聚乙烯裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中的環(huán)境保護(hù)

魏莉

（中國(guó)石化寧波工程有限公司，浙江寧波 315103）

隨著全球經(jīng)濟(jì)回暖和“一帶一路”政策的推行，近年來(lái)國(guó)內(nèi)合成樹(shù)脂行業(yè)產(chǎn)能持續(xù)增長(zhǎng)，尤其是聚乙烯，截至2017年12月，國(guó)內(nèi)聚乙烯總產(chǎn)量1 584.41萬(wàn)t，較2016年增長(zhǎng)11.47%。由于近年來(lái)國(guó)內(nèi)禁止廢塑料進(jìn)口以及中美貿(mào)易戰(zhàn)，再加上乙烯聚合物進(jìn)口關(guān)稅增加，國(guó)內(nèi)聚乙烯市場(chǎng)供應(yīng)仍存在較大缺口。與此同時(shí)，我國(guó)的環(huán)保法律法規(guī)也在近年內(nèi)不斷推陳出新，力求在保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、控制產(chǎn)品成本的基礎(chǔ)上，減少和控制工業(yè)企業(yè)對(duì)環(huán)境的危害，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展。文章以低壓氣相法制聚乙烯工藝為例，就其設(shè)計(jì)中的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 工藝流程及產(chǎn)污環(huán)節(jié)

低壓氣相流化床聚合工藝是以乙烯為主要原料，丁烯或己烯為共聚單體，在催化劑條件下發(fā)生高溫聚合反應(yīng)，生產(chǎn)全密度聚乙烯產(chǎn)品的工藝，主要包括原輔材料精制、聚合反應(yīng)、樹(shù)脂脫氣和排放氣回收、摻混造粒、包裝和貯存等環(huán)節(jié)。低壓氣相法聚乙烯生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1，污染物排放情況見(jiàn)表1～4。

由圖1和表1～4可知，低壓氣相法聚乙烯生產(chǎn)工藝是一個(gè)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，有機(jī)化學(xué)品在催化反應(yīng)過(guò)程中會(huì)釋放烴類物質(zhì)，從而形成非甲烷總烴等大氣污染物、石油類等水污染物以及廢催化劑等固體廢物。另外，聚合單體精制、催化劑精制除雜、產(chǎn)品樹(shù)脂篩分包裝等亦是主要的產(chǎn)污環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生含有顆粒物的廢氣、含有懸浮物的廢水，以及廢干燥劑、不合格品等。

2 設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的環(huán)保問(wèn)題

由圖1和表1～4可知，低壓氣相法聚乙烯裝置的污染排放特征及設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的環(huán)保問(wèn)題如下：

1）就廢水而言，污染物以固體懸浮物（SS）、COD、石油類為主，需確定廢水去向，否則很難判斷廢水排放執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)限值。

圖1 低壓氣相流化床聚合工藝流程

表1 低壓氣相流化床聚合工藝廢水排放

表2 低壓氣相流化床聚合工藝正常工況廢氣排放

表3 低壓氣相流化床聚合工藝固廢產(chǎn)生情況

表4 低壓氣相流化床聚合工藝正常工況無(wú)組織廢氣排放

2）就廢氣而言，污染源較多，需剔除國(guó)家無(wú)標(biāo)準(zhǔn)要求或無(wú)危害性的源項(xiàng)，或?qū)⑼愇廴驹催M(jìn)行合并；工藝廢氣、火炬廢氣等廢氣組分與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)不吻合，或者缺少污染物組分?jǐn)?shù)據(jù)；工藝廢氣排放高度不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3）就罐區(qū)及無(wú)組織廢氣而言，其預(yù)防和控制措施多種多樣，需篩選最有效的防控措施并在工藝設(shè)計(jì)中實(shí)施；企業(yè)邊界大氣污染物復(fù)雜多樣，濃度限值不易確定。

4）水污染應(yīng)急防控所需專業(yè)信息較多，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 31572—2015《合成樹(shù)脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》沒(méi)有具體規(guī)定。

5）國(guó)家法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)地下水污染防治要求愈加嚴(yán)格。

6）固廢污染源較多、組分多樣、成分復(fù)雜，固體廢物類別不易確定，處理處置措施需對(duì)應(yīng)固體廢物類別。

7）污染源、污染物種類多樣，監(jiān)測(cè)頻次和監(jiān)測(cè)計(jì)劃的制定依據(jù)多，但原則不易把握。

8）隨著排污許可管理制度的實(shí)行，設(shè)計(jì)工作在其中起怎樣的作用，又如何確保聚乙烯裝置達(dá)到環(huán)保政策要求，是當(dāng)下需要重視的問(wèn)題。

由于國(guó)內(nèi)環(huán)保政策和標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，許多工藝技術(shù)的三廢排放不滿足標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

