負(fù)壓吸引零排放焦化VOCs處理工藝

邊 浩，董少英，趙佳順

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負(fù)壓吸引零排放焦化VOCs處理工藝

邊 浩1，董少英2，趙佳順3

（1. 唐鋼美錦（唐山）煤化工有限責(zé)任公司 綜合部，河北 唐山 063700；2. 唐鋼美錦（唐山）煤化工有限公司 技術(shù)科，河北 唐山 063700；3. 唐鋼美錦（唐山）煤化工有限公司 回收車間，河北 唐山 063700）

針對焦化VOCs不易治理的特點，設(shè)計了初冷器負(fù)壓吸引、洗滌的VOCs處理新工藝，實現(xiàn)了尾氣零排放。

VOCS；焦化；零排放；負(fù)壓

1 前言

焦化企業(yè)槽體所溢出的尾氣含有氨氣、苯、萘等多種有毒有害氣體，如果排放會造成大氣環(huán)境污染。目前，常用的焦化尾氣治理方法是洗滌后排放、或?qū)⑽矚鈪R集至風(fēng)機機前管道。實際操作中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有工藝處理的排放尾氣仍然有污染大氣的可能性，達(dá)不到預(yù)期的處理目標(biāo)。同時，企業(yè)在治理尾氣污染環(huán)境時，常遇到因治理尾氣污染而停、限產(chǎn)的棘手難題[1-2]。

2 排氣洗凈工藝運行分析

原工藝采用排氣洗凈工藝對鼓冷VOCS尾氣進(jìn)行收集、洗滌、吸附處理。各儲槽、水封放散VOCs尾氣匯合至尾氣主管，經(jīng)尾氣引風(fēng)機吸引作用引至油洗塔，以洗油為洗滌介質(zhì)，洗滌除去VOCs中的焦油、萘、苯、甲苯等芳香烴、有機物。再經(jīng)酸洗塔以稀硫酸為洗滌介質(zhì)，除去VOCs中的氨氣。再經(jīng)堿洗塔以稀氫氧化鈉溶液為洗滌介質(zhì)，通過化學(xué)吸收除去VOCs尾氣中的硫化氫，再經(jīng)氣液分離器分離、活性炭過濾、碳纖維吸附排至大氣（吸附床異常時經(jīng)光氧催化處理），其工藝流程圖如圖1所示。

圖1 排氣洗凈工藝流程圖

初期投入時運行效果良好，尾氣處理前后對照如表1所示，表中物質(zhì)量的單位未指明的為mg?Nm-3。

由表1結(jié)果可知，初期運行時排氣洗凈工藝運行效果良好，VOCs各組分脫除效率達(dá)99.2%以上，排放量均低于極限標(biāo)準(zhǔn)。但后期運行中，該工藝逐漸暴露出弊端。

表1 VOCS尾氣處理前后參數(shù)對照表

一是，工藝運行不暢。油洗塔、酸洗塔、堿洗塔為填料塔，油洗塔吸附尾氣中的萘經(jīng)蒸汽吹掃帶入后續(xù)設(shè)備，造成設(shè)備堵塞，吸附床解析操作繁瑣，蒸汽壓力造成尾氣經(jīng)吸附床頂部密封溢出，造成污染加劇。

二是，VOCs源頭排放量增大。該工藝使用尾氣引風(fēng)機收集尾氣，降低了各尾氣揮發(fā)處壓力，導(dǎo)致?lián)]發(fā)分沸點降低，加速揮發(fā)分外溢，VOCs排放量增大。易揮發(fā)有機物廢氣排放量計算如式(1)所示。

(1)

式中，—有害物質(zhì)的散發(fā)量，g?h-1；—氣體流速，m?S-1；—有害物質(zhì)的敞露面積，m2；—有害物質(zhì)的分子量。

由式(1)可知，經(jīng)風(fēng)機吸引提高揮發(fā)氣體流動速度后，造成增大。

三是，潛在安全隱患。隨著長周期運行，吸附床吸附有機物增多、備用狀態(tài)無蒸汽潤濕作用存在自燃風(fēng)險。隨著設(shè)備堵塞越來越嚴(yán)重，VOCs尾氣脫除效率下降，吸附床停用狀態(tài)下再使用光氧催化，極易發(fā)生爆炸[3]。

綜上所述，排氣洗凈工藝已不能滿足現(xiàn)有工藝要求。

3 設(shè)計原理

針對排氣洗凈VOCs尾氣處理技術(shù)存在的多種不足，設(shè)計了利用初冷器器前煤氣總管的負(fù)壓吸引實現(xiàn)焦化VOCs零排放處理技術(shù)，可使焦化槽體的尾氣經(jīng)初冷器前負(fù)壓系統(tǒng)吸收、洗滌，杜絕尾氣排放、達(dá)到實現(xiàn)零排放的目的。

圖2 利用初冷器負(fù)壓吸引VOCs處理技術(shù)工藝圖

如圖2所示，將鼓冷各區(qū)域放散氣匯合至VOCs尾氣支管道，各VOCs尾氣支管道再匯合至VOCs尾氣主管，尾氣主管經(jīng)氣液分離器冷凝分離。最后，尾氣進(jìn)入初冷器器前負(fù)壓煤氣管道經(jīng)初冷器洗滌，實現(xiàn)尾氣零排放。其中機械化刮渣槽放散、焦油渣放散匯合至一個VOCs尾氣支管。焦油氨水分離槽、剩余氨水槽、剩余氨水中間槽、地下放空槽放散匯合至一個VOCs尾氣支管。風(fēng)機地下放空槽、初冷器器前、器后水封放散、上、下段冷凝液槽放散匯合至一個VOCs尾氣支管。上述各支管末端分別補充氮氣。

