麟源煤業(yè)化產(chǎn)車間VOC 氣體回收工藝改造及優(yōu)化

李文平，宋建國，李 艷，史 楠，李鵬宇

（潞安化工集團(tuán)羿神能源有限責(zé)任公司，山西 長治 046100）

VOC 是具有揮發(fā)性質(zhì)的有機(jī)化合物的總稱[1]。VOC 氣體主要成分為烴類、鹵代烴、氮烴、含氧烴、硫烴及低沸點(diǎn)的多環(huán)芳烴等，特點(diǎn)是沸點(diǎn)較低、相對分子質(zhì)量小、常溫狀態(tài)下易揮發(fā)。焦化化產(chǎn)區(qū)域的VOC 氣體對環(huán)境造成污染，對人身體造成傷害，對設(shè)備具有腐蝕損害減少設(shè)備使用壽命，造成生產(chǎn)成本增高。焦化生產(chǎn)過程中，由于介質(zhì)流動、溫度及壓力的變化，極易出現(xiàn)含VOC 氣體的尾氣逃逸[2]，是焦化廠異味的主要來源。因此，化產(chǎn)區(qū)域VOC 氣體回收是現(xiàn)階段必須完成的工作。焦化企業(yè)的VOC 氣體治理中，治理方法多種多樣，如，回收技術(shù)、氧化技術(shù)、生物處理技術(shù)[3]等。但是這些處理技術(shù)都有一定的缺點(diǎn)，處理效果不理想，環(huán)保壓力仍然不減。

長治市麟源煤業(yè)有限責(zé)任公司（下稱“麟源煤業(yè)”）目前擁有2×75 孔HN55-06D 型焦?fàn)t一組，具備年產(chǎn)冶金焦150 萬t 的生產(chǎn)能力?；a(chǎn)回收區(qū)域原采用的是“噴淋吸收+活性炭吸附”的工藝，處理效果不理想，已不適應(yīng)現(xiàn)在環(huán)保的需求。因此麟源煤業(yè)于2021 年將化產(chǎn)回收區(qū)域VOC 氣體回收工藝改造為“進(jìn)焦?fàn)t焚燒”工藝，同時配合冷凝法進(jìn)行預(yù)處理，并對工藝進(jìn)行一系列改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)VOC“進(jìn)焦?fàn)t焚燒”的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

1 “洗凈塔+活性炭吸附”回收VOC 氣體工藝及存在問題

1.1 原洗凈塔回收VOC 氣體工藝流程

2017 年麟源煤業(yè)公司在化產(chǎn)車間投用了一套“噴淋吸收+活性炭吸附”回收VOC 氣體的工藝，該工藝流程示意圖見圖1。

圖1 “噴淋吸收+活性炭吸附”回收VOC 氣體工藝流程圖

化產(chǎn)車間共有4 套VOC 氣體處理系統(tǒng)，冷鼓蒸氨區(qū)域洗凈塔內(nèi)溶劑為循環(huán)水，脫硫工序洗凈塔內(nèi)溶劑為硫銨母液（14%～21%稀硫酸）、粗苯工序洗凈塔內(nèi)溶劑為洗油，油庫和污水處理工序共用一套，洗凈塔內(nèi)溶劑為洗油。通過引風(fēng)機(jī)把化產(chǎn)車間焦油船、氨水槽、焦油、粗苯儲槽、焦油粗苯裝車各處放散的VOC 氣體收集起來，送入相應(yīng)的洗凈塔下部，與洗凈塔上部噴灑下來的溶劑逆流接觸，循環(huán)液吸收廢氣中的氨氣、焦油氣、苯氣、萘等物質(zhì)，凈化后再通過活性炭箱進(jìn)行吸附，經(jīng)煙囪排入大氣，并在排氣口處設(shè)檢測口。

