化產區域VOCs 深度治理

鄭 猛

（天津天鐵冶金集團有限公司焦化廠，河北056404）

0 引言

焦化廠回收車間負責焦爐煤氣的輸送與凈化，主要產品有焦油、粗苯、硫銨等，由鼓冷、脫硫、硫銨、粗苯4 個工段組成。車間范圍內所涉及的槽罐和生產排放的尾氣VOCs 含量高，不符合當前環保要求。此前化產各工序只有鼓冷一個簡單的收集裝置，各廢氣源只是簡單的連接，無呼吸閥、阻火器及壓力平衡設施，收集效果差，不符合環保要求。根據《邯鄲市鋼鐵、焦化企業深度治理專項實施方案》之要求，主要對焦化企業化產區域等VOCs 無組織排放源開展治理，為使尾氣全部得到凈化，需重建一套VOCs 處理裝置來滿足環保最新要求。

VOCs 深度治理是將密閉槽罐的廢氣、露天的排放源進行集中回收處理。粗苯、冷鼓區域密閉槽罐采用氮氣密封廢氣回負壓工藝，冷鼓區域剩余排放點經過洗萘塔后，至廢氣洗滌區。粗苯區域、脫硫區域、硫銨區域、蒸銨區域、焦油和粗苯成品槽、焦油和粗苯裝車平臺等方面的廢氣，利用洗滌區尾氣風機的負壓吸收至洗滌區。經過洗滌塔洗滌活性炭吸附的合格廢氣經過煙囪排放。

1 污染源現狀

化產區域污染源包括鼓冷工序、硫銨工序、粗苯工序、脫硫工序等所有污染源。

1.1 鼓冷工序

鼓冷工序所涉及的槽罐和生產排放的尾氣富含焦油、萘、苯酚、苯并芘、苯、氨氣、硫化氫、氰化氫等物質，排放的尾氣VOCs 含量高，無機類氨氣、硫化氫、氰化氫較多，使得尾氣呈現為異味重。

1.2 硫銨工序

該工段揮發的尾氣含酸霧，腐蝕性較強。尾氣組分以硫酸酸霧、氨氣、硫化氫為主，并含有苯、萘等有機物，滿流槽處VOCs 濃度較高。

1.3 粗苯工序

粗苯工段利用洗油脫除煤氣中苯、萘等有機物，尾氣排放設備均為槽罐尾氣排放，部分槽罐管口或人孔腐蝕較嚴重，粗苯中間槽槽頂VOCs 濃度較高。尾氣組分以苯系物、萘為主。

1.4 脫硫工序

由鼓冷來的剩余氨水在蒸氨塔中經再沸器汽提，蒸出的氨氣入氨分縮器用循環水冷卻，為濃氨水，送脫硫作為堿源使用。區域內部分槽罐密封不嚴，廢氣外溢。

2 深度治理方案

2.1 排放標準要求

（1）《煉焦化學工業污染物排放標準》GB16171-2012 大氣污染物特別排放限值[1]。

（2）《工業企業揮發性有機物排放控制標準》DB 13/2322-2016[2]。

（3）《邯鄲市鋼鐵、焦化企業深度治理專項實施方案》[2018]137 號文件的要求。

煉焦化學工業污染物排放標準GB16171-2012。大氣污染物特別排放限值見表1。

河北省工業企業揮發性有機物排放控制標準（DB13/2322-2016）。企業邊界大氣污染物濃度限值見表2。

表1 大氣污染物特別排放限值/mg·m-3

表2 企業邊界大氣污染物濃度限值

河北省工業企業揮發性有機物排放控制標準（DB13/2322-2016）。生產車間或生產設備邊界大氣污染物濃度值見表3。

2.2 工藝方案

根據《煉焦化學工業污染物排放標準》GB16171-2012 大氣污染物特別排放限值、《工業企業揮發性有機物排放控制標準》DB13/2322-2016 和邯氣領辦[2018]137 號文件的要求，本次方案為：回收區域內所有的污染源點全部包含在此，區域內密閉的槽罐優先采用煤氣負壓回收處理，但可切換到洗滌吸附；開放式排氣采用洗滌吸收+活性炭吸附+熱氮氣脫附處理；設置分工序預處理系統，增上VOC 處理精脫區，進精脫前先采用預處理系統鼓冷工序熱氨水除油、萘，粗苯工序洗油吸附等，可利用原有洗滌裝置。