其中，尾氣支管道上分別安裝遠(yuǎn)傳壓力表、快啟安全閥、氣動調(diào)節(jié)閥、旁通閥、尾氣支管道快切閥。尾氣主管道上安裝有流量表、調(diào)節(jié)閥、快切閥、含氧分析儀，含氧分析儀位于初冷器器前煤氣進(jìn)口管道上。氮氣主管道上安裝氮氣流量表、氮氣壓力表，在氮氣支管道上分別安裝氮氣支管道調(diào)節(jié)閥。

4 實施方式

4.1 尾氣主管道壓力控制

氮氣進(jìn)口管道通過氮氣加熱器與氮氣主管道相連接，再與多條氮氣支管道相連接，每條氮氣支管道的排氣口與一條尾氣支管道相連接。氮氣經(jīng)氮氣支管道輸入到尾氣支管道中以保持尾氣支管道的壓力穩(wěn)定。各條尾氣支管道上分別安裝遠(yuǎn)傳壓力表、快啟安全閥、氣動調(diào)節(jié)閥、旁通閥、快切閥。各個尾氣支管道上分別裝有3塊尾氣支管道遠(yuǎn)傳壓力表，用于監(jiān)控尾氣支管道中的壓力。壓力計算方法為去掉同一尾氣支管道上的最高壓力值、最低壓力值，選取中間壓力值，不同尾氣支管道的中間壓力值求和取平均值即為尾氣系統(tǒng)壓力值[4]。

尾氣主管道設(shè)計壓力為20-300 Pa，當(dāng)尾氣主管道的壓力低于目標(biāo)設(shè)定值時，通過調(diào)節(jié)尾氣支管道氣動調(diào)節(jié)閥補充氮氣，保持壓力。若補充氮氣后壓力仍達(dá)不到目標(biāo)值，尾氣支管道快切閥將關(guān)閉，從而阻斷尾氣進(jìn)入初冷器器前煤氣負(fù)壓管道。當(dāng)尾氣支管道壓力高于壓力目標(biāo)值上限時，尾氣支管道快切閥將啟動，同時尾氣支管道快啟安全閥打開泄壓。尾氣主管道上安裝有道流量表、調(diào)節(jié)閥、氣液分離器、快切閥、含氧分析儀。尾氣主管道流量表、調(diào)節(jié)閥安裝在尾氣支管道與氣液分離器之間的尾氣主管道上，尾氣主管道快切閥、含氧分析儀位于初冷器器前煤氣進(jìn)口負(fù)壓管道上。

4.2 尾氣中氧氣含量的控制

當(dāng)含氧分析儀檢測含氧超標(biāo)超過2%時，尾氣主管道快切閥將關(guān)閉，阻斷尾氣進(jìn)入初冷器器前煤氣進(jìn)口負(fù)壓管道。排除故障后，系統(tǒng)壓力恢復(fù)到20-300 Pa范圍內(nèi)，尾氣支管道快切閥、尾氣主管道快切閥將打開，使尾氣重新進(jìn)入初冷器器前煤氣進(jìn)口負(fù)壓管道。

5 小結(jié)

本文設(shè)計通過尾氣支管道、尾氣主管道將各個槽體尾氣匯合至初冷器器前煤氣負(fù)壓管道，尾氣冷凝液經(jīng)氣液分離器放至地下放空槽，同時以氮氣對尾氣管道進(jìn)行補壓，保證尾氣管道壓力穩(wěn)定。運行中對尾氣管道內(nèi)壓力進(jìn)行監(jiān)控，壓力超過規(guī)定壓力范圍時，采取尾氣快切閥—尾氣快啟安全閥聯(lián)動，確保尾氣管道的安全性。利用初冷器負(fù)壓吸引、乳化液洗滌作用，可洗滌尾氣萘、苯類有機物，防止管道堵塞，可實現(xiàn)尾氣零排放，為解決焦化行業(yè)槽體尾氣處理難題提供了一種思路，具有顯著的環(huán)保效益和社會經(jīng)濟(jì)效益，具有極高的推廣價值。

[1] 莫梓偉,邵敏,陸思華.中國揮發(fā)性有機物(VOCs)排放源成分譜研究進(jìn)展[J].中國環(huán)境科學(xué),2014,(9):2179- 2189.

[2] 江梅,鄒蘭,李曉倩,等.我國揮發(fā)性有機物定義和控制指標(biāo)的探討[J].環(huán)境科學(xué),2015,(9):3522-3532.

[3] 林曉.化工儀表自動化及在生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].化工管理, 2017,(11):75-76.

[4] 楊海麗.化工儀表與控制系統(tǒng)在化工企業(yè)的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工,2011,(18):35-36.

A Process of Negative Pressure Suction Coking VOCs with Zero Emission

BIAN Hao1, DONG Shao-ying2, ZHAO Jia-shun3

(1. The Combined Services Department, Tangsteel Meijin (Tangshan) Coal Chemical Co. Ltd., Tangshan 063700, China; 2. Technical section, Tangsteel Meijin (Tangshan) Coal Chemical Co. Ltd., Tangshan 063700, China; 3. Recovery Plant, Tangsteel Meijin (Tangshan) Coal Chemical Co. Ltd., Tangshan 063700, China)

The coking VOCs was to be treated by using negative pressure suction and washing of primary cooler. In the treatment there was zero emission, which can solve the problem of tail gas treatment in coking industry.

VOCs; coking; zero emission; negative pressure

TQ52

A

1009-9115(2019)03-0013-03

10.3969/j.issn.1009-9115.2019.03.004

2018-11-12

2019-03-25

邊浩（1980-），男，河北唐山人，高級工程師，研究方向為化工、焦化。

（責(zé)任編輯、校對：琚行松）