1.2 運(yùn)行中存在的問題

1.2.1 引風(fēng)機(jī)前VOC 回收管道積料嚴(yán)重

從鼓冷區(qū)域回收的VOC 大部分溫度較高，造成焦油氣、萘含量高，進(jìn)入VOC 回收管道后，經(jīng)過冷凝，沉積在管道底部，由于黏度較高，流動性不好，積存在管道內(nèi)，造成管道內(nèi)氣體通道越來越小。采用蒸汽清掃VOC 回收管道，由于管徑較大，吹掃蒸汽量偏小，只能把管道內(nèi)積存的易揮發(fā)的萘清掃走，不能把管道徹底清掃干凈，同時，管道底部沉積的焦油等雜物，經(jīng)過多次蒸汽清掃后，固化變硬，徹底堵塞VOC管道，最終造成區(qū)域內(nèi)VOC 氣體不能有效回收[4]。

1.2.2 引風(fēng)機(jī)損壞頻率高

引風(fēng)機(jī)是普通的高壓離心通風(fēng)機(jī)，VOC 含有大量粉塵，焦油、奈和大量水蒸汽等容易結(jié)晶和聚集粘貼在管壁上極易堵塞管道，粘貼在風(fēng)機(jī)的風(fēng)葉上致使風(fēng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)，振動較大，檢修頻繁，久而久之會造成風(fēng)機(jī)的損毀。

1.2.3 活性炭再生成本高

VOC 含有大量的粉塵、焦油、奈蒸汽等，容易堵塞活性炭，運(yùn)行費(fèi)用較高且有二次污染產(chǎn)生，當(dāng)廢氣中有膠粒物質(zhì)或其他雜質(zhì)時，活性炭易中毒，使用周期短，再生成本和更換處理成本高。

1.2.4 部分點(diǎn)位難回收

機(jī)械化焦油氨水澄清槽是實(shí)現(xiàn)焦油渣、焦油、氨水分離的設(shè)備，沉積于槽底的焦油渣由刮板輸送機(jī)輸送至前伸的頭部漏斗排出，懸空落入出渣口下方的渣斗，機(jī)頭部位與大氣直接連通，造成VOC 放散嚴(yán)重。油庫是暫時存放焦油、粗苯等產(chǎn)品的地方，焦油、粗苯裝車外銷，特別是焦油裝車時，由于溫度高（95℃左右），加上裝車鶴管與罐車裝車口連通處屬于開放狀態(tài)，造成裝車口焦油氣放散嚴(yán)重。

2 VOC 氣體回收工藝改進(jìn)

麟源煤業(yè)采用“VOC 氣體預(yù)處理+入爐焚燒”的工藝。各工序仍采用洗凈塔噴淋吸收法對VOC 氣體進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理后匯入主管道，進(jìn)行洗滌、雜質(zhì)補(bǔ)集、安全監(jiān)測后，進(jìn)入焦?fàn)t焚燒。工藝見圖2。

圖2 VOC 氣體回收工藝

2.1 VOC 氣體進(jìn)焦?fàn)t焚燒工藝流程

化產(chǎn)車間的VOC 先進(jìn)入洗滌塔進(jìn)行洗滌預(yù)處理，再進(jìn)入氣體雜質(zhì)捕集塔，氣體中的粉塵結(jié)晶奈、焦油水蒸汽等經(jīng)過此塔捕集，增加風(fēng)機(jī)的使用壽命和管道的暢通；處理后的VOC 通過風(fēng)機(jī)送入焦?fàn)t時在主管道上安裝在線爆炸氣體監(jiān)測聯(lián)鎖，經(jīng)過安全監(jiān)測后的VOC 送入1 號、2 號焦?fàn)t引射器，通過引射器利用VOC 的正壓引射負(fù)壓煙道的煙氣混合，VOC 和煙氣的混合氣體通過廢氣循環(huán)風(fēng)機(jī)送入焦?fàn)t配風(fēng)開閉器，通過開閉器進(jìn)入焦?fàn)t，VOC 在焦?fàn)t內(nèi)1100℃以上的溫度裂解氧化成CO2和H2O，通過煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)達(dá)標(biāo)排放。