3 解決辦法

3.1 廢水

1）排放限值確定

根據(jù)表1，聚乙烯裝置廢水主要來(lái)自切粒水箱和地面沖洗，廢水去向?yàn)榻?jīng)撇沫池處理后送廠內(nèi)污水處理站。

根據(jù)《合成樹(shù)脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 31572—2015[1]（以下簡(jiǎn)稱GB 31572），水污染物的排放形式分為直接排放和間接排放。直接排放是排污單位直接向環(huán)境水體排放水污染物，間接排放是排污單位向公共污水處理系統(tǒng)排放水污染物。

聚乙烯裝置作為化工廠的下游裝置，生產(chǎn)聚乙烯產(chǎn)品，其上游通常為煤制烯烴、油制烯烴等裝置，廠內(nèi)通常會(huì)統(tǒng)一設(shè)置污水處理站。根據(jù)《關(guān)于加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)有關(guān)工作的通知》（環(huán)發(fā)[2011]14號(hào)）《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)管理防范環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的通知》（環(huán)發(fā)[2012]77號(hào)）《關(guān)于切實(shí)加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)防范嚴(yán)格環(huán)境影響評(píng)價(jià)管理的通知》（環(huán)發(fā)[2012]98號(hào)）等規(guī)定，化工廠一般建于政府統(tǒng)一規(guī)劃的產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)，園區(qū)設(shè)有污水處理廠。

聚乙烯裝置廢水一般經(jīng)裝置內(nèi)撇沫池去除部分SS、石油類污染物后送廠內(nèi)污水處理站，再經(jīng)處理后排園區(qū)污水處理廠，最終達(dá)標(biāo)排入受納水體。廠內(nèi)污水處理廠排水只需執(zhí)行GB 31572表1或表2的間接排放限值。但結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，化工廠內(nèi)污水處理站同時(shí)也會(huì)處理煉油、化工等裝置污水，所以需根據(jù)其實(shí)際處理的污水水質(zhì)選取要執(zhí)行的水污染物間接排放標(biāo)準(zhǔn)限值。若廠內(nèi)污水零排放，出水水質(zhì)則需達(dá)到用水裝置的要求。

2）地下水污染防治分區(qū)劃分

地下水污染防控的關(guān)鍵在于污染防治區(qū)的劃分，設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合《石油化工工程防滲技術(shù)規(guī)范》GB 50934—2013，并根據(jù)工藝、建筑、管道、給排水等相關(guān)專業(yè)的建議劃定污染防治分區(qū)，并按照防滲性能要求進(jìn)行防滲。

劃分要點(diǎn)具體歸納為：

①無(wú)污染的建構(gòu)筑物區(qū)域一般劃分為非污染防治區(qū)，如變電所、機(jī)柜間、分析室、氮?dú)鈮嚎s廠房。

②存在不可見(jiàn)的物料輸送管道、給水排水管道、蒸汽管道（例如在地坪下鋪設(shè)的管道）的單元，以及存在水池、溝等污水暫存設(shè)施，暫存設(shè)施與地面有交界面以下不可見(jiàn)的單元。

聚乙烯裝置的埋地部分主要為污水管、撇沫池、廢水預(yù)處理等單元。

③可見(jiàn)的、存在于地坪以上的設(shè)備、物料輸送管道、給排水管道、蒸汽管道等。

聚乙烯裝置地下水污染防治分區(qū)劃分可參考表5。

表5 聚乙烯裝置地下水污染防治分區(qū)劃分情況

3）水污染風(fēng)險(xiǎn)防控措施確定

聚乙烯裝置的原料精制、聚合反應(yīng)、排放氣回收等區(qū)域需要設(shè)置一定高度的圍堰，圍堰內(nèi)污水需經(jīng)過(guò)污水管道收集并排至事故水池，以防止初期雨水、消防廢水及泄漏事故造成的污染。事故后，對(duì)事故水池儲(chǔ)水進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如滿足間接排放標(biāo)準(zhǔn)，則通過(guò)市政污水收集管網(wǎng)排至園區(qū)污水處理場(chǎng)，但需確保不對(duì)園區(qū)污水處理廠造成水量沖擊；如果檢測(cè)超過(guò)間接排放標(biāo)準(zhǔn)，則排至廠內(nèi)污水處理站處理達(dá)標(biāo)后排市政污水管網(wǎng)。

3.2 大氣污染物排放控制

1）污染源確定

聚乙烯裝置的廢氣污染物主要有粉狀物料的粉末、非甲烷總烴（NMHC）兩種，所以工藝過(guò)程中散發(fā)以上兩種污染物的設(shè)備均要作為污染源，有排氣筒的作為有組織源項(xiàng)，無(wú)排氣筒的作為無(wú)組織源項(xiàng)。

