聚丙烯裝置VOCs 治理效果分析

白勝文

（中國石化滄州分公司，滄州 061000）

間歇式液相本體法（俗稱小本體法）生產工藝是20 世紀70 年代我國自行研究開發的聚烯烴技術，具有工藝流程簡單、投資省、建設周期短、三廢少等特點[1-5]，缺點是能耗物耗較高。近年來，隨著環保監管愈發嚴格，國家及地方政府對煉化企業VOCs 排放治理標準與要求也越來越高，不少地方政府以及企業都出臺了最新的地方及企業環保標準，小本體聚丙烯在閃蒸釜置換、壓料、尾氣處理過程中面臨的環保壓力也越來越大，如何降低裝置能耗物耗，提升環保水平，提高經濟效益，已成為當前小本體聚丙烯企業研究的重要課題。

1 裝置簡介及存在的問題

某聚丙烯裝置2003年建成，主要以原油加工過程得到的丙烯為原料，用間歇式液相本體法工藝生產聚丙烯，年產聚丙烯6萬t。裝置共有16座12 m3聚合釜和16座14 m3閃蒸釜，低壓丙烯氣回收系統包括1座2 000 m3氣柜，1臺進氣量1 680 m3/h和2臺進氣量為750 m3/h 的往復式壓縮機，以及一套PSA裝置等。聚丙烯裝置閃蒸釜置換氮氣、壓料氮氣、PSA尾氣等氣體中VOCs含量較高，存在排放不達標的環保風險，且丙烯與氮氣單耗較高，影響裝置經濟效益。聚丙烯裝置VOCs主要排放點見圖1。

具體情況如下：

1）閃蒸釜置換氣體放空造成丙烯損失和環境污染。閃蒸釜置換過程除第1 次抽真空丙烯氣排入氣柜回收外，其余后3 次抽真空置換出來的丙烯氣排大氣，丙烯體積分數為1%～20%，由于尾氣量大濃度低，無法進入后續壓縮冷凝和PSA單元，又由于壓力低，也無法排入火炬系統，目前不得不直排大氣，按照6萬t/a聚丙烯產量計算，這部分尾氣排出的丙烯單體量在每年180～300 t。不但損失大量丙烯，而且造成環境污染。

2）PSA裝置分離后富氮氣不達標。壓縮冷凝的不凝氣經PSA裝置分離后得到的富氮氣中丙烯含量仍達300 mg/m3，無法滿足新環保排放標準要求。

3）壓料氮氣直接排放造成氮氣損失及環境污染。目前壓料氮氣將聚丙烯粉料輸送至料倉后，氮氣直接從料倉頂部放空，浪費氮氣約20 m3/t，同時氮氣中丙烯含量約為1 800 mg/m3，同樣帶來了排放不達標的問題。

4）丙烯精制系統每2 ～3 個月連續排放廢氣400～800 m3/h，其中含有硫醇、甲醇等VOCs組分，含量約為2 000 mg/m3，存在排放不達標的問題。

5）整個尾氣回收系統無法接收現有有組織排放廢氣。若將上述尾氣全部排入回收系統，回收系統壓縮機、PSA裝置等將嚴重超負荷。

上述問題幾乎困擾著所有的小本體聚丙烯裝置，這是該類裝置丙烯及氮氣單耗高于連續法聚丙烯裝置的主要原因，也是困擾其環保無法實現達標的主要原因[6]。

圖1 聚丙烯裝置VOCs主要排放點

2 裝置VOCs 治理方案及效果

2.1 VOCs 治理方案

1）把閃蒸釜反復抽真空置換工藝改為真空連續氣提工藝，降低閃蒸釜置換部分氮氣消耗量，并將置換出的丙烯氣全部排入氣柜回收處理，實現閃蒸釜置換氮氣零排放，并增加丙烯回收量。

2）在壓縮機水冷器后面增加低溫冷卻器和制冷機組，降低壓縮機和PSA裝置負荷，為將裝置所有外排有組織尾氣進氣柜創造條件，同時也解決夏天循環水溫度高時冷后溫度高的問題。

