焦化VOCs深度治理的實踐應用

陳兵，張祖彬，劉士民，李偉明

焦化VOCs深度治理的實踐應用

陳兵1，張祖彬2，劉士民2，李偉明2

（1. 鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司， 遼寧 朝陽 122000； 2. 山東三木環保工程有限公司， 山東 濟南 250000）

為進一步改善生態環境狀況，國家生態環境管理部門陸續出臺相應針對揮發性有機物（VOCs）的標準和規范，要求各行業提升污染防治水平。介紹了鞍鋼朝陽鋼鐵有限公司焦化廠在焦化VOCs深度治理方面的實踐應用，取得了良好的VOCs治理效果，大大提升了企業的環保管理水平。

焦化VOCs；深度治理；環保；負壓；燃燒

普通意義上的VOCs通常指揮發性有機物；但是環保意義上的定義是指活潑的、揮發和參加大氣光化學反應的，也即會產生危害的那一類揮發性有機物，其對光化學污染、大氣環境質量、氣候變暖等有重要影響［1-2］。

焦化廠在煉焦生產及化產品回收過程中，會產生大量含有苯、酚及其他有機揮發性物質的氣體，其污染物排放治理是焦化企業環保工作的重中之重。焦化VOCs排放的四大特征: 排放節點多、差異大、組分復雜、異味重［3］。國家生態環境保護管理部門為進一步改善環境狀況，針對焦化VOCs治理陸續出臺了相應的規范和標準，要求企業加大環保投入，增加環保設施，控制VOCs的排放。

《2019年鋼鐵、焦化行業深度減排實施方案》要求焦化企業加快提升企業污染防治水平。2019年6月11日生態環境部與國家市場監督管理總局聯合發布《揮發性有機物無組織排放標準》（GB 37822—2019），2019年7月1日開始實施，進一步加強VOCs無組織排放的控制和管理。《煉焦化學工業污染物排放標準》GB 16171—2012也對大氣污染物特別排放限值提出了嚴格的要求。面對越來越嚴峻的VOCs治理要求與排放標準，焦化企業開展VOCs無組織排放的管控與治理勢在必行。

本文介紹了鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司焦化廠的VOCs逸散情況和VOCs深度治理的措施；該項目實施后，取得了良好的VOCs深度治理效果。

1 焦化廠生產概況

鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司焦化廠現有100萬t·a-1焦化生產裝置。主要包括：2×50 孔 6 m焦爐1套，以及配套化產回收的冷鼓、脫硫、硫銨、粗苯、油庫等工段。各工段VOCs尾氣特性分析見表1。

表1 各工段VOCs尾氣特性分析表

2 VOCs深度治理措施

2.1 各排放點VOCs治理方式

正文焦化廠VOCs的治理有很多方法，如吸收、冷凝、吸附、焚燒、生物處理和引入負壓煤氣系統等［4-6］，國內多數焦化企業采用其中一種或幾種組合的技術［7］。引入負壓煤氣系統和洗滌后進焦爐燃燒處理是目前較為理想的焦化VOCs深度治理方式，在焦化廠已有成功應用案例［8-10］。為實現焦化VOCs深度治理，鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司焦化廠采用引入負壓煤氣系統和洗滌后進焦爐燃燒處理相結合的工藝。改造后，焦化廠不再設置VOCs排放口，可以實現零排放。

根據各工段尾氣特點，對粗苯工段粗苯中間槽和洗油中間槽、油庫工段粗苯儲槽進行氮封處理，與粗苯工段其他槽罐裝置尾氣一起，引入負壓煤氣系統；對冷鼓、脫硫、硫銨、油庫的放散氣體進行收集，各區域氣體匯總收集后經過油洗塔和水洗塔洗滌吸收處理后，經輸送風機送入焦爐開閉器，代替部分空氣配風，進焦爐進行燃燒處理。

