京唐西山焦化廠VOCs的治理及分析

馬建超，郭振東 (河北省唐山首鋼京唐西山焦化有限責(zé)任公司，河北 唐山 063210)

0 引言

揮發(fā)性有機(jī)物（簡(jiǎn)稱(chēng)VOCs），是工業(yè)污染中常見(jiàn)的一類(lèi)污染物，是近地面臭氧和二次有機(jī)氣溶膠生成的重要前體物，對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量以及光化學(xué)污染等有重要影響[1-2]。焦化廠在化工區(qū)域主要產(chǎn)生VOCs氣體，VOCs氣體主要包括焦油氣，苯氣，洗油氣，氨氣等易于揮發(fā)到空氣中的烴類(lèi)、酮類(lèi)、醛類(lèi)、脂類(lèi)、酚類(lèi)等有機(jī)物[3]。近年來(lái)隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保管控措施的進(jìn)一步加強(qiáng)，焦化廠現(xiàn)場(chǎng)異味治理被越來(lái)越多的企業(yè)重視起來(lái)，此外，這些揮發(fā)性氣體對(duì)人體也容易造成嚴(yán)重的傷害。因此，焦化廠化工區(qū)域的VOCs治理是一項(xiàng)利國(guó)利民的優(yōu)秀工程。

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)對(duì)VOCs的治理主要包含以下三種措施：吸收回收法，燃燒法，以及生物處理法。三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用場(chǎng)所也各有特點(diǎn)。

首鋼京唐西山焦化有限責(zé)任公司焦化廠擁有4座70孔7.63米頂裝焦?fàn)t，年產(chǎn)焦炭382萬(wàn)噸。生產(chǎn)品種有冶金焦、焦油、粗苯、硫銨、焦?fàn)t煤氣等。投產(chǎn)以來(lái)，化工區(qū)域設(shè)有4套VOCs氣體氮封回收裝置，分別為油庫(kù)區(qū)域、鼓冷槽區(qū)、粗苯區(qū)域、脫硫區(qū)域各一套。近年來(lái)隨著國(guó)家環(huán)保法對(duì)企業(yè)VOCs的進(jìn)一步嚴(yán)格要求以及建廠10余年來(lái)設(shè)備的老化，現(xiàn)場(chǎng)VOCs氣體氮封回收裝置已不能滿足現(xiàn)有要求。因此，京唐西山焦化廠通過(guò)設(shè)計(jì)院一起交流最新技術(shù)，對(duì)整個(gè)化工區(qū)域的VOCs現(xiàn)場(chǎng)異味治理進(jìn)行了進(jìn)一步改造完善，改造完善后現(xiàn)場(chǎng)異味治理明顯。現(xiàn)將京唐西山焦化廠VOCs的治理情況進(jìn)一步介紹說(shuō)明，為同類(lèi)企業(yè)的VOCs治理提供參考。

1 化工區(qū)域原有VOCs氣體治理措施及問(wèn)題

1.1 原有VOCs氣體的治理措施及流程

自2007年投產(chǎn)以來(lái)，焦化廠化工區(qū)域分別有4套VOCs氣體集中收集裝置。分別為：鼓冷槽區(qū)VOCs氣體通過(guò)氮封裝置集中進(jìn)入一步電捕后煤氣鼓風(fēng)機(jī)前負(fù)壓煤氣管道；油庫(kù)區(qū)域各槽罐VOCs氣體通過(guò)氮封裝置集中進(jìn)入一步電捕后煤氣鼓風(fēng)機(jī)前負(fù)壓煤氣管道；粗苯區(qū)域各槽罐VOCs氣體通過(guò)氮封裝置集中進(jìn)入二步電捕后煤氣鼓風(fēng)機(jī)前負(fù)壓煤氣管道；脫硫區(qū)域各槽罐VOCs氣體通過(guò)氮封裝置集中進(jìn)入一步初冷器前負(fù)壓煤氣管道。

1.2 原有VOCs氣體回收系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題

1.2.1 原有VOCs管道設(shè)備老化問(wèn)題

所有VOCs管道設(shè)備運(yùn)行已經(jīng)10余年之久，管道均為普通碳鋼材質(zhì)，內(nèi)部腐蝕堵塞嚴(yán)重，影響VOCs系統(tǒng)的正常使用。因此造成化工區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)異味不能明顯。