3）丙烯精制塔再生時采用氮氣循環再生的方式，節省氮氣用量，攜帶VOCs 組分的少量氮氣進低壓瓦斯系統。

4）增設氮氣回收系統，將料倉排空的壓料氮氣進行回收，可考慮利舊現有壓縮機。目前壓料氮氣的用量約為20 m3/t，氮氣中丙烯體積分數約為0.1%，可以將這部分氮氣回收循環利用，當幾次壓料循環丙烯或者氧氣體積分數達到設定值（比如0.5%）后，排入氣柜回收，這樣徹底解決壓料尾氣不達標排放的問題。

2.2 項目實施及效果

根據裝置VOCs 治理方案，結合裝置現場實際情況，實施了聚丙烯VOCs 治理項目，項目共有四個部分，一是閃蒸釜采用連續氣提工藝；二是壓料氮氣回收循環利用；三是在循環水冷卻器后增設低溫水制冷冷卻系統；四是分子篩塔采用氮氣循環的方式進行再生。項目總投資546萬元。項目投用后，在安全環保、節能降耗方面取得了良好效果。

1）項目投用后，解決了困擾小本體聚丙烯裝置外排氣VOCs 含量高的問題，原聚丙烯裝置四個有組織排放廢氣全部排入回收系統，進一步提升了裝置環保水平。

2）在提高裝置環保水平的同時，減少了閃蒸釜置換和系統壓料的氮氣消耗，廢氣全部進入回收系統，增加了丙烯回收率，降低了丙烯單耗，為裝置帶來可觀的經濟效益。2018 年1－8 月與2019 年1－8月主要生產指標對比見圖2～5，改造前后電單耗對比見表1。

圖2 改造前后氮氣單耗對比

圖3 改造前后加工損失率對比

圖4 改造前后丙烯回收率對比

圖5 改造前后累計氮氣單耗與丙烯單耗對比

2019年7月23日開始，裝置開始停工待料，聚丙烯產量比計劃低1 300 t 左右，造成電單耗增加?？鄢陨弦蛩?，實際電單耗為103.82 kW·h/t。綜上可以看出，裝置進行VOCs 治理后雖然用電量有所增加，但降低了氮氣單耗與加工損失率，提高了丙烯回收率。改造后取得的經濟效益見表2。

表1 改造前后電單耗對比

表2 改造后經濟效益

按照2019 年9 月價格、6.5 萬t/a 聚丙烯產量進行核算，年增加經濟效益約201.3萬元。

3 優化改進建議

項目投產后，滿足了VOCs 排放標準，降低了氮氣及丙烯消耗，為裝置帶來了經濟效益。經過一段時間的運行發現，裝置仍有改進優化的空間，主要有以下幾個方面：

1）PSA 富氮氣丙烯含量在100 ～300 mg/m3之間，氧體積分數0.7%左右。目前這部分氮氣（約100 m3/h）直接排放至全廠瓦斯系統，一是造成氮氣資源浪費，二是對瓦斯系統造成影響，降低瓦斯熱值，影響加熱爐熱效率。應合理利用這部分氮氣，進一步降低聚丙烯裝置氮氣消耗，減少對全廠瓦斯系統的影響。

2）目前裝置粉料輸送氮氣實現了循環利用，但壓料為間歇性操作，不壓料時氮氣壓縮機自循環（每天約8 h），增加了裝置用電量，造成浪費，可以考慮氮氣壓縮機電機增加調速系統，降低用電消耗，進一步增加裝置經濟效益。

4 結論

聚丙烯VOCs 排放治理項目實施后，實現了裝置VOCs 達標排放，滿足了最新環保要求，進一步提升了裝置環保水平。氮氣單耗較改造前降低了37.8%，丙烯單耗較改造前降低了0.001 t/t，雖然電單耗增加20%，但總體上每年增效約201.3萬元，降本增效效果良好。裝置在PSA富氮氣利用、氮氣壓縮機空轉等方面需要完善優化，裝置仍存在進一步降本增效空間。