焦化企業化產系統VOCs綜合治理

李臣華 劉紀虎 徐明偉 王惠勇 陳鵬

摘 要：煤、石油和天然氣或以煤、石油和天然氣為燃料或原料的工業與它們有關的化學工業是揮發性有機物產生的三大重要來源。焦化企業作為以煤為原料的化學工業在生產過程中產生大量VOCs，尤其是化產系統VOCs的綜合治理，利國、利民、利環境，必須予以關注和重視。

關鍵詞：化產VOCs；來源；危害；綜合治理；洗凈；焚燒

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.001

1 引言

山東盛陽集團有限公司擁有2×55孔5.5米搗固焦爐一座以及相配套的化產回收系統，整個裝置于2012年10月份建成投產。企業伴隨環保壓力的日益增加，化產系統VOCs的治理也由最初建廠時的一無所有，發展到現在，經歷了三個階段的治理設施。為達到2019年6月份即將實施的第四時段排放標準，公司提前謀劃，提早實施，與山東山鑫環保科技有限公司一道，研究、設計、開發并實施了一套最新VOCs治理工藝。經過公司近三個月的試運行，該工藝運行平穩，流程順暢，效果顯著，現場氣味明顯減少，職工操作環境得到了極大改善，VOCs綜合治理達到了預期的效果。

2 VOCs來源及危害分析

VOCs是揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds）的英文縮寫，普通意義上的VOCs就是指揮發性有機物；但是環保意義上的定義是指活潑的一類揮發性有機物，即會產生危害的那一類揮發性有機物。在我國，VOCs是指常溫下飽和蒸汽壓大于133.32 Pa、常壓下沸點在50～260℃以下的有機化合物，或在常溫常壓下任何能揮發的有機固體或液體。

焦化企業化產系統VOCs的排放主要集中在油庫裝車區、冷鼓電捕工段、洗脫苯工段、脫硫硫銨以及副鹽工段，排放的廢氣主要是含有苯、苯并[a]芘、萘、非甲烷烴、揮發酚、氨、硫化氫及少量焦油等的有機化合物。

VOCs參與大氣環境中臭氧和二次氣溶膠的形成，對區域性大氣臭氧污染、PM2.5污染具有重要的貢獻，VOCs是導致城市灰霾和光化學煙霧的重要前體物。大多數VOCs具有令人不適的特殊氣味，并具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用，特別是苯、甲苯及甲醛等對人體健康會造成很大的傷害。空氣中VOCs含量及濃度增加，可導致抽搐、頭痛、昏迷、惡心等癥狀，并損害神經系統大腦、腎臟和肝臟等。

目前由于VOCs污染防治基礎薄弱，存在排放基數不清、法規標準不健全、控制技術應用滯后、環境監管不到位等諸多問題。同時，由于VOCs排放來源復雜、排放形式多樣、物質種類繁多，建立VOCs污染防治體系難度較大。因此，結合企業的實際情況全面開展VOCs污染防治，是一項利國利民、關系國計民生的艱巨任務。

3 焦化企業VOCs治理現狀

目前焦化企業對化產系統VOCs治理由于化產系統布局分散的特點以及各個工段排放氣量的不同，大多將廢氣分工段收集后設置水洗、堿洗、油洗，再經活性炭把關過濾后進行高空排放。2017年實施的網上申報排污許可證中，也將化產系統各個工段尾氣收集處理后高空排放設置了單獨的排放口，是以對此處理方式的默認。

環保壓力的增大，有些企業為了達標排放，甚至將UV光解引入到化產系統VOCs治理當中，結果由于化產系統VOCs成分復雜，含有易燃易爆的成分，導致UV光解設施一建成后就成了擺設。

VOCs經過處理后進行高空排放，無論處理效率多高，總會有或多或少的VOCs排放到大氣當中。積少成多，經過富集、疊加，大氣中的VOCs濃度一高，依舊影響著空氣質量，依然毒害著周邊的職工。因而尋求一種徹底的VOCs綜合治理工藝、需求一種高效的處理模式，便是每一家焦化企業所面臨的一個新的課題。

4 VOCs綜合治理

山東盛陽集團有限公司與山東山鑫環保科技有限公司研究、開發的VOCs綜合治理工藝，是根據焦化企業化產系統VOCs的排放場所不同以及排放廢氣組成成分各異的特點，將化產系統排放的VOCs分成兩部分分別進行處理：