1.2.2 原有鼓冷VOCs管道設(shè)計(jì)存在缺陷問(wèn)題

原鼓冷VOCs管道長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后內(nèi)部容易積萘，因此造成部分管道腐蝕堵塞，無(wú)除萘設(shè)備和手段，因此影響VOCs系統(tǒng)正常運(yùn)行。

1.2.3 化工部分區(qū)域VOCs氣體未進(jìn)入VOCs回收系統(tǒng)

化工硫銨區(qū)域以及鼓冷部分區(qū)域如焦油中間槽，預(yù)分離器，地下放空槽等多處VOCs氣體含量低的設(shè)備設(shè)施，現(xiàn)場(chǎng)只有呼吸閥或直接對(duì)空排放。這些VOCs氣體雖然量不大，卻也是化工現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生異味的一個(gè)因素。

1.2.4 現(xiàn)場(chǎng)部分重大危險(xiǎn)源儲(chǔ)罐沒(méi)有獨(dú)立氮封裝置

隨著近年來(lái)安全管理的不斷升級(jí)，原VOCs氣體氮封設(shè)計(jì)已經(jīng)不符合最新的安全管理要求，油庫(kù)區(qū)域粗苯罐，粗苯區(qū)域的粗苯中間槽都是與所屬區(qū)域的其他槽罐共同使用一個(gè)氮封系統(tǒng)，存在一定的安全隱患風(fēng)險(xiǎn)。

2 化工區(qū)域針對(duì)原有VOCs系統(tǒng)的問(wèn)題進(jìn)行的進(jìn)一步改善

2.1 原有VOCs管道設(shè)備老化問(wèn)題的改善

針對(duì)原有VOCs管道設(shè)備老化以及各種泄漏的問(wèn)題，化工區(qū)域自2020年開(kāi)始，先后對(duì)鼓冷槽區(qū)集中放散管道，粗苯至鼓冷區(qū)域集中放散管道，油庫(kù)至鼓冷區(qū)域集中放散管道進(jìn)行了更換。管道材質(zhì)從原來(lái)的普通碳鋼管道更換為304不銹鋼管道，新管道更換后，因管道腐蝕而造成的泄露問(wèn)題得到了明顯的治理。

2.2 原有VOCs管道設(shè)計(jì)存在缺陷問(wèn)題的改善

針對(duì)原鼓冷VOCs管道長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后內(nèi)部容易積萘的問(wèn)題，通過(guò)與設(shè)計(jì)院結(jié)合，在對(duì)原VOCs管道進(jìn)行更換時(shí)，增設(shè)氮?dú)饧訜崞餮b置，此外，預(yù)留一個(gè)氨水沖洗點(diǎn)。通過(guò)投用氮?dú)饧訜崞餮b置，能較好的將槽區(qū)集中放散管道內(nèi)部積萘問(wèn)題解決。當(dāng)問(wèn)題進(jìn)一步惡化時(shí)，還能通過(guò)預(yù)留的氨水沖洗點(diǎn)接氨水對(duì)管道進(jìn)行熱沖洗。目前鼓冷槽區(qū)新集中放散系統(tǒng)運(yùn)行情況良好。