2.2.1 施工程序

預制塔罐槽→敷設管道→污染源點密閉封堵→基礎施工→工藝設備安裝→管道接口→電氣設備安裝→調試。

表3 生產車間或生產設備邊界大氣污染物濃度值

敷設管道先安裝主管道，再連接各工段分支管道。

（1）區域內主管道連接

每個工段分支管道留有接口法蘭，并且每對接口法蘭中間裝有3 mm 厚盲板，使用螺栓緊固。防止主管道內進入各工段產生的廢氣。主管道先焊接主路東側管道支架并按照管道，東側支架上安裝三路管道；主路西側主要分為粗苯區和鼓冷區。都包括廢氣管道、負壓管道、氮封管道。

①廢氣管道安裝：北側自脫硫開始，主管道為DN400 螺旋管。南側自硫銨主管道DN150 焊管，到蒸銨預留口處DN250 螺旋管。南北兩側管道至硫銨匯總為DN500 螺旋管，向西延鼓冷風機與粗苯之間安裝廢氣管道。

鼓冷區域廢氣管道利用原有廢氣洗滌塔，主管道DN400 螺旋管安裝至廢氣回收裝置。粗苯區域主管道DN200 螺旋管。

②負壓管道安裝：回負壓的槽罐主要有3 個焦油槽、2 個苯槽及和2 個洗油槽。北側3 個焦油槽回收匯總主管為DN150 焊管，南側粗苯罐回收匯總DN100 焊管。兩根管道至脫硫處匯總為DN200 螺旋管，延DN500 廢氣管向西安裝，安裝至預冷塔前負壓煤氣管道DN250 閘閥附近，匯總其他負壓管道為DN250 負壓管道最后連接。

鼓冷區進負壓點主要有：焦油氨水分離槽、焦油中間罐、循環氨水罐、初冷器循環液槽等密閉槽罐，主管道DN200 螺旋管留有各槽罐分支法蘭后，安裝至預冷塔前負壓煤氣管道DN250 閘閥附近，匯總其他負壓管道為DN250 負壓管道最后連接。

粗苯進負壓管道有：洗油槽、貧油槽、分離器、放空槽、富油槽、苯冷卻器等密閉槽罐，主管道為DN150 焊管，安裝至預冷塔前負壓煤氣管道DN250閘閥附近，匯總其他負壓管道為DN250 負壓管道最后連接。

③氮封管道：根據焦油灌區及粗苯罐區氮氣位置安裝氮封管道。

（2）區域內支管道連接

各槽罐廢氣及負壓管連接時，利用原各罐槽的放空管，安裝三通，上部安裝呼吸閥，用于防止廢氣風機負壓較大損壞罐槽。側面安裝廢氣閥或氮封閥。有易燃易爆危險氣體的罐槽與各區域支管連接采用外部預制，區域內法蘭連接。

2.2.2 預處理系統

（1）鼓冷工序廢氣含焦油、萘較多，易導致后續管道及VOC 處理設備堵塞，所以增加預處理脫除裝置。主要是改造原吸收塔，采用熱氨水噴灑除油、除萘。

（2）粗苯工序廢氣含苯、萘，氣傳輸存在安全隱患較大，所以增加預處理脫除裝置（冷凝除霧裝置），經預處理后再去VOC 處理系統。粗苯裝車采用文丘里收集噴灑洗油除苯后送粗苯預處理，做到安全吸附輸送。文丘里負壓吸收洗滌圖見圖1。

