石油化工企業揮發性有機物治理方案探討

張滿玉（中石化天津分公司發展規劃部，天津 300271）

石油化工企業揮發性有機物治理方案探討

張滿玉（中石化天津分公司發展規劃部，天津 300271）

本文主要介紹了揮發性有機物的危害、治理方案、各方案的優缺點，并說明了天津分公司VOCs治理方案及選擇方案的原因。

揮發性有機物；治理；方案

隨著國民經濟的快速發展，尤其是高耗能重工業的發展，對環境造成了嚴重的影響，大面積、重度霧霾現象發生頻率和時間逐步增加，直接影響了人民群眾的生活質量。為保護環境，實現國民經濟可持續發展，2014年8月，天津市發布《工業企業排放控制標準》，揮發性有機物VOCs排放達到80mg∕m3以下。2015年環保部發布《石油煉制工業污染物排放標準》中要求非甲烷總烴去除效率≥97%。以上兩個環保排放標準對天津地區工業企業的揮發性有機物的排放提出了嚴格的要求，尤其對污染源較多的石化企業提出了甚至苛刻的要求。

1 石化企業揮發性有機物的危害和排放現狀

揮發性有機物是在常溫下以蒸汽形式存在于空氣中的一類有機化合物和總稱，參與大氣光化學反應，是重要的大氣污染源之一。石化企業的裝置和設備在原設計中均屬于密閉生產，正常生產過程中不會對大氣排放揮發性有機物，但儲運罐區受技術限制，仍存在無組織排放現象，對廠界的環保指標的控制造成較大壓力，需要對儲運罐區的無組織排放進行治理。

2 治理方案

方案一：氣體收集+多級吸收法

本方案需要首先對個儲罐的罐頂氣通過氣相連通管聯通，將氣體收集至總管，然后送入后部的吸收設施。針對收集后的油氣組分及濃度，典型的吸收工藝是使用吸收+分離+吸附解析的處理工藝。

第一步：將收集至總管的罐頂氣通過增壓機加壓后，送入吸收塔進行吸收。吸收介質為與罐頂氣組分相似的油品，回收大分子的油氣組分，初步降低油氣濃度。為提高吸收效果，對吸收介質可采取冷卻措施。

第二步：低濃度油氣進入膜分離設備，大分子的烴類被截留，形成富含油氣的組分，循環回第一步的吸收塔，小分子的氧氣、氮氣等通過膜分離設備，形成富含空氣的貧氣。

第三步：貧氣進入變壓吸附設施，對氣體深度吸收，達標尾氣高空排放。吸附劑飽和后通過真空解析，解析出的高濃度油氣再經冷凝液化后返回第一級循環吸收。吸附介質通常為活性炭等。如果罐頂氣中含有硫化物，應在前部增加催化氧化除臭設施，脫除硫化物，避免硫化物對后部吸收材料性能的損害。

此技術已經在國內有多套工業業績，優點是結構緊湊，占地少，吸收效果可以滿足目前新環保標準VOCs≤80mg∕m3的要求。缺點是：（1）投資較高；（2）吸收了油氣的富吸收劑需要循環處理，以滿足新鮮吸收劑的蒸汽壓、組成等指標要求；（3）需要配套深度脫硫設施，增加了投資。

采用本技術設計的一套1000標立∕小時的油氣治理設施，預計總投資約2000萬元，其中吸收設施預計1200萬元左右，脫硫設施400萬元左右，油氣收集設施及安全附件等400萬元左右。

方案二：焚燒法

本方法需要新建一套焚燒爐，將收集后的罐頂氣送入焚燒爐燃燒。如果罐頂氣中含有硫化物，還需要在進焚燒爐之前對罐頂氣進行深度脫硫。此方法的優點是處理能力高，對原料氣的適應性好，運行穩定，能完全滿足新環保標準（焚燒法）VOCs＜20 mg∕m3的要求。缺點是：（1）由于加熱爐為明火設備，安全間距大導致占地面積大；（2）如果罐頂氣的濃度較低，在不能利用自身燃燒的熱量維持燃燒時，需要使用輔助燃料伴燒，因此運行成本較高。據了解，某化工廠一臺焚燒爐一年伴燒的天然氣費用約500萬元左右；（3）可能增加全廠的NOx污染物排放量；（4）需要有深度脫硫設施。

方案三：直接回收至低壓瓦斯管網

此方案將罐頂氣收集并加壓后直接送入全廠低壓瓦斯管網。本方案的優點是只有收集和加壓設施，流程簡單，占地少，投資低，油氣完全回收處理，達到了揮發性有機物的零排放。但缺點也較多：（1）首先需要全廠有低壓瓦斯或油氣回收管網等相應設施，并且瓦斯氣脫硫設施具有相應的余量；（2）儲罐需要增設氮封設施，以避免在儲罐大小呼吸時氧氣通過罐頂呼吸閥進入罐內部，造成罐頂氣中含有氧氣，進而對全廠管網造成隱患；（3）安全保護設施及連鎖控制等要求較高，對設備硬件和操作人員的技術水平要求較高。

對于一套1000標立∕小時的罐頂氣收集及回收設施，預計總投資約1000萬元左右。

3 各方案的適用范圍

以上三種方案均有各自的優缺點和使用范圍。其中方案一適用于成品油儲罐、裝車站臺等介質清潔、組成穩定的工況，允許氣體中含有空氣；方案二適用于各種工況，多用于處理揮發性有機物含量低、熱值低、無回收價值的廢氣處理，多用于化工廠等；第三種工況投資少，但要求現有瓦斯回收設施如氣柜、低壓瓦斯管網、瓦斯脫硫設施有余量，并且瓦斯用量大、瓦斯管網抗干擾能力強的煉油廠、石化廠等。

4 天津分公司煉油部中間罐區VOCs治理方案選擇

天津分公司煉油部有16座較大型中間原料產品儲罐，進出料頻繁，介質潔凈度差，大多含有硫化氫等有毒有害成分，罐頂氣對周圍環境影響很大，因此必須進行VOCs治理。

煉油部設有全廠低壓瓦斯管網，同時設有2萬立和5千立氣柜個一臺，以及配套的瓦斯壓縮機，瓦斯脫硫設施有一定余量，同時罐區VOCs數量占全廠瓦斯量非常低，因此我們綜合考慮各種VOCs治理方案后，確定采用方案三，即將罐頂氣直接回收至低壓瓦斯管網。原則流程圖如下：

各儲罐罐頂油氣→油氣支管道→油氣匯總管道→氣液分離罐→增壓風機→可燃性氣體排放管網現有甩頭處。

目前本項目方案已經通過了政府部門的安全審查，正在實施過程中。