山西焦化苯精制裝置VOCs治理方法研究

謝 偉

(山西焦化集團綜合開發有限公司，山西 臨汾 041600)

引 言

根據目前對化工行業安全、環保的高壓狀態要求，山西焦化苯精制裝置區域內13個槽罐未設計氮封裝置，放散氣通過通風口外排，屬于VOCs無組織排放，不能滿足相關要求，因此，尋找出一條快速、安全、環保，且將罐區和裝置區周圍的苯、非甲烷總烴等監測數值(苯為4 mg/m3、非甲烷總烴為80 mg/m3)均控制在指標范圍內的處理方法迫在眉睫。

1 研究的實際現狀

目前，山西焦化苯精制裝置儲罐均為內浮頂結構，其罐壁上部和罐頂設置有通氣孔。儲罐產生的揮發性有機物經通氣孔直接溢散到大氣中污染環境。外界環境中的空氣也會經通氣孔進入儲罐，在儲罐內浮頂上部與揮發的有機物形成可爆的危險環境，罐區13個槽罐放散氣氣量約300 m3/h，具體數據如表1。

表1 罐區13個槽罐放散氣氣量統計表(依據設計測算值)

1.1 罐區各槽罐放散氣收集

為了避免揮發性有機物直接進入大氣中，也防止爆炸環境的產生，各槽罐放散氣收集采取的方法為：

1)將罐壁及罐頂通氣孔全部封堵。

2)改為氮封結構+呼吸閥，通過對氮氣調節閥、放散氣調節閥以及呼吸閥的控制，將各槽罐放散氣收集至罐區放散氣總管。正常情況下使用氮封組維持槽罐內的壓力控制在0.1 kPa～0.3 kPa，當氣相空間壓力大于0.3 kPa時，氮封進氣閥關閉，停止氮氣供應；當氣相空間壓力低于0.1 kPa時，氮封進氣閥開啟，開始補充氮氣；當氣相空間壓力大于0.5 kPa時，放散氣出氣閥打開，將放散氣排入罐區放散氣收集總管道。當氣相空間壓力低于0.5 kPa時，放散氣出氣閥關閉。當氣相空間壓力大于1 kPa時，防爆單呼閥打開，當氣相空間壓力小于或等于1 kPa時，防爆單呼閥關閉。

1.2 裝置區真空尾氣、放散氣收集

裝置區真空尾氣和放散氣目前已統一收集送往地面火炬燃燒，將利用真空尾氣和放散氣的總管與VOCs收集總管相連，統一進行收集。

2 放散氣收集后的處理方法研究

2.1 思路一

罐區儲罐放散氣送炭黑鍋爐(或焦爐)焚燒、裝置區放散氣和真空尾氣送吸煤氣總管。

1)罐區放散氣：罐區放散氣送炭黑鍋爐(或焦爐)焚燒。

各槽罐的放散氣匯集到罐區放散氣總管后，設置兩路管線，一路管線通過風機，將放散氣統一送至炭黑鍋爐(或焦爐)進行焚燒。一路管線引入地面火炬，非正常工況下使用。

此方法是要控制入鍋爐放散氣的配風量，保證混合氣體的苯類物質濃度控制在苯爆炸下限的20%。

2)裝置區放散氣和真空尾氣：裝置區放散氣和真空尾氣送吸煤氣總管。

裝置區的放散氣和真空尾氣匯集到放散氣總管后，放散氣總管與化產品回收廠三回收吸煤氣管道相連。表2為苯精制送化產品回收廠三回收車間吸煤氣總管的氣體。通過吸煤氣總管的負壓吸力將放散氣送往化產品回收廠三回收吸煤氣管道(入吸煤氣管道的VOCs收集總管路裝設氧含量檢測儀，氧氣含量達到0.5%報警，大于0.6%切斷至化產回收煤氣負壓系統氣動閥，打開送現有火炬系統氣動閥，保證不影響現有煤氣負壓系統)。

表2 苯精制送化產品回收廠三回收車間吸煤氣總管的氣體

2.2 思路二

新建VOCs治理裝置處理。

1)各槽罐的放散氣匯集到放散氣總管后，放散氣總管內的VOCs引入新建VOCs處理裝置，達標后高空排放。

2)Vocs治理方法主要有吸附法、吸收法、冷凝法、膜分離法、生物法、低溫等離子法、光催法、直接氧化法、蓄熱氧化法、催化氧化法、蓄熱催化法。每種方法各有優缺點，現工程應用中多采用組合法來滿足環保和安全要求。

根據現場實際情況，全廠統一治理優先建議采用冷凝+催化氧化法，若罐區單獨治理建議優先采用冷凝+吸附法。冷凝法主要用來回收廢氣中的有機物，催化氧化法是利用催化劑分解揮發性有機物，吸附法是用活性炭等吸附劑脫除揮發性有機物。

新增VOCs處理設施，費用高，處理過程中產生廢水或固廢，處理后的廢氣不能確定達標，且定期更換吸附劑費用較高。

2.3 思路三

裝置區真空尾氣、放散氣保持原有處理工藝不變，繼續進地面火炬燃燒排放；罐區各槽罐氮封后單獨收集送管式爐燃燒。

1)裝置區：裝置區真空尾氣、放散氣保持原有處理工藝不變，繼續入地面火炬燃燒排放。

2)罐區：罐區各槽罐氮封后單獨收集送管式爐燃燒(見圖1)。

圖1 罐區各槽罐氮封后單獨收集送管式爐燃燒示意圖

各槽罐的放散氣匯集到罐區放散氣總管后，設置兩路管線，一路管線通過風機，將放散氣統一送至管式爐燃燒排放；一路管線引入地面火炬，非正常工況下使用。

此方法通過將收集后的氣體送入管式爐進行焚燒，還可以回收一部分燃燒后的熱量。

2.4 結論

通過對以上3個思路討論，第一種思路比較經濟，現場不增加排放口，且安全系數較高,但真空尾氣和放散氣內含有氮氣，對甲醇系統的運行有一定的影響；第二種思路，新增VOCs處理設施，投資費用高，處理過程中產生廢水或固廢，且處理后的廢氣不能確定達標，且定期更換吸附劑費用較高，施工周期長；第三種思路，僅對罐區氮封后的放散氣進行處理，實施難度小，投資少，還可以回收一部分熱量，既經濟又高效，建議采用第三種思路。

3 效益分析

基于一定的理論依據和現場實際情況，終于找出一條既安全、環保，又可以回收一部分燃燒熱的處理方法，該方法消除了苯精制罐區放散氣無組織排放現象，減少了大氣污染物排放，滿足國家相關法律法規要求，同時改善了現場作業環境，保障職工身體健康，既保證安全環保又挖潛了一定的經濟效益。