焦化行業VOCs的來源及治理技術研究

朱斌鵬

（邯鄲鋼鐵集團設計院有限公司，河北 邯鄲 056000）

揮發性有機廢氣的英文縮寫為VOCs，是指在正常的氣壓下沸點大于等于260℃的以氣態分子形式存在于大氣中的有機化合物。這種污染物的來源非常廣泛，主要來自工業生產有機廢氣污染，其性質非常復雜?，F階段，我國環境管理部門針對揮發性有機物（VOCs）治理相繼頒布了相應的規范標準，要求各個行業加大環境保護設施及資金的投入，目的是對VOCs溢出進行有效控制，從而改善環境。

1 VOCs的危害

VOCs具有毒性，對于人體健康以及環境均會產生諸多不利影響，其中部分芳香胺以及相關的衍生物均容易產生誘變效果，而包括芳香胺、亞硝胺等在內的一些物質則容易導致惡性腫瘤等疾病，威脅人類生存。除了上述特性之外，VOCs往往表現出一定的光化學反應性，通過紫外光線的反射，VOCs會與大氣中的化學成分發生反應，形成有毒有害的化學煙霧消散在大氣中，這會對空氣造成嚴重的二次污染，加大對生態環境的破壞和危害[1]。此外，光化學反應所造成的煙霧會產生臭氧、PAN、PBN等有害物質，不僅對大自然環境造成影響，還會嚴重威脅人們的身體健康，使呼吸系統疾病發病率大大增加。

2 焦化行業VOCs的主要來源

針對焦化行業VOCs的主要來源進行分析，一般可將其來源劃分為多個階段，在各個階段皆會形成一定的VOCs。首先，由于中間槽的尾氣任意排放，會在冷鼓工段形成氨氣及焦油等污染物，此部分污染物的主要特點是易潔凈、腐蝕性強、有異味、易燃易爆。其次，在脫硫工段、冷鼓工段，由于槽罐區域的尾氣經常隨意、無組織排放，從而產生氨氣、硫化氫等主要污染物，此部分污染物的主要特點是具有強腐蝕性、有異味以及毒性強。再次，硫銨工段產生的VOCs主要與槽罐區域尾氣的排出有關，此時的污染氣體主要是氨氣等。最后，在粗苯工段出現的VOCs與硫銨工段的污染物來源相近，主要產生重苯、苯系物等污染物，此部分污染物的主要特點是易燃易爆、膠黏以及毒性強。

3 現階段我國VOCs治理現狀

根據相關研究表明，采用清潔生產的方式是治理揮發性有機廢氣最直接最有效的方式，該方法能夠從根源上減少廢氣的排放。然而通過深入的研究發現，在工業領域并沒有研制出一套健全的清潔生產體系，由于目前的生產設備不夠先進，也在一定程度上影響了揮發性有機廢氣的治理效果，導致大氣污染問題得不到有效緩解。此外，由于VOCs成分的復雜性，采用常見的治理方式雖然能在一定程度上降低揮發性有機廢氣所帶來的污染，但是并不能夠徹底根除[2]。因此，針對揮發性有機氣體來研制出更有效的治理措施，將有機廢氣濃度控制在一定范圍，降低揮發性有機廢氣產生的危害是十分必要的。

4 焦化行業VOCs治理技術

目前，對于有機揮發性廢氣治理的常用方法主要分為三大類，分別是生物處理、破壞以及非破壞性方法，各個方法的原理以及應用效果是不同的。破壞性方法的應用較早，在處理有機揮發性氣體時主要采用了焚燒的方式，該方法的優勢在于廢氣處理比較徹底、效率較高以及使用時效長等，所以在很多國家中得到了廣泛應用。該方法進一步又可劃分為直接焚燒法及蓄熱式焚燒法等。

4.1 蓄熱式焚燒爐（RTO）

從原理上來看，該方法通過焚燒有機揮發性氣體，將燃燒產生的熱量應用到其他場景中，使熱量得到了有效利用，具有較好的經濟效益。此方法需要將溫度控制在合適的范圍內，一般在750～850℃之間。其中進口溫度設置為常溫，通過RTO焚燒蓄熱之后，溫度將會接近100℃，焚燒效率較高，基本可以達到95%，在滿足處理要求的同時有效降低了成本。

4.2 催化焚燒爐（RCO）

在此方法中，系統首先對氣體進行加熱處理，在達到一定的溫度后，傳輸到催化氧化室內，繼而通過反應得到水蒸氣和二氧化碳氣體，然后對形成的逸散氣體進行適當預熱。在此過程中主要利用換熱器實現了熱量的回收利用，降低了功耗，減少了成本。RCO一般需要將焚燒溫度控制在合適范圍內，一般為25~450℃，相對于RTO溫度要求明顯更低，因此減少了燃料消耗，降低了成本。但是此方法的應用也存在不足，主要體現在如下方面，首先對于逸散氣體控制難度較大，可能引發催化劑中毒問題；其次是一次性投資成本大，需要有較高的資金投入。

