煤化工企業(yè)VOCs綜合治理技術(shù)與方法

席國輝 , 朱曉麗

(河南龍宇煤化工有限公司 , 河南 永城 476600)

隨著國家對揮發(fā)性有機(jī)物(以下簡稱VOCs)管控的日益嚴(yán)格,廠區(qū)異味已成為企業(yè)環(huán)保管理的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題。龍宇煤化工是以煤為原料生產(chǎn)甲醇、二甲醚等基礎(chǔ)化工原料的企業(yè),工藝流程復(fù)雜,VOCs產(chǎn)生環(huán)節(jié)多,點(diǎn)位遍布全廠,管控難度很大。為解決以上問題,切實(shí)做好廠區(qū)VOCs污染防治工作,龍宇煤化工率先提出了煤化工行業(yè)VOCs綜合管控方法。理清并確定了源頭防控、全面監(jiān)測、整體修復(fù)、重點(diǎn)治理的總體管控思路。

1 生產(chǎn)工藝及VOCs產(chǎn)污環(huán)節(jié)

1.1 生產(chǎn)工藝

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇煤化工)年產(chǎn)50萬t甲醇項(xiàng)目采用先進(jìn)的殼牌粉煤氣化、低壓甲醇合成和三塔精餾工藝技術(shù)。主要生產(chǎn)工藝為:原料煤經(jīng)制粉干燥后,在氣化爐中與氣化劑(氧氣、水蒸氣)反應(yīng)生成粗煤氣(主要是CO和H2),經(jīng)降溫、除塵后進(jìn)行CO變換以調(diào)整原料氣中CO和H2比例至1∶2。變換后,用低溫甲醇洗滌去除原料氣中的硫化物、過多的CO2。純凈的CO和H2經(jīng)壓縮后,在壓力8.0 MPa,溫度225 ℃,銅作催化劑條件下合成甲醇。經(jīng)冷凝得到粗甲醇,粗甲醇經(jīng)精餾去除高、低沸點(diǎn)雜質(zhì)后得到產(chǎn)品精甲醇。

1.2 產(chǎn)污環(huán)節(jié)

含VOCs有組織工藝廢氣主要有煤氣化裝置氣提塔排放的酸性廢氣及酸脫工序產(chǎn)生的富含H2S酸氣、硫回收裝置尾氣、甲醇合成閃蒸氣、甲醇精餾不凝氣、甲醇合成弛放氣、甲醇酸脫廢氣和部分二氧化碳產(chǎn)品氣。無組織工藝廢氣是含VOCs無組織排放主要生產(chǎn)裝置設(shè)備與管閥件泄漏、甲醇儲罐的呼吸與泄漏、產(chǎn)品裝卸逸散、污水處理系統(tǒng)逸散及各類工藝尾氣等無組織排放源。

2 VOCs綜合治理技術(shù)和方法

2.1 創(chuàng)建VOCs源頭防控管控工作機(jī)制

2.1.1以清潔生產(chǎn)審核助推VOCs管控

龍宇煤化工分別于2010年、2014年、2017年分別開展了第一輪、第二輪、第三輪清潔生產(chǎn)審核工作。目前龍宇煤化工正在開展第四輪清潔生產(chǎn)審核工作。在生產(chǎn)過程中優(yōu)先選用低揮發(fā)性原輔材料、先進(jìn)密閉的生產(chǎn)工藝,加強(qiáng)生產(chǎn)、輸送、進(jìn)出料、干燥以及采樣等易泄漏環(huán)節(jié)的密閉性和安全性,加強(qiáng)無組織廢氣的收集和有效處理,大大減少了VOCs廢氣排放。