聚乙烯裝置原料精制單元各精制床層的設(shè)備再生氣體主要成分為氮?dú)猓瑖?guó)內(nèi)各排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氮?dú)鉀](méi)有設(shè)置排放限值，所以不作污染源統(tǒng)計(jì)。

2）排放限值確定

根據(jù)GB 31572表2，聚乙烯裝置廢氣中催化劑粉末、添加劑粉末、聚乙烯粉末對(duì)應(yīng)的污染物為顆粒物，排放限值為20 mg/m3；非甲烷總烴主要來(lái)自旋風(fēng)分離器、過(guò)濾器和干燥器，排放限值為60 mg/m3；單位聚乙烯產(chǎn)品非甲烷總烴的排放量應(yīng)小于0.5 kg/t。

單位聚乙烯產(chǎn)品非甲烷總烴排放量＝排氣筒中非甲烷總烴排放速率（kg/h）/單位時(shí)間內(nèi)聚乙烯產(chǎn)品產(chǎn)量（t/h）＝排氣筒中非甲烷總烴實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度（mg/m3）×排氣筒單位時(shí)間內(nèi)排氣量（m3/h）/單位時(shí)間內(nèi)聚乙烯產(chǎn)品產(chǎn)量（t/h）×1 000。

3）有組織廢氣排放高度確定

聚乙烯裝置的氣體收集系統(tǒng)和凈化處理裝置的排氣筒高度應(yīng)≥15 m，工藝條件中的廢氣排氣筒若不滿足此要求，需要與工藝專業(yè)溝通將排氣筒加高至15 m，再重新核算污染物排放濃度。

4）火炬排放參數(shù)確定

聚乙烯裝置產(chǎn)生的烴類廢氣通常送火炬焚燒后排放。在焚燒效率大于99.9%的情況下，火炬排放氣中的非甲烷總烴、顆粒物需滿足GB 31572表4或表5的排放限值，SO2、NOx和二噁英需滿足表6的限值。實(shí)際工作中，將執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)提供給工藝專業(yè)的同時(shí)，還需要進(jìn)一步對(duì)污染物種類、排放限值進(jìn)行說(shuō)明。

5）儲(chǔ)罐的揮發(fā)性有機(jī)物排放控制

GB 31572對(duì)儲(chǔ)罐的揮發(fā)性有機(jī)物提出了典型的控制措施，在實(shí)際工作中，應(yīng)將GB 31572規(guī)定的以下污染控制要求提供給工藝專業(yè)并確認(rèn)實(shí)施：

①儲(chǔ)存真實(shí)蒸氣壓≥76.6 kPa的揮發(fā)性有機(jī)液體應(yīng)采用壓力儲(chǔ)罐。

②儲(chǔ)存真實(shí)蒸氣壓≥5.2 kPa但＜27.6 kPa的設(shè)計(jì)容積≥150 m3的揮發(fā)性有機(jī)液體儲(chǔ)罐，以及儲(chǔ)存真實(shí)蒸氣壓≥27.6 kPa但＜76.6 kPa的設(shè)計(jì)容積≥75 m3的揮發(fā)性有機(jī)液體儲(chǔ)罐應(yīng)采用固定頂罐，并安裝密閉排氣系統(tǒng)至有機(jī)廢氣回收或處理裝置，其大氣污染物排放應(yīng)符合GB 31572表4、表5的規(guī)定。

6）輸送、轉(zhuǎn)移、裝卸過(guò)程中的大氣污染控制

實(shí)際工作中，應(yīng)將GB 31572規(guī)定的以下污染控制要求提供給工藝專業(yè)并確認(rèn)實(shí)施：

聚乙烯生產(chǎn)過(guò)程中涉及的揮發(fā)性物料種類有乙烯、丁烯、己烯、異戊烷、礦物油等。揮發(fā)性物料輸送、轉(zhuǎn)移過(guò)程中應(yīng)采用無(wú)泄漏泵，并且應(yīng)為揮發(fā)性物料裝卸配置氣相平衡管，為卸料配置裝卸器，為裝運(yùn)揮發(fā)性物料的容器加蓋。

7）投加過(guò)程的大氣污染控制

催化劑等粒料投加單元設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用管道自動(dòng)計(jì)量投加，或采用投料器密閉投加。

8）廠界及周邊污染控制

聚乙烯裝置一般是石油煉制企業(yè)或石油化工企業(yè)的一部分，聚乙烯裝置所在的企業(yè)廠界大氣污染物濃度應(yīng)滿足《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 31571—2015[2]表7的要求，即選擇顆粒物、氯化氫、苯并芘、苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴等污染物作為判斷企業(yè)邊界大氣污染物排放濃度達(dá)標(biāo)與否的依據(jù)。