圖1 文丘里負壓吸收洗滌圖

（3）精脫區域：氣液分離裝置→油洗塔→酸洗塔→堿洗塔→水洗塔→除霧分離器→活性炭吸附裝置→風機→煙囪及三級冷凝活性炭脫附裝置。

（4）所有罐進一步密封，增加呼吸閥；主要槽罐增設壓力變送、廢氣自動調壓閥，增上各單罐自動調壓PLC 控制系統。

（5）對已腐蝕嚴重、密封不嚴的設備如洗萘塔、機械化澄清槽、飽和器、氨水分離器以及橫管循環槽等進行更換。

預處理流程圖見圖2。

2.2.3 VOC 精脫區

圖2 預處理流程圖

（1）廢氣進精脫前設置氣液分離裝置，對廢氣中的冷凝液再次除濕分離，從而減少后面洗油吸收的使用效能，降低洗油乳化可能。

（2）油洗：經過除濕分離的廢氣進入洗油洗滌工序，利用洗油通過噴淋塔噴淋，洗去廢氣中的焦油、萘及部分揮發性有機物，洗油洗滌塔中采用的吸收劑為貧洗油，洗油為有機溶劑，根據相似相溶的原理，廢氣中大部分有機廢氣被洗油吸收。

（3）酸洗：油洗后的氣體進入酸洗塔，在填料塔中采用3%稀硫酸溶液進行均勻有效的噴淋，將氣體中的氨通過反應去除。經過一段時間后，溶液中硫銨濃度提高后，打入硫銨母液槽。

（4）堿洗：經過酸洗后的廢氣進入后面的堿洗工序，進一步去除廢氣中的雜質，同時，硫化氫與堿反應生成硫化鈉溶解于吸收液中。堿洗塔采用填料噴淋塔，堿液采用5%的氫氧化鈉溶液，堿洗塔內吸收液定期排入蒸氨塔做進一步處理。

（5）水洗：水洗進一步去除廢氣中的雜質、氨氣等，同時也對廢氣進行降溫處理，塔上部捕霧層對水汽進行初步脫除。

（6）除濕：廢氣通過旋風捕集器，進一步去除廢氣中攜帶的液滴、水霧，做到氣液分離，從而提高后續吸附脫附單元的效率。

（7）活性炭吸附：有機廢氣經過除霧后，進入活性炭吸附裝置，有機廢氣被活性炭捕集、吸附并濃縮，經凈化后的廢氣經排氣筒排入大氣。為滿足連續生產的需要，每套系統采用自動切換的方式通過二臺吸附裝置連續輪流并聯吸附，實現系統的連續運行，一個床吸附一個脫附。

（8）脫附：活性炭吸附了一定的有機溶劑后，在裝置出口處裝有有機濃度檢測裝置，時刻監控排放濃度，達到飽和后，控制系統會發出警報。為保證系統脫附的安全性、防止活性炭吸水飽和，采用熱氮氣對其進行脫附再生，利用蒸汽換熱加熱氮氣。熱氮氣對活性炭床進行吹脫，將有機廢氣自活性炭中解析脫附，從而使活性炭恢復其活性，即再生。熱氮氣經三級冷凝降溫，回到精脫油洗塔前繼續處理。脫附廢液去液下罐，最終打回機械化澄清槽。

精脫區流程圖見圖3。

圖3 精脫區流程圖

2.2.4 槽罐進負壓煤氣系統

鼓冷工序密閉槽罐、粗苯工序密閉槽罐進鼓風機前煤氣負壓系統，同時上氮封及壓力平衡調節，來減少VOC 精脫處理區負荷。

實施范圍：

進一步密封鼓冷、粗苯工序進負壓煤氣系統的密閉罐。

鋪設廢氣管道、氮氣管道，廢氣管道伴熱管，采用密封性好的液位計。

（3）增加罐上氮氣自動壓力控制閥，廢氣吸口調節閥。

（4）增加單罐自動調壓補氮PLC 控制系統，結合廢氣調壓閥，對各罐進行綜合控制，自動補氮保持各罐壓力平衡。

3 使用效果

系統建成后運行費用低、穩定可靠、不產生二次污染。VOCs 深度治理系統技術先進、所有設備的制造和設計符合安全可靠、連續有效穩定運行的要求，關鍵設備、部件擇優選用，設備年可用率高，達到了《邯鄲市鋼鐵、焦化企業深度治理專項實施方案》規定的焦化企業主要無組織排放源周邊1 m 處VOCs 濃度小于5 mg/m3的要求。

4 結論

該項目實施投產后，可有效降低廢氣中VOCs 排放濃度，滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171-2012）、河北省《工業企業揮發性有機物排放控制標準》和《邯鄲市鋼鐵、焦化企業深度治理專項實施方案》中煙氣排放指標要求，實現達標排放，減少環境污染，具有顯著的環保效益和社會效益。