2.2 VOC 進(jìn)焦?fàn)t焚燒工藝改進(jìn)措施

2.2.1 加裝冷凝器

冷鼓、脫硫、粗苯、油庫各區(qū)域槽罐上VOC 濃度較大，在各個槽罐上加裝冷凝器，用循環(huán)冷卻水作為冷卻介質(zhì)，利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同飽和蒸氣壓這一性質(zhì)，一部分VOC 降低到沸點(diǎn)以下，冷凝成液滴，另一部分VOC 濃度增大，體積縮小，氣體和液體共同進(jìn)入氣液分離器，冷凝有機(jī)物靠重力作用落到凝結(jié)區(qū)下部的貯罐中；冷卻后的VOC 通過引風(fēng)機(jī)吸入系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理。冷凝法作為前處理措施，有效降低后續(xù)處理的負(fù)荷，提升VOC 氣體的回收效率。工藝流程如圖3。

圖3 冷凝法工藝流程圖

2.2.2 對難回收的VOC 回收點(diǎn)位進(jìn)行改造

對機(jī)械化焦油氨水澄清槽頭部進(jìn)行改造，建造帶門的小房間將放渣口和焦油渣池密封在系統(tǒng)內(nèi)，門縫用橡膠墊密封，與大氣隔離。對粗苯、焦油裝車系統(tǒng)進(jìn)行改造，在裝車鶴管上安裝集氣裝置，避免裝車時罐車裝車口放散VOC。

2.2.3 根據(jù)風(fēng)量匹配風(fēng)機(jī)

通過對各區(qū)域的實(shí)際考察檢測和理論計算，焦化化產(chǎn)車間區(qū)域VOC 焚燒處理規(guī)模4.5 萬m3/h。新增一臺風(fēng)量45 000 m3/h、風(fēng)壓5 000 Pa 的風(fēng)機(jī)，將預(yù)處理后的VOC 送入焦?fàn)t焚燒。

2.2.4 加設(shè)總洗滌塔和氣體雜質(zhì)補(bǔ)集器

根據(jù)收集的總風(fēng)量和流速設(shè)計并增加洗滌總塔，同時具備便于反沖洗，不易堵塞的特點(diǎn)。增設(shè)氣體雜質(zhì)捕捉器進(jìn)行雜質(zhì)捕集，氣體中的大顆粒焦末，易結(jié)晶的顆粒，附著性強(qiáng)的焦油、萘，水蒸汽冷凝水捕集在塔內(nèi)，有效保護(hù)其他設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和管道的暢通。

2.2.5 增加爆炸極限在線監(jiān)測聯(lián)鎖系統(tǒng)

為保證進(jìn)焦?fàn)t焚燒的安全，增加爆炸極限在線監(jiān)測聯(lián)鎖切斷系統(tǒng)，考慮焦化VOC 的產(chǎn)生和設(shè)備串漏等特點(diǎn)，VOC 組分會有一定的超過爆炸極限的情況發(fā)生，為了確保燃燒系統(tǒng)的安全，增加一套實(shí)時在線監(jiān)測爆炸氣體極限的設(shè)備，此設(shè)備聯(lián)鎖緊急切斷和放散。

2.2.6 增設(shè)引射混合器

VOC 進(jìn)焦?fàn)t焚燒時為正壓，由于現(xiàn)有的低氮燃燒系統(tǒng)的煙氣回配是通過抽取的負(fù)壓煙道的煙氣，增設(shè)引射混合器，利用文丘里高壓引射低壓的原理，有效將總風(fēng)機(jī)送入焦?fàn)t的高壓VOC 引射煙道的負(fù)壓煙氣，保證在不增加甚至降低風(fēng)機(jī)負(fù)荷的情況下將兩種氣體完全混合，確保氣體的穩(wěn)定輸送和原來低氮燃燒系統(tǒng)不受影響。減少了投資達(dá)到了治理效果。

3 結(jié)語

麟源煤業(yè)VOC 氣體治理新工藝中煉焦?fàn)t充當(dāng)了燃燒爐，VOC 為焦?fàn)t提供燃料；同時VOC 氣體中的有機(jī)物質(zhì)燃燒生成的二氧化碳及水提供了熱量。實(shí)現(xiàn)了化產(chǎn)回收區(qū)域VOC 的全面回收及無害化、效益化處理。實(shí)施過程中極大利用了企業(yè)自身現(xiàn)有的燃燒資源和煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的優(yōu)勢，降低了運(yùn)行費(fèi)用，投資省、占地少、工藝簡單、安全可靠、無二次污染、實(shí)用性強(qiáng)，可在行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。