4.3 直接燃燒式焚燒爐（VAR）

該方法主要是在爐膛內對逸散氣體進行焚燒，其中溫度屬于關鍵因素，會直接影響到焚燒的效果，通常需要將溫度控制在900~1 200℃之間，最佳的溫度區間是1 000~1 150℃。在焚燒過程中會形成較多的煙氣，其中具有一些熱量，可通過合適的方式予以回收利用，在此過程中利用余熱鍋爐進行處理，將溫度降低到300℃左右。此外，進口溫度一般保持為常溫，將產生的熱量回收利用之后，廢氣溫度保持在280℃上下。在此方法中，如果焚燒爐中廢氣的濃度較高，則意味著具有較高的經濟性。相較于RTO，該方法在焚燒效率上具有一定的優勢，但是成本也會增大，并且需要考慮到焚燒安全性等相關問題。利用焚燒方式去除有機揮發性氣體，具有處理效果好、有害物可徹底轉化等優點。

4.4 焦爐負壓并配風法

將冷鼓工段、洗脫苯工段和油庫工段等密閉性較好、含氧量低、附加值高的收集氣經各個區域油洗塔處理后，引入焦爐負壓系統，同時將脫硫工段和硫銨工段含氧量較高、附加值較低的收集氣經過油洗塔、酸洗塔、堿洗塔、水洗塔后，引入焦爐開閉器以作為焦爐配風用[3]。原煙囪作為事故狀態下或洗滌后尾氣可燃氣體超標時的緊急排放筒。

進焦爐地下室開閉器尾氣配風管道共有1路，進機焦側單號開閉器1路，進機焦側雙號開閉器1路。每路管道上各安裝1個快切閥門，2個快切閥和焦爐交換機換向聯鎖，焦爐交換機每30 min一換向，當機焦側單號開閉器送風時，單號管路快切閥開啟，雙號管路快切閥關閉，30 min后，當機焦側雙號開閉器送風時，雙號管路快切閥開啟，單號管路快切閥關閉。

由于焦爐交換機在換向時有約30 s的間斷時間焦爐內不進燃氣，因此需考慮交換機換向尾氣憋壓問題，共有兩種解決方案。方案一：進焦爐前，在尾氣管道總管處設1個泄壓安全閥，尾氣憋壓到一定壓力時，安全閥打開，尾氣對空排放。方案二：尾氣同時引入2座焦爐，由于2座焦爐換向不同步（一般相差15 min），因此可錯開30 s的換向間斷時間，1號焦爐換向憋壓時，尾氣可進入2號焦爐，2號焦爐換向憋壓時，尾氣可進入1號焦爐。兩種方式各有利弊，方案一的投資少，但憋壓時需對空排放，達不到環保部門要求；方案二雖可達到環保部門要求，但投資大。

為確保尾氣進入焦爐焚燒的安全性，在尾氣風機入口設置了1套多組分濃度在線可燃氣體分析儀監測裝置，可實時在線監測尾氣中易燃易爆組分的濃度，并將信號輸接至原DCS控制系統[4]。在風機出口至原煙囪處和至焦爐開閉器尾氣管道上各設置1個氣動快切閥，當尾氣中可燃氣體超標時，斷開至焦爐尾氣的快切閥，同時打開至緊急排放筒的快切閥。

在油洗塔風機進口管處設置尾氣配空氣口，并設自動閥門，以保證進焦爐配風用的尾氣φ（O）＞19%。風機出口尾氣管道從焦爐爐端引入地下室，在焦爐地下室分為機焦側單號支管和機焦側雙號支管，兩支管各設置1個快切閥門，2個快切閥門的啟閉和交換機換向聯鎖，其換向略滯后交換機換向。

兩支管處各設1塊遠傳和就地千帕級壓力表，時常檢測尾氣總管壓力，以維持焦爐尾氣管壓力在1 000 Pa左右，進焦爐尾氣管沿路由設電伴熱或蒸汽伴熱、排液管、蒸汽吹掃口，并做保溫。進入焦爐配風室的收集氣混合部分經煙囪排放的尾氣，采取一定措施后引入焦爐開閉器，作為焦爐配風用。這樣能夠起到更好的節能降耗作用。此外，隨著焦爐的大型化，獨立焦化企業無法像鋼鐵聯合企業一樣使用高爐煤氣燃燒來增加燃燒的高相區，而是通過VOCs部分收集氣與焦爐煙氣循環氣混合來增加焦爐燃燒的高相區，以此降低煙氣中的NOx，從而達到節能減排的作用。

5 結語

對焦化行業來說，在生產過程中往往會產生較多污染，如果形成的污染物直接排放到大氣中，不僅會威脅了人們的健康，而且會使環境造成嚴重污染。而這些污染物的相關性質和特征也大不相同，所以對污染物處理技術進行科學合理的選擇是非常有必要的。高效、科學地處理污染物，對促進焦化行業的健康穩定發展具有非常重要的意義。除此之外，在VOCs治理技術方面，需與國際企業進行相互協作，汲取一些先進的經驗和技術，以提升對污染物的治理水平，從而降低其對人們健康以及環境造成的負面影響，提高整個行業的發展質量。