2.1.2打通有組織工藝廢氣的收集通道

龍宇煤化工在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,通過技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新等措施,打通有組織工藝廢氣的收集通道,實(shí)現(xiàn)了有組織廢氣能收盡收的目標(biāo)。煤氣化裝置氣提塔排放的酸性廢氣及酸脫工序產(chǎn)生的富含H2S酸氣均送硫回收裝置生產(chǎn)硫黃。硫回收裝置尾氣送鍋爐裝置脫硫塔處理后通過120 m煙囪達(dá)標(biāo)排放。甲醇合成閃蒸氣、甲醇精餾不凝氣送燃料氣管網(wǎng)回收熱量;甲醇合成弛放氣送氫回收裝置回收利用。甲醇酸脫廢氣和部分二氧化碳產(chǎn)品氣原通過80 m高排氣筒達(dá)標(biāo)排放。建成年產(chǎn)6萬t二氧化碳回收項(xiàng)目,吸附凈化揮發(fā)性有機(jī)物后生產(chǎn)工業(yè)級二氧化碳。通過采取上述措施,工藝廢氣揮發(fā)性有機(jī)物成分已全部實(shí)現(xiàn)回收利用,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí),多余氣體排入火炬系統(tǒng),火炬系統(tǒng)設(shè)置自動點(diǎn)火裝置和長明燈,并通過加大配燒力度,確保通過火炬排放的氣體充分燃燒。

2.2 建立廠區(qū)全方位VOCs監(jiān)測體系

2.2.1建設(shè)VOCs在線監(jiān)控系統(tǒng)

龍宇煤化工在新甲醇罐區(qū)南側(cè)、二期總降、新建乙二醇項(xiàng)目北側(cè)建設(shè)3個(gè)無組織排放VOCs自動監(jiān)控基站,對廠區(qū)大氣中甲醇、非甲烷總烴實(shí)施24 h連續(xù)監(jiān)測,監(jiān)測方法采用氫火焰離子化檢測法(FID),非甲烷總烴分析周期≤2 min。甲醇分析周期≤10 min?；窘ǔ珊罂筛鶕?jù)在線數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工況,減少無組織揮發(fā)性有機(jī)物排放。

2.2.2制定VOCs手工監(jiān)測方案

為加強(qiáng)廠區(qū)VOCs日常監(jiān)測,查找VOCs泄漏點(diǎn),便于精準(zhǔn)治理和管控。質(zhì)檢中心對廠區(qū)污水站除臭裝置尾氣、甲醇罐區(qū)VOCs治理設(shè)施等有組織排放口進(jìn)行定期監(jiān)測,對甲醇新老罐區(qū)、甲醇裝車棧臺、污水站、火炬等易產(chǎn)生異味的裝置下風(fēng)向開展日常手工監(jiān)測。發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常,立即通知相關(guān)單位調(diào)整工況,及時(shí)消除異味。具體監(jiān)測方案見表1。

表1 VOCs日常監(jiān)測方案

2.3 全面開展泄漏檢測與修復(fù)(LDAR)體系建設(shè)

主要包括LDAR項(xiàng)目建立、首輪現(xiàn)場泄漏檢測、泄漏維修后復(fù)測、6個(gè)月1次周期性檢測,定期編制LDAR檢測報(bào)告等5項(xiàng)內(nèi)容。

2.3.1密封點(diǎn)范圍確定

在PID圖上劃分VOCs所在的工藝管線和區(qū)域,確定LDAR的管控范圍,劃分低溫甲醇洗、甲醇合成、甲醇精餾、甲醇罐區(qū)為LDAR管控范圍,采集密封信息編制密封點(diǎn)?，F(xiàn)場裝置密封組件的類型有法蘭、閥門、開口管線、泵和儀表連接件等密封點(diǎn),共17 928個(gè),各種密封點(diǎn)所占比例見表2。

表2 密封點(diǎn)種類和所占比例

制作現(xiàn)場裝置LDAR組件密封標(biāo)識牌。以估算密封點(diǎn)數(shù)量制作1 300枚204不銹鋼標(biāo)識牌,經(jīng)過現(xiàn)場核對無誤后現(xiàn)場掛牌作業(yè),懸掛了1 270枚。

2.3.2泄漏檢測統(tǒng)計(jì)