2.3 化工部分區(qū)域VOCs氣體未進(jìn)入VOCs回收系統(tǒng)的改善

隨著環(huán)保形勢(shì)的嚴(yán)峻，之前一些含VOCs氣體濃度較少，氧氣濃度及氮?dú)鉂舛容^多的氣體，也需要進(jìn)一步進(jìn)行治理。通過(guò)分析氣體成分以及與設(shè)計(jì)院的結(jié)合，化工區(qū)域?qū)α蜾@及鼓冷部分未治理的VOCs氣體產(chǎn)生源頭進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)改造。對(duì)硫銨區(qū)域滿流槽進(jìn)行封閉的同時(shí)，將硫銨滿流槽、母液儲(chǔ)槽、蒸氨放空槽、飽和器大放散以及硫銨樓內(nèi)離心機(jī)和結(jié)晶槽等設(shè)施產(chǎn)生的逸散氣統(tǒng)一連入一根集中回收管道，通過(guò)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)（1開(kāi)1備）抽氣加壓后送入脫硫區(qū)進(jìn)一步處理。將鼓冷區(qū)域地下放空槽、焦油中間槽、預(yù)分離器、超級(jí)離心機(jī)渣子槽這些設(shè)施產(chǎn)生的逸散氣統(tǒng)一連入一根集中回收管道，通過(guò)1臺(tái)風(fēng)機(jī)抽氣加壓后送入脫硫區(qū)域進(jìn)一步處理。脫硫區(qū)域增設(shè)一臺(tái)抽氣風(fēng)機(jī)將兩路VOCs氣體匯總加壓后送入燃燒爐進(jìn)行燃燒處理。分別調(diào)整硫銨及鼓冷兩區(qū)域的風(fēng)機(jī)吸力，將硫銨處風(fēng)機(jī)入口吸力控制在 -0.8～-1.5 kpa。將鼓冷處風(fēng)機(jī)入口吸力控制在 -0.2～-0.6 kpa。保證進(jìn)入燃燒爐逸散氣風(fēng)量滿足燃燒要求的同時(shí)，確保燃燒爐后酸氣含氧量小幅上升，但始終控制在5～8%之間。運(yùn)行正常后，將入燃燒爐及制酸風(fēng)機(jī)出口放散切斷閥掛“自動(dòng)”。鼓冷區(qū)域和硫銨區(qū)域逸散氣風(fēng)量達(dá)到2 400 m3/h左右，管道設(shè)置蒸汽伴熱，防止溫度過(guò)低，管道內(nèi)沉積焦油、萘和一些銨鹽物質(zhì)堵塞管道，同時(shí)鼓冷、硫銨，脫硫制酸區(qū)域均設(shè)置蒸汽吹掃點(diǎn)，必要時(shí)可以進(jìn)行蒸汽吹掃，在逸散氣入燃燒爐前設(shè)置阻火器和自動(dòng)調(diào)節(jié)閥及放散口，便于調(diào)節(jié)逸散氣和空氣的入爐配比。

通過(guò)此法，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的異味得到了明顯改善，具體流程及逸散氣中各項(xiàng)化驗(yàn)指標(biāo)如圖1、表1所示。

表1 逸散氣各項(xiàng)成分化驗(yàn)指標(biāo)

圖1 鼓冷硫銨逸散氣治理流程圖

此外根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等手段，對(duì)鼓冷區(qū)域水封產(chǎn)生的VOCs氣體進(jìn)行辨識(shí)后，統(tǒng)一進(jìn)行收集引入一步初冷器后電捕前負(fù)壓煤氣管道內(nèi)。通過(guò)與設(shè)計(jì)院合作，新增油庫(kù)裝車(chē)平臺(tái)VOCs氣體回收裝置，VOCs氣體通過(guò)管道與原油庫(kù)集中放散管道合并后統(tǒng)一進(jìn)入一步電捕后風(fēng)機(jī)前負(fù)壓煤氣管道。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)部分重大危險(xiǎn)源儲(chǔ)罐氮封裝置的改善

油庫(kù)苯罐及粗苯區(qū)域的粗苯中間罐屬于重大危險(xiǎn)源，按照最新的安全標(biāo)準(zhǔn)要求，重大危險(xiǎn)源的集中放散氮封系統(tǒng)應(yīng)該單獨(dú)設(shè)置，不能與其他集中放散系統(tǒng)共用。因此，2021年，化工區(qū)域通過(guò)與設(shè)計(jì)院結(jié)合一起對(duì)重大危險(xiǎn)源的VOCs氣體氮封裝置進(jìn)行了改造升級(jí)。改造后油庫(kù)罐區(qū)由共用一套氮封裝置改為兩個(gè)苯罐單獨(dú)增設(shè)一套氮封裝置，焦油罐、洗油罐共用一套氮封裝置。粗苯區(qū)域粗苯中間槽單獨(dú)增設(shè)一套氮封系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)幾年的不斷改造，首鋼京唐西山焦化部的VOCs氣體系統(tǒng)工程初見(jiàn)成效，現(xiàn)場(chǎng)的異味得到了明顯的改善，即改善了職工的工作環(huán)境，又滿足了環(huán)保各項(xiàng)規(guī)定的要求。此外，首鋼京唐西山焦化部對(duì)油庫(kù)區(qū)域及粗苯區(qū)域的VOCs氣體引入負(fù)壓煤氣管道的治理方式，也間接回收了高附加值的苯，實(shí)現(xiàn)了一部分的增收效益同時(shí)，降低了現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)。