一是煤焦油、粗苯儲罐區操作不頻繁、相對穩定的裝置逸散的尾氣直接引入煤氣橫管初冷器前的煤氣負壓管道內。如圖1所示：

為確保罐區排放尾氣安全引入煤氣負壓管線，需要切實做好如下幾個要點：

（1）每個儲罐頂部必須進行全密閉，杜絕空氣進入尾氣系統。

（2）進煤氣負壓管線的尾氣總管上安裝含氧在線檢測儀和切斷閥，時時檢測尾氣含氧量；當含氧量超過一定標準限值時，切斷閥聯鎖切斷，保證系統安全。

（3）單個儲罐頂部設置氣量調節閥，經過調節，保證儲罐內處于微負壓狀態。

（4）單個儲罐頂部設置補氣閥和排氣呼吸閥，當儲罐內壓力低于設計下限時，補氣閥自動打開，補充氮氣；當儲罐內壓力高于設計下限時，呼吸閥自動打開，從而保證儲罐的使用安全。

二是化產系統其它不同工段VOCs分別進行收集預處理后，混合進入焦爐進行焚燒處理。

化產系統冷鼓電捕工段、脫硫蒸氨工段、硫銨工段以及副鹽回收工段的VOCs在進入焦爐廢氣循環系統焚燒之前，根據其成分的不同，分別采用不同的液體吸收法進行預處理，此舉的目的在于：

（1）通過不同液體吸收，降低所排尾氣中有害組分的濃度；進而提升安全可靠度，為安全焚燒奠定基礎；

（2）控制進入焦爐廢氣循環系統的尾氣溫度，使之穩定在低溫狀態下進入焦爐廢氣循環系統；

（3）回收尾氣中部分高沸點有機物，諸如萘、粗蒽等，避免這些高沸點有機物對設備設施、廢氣循環系統等造成堵塞、損壞。

其中冷鼓電捕工段液體吸收法預處理工藝如圖2：

化產系統VOCs經過預處理后隨焦爐廢氣循環系統進入焦爐進行氧化分解焚燒，進入焦爐的方式是從廢氣分配盤與空氣混合后隨廢氣循環系統一并進入焦爐，替代一部分焦爐燃燒需要的空氣，對焦爐操作非但不產生額外的影響，反而能夠改善焦爐的高向加熱，有利于煤餅上下加熱的一致性，提高了焦炭質量，縮短結焦時間，相應增加了焦炭產量并降低了焦爐加熱耗熱量；能夠使得焦爐煙氣中的NOX明顯降低，減輕了后續焦爐煙氣SCR脫硝的壓力。

為確保尾氣進入焦爐焚燒的安全性，在尾氣風機入口設置了一套多組分濃度在線監測裝置，實時在線監測尾氣中易燃易爆組分的濃度，并將信號輸送至DCS控制系統。當組分濃度達到設置上限時，DCS報警，并自動打開配風閥門；當組分濃度達到設置上上限時，設置的入焦爐自動閥切斷，入活性炭箱的尾氣閥門自動打開，尾氣通過活性炭箱吸附后應急放散，實現自動切換。

預處理后尾氣進焦爐焚燒工藝流程如圖3。

VOCs是揮發性有機化合物，焦化企業化產系統VOCs主要是含有苯、苯并[a]芘、萘、非甲烷烴、揮發酚、氨、硫化氫及少量焦油等的有機化合物。這些有機化合物經過高溫焚燒，除去少量含S、N元素的有機物焚燒會產生一些SO2、NOX等有害物質外，絕大多數生成了CO2和H2O，實現有害氣體徹底分解。VOCs焚燒產生的少量SO2、NOX等有害物質在后續焦爐煙氣脫硫、脫硝、除塵一系列環保凈化過程中給予捕集、凈化處理，實現穩定達標，不會再有二次環境污染；化產系統VOCs中含有S、N元素的有機物本來就少，加上進入焦爐進行焚燒的VOCs的數量較之焦爐廢氣循環量滄海一粟，不會增加后續煙氣的環保凈化負擔。VOCs焚燒法相對于其他處理技術，處理效率高，指標穩定，焚燒后尾氣隨焦爐煙氣一并排放，不需再另外設置排放口，減少了焦化廢氣排放口數量，無需安裝監測設施，減少了后續排放尾氣檢測、比對的費用，投資運行成本大大降低。

5 結語

我國大氣中VOCs的人為污染源可以分為固定源、流動源和無組織排放源三大類。作為固定源排放的以煤為原料的焦化生產，尤其是焦爐煤氣凈化的化產生產系統，在其生產過程中不可避免的產生大量的VOCs，伴隨環保壓力的日益增加以及人們對環保需求的日趨渴望，VOCs的綜合治理必須提上議事日程，得到各個焦化企業的足夠重視。簡單的水洗、堿洗、油洗、過濾后排放的工藝需要加強操作管理，使之起到最大限度的凈化作用。采用不用再單獨設置排放口、較為徹底的去除VOCs的焚燒工藝值得大力推廣和應用。

作者簡介：李臣華（1972-），男，山東濰坊人，本科，高級工程師，研究方向：煤焦化、煤化工。