依照檢測方案,對本現(xiàn)場裝置密封點(diǎn)進(jìn)行檢測,共檢測17 928點(diǎn),發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)23個(gè)。以懸掛紅牌表示嚴(yán)重泄漏,以懸掛黃牌表示一般泄漏。本生產(chǎn)區(qū)域中,設(shè)備及管線組件密封點(diǎn)多為常規(guī)檢測點(diǎn)。常規(guī)檢測點(diǎn)指檢測人員能用便攜式揮發(fā)性有機(jī)氣體分析儀檢測得到的密封點(diǎn)。本生產(chǎn)區(qū)域管線組件密封泄漏率為0.13%;各類密封點(diǎn)泄漏率見表3。

表3 裝置泄漏率統(tǒng)計(jì)

本生產(chǎn)區(qū)域密封年泄漏量為4.630 5 t,經(jīng)維修修復(fù)完年泄漏量為3.089 335 t,各類密封點(diǎn)泄漏量見表4。

表4 裝置泄漏量統(tǒng)計(jì)

2.3.3建立LDAR管理平臺

LDAR管理平臺可實(shí)現(xiàn)對龍宇煤化工管線及組件密封點(diǎn)VOCs無組織排放、檢測與修復(fù)過程全面監(jiān)管。系統(tǒng)基礎(chǔ)功能有密封點(diǎn)信息管理、檢測儀器和標(biāo)準(zhǔn)氣體管理、泄漏標(biāo)準(zhǔn)、泄漏修復(fù)時(shí)間設(shè)定。系統(tǒng)管理功能有檢測泄漏登記、修復(fù)與復(fù)測、泄漏與修復(fù)核銷、常規(guī)檢測。系統(tǒng)綜合功能有查詢統(tǒng)計(jì)、泄漏量減排量計(jì)算、過期未測預(yù)警、數(shù)據(jù)上傳鏈接。

2.4 VOCs重點(diǎn)區(qū)域治理

①污水系統(tǒng)除臭裝置提標(biāo)改造。企業(yè)生產(chǎn)廢水及生活污水均通過封閉管道輸送至污水處理站,盡量降低逸散VOCs的產(chǎn)生,污水處理站現(xiàn)已完成除臭裝置改造。將污水系統(tǒng)除SBR池以外的所有池體全部加蓋封閉收集廢氣,并通過風(fēng)機(jī)輸送至除臭裝置。除臭裝置采用堿液、次氯酸鈉藥劑吸收+光催化氧化二級處理后,尾氣送30 m排氣筒達(dá)標(biāo)排放,異味消除效果良好。②嚴(yán)格管控罐區(qū)儲存裝卸廢氣。甲醇項(xiàng)目3臺10 000 m3和3臺20 000m3內(nèi)浮頂甲醇成品儲罐,運(yùn)行中氮?dú)獗Ｗo(hù),符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。3臺1 500 m3和2臺1 000 m3的固定頂中間儲罐采用管線將廢氣收集后送水洗塔+活性炭過濾器處理后達(dá)標(biāo)排放。甲醇卸車棧臺廢氣通過氣相鶴管瑣斗收集后引入水洗塔吸收處理后達(dá)標(biāo)排放。