化產VOCs排放點較多，需根據不同排放點的特性和現場工況進行單獨設計，在不影響正常操作的情況下，盡可能提高廢氣收集效果，減少廢氣量。

各工段排放點情況見表2。

經核算，引入負壓煤氣系統處理的排放點共13個，計算風量1 580 m3·h-1，設計風量按2 000 m3·h-1；洗滌處理后進焦爐燃燒處理的排放點共55個，計算風量20 350 m3·h-1，考慮到稀釋配風和后期增項，設計風量按30 000 m3·h-1。

2.2 引入負壓煤氣系統工藝

粗苯工段密閉槽罐放散的VOCs引入負壓煤氣系統，同時設置氮封和壓力平衡調節系統，將尾氣引入電捕后負壓煤氣管道，再次進入煤氣凈化系統凈化回收。引入負壓煤氣系統回收VOCs的主要工藝：

1）粗苯中間槽和洗油中間槽、油庫工段粗苯儲槽采用氮封控制技術，通過壓力控制，使區域內密閉槽罐器上部空間始終保持在200～1 000 Pa之間，氮源壓力不低于2 kPa。

槽罐自動補氮泄氮閥采用自力式壓力調節閥。當槽罐內液體出料下降時，槽罐內壓力逐步降低，當降低到一定值時，通過自動補氮閥向槽罐內補充氮氣；當向槽罐內進料液位上升時，槽罐內壓力逐步增大，當增大到一定值時，通過自動泄氮閥進行泄壓操作，泄壓后的廢氣進入工段內尾氣輸送主管道，引入負壓煤氣系統進行回收。

2）采用微壓輸送控制技術，在VOCs輸送主管道上設有調節閥，將VOCs輸送壓力控制在一定范圍之內，防止因吸力過大而消耗大量氮氣。

3）入電捕后負壓煤氣管道前，VOCs輸送主管道安裝1臺原位激光型氧含量在線分析儀，并與VOCs輸送主管道的應急切斷閥進行聯鎖控制，保證安全。

表2 各工段排放點情況一覽表

2.3 洗滌處理后進焦爐燃燒工藝

對冷鼓、脫硫、硫銨、油庫的放散 VOCs 氣體進行收集，各區域氣體匯總收集后經過油洗和水洗處理，通過風機送至焦爐地下室開閉器，代替部分空氣進入焦爐燃燒室，燃燒后排入焦爐煙道，通過煙囪進入原脫硫脫硝裝置后達標排放至大氣。工藝流程圖見圖1。

1）采用分區控制工藝，即每個工段尾氣主管道分別設置調節閥，對工段內各收集點位進行吸力控制；目的是保證各區域排放點收集裝置內處于微負壓狀態時，風機處于最低負荷狀態，同時也有利于及時發現問題點，保證環保效果長期穩定。

圖1 洗滌處理后進焦爐燃燒工藝流程圖

2）油洗塔的主要作用是洗滌脫除尾氣中的焦油氣、苯、萘等成分，水洗塔的主要作用是降溫、洗氨，降低安全風險，防止管路堵塞。洗滌液定期排入機械化氨水澄清槽。

3）去除雜質后的含 VOCs 廢氣通過輸送風機送至焦爐地下室。進入地下室后，VOCs輸送管道分兩路支管道，機焦兩側各有一根配風管道，相鄰2個廢氣盤共用一個廢氣支管，每根廢氣支管上均裝有手動閥、金屬軟管。每個廢氣盤上均安裝有廢氣交換裝置并與廢氣支管相連，廢氣交換裝置與焦爐廢氣換向拉桿相連，實現與開閉器進空氣的同步連鎖。廢氣燃燒后生產微量的 SO2和 NOx，隨焦爐煙氣一并進入焦爐煙氣脫硫、脫硝裝置進行處理。

4）為保證安全，在輸送風機后尾氣總管上安裝可燃氣體檢測裝置，實時檢測尾氣中可燃氣體含量，當可燃氣體體積分數達到25% LEL時報警，50% LEL時緊急切斷，并經緊急排放口緊急排放，防止尾氣中可燃氣體超標引起燃燒爆炸事故。

