石油煉制企業含油污水處理場高濃度廢氣處理技術及應用

文_付貴平 福建福海創石油化工有限公司

揮發性有機物（VOCs）是指在常溫下，沸點50～260℃的各種有機化合物，按其化學結構，可進一步分為：烷類、芳烴類、酯類、醛類和其它等。目前已鑒定出的有300多種，最常見的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷等。石油煉制企業排放的含油污水種類多，主要污染物成分是石油類，具有污染物濃度高，成分復雜，水量水質波動大的特點。近年來，隨著原油高酸、高硫、高稠劣質化的煉化趨勢，原油加工帶來更加復雜的含油污水。石油煉制企業污水處理系統已成為重要的VOCs排放源,相關污水處理設施中含油污水通過揮發集聚大量揮發性有機物。

《石化行業揮發性有機物綜合整治方案》要求企業應結合污染現狀和生產管理水平，以工藝廢氣排放、生產設備密封點泄漏、儲罐和裝卸過程揮發損失、廢水廢液廢渣系統逸散等環節及非正常工況排污為近期VOCs 控制工作重點。廢水廢液廢渣收集、儲存、處理處置過程中，應對逸散VOCs和產生異味的主要環節采取有效的密閉與收集措施，確保廢氣經收集處理后達到相關標準要求，禁止稀釋排放。因此，對石油煉制企業污水處理場產生的VOCs進行處理勢在必行。

1 概況

某石化公司污水處理場分為含油污水處理系統和含鹽污水處理系統，其中含油污水處理系統設置污水調節罐兩臺，氣浮池四臺，含鹽污水處理系統設置污水調節罐兩臺，氣浮池4臺，此外設置了污油脫水罐3臺、浮渣濃縮罐2臺、含油污水提升池和浮渣收集池各1座。這些污水處理構筑物內含有大量含油污水，在運行過程中會產生高濃度揮發性有機物（VOCs），需對其進行密閉收集并進行處理，經過處理后的廢氣排放指標達到《石油煉制工業污染物排放標準》中表3的大氣污染物排放限值。

2 廢氣收集系統

廢氣收集系統分為兩組，每組分別設置廢氣風機，其中一組為采用鋼制的完全密閉的構筑物，包含含油污水調節罐、含鹽污水調節罐、污油脫水罐、浮渣濃縮罐，參照《石油化工企業儲運罐區罐頂油氣連通安全技術要求（試行）》采用罐頂油氣連通直接連通共用切斷閥方案，多個同類儲罐氣相通過連通管連通，實現氣相平衡功能，并在罐組連通收集總管道上設置遠程開關閥，通過監測儲罐壓力 ，控制連通罐組排氣，共用一個排氣開關閥的幾個連通儲罐為直接連通。按含油污水調節罐、含鹽污水調節罐、污油脫水罐、浮渣濃縮罐分為四個罐組，每個罐組至廢氣收集總管設置一個遠程開關閥，當罐組內的罐與罐之間氣相直接連通，實現氣相平衡，當罐組罐頂壓力大于900Pa時至廢氣收集總管的開關閥自動打開，壓力小于700Pa時開關閥自動關閉。廢氣收集總管壓力大于950Pa時自動啟動風機，壓力小于200Pa時風機停止運行。同時各罐罐頂分別設置呼吸閥，呼吸閥呼出壓力為1375Pa,呼入壓力為-295Pa,各儲罐罐頂氣相支線上設置管道爆轟型阻火器。

另一組為非罐類的非完全密封構筑物，包含含油污水提升池、浮渣收集池、氣浮池，該組廢氣風機為常開，保持構筑物內微負壓，防止構筑物產生的揮發性有機物（VOCs）外溢。

3 設計規模及進出氣廢氣指標

3.1 設計規模

污水處理場主要構筑物的廢氣量詳見表1。

表1 主要構筑物廢氣量

據表1廢氣1和廢氣2分別按1000m3/h和500m3/h設計，兩組廢氣分別收集后共用一套1500m3/h廢氣處理裝置。

3.2 設計進氣濃度

污水處理各構筑物廢氣污染物濃度檢測結果如表2。

表2 各構筑物廢氣污染物濃度檢測結果

經多次檢測，污水處理各構筑物不同時段的廢氣濃度波動較大，各構筑物內廢氣濃度差異也較大，廢氣處理裝置按非甲烷總烴濃度3000mg/m3設計。

3.3 廢氣排放限值

處理后的廢氣的排放指標需達到GB31570-2015《石油煉制工業污染物排放標準》中的大氣污染物排放限值，其中非甲烷總烴的排放限值為120mg/m3，苯排放限值為4mg/m3，甲苯排放限值為mg/m3，二甲苯的排放限值為20mg/m3。

4 廢氣處理工藝

目前常用的VOCs治理技術分為兩大類，一類是回收技術，根據VOCs的物理和化學性質，選擇不同的回收方法或幾種方法的組合來回收VOCs中的有機化合物，不僅可以減輕環境污染，還會取得一定的經濟效益，如吸附法、吸收法、冷凝法、膜分離法等；另一類為消除技術，將廢氣中的有機物分解，如催化氧化、熱力燃燒、生物法等。

石油煉制企業污水處理場高濃度廢氣成分復雜且濃度不穩定，采用回收技術流程復雜，可回收的有機化合物有限，無明顯經濟效益。經過方案比選采用“堿洗脫硫-總烴濃度均化-催化氧化”工藝，催化氧化是以Pt、Pd、CuO、Ni0等作為催化劑，在較低的溫度(150～600℃)使VOCs中的有機物可燃組分氧化分解成CO2和H2O。該處理工藝具有去除效率較高，適用于濃度高、熱值高、組分復雜且沒有回收價值的有機廢氣等優點。

污水處理各構筑物內的廢氣經引風機依次通過堿洗塔、均化罐、換熱器－加熱器－催化氧化反應器處理后達標排放。堿洗塔主要功能是使用堿液吸收脫廢氣中的除硫化氫和有機硫化物，將廢氣中還原性總硫降至30mg/m3以下，防止催化劑中毒。均化罐主要作用是利用活性炭材料的吸附及解吸作用，廢氣濃度較高時活性炭進行吸附，廢氣濃度較低時進行解吸，廢氣中總烴濃度得到均化處理，防止反應器溫度劇烈波動。換熱器－加熱器－催化氧化反應器是整個裝置的核心，在催化氧化反應器內裝填催化劑，降低了有機物的活化能,在溫度 250～350℃的條件下，將揮發性有機物（VOCs）氧化分解為CO2和H2O。催化氧化的尾氣與進氣換熱降溫至180℃以下后經15m高排氣筒排放。

5 運行結果

該廢氣處理設施投用后運行穩定，排氣筒出口廢氣各有機物排放濃度均滿足GB31570-2015《石油煉制工業污染物排放標準》中大氣污染物排放限值要求。排氣筒出口廢氣各有機污染物排放濃度檢測結果如表3所示。

表3 排放濃度檢測結果

6 結語

“堿洗脫硫-總烴濃度均化-催化氧化”是國家環境保護標準HJ 1094-2020《石油煉制工業廢氣治理工程技術規范》推薦的石油化學工業揮發性有機物（VOCs）廢氣深度凈化處理技術之一。該技術應用于石油煉制企業污水處理場高低濃度廢氣運行穩定，揮發性有機物（VOCs）去除率高，尾氣非甲烷總烴、苯、甲苯、二甲苯濃度均滿足國內現行標準。