除焦廢氣堿洗處理技術研究

任立濤，魏忠赫

（中海瀝青股份有限公司，山東濱州 256600）

0 引言

節(jié)能減排工作是石油化工行業(yè)的一項基本工作，是企業(yè)效益和社會效益相互協(xié)同的綜合體現(xiàn)，即能節(jié)省企業(yè)支出成本，又能為保護人民的生產(chǎn)生活環(huán)境和身心健康起到積極的作用，越來越受到國家和社會各界的關注與重視。當前國內環(huán)保工作處于高壓態(tài)勢，國家對環(huán)境保護加大了投資治理力度，制定了嚴格的排放標準，對企業(yè)提出了更高的要求，節(jié)能減排不僅是出于經(jīng)濟上的需要，更是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的內在要求。因此，必須采取合理可行的治理措施，根據(jù)實際情況采用相關有效的工藝和設備，對除焦過程中產(chǎn)生的VOCs（Volatile Organic Compounds，揮發(fā)性有機物）等廢氣進行集中處理，降低有害氣體的無組織排放，實現(xiàn)廢氣的安全排放，有效保護周圍環(huán)境和居民、工作人員的身體健康。

1 VOCs 氣體的危害

VOCs 廢氣的危害主要表現(xiàn)為：①VOCs 廢氣中的部分物質對人體構成直接危害，引發(fā)胸悶、頭痛、呼吸不暢、肺氣腫等癥狀，很大程度上威脅人體的大腦、肝臟、腎臟及神經(jīng)系統(tǒng)等臟器組織，長期處在VOCs 廢氣環(huán)境下，甚至可能引發(fā)神經(jīng)質或憂郁癥；②VOCs 廢氣可破壞大氣生態(tài)環(huán)境，如在陽光和熱作用下，VOCs 碳氫化合物和氮氧化物會引發(fā)各項反應產(chǎn)生光化學煙霧，并對地球臭氧層造成不利影響；③VOCs 廢氣含有易燃易爆的化合物，加大了企業(yè)在生產(chǎn)過程中的安全隱患。

2 延遲焦化裝置廢氣的來源

分析研究延遲焦化行業(yè)實際情況發(fā)現(xiàn)，延遲焦化裝置廢氣主要有3 個來源：①焦炭塔塔頂廢氣；②焦炭塔塔底廢氣；③冷焦水儲焦池和隔油池惡臭氣體。據(jù)國內有關煉油廠延遲焦化裝置現(xiàn)場檢測，有些地方硫醇類氣體濃度達到100 ppm（100×10-6），超出國家相關廢氣排放規(guī)定。國內也有成熟的密閉除焦系統(tǒng)，實現(xiàn)廢氣的安全排放。但是由于該系統(tǒng)的投資成本過高，給企業(yè)造成較大負擔，所以從經(jīng)濟效益考慮，大部分企業(yè)依舊采用傳統(tǒng)的開放式露天除焦系統(tǒng)。在除焦過程中，焦炭和切焦水的混合物通過溜焦槽直接進入露天儲焦池，因其混合溫度約90～100 ℃，因此會產(chǎn)生大量廢氣直接排入周圍大氣，影響周圍生產(chǎn)生活環(huán)境。

3 現(xiàn)有廢氣處理技術

在國內，VOCs 廢氣處理技術和方法有很多種，應用比較廣泛的有催化燃燒技術、吸收技術、活性炭吸附法、變壓分離吸附分離與凈化技術等。

3.1 催化燃燒技術

催化燃燒技術是應用具有催化作用的物質使VOCs 廢氣發(fā)生氧化反應，作為一種典型的氣—固相催化反應，其根本上是活性氧參與深度氧化作用。在催化燃燒過程中，催化劑可發(fā)揮降低活化能的作用，并且可使反應物分子富集在表層提升反應速率。催化燃燒技術在VOCs 廢氣處理中的應用，可將VOCs 氧化分解成二氧化碳和水。通常情況下，其反應溫度要控制在250～500 ℃。相較于其他燃燒技術而言，該項技術所需溫度更低，處理成本也更低。不過，在所需處理的VOCs 廢氣中存在硫、鹵素等物質時，則不宜應用催化燃燒技術。

3.2 吸收技術

吸收技術是將不具有揮發(fā)性或揮發(fā)性偏小的液體用作吸收劑，依托分析VOCs 廢氣中的組分及其在吸收劑中溶解水平或化學反應差異性特征，借助吸收裝置對VOCs 廢氣中的有害物質予以吸收，進一步達到VOCs 廢氣處理的目的。該項技術適用于溫度低、濃度高、壓力高以及氣量小的VOCs 廢氣處理中。

3.3 活性炭吸附法

活性炭吸附法通常用于常用醇類、脂肪和芳香族碳氫化合物、含氯溶劑等的回收。將活性炭吸附法應用于處理VOCs 廢氣，在活性炭吸附達到飽和后，對飽和的炭床予以脫附再生；經(jīng)由水蒸汽加熱炭層，VOCs 被吹脫放出，同時與水蒸汽形成蒸汽混合物，一同排出炭吸附床，通過冷凝裝置冷卻蒸汽混合物，進而使蒸汽冷凝成液體。針對水溶性VOCs 廢氣，可采用精餾對液體混合物予以提純；針對水不溶性VOCs 氣體，可采用沉析裝置直接回收VOCs 廢氣。活性炭吸附法主要適用于VOCs 廢氣中組分相對簡單、回收利用價值相對高的情況，特別對含鹵化物的凈化回收更為有效。

