每個廢氣盤上均安裝有廢氣交換裝置并與廢氣支管相連，廢氣交換裝置與焦?fàn)t廢氣換向拉桿相連，實現(xiàn)與開閉器進(jìn)空氣的同步連鎖。廢氣燃燒后生產(chǎn)微量的 SO2和 NOx，隨焦?fàn)t煙氣一并進(jìn)入焦?fàn)t煙氣脫硫、脫硝裝置進(jìn)行處理。

4）為保證安全，在輸送風(fēng)機后尾氣總管上安裝可燃?xì)怏w檢測裝置，實時檢測尾氣中可燃?xì)怏w含量，當(dāng)可燃?xì)怏w體積分?jǐn)?shù)達(dá)到25% LEL時報警，50% LEL時緊急切斷，并經(jīng)緊急排放口緊急排放，防止尾氣中可燃?xì)怏w超標(biāo)引起燃燒爆炸事故。

5）VOCs輸送風(fēng)機為變頻控制，風(fēng)機前安裝自動動配風(fēng)閥。配風(fēng)閥主要用于稀釋VOCs濃度、穩(wěn)定進(jìn)焦?fàn)tVOCs總量。

3 結(jié)語

通過以上VOCs深度治理措施的實踐，焦化廠內(nèi)各工段VOCs得到了有效的回收和處理，化產(chǎn)區(qū)域無異味，并實現(xiàn)零排放，沒有二次污染產(chǎn)生。該系統(tǒng)的投入運行，有效改善了焦化廠的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境狀況，各排放點的VOCs廢氣排放指標(biāo)達(dá)到了大氣污染特別排放限值的要求。

本文結(jié)合鞍鋼朝陽鋼鐵有限公司焦化廠的生產(chǎn)現(xiàn)狀及 VOCs 逸散情況，對 VOCs 廢氣深度治理的實踐應(yīng)用進(jìn)行分析，通過采取引入負(fù)壓煤氣系統(tǒng)和洗滌后進(jìn)焦?fàn)t燃燒處理兩種工藝相結(jié)合的方式，實現(xiàn)了對無組織排放的 VOCs 廢氣有效收集和深度處理。項目實施后，滿足了VOCs廢氣環(huán)保深度治理的要求，大大提升了焦化廠環(huán)保治理水平，為焦化行業(yè)VOCs治理提供了借鑒。

［1］寧一，孫潔亞，薛志鋼，等．受焦化影響的下風(fēng)向城區(qū)臭氧污染特征及潛在源區(qū)分析［J/OL］．環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報. https://kns.cnki.net/ kcms/ detail/11.5972.X.20210929. 1705.004.html.

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［8］聶娟. 凌鋼焦化廠VOCs治理工藝［J］. 冶金動力，2021（11）：27-29．

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Practical Application of Deep Environmental Treatment Technology of VOCs in Coking Plants

1,2,2,2

（1. Ansteel Group Chaoyang Steel & Iron Co., Ltd., Chaoyang Liaoning 122000, China; 2. Shandong Sanmu Environmental Protection Co., Ltd., Jinan Shandong 250000, China）

For the improvement of ecological environment, the environmental management department has issued corresponding standards and specifications for the treatment of volatile organic compounds （VOCs）one after another, requesting all industries to improve the level of pollution prevention and control. In this paper, the practical application of deep treatment technology of VOCs in coking plant of Ansteel Group Chaoyang Iron Plant Co.,Ltd. was introduced, and good results of VOCs treatment has been achieved. The environmental management level of the plant has greatly improved.

VOCs; Deep treatment; Environmental protection; Negative pressure; Combustion

X784

A

1004-0935（2022）04-0502-04

2021-12-07

陳兵（1972-），男，工程師，遼寧省朝陽市人，1997年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣自動化專業(yè)，研究方向：設(shè)備管理、新技術(shù)應(yīng)用。

李偉明（1986-），男，工程師，碩士，研究方向：大氣污染治理。