2.5 制定非正常工況VOCs控制措施

①編制環(huán)境突發(fā)環(huán)境事件和操作規(guī)程。突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)案明確了各崗位環(huán)保緊急情況下應(yīng)急調(diào)整措施,并在省環(huán)保廳備案;每次開停車均要編制開停車方案以及開停車注意事項(xiàng),開、停車及異常工況時(shí),多余生產(chǎn)氣體排入火炬系統(tǒng)燃燒排放,并通過技改向火炬系統(tǒng)配入二甲醚燃料氣,確保火炬燃燒充分。②制定火炬焚燒系統(tǒng)的管控要點(diǎn)。監(jiān)控好酸火炬、主火炬長明燈溫度點(diǎn),發(fā)現(xiàn)溫度<60 ℃時(shí),及時(shí)通知調(diào)度,并對酸火炬、主火炬進(jìn)行點(diǎn)火。另外一臺磨機(jī)需要啟磨時(shí),提前和調(diào)度聯(lián)系,做好弛放氣的供應(yīng)準(zhǔn)備,防止在啟磨的過程中,因弛放氣壓力低造成火炬熄滅現(xiàn)象的發(fā)生。磨煤副操和濕洗副操監(jiān)控好弛放氣壓力,發(fā)現(xiàn)弛放氣壓力波動較大時(shí),及時(shí)通知調(diào)度進(jìn)行調(diào)整。弛放氣壓力波動時(shí)間超過5 min,需向調(diào)度申請點(diǎn)液化氣。做好主、酸火炬導(dǎo)淋排放,在正常運(yùn)行期間每班需對主、酸火炬導(dǎo)淋排放2次,發(fā)現(xiàn)有導(dǎo)淋水量較大時(shí),及時(shí)排查原因。氣化裝置或甲醇裝置停車、工況波動大的情況下,需立即對主、酸火炬導(dǎo)淋進(jìn)行排放,并按2 h一次頻率進(jìn)行排放。中控監(jiān)控好水封罐的液位,現(xiàn)場排放導(dǎo)淋時(shí)需與中控聯(lián)系核對水封罐液位,確保液位保持在600～750 mm,不得超過750 mm。弛放氣的壓力不能低于0.15 MPa,壓力低時(shí)及時(shí)聯(lián)系調(diào)度進(jìn)行提壓。酸火炬通蒸汽疏通前必須匯報(bào)調(diào)度,聯(lián)系加大火炬長明燈弛放氣純度或配燒二甲醚,確保通蒸汽期間酸火炬火焰、溫度正常。

2.6 創(chuàng)新管理機(jī)制提升VOCs管控水平

①強(qiáng)化環(huán)保宣傳教育。積極組織“世界環(huán)境日”“節(jié)能減排月”等活動,通過集中授課、專題學(xué)習(xí)等方式宣傳VOCs管控知識,提升員工VOCs管控意識。②糾正環(huán)保違章行為。全面梳理生產(chǎn)現(xiàn)場各類環(huán)保違章行為,形成單獨(dú)章節(jié),納入公司“三違”管理手冊,并在管理過程嚴(yán)格執(zhí)行。③加大環(huán)保曝光力度。2021年,龍宇煤化工共組織38期曝光,有效消除了現(xiàn)場亂排亂放的不文明行為,促進(jìn)了各廠自主管理。④推行環(huán)保隱患收購制。2021年,龍宇煤化工共收購、治理環(huán)保隱患152項(xiàng),大幅提高了現(xiàn)場VOCs治理設(shè)施的運(yùn)行率、完好率。⑤調(diào)整達(dá)標(biāo)排放考核思路。落實(shí)全面考核要求,提高預(yù)支獎金額度,擴(kuò)大達(dá)標(biāo)考核范圍,新增日常管理考核,提高考核針對性。⑥推進(jìn)數(shù)字賦能VOCs治理。依托“智慧能化”建設(shè),將數(shù)字技術(shù)和數(shù)字化手段與VOCs管控工作深度融合,構(gòu)建智慧高效的VOCs管理信息化體系,提高VOCs治理現(xiàn)代化水平。用好泄漏檢測與修復(fù)(LDAR)體系,建立密封信息數(shù)據(jù)庫,做好漏點(diǎn)修復(fù)與復(fù)檢。

3 VOCs綜合治理技術(shù)與方法實(shí)施效果

①物料損失大幅降低。通過VOCs泄漏檢測與修復(fù)(LDAR)項(xiàng)目實(shí)施,現(xiàn)場管線、法蘭、泵密封處無明顯滲漏、滴液現(xiàn)象,對現(xiàn)場零泄漏工廠的創(chuàng)建有積極作用。每年可減少物料損失約100 t,直接經(jīng)濟(jì)效益約30萬元。②廠區(qū)異味明顯減少。甲醇罐區(qū)、醋酸罐區(qū)、甲醇裝車棧臺、醋酸裝車棧臺等區(qū)域無組織VOCs做到全部收集處理后達(dá)標(biāo)排放,一二期污水處理站逸散廢氣收集后經(jīng)除臭裝置處理后VOCs濃度<40 mg/m3,滿足河南省VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)。