3.4 變壓分離吸附分離與凈化技術

該項技術憑借固體材料可對氣體組分進行吸附的特性，通過特定的廢氣分離與凈化裝置，在裝置中氣體壓力會發(fā)生相應轉變，進而對廢氣處理提供有效動力。對于VOCs 廢氣的處理，變壓分離吸附分離與凈化技術是通過物理法得以實現(xiàn)的，且應用材料以沸石分子篩為主。這一材料表現(xiàn)出良好的吸附量及吸附選擇性。在相應壓力條件下，沸石分子篩可對VOCs 廢氣中的有機成分進行吸附，并且可將凈化了的氣體傳輸至下一環(huán)節(jié)。沸石分子篩在對有機分子進行吸附后，經(jīng)由相應的工序轉化，依舊可確保吸附劑再生能力，進而可重新投入到使用中。通過這一循環(huán)過程，便可實現(xiàn)對VOCs 廢氣的有效凈化。

4 除焦廢氣堿洗技術研究

4.1 除焦廢氣處理技術方法的選擇

該技術研究對象是中瀝公司的年產(chǎn)100 萬噸延遲焦化裝置，其所用原料大部分為高硫高酸重質原油。通過對除焦廢氣進行化學實驗分析，其結果表明，除焦廢氣中含硫、氮、氧元素的酸性廢氣較多，約占0.3%～0.7%（體積比）。根據(jù)相關化學常識，含硫、氮、氧元素等氣體是異味的主要來源，其中大部分氣體遇水呈酸性，可以被強堿溶液中和。根據(jù)酸堿中和原理，結合本裝置在脫硫脫硫醇系統(tǒng)中使用30%濃度的氫氧化鈉溶液的情況，采取用氫氧化鈉溶液對除焦廢氣進行噴淋洗滌的方法，去除除焦廢氣中的VOCs 等有害氣體，達到去除異味和保護環(huán)境的效果。

4.2 實驗過程及結果分析

本實驗通過氣體洗滌吸收裝置，分別使用10%、15%、20%、25%、30% 5 種不同濃度、相同流量的氫氧化鈉溶液，對相同流速的除焦廢氣進行洗滌吸收試驗，并對回收的尾氣進行實驗分析，根據(jù)化驗結果，檢驗氫氧化鈉溶液對除焦廢氣的洗滌情況，得出較適宜作為除焦廢氣處理的堿液濃度，以其作為實現(xiàn)工業(yè)化的基礎依據(jù)。

4.3 實驗實施過程

現(xiàn)場采集的除焦廢氣，通過橡膠管以一定的流速從洗滌瓶的下方入口進入廢氣洗滌瓶中，堿液以一定流量從洗滌瓶上方入口進入洗滌瓶，在分布器處與下面進入的除焦廢氣進行逆向洗滌接觸，洗滌液直接落到洗滌瓶底部，尾氣從瓶口處玻璃管進入尾氣回收氣袋中。之后，對回收尾氣進行化驗分析，檢測尾氣中VOCs 等廢氣的體積比。VOCs 等廢氣的體積比越小，說明洗滌效果越好，該堿液濃度為較適宜作為除焦廢氣處理的堿液濃度。

實驗中，5 種堿液濃度進行5 組洗滌實驗，每組3 次，共進行15 次洗滌實驗。每次洗滌實驗所使用的除焦廢氣量和堿液量完全相同，以保證定性定量分析堿液濃度對廢氣洗滌效果的影響，實驗結果較為可信。由于實驗條件有限，只能對堿液濃度、廢氣用量和堿液用量進行定量分析，對廢氣流速和堿液流量無法計量，但盡可能使15 次實驗中廢氣流速和堿液流量相近。

4.4 實驗結果分析

通過堿液洗滌實驗，得出5 組尾氣中剩余VOCs 等廢氣的體積比數(shù)據(jù)：①使用10%氫氧化鈉溶液時，尾氣中剩余VOCs 等廢氣的體積比為0.24%～0.58%；②使用15%氫氧化鈉溶液時，尾氣中剩余VOCs 等廢氣的體積比為0.19%～0.47%；③使用20%氫氧化鈉溶液時，尾氣中剩余VOCs 等廢氣的體積比為0.13%～0.35%；④使用25%氫氧化鈉溶液時，尾氣中剩余VOCs 等廢氣的體積比為0.07%～0.16%；⑤使用30%氫氧化鈉溶液時，尾氣中剩余VOCs 等廢氣的體積比為0～0.03%。通過對比5 組數(shù)據(jù)初步得出結論，使用30%氫氧化鈉溶液做洗滌液時，尾氣中剩余VOCs 等廢氣最少，幾乎被全部洗滌去除，效果最佳。

5 結論

堿液洗滌實驗結果表明，堿液洗滌吸收除焦廢氣VOCs 等氣體的效果明顯，使用30%氫氧化鈉溶液進行洗滌的效果最好，VOCs 等廢氣去除率幾乎接近100%，基本達到了本次實驗的預期效果，對后續(xù)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)提供了相對可靠的依據(jù)。利用堿液淋洗的方法可以對除焦過程中產(chǎn)生的VOCs 等廢氣進行中和洗滌、消除異味，并且效果明顯，達到了實驗預期。結合實驗結果和自身裝置特點，合理設計堿洗方案，既節(jié)約成本，又能消除焦池異味，可以實現(xiàn)除焦廢氣的安全排放和保護環(huán)境、人員健康的目的，值得推廣。