5）VOCs輸送風機為變頻控制，風機前安裝自動動配風閥。配風閥主要用于稀釋VOCs濃度、穩定進焦爐VOCs總量。

3 結語

通過以上VOCs深度治理措施的實踐，焦化廠內各工段VOCs得到了有效的回收和處理，化產區域無異味，并實現零排放，沒有二次污染產生。該系統的投入運行，有效改善了焦化廠的生產作業環境狀況，各排放點的VOCs廢氣排放指標達到了大氣污染特別排放限值的要求。

本文結合鞍鋼朝陽鋼鐵有限公司焦化廠的生產現狀及 VOCs 逸散情況，對 VOCs 廢氣深度治理的實踐應用進行分析，通過采取引入負壓煤氣系統和洗滌后進焦爐燃燒處理兩種工藝相結合的方式，實現了對無組織排放的 VOCs 廢氣有效收集和深度處理。項目實施后，滿足了VOCs廢氣環保深度治理的要求，大大提升了焦化廠環保治理水平，為焦化行業VOCs治理提供了借鑒。

［1］寧一，孫潔亞，薛志鋼，等．受焦化影響的下風向城區臭氧污染特征及潛在源區分析［J/OL］．環境工程技術學報. https://kns.cnki.net/ kcms/ detail/11.5972.X.20210929. 1705.004.html.

［2］郭鵬，仝紀龍，陳冰，等. 焦化生產中VOCs排放特征分析及精準治污建議［J］. 化工環保，2021, 41 (04): 485-493.

［3］胡江亮，趙永，王建成，等. 焦化行業VOCs排放特征與控制技術研究進展［J］. 潔凈煤技術，2019, 25 (06)：24-31.

［4］陶鳳君，付強，李曉旭，等. 焦化工業廢氣治理技術綜述［J］. 燃料與化工，2018，49（3）：43-45.

［5］顧興林，華詳，馮江華，等. 焦化VOCs治理淺析［J］. 山東化工，2021，48（11）：201-204．

［6］邊浩，董少英，趙佳順. 負壓吸引零排放焦化VOCs處理工藝［J］.唐山師范學院學報，2019, 41 (03): 13-15．

［7］史向波，姚懷偉，史立旗. 應用組合工藝治理焦化VOCs［J］. 燃料與化工，2021，52（4）：55-59．

［8］聶娟. 凌鋼焦化廠VOCs治理工藝［J］. 冶金動力，2021（11）：27-29．

［9］李連鈺. 焦化廠化產區域VOCs治理技術及應用分析［J］. 煤化工，2020, 48（4）：55-58．

［10］馬建超，郭振東. 京唐西山焦化廠VOCs 的治理及分析［J］. 化工管理，2021（18）：23-24．

Practical Application of Deep Environmental Treatment Technology of VOCs in Coking Plants

1,2,2,2

（1. Ansteel Group Chaoyang Steel & Iron Co., Ltd., Chaoyang Liaoning 122000, China; 2. Shandong Sanmu Environmental Protection Co., Ltd., Jinan Shandong 250000, China）

For the improvement of ecological environment, the environmental management department has issued corresponding standards and specifications for the treatment of volatile organic compounds （VOCs）one after another, requesting all industries to improve the level of pollution prevention and control. In this paper, the practical application of deep treatment technology of VOCs in coking plant of Ansteel Group Chaoyang Iron Plant Co.,Ltd. was introduced, and good results of VOCs treatment has been achieved. The environmental management level of the plant has greatly improved.

VOCs; Deep treatment; Environmental protection; Negative pressure; Combustion

X784

A

1004-0935（2022）04-0502-04

2021-12-07

陳兵（1972-），男，工程師，遼寧省朝陽市人，1997年畢業于遼寧工程技術大學電氣自動化專業，研究方向：設備管理、新技術應用。

李偉明（1986-），男，工程師，碩士，研究方向：大氣污染治理。