3.3 固體廢物的鑒別

聚乙烯裝置固體廢物主要有廢催化劑、次品、廢催化劑載體（如廢瓷球）、廢礦物油、廢潤(rùn)滑油等，需要根據(jù)《危險(xiǎn)廢物名錄》[3]《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》[4]判定其特性，再確定處理、處置方式，或者判定已有的處理、處置方式的合理性。文章對(duì)聚乙烯裝置常見(jiàn)的固體廢物性質(zhì)做出了判定，詳見(jiàn)表3。

聚乙烯裝置的固廢性質(zhì)判斷關(guān)鍵在于其產(chǎn)生環(huán)節(jié)、產(chǎn)生機(jī)制。例如，同是廢過(guò)濾器，脫氣倉(cāng)過(guò)濾器、脫氣倉(cāng)下段過(guò)濾器、脫氣倉(cāng)排放氣入口保護(hù)過(guò)濾器、固體添加劑卸料料斗過(guò)濾器、混煉機(jī)料斗過(guò)濾器、樹(shù)脂緩沖料斗過(guò)濾器是聚乙烯樹(shù)脂生產(chǎn)過(guò)程中分離、精制等工序產(chǎn)生的廢過(guò)濾介質(zhì)，沾染了有機(jī)樹(shù)脂類廢物，所以對(duì)應(yīng)HW13 265-103-13類別的危險(xiǎn)廢物，而滑石粉緩沖倉(cāng)過(guò)濾器沾染的為滑石粉，而非有機(jī)樹(shù)脂，所以不在HW13之列，也不是危險(xiǎn)廢物。

3.4 監(jiān)測(cè)方案確定

在設(shè)計(jì)工作中，需對(duì)聚乙烯裝置各工藝廢氣、無(wú)組織廢氣、火炬氣、地下水、界區(qū)廢水排放口等制定定期監(jiān)測(cè)計(jì)劃，列出監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、監(jiān)測(cè)頻次和監(jiān)測(cè)因子。

廢氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為各排氣筒、裝置界區(qū)周邊，廢水監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為聚乙烯裝置廢水排出口，地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為聚乙烯裝置區(qū)及相應(yīng)地下水流域下游。

監(jiān)測(cè)因子應(yīng)以聚乙烯生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的主要污染物為主，如廢氣排放量、非甲烷總烴、顆粒物、廢水排放量、pH、COD、懸浮物、氨氮等。

監(jiān)測(cè)頻次根據(jù)《排污許可證申請(qǐng)與核發(fā)技術(shù)規(guī)范 石化工業(yè)》[5]HJ 853—2017（以下簡(jiǎn)稱HJ 853）及《中國(guó)石油化工總公司環(huán)境監(jiān)測(cè)工作實(shí)施細(xì)則》確定。

3.5 聚乙烯裝置的設(shè)計(jì)工作與排污許可制度的銜接

HJ 853規(guī)定了石化工業(yè)排污許可證申請(qǐng)與核發(fā)的基本情況填報(bào)要求、許可排放限值確定、實(shí)際排放量核算、合規(guī)判定方法以及自行監(jiān)測(cè)、環(huán)境管理臺(tái)賬與排污許可證執(zhí)行報(bào)告等環(huán)境管理要求。聚乙烯裝置建設(shè)單位應(yīng)在滿足排放標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)評(píng)和總量控制等要求的前提下確定排污許可排放量，選擇最嚴(yán)要求進(jìn)行排污許可證申報(bào)。需要強(qiáng)調(diào)的是，排污許可證載明的許可排放量是企業(yè)污染物排放的天花板，是企業(yè)污染物排放的最終總量指標(biāo)。環(huán)評(píng)管準(zhǔn)入，許可管排污，設(shè)計(jì)工作是連接環(huán)評(píng)與排污許可證的中間紐帶，是承前啟后的重要環(huán)節(jié)。所以，聚乙烯裝置的設(shè)計(jì)工作，應(yīng)與建設(shè)單位、環(huán)評(píng)單位積極配合，以確保污染源項(xiàng)核算及污染控制措施的準(zhǔn)確性和長(zhǎng)效性。

4 結(jié)論

文章對(duì)聚乙烯設(shè)計(jì)中環(huán)保方面的常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了歸納總結(jié)，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及工作經(jīng)驗(yàn)逐一給出了解決方法，供讀者參考。不難看出，無(wú)論是對(duì)聚乙烯裝置污染源、排放限值的確定，還是對(duì)其設(shè)計(jì)、運(yùn)行和監(jiān)測(cè)的要求，在嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí)，還應(yīng)緊密結(jié)合聚乙烯工藝特點(diǎn)，熟知聚乙烯產(chǎn)污特性、產(chǎn)污環(huán)節(jié)，更好的提供環(huán)保技術(shù)支持，達(dá)到防治污染，滿足國(guó)家環(huán)保政策，促進(jìn)聚乙烯行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目的。