京唐西山焦化廠VOCs的治理及分析

馬建超，郭振東 (河北省唐山首鋼京唐西山焦化有限責任公司，河北 唐山 063210)

0 引言

揮發性有機物（簡稱VOCs），是工業污染中常見的一類污染物，是近地面臭氧和二次有機氣溶膠生成的重要前體物，對大氣環境質量以及光化學污染等有重要影響[1-2]。焦化廠在化工區域主要產生VOCs氣體，VOCs氣體主要包括焦油氣，苯氣，洗油氣，氨氣等易于揮發到空氣中的烴類、酮類、醛類、脂類、酚類等有機物[3]。近年來隨著國家對環保管控措施的進一步加強，焦化廠現場異味治理被越來越多的企業重視起來，此外，這些揮發性氣體對人體也容易造成嚴重的傷害。因此，焦化廠化工區域的VOCs治理是一項利國利民的優秀工程。

現階段，國內對VOCs的治理主要包含以下三種措施：吸收回收法，燃燒法，以及生物處理法。三種方法各有優缺點，適用場所也各有特點。

首鋼京唐西山焦化有限責任公司焦化廠擁有4座70孔7.63米頂裝焦爐，年產焦炭382萬噸。生產品種有冶金焦、焦油、粗苯、硫銨、焦爐煤氣等。投產以來，化工區域設有4套VOCs氣體氮封回收裝置，分別為油庫區域、鼓冷槽區、粗苯區域、脫硫區域各一套。近年來隨著國家環保法對企業VOCs的進一步嚴格要求以及建廠10余年來設備的老化，現場VOCs氣體氮封回收裝置已不能滿足現有要求。因此，京唐西山焦化廠通過設計院一起交流最新技術，對整個化工區域的VOCs現場異味治理進行了進一步改造完善，改造完善后現場異味治理明顯。現將京唐西山焦化廠VOCs的治理情況進一步介紹說明，為同類企業的VOCs治理提供參考。

1 化工區域原有VOCs氣體治理措施及問題

1.1 原有VOCs氣體的治理措施及流程

自2007年投產以來，焦化廠化工區域分別有4套VOCs氣體集中收集裝置。分別為：鼓冷槽區VOCs氣體通過氮封裝置集中進入一步電捕后煤氣鼓風機前負壓煤氣管道；油庫區域各槽罐VOCs氣體通過氮封裝置集中進入一步電捕后煤氣鼓風機前負壓煤氣管道；粗苯區域各槽罐VOCs氣體通過氮封裝置集中進入二步電捕后煤氣鼓風機前負壓煤氣管道；脫硫區域各槽罐VOCs氣體通過氮封裝置集中進入一步初冷器前負壓煤氣管道。

1.2 原有VOCs氣體回收系統運行中存在的問題

1.2.1 原有VOCs管道設備老化問題

所有VOCs管道設備運行已經10余年之久，管道均為普通碳鋼材質，內部腐蝕堵塞嚴重，影響VOCs系統的正常使用。因此造成化工區域現場異味不能明顯。

1.2.2 原有鼓冷VOCs管道設計存在缺陷問題

原鼓冷VOCs管道長時間運行后內部容易積萘，因此造成部分管道腐蝕堵塞，無除萘設備和手段，因此影響VOCs系統正常運行。

1.2.3 化工部分區域VOCs氣體未進入VOCs回收系統

化工硫銨區域以及鼓冷部分區域如焦油中間槽，預分離器，地下放空槽等多處VOCs氣體含量低的設備設施，現場只有呼吸閥或直接對空排放。這些VOCs氣體雖然量不大，卻也是化工現場產生異味的一個因素。

1.2.4 現場部分重大危險源儲罐沒有獨立氮封裝置

隨著近年來安全管理的不斷升級，原VOCs氣體氮封設計已經不符合最新的安全管理要求，油庫區域粗苯罐，粗苯區域的粗苯中間槽都是與所屬區域的其他槽罐共同使用一個氮封系統，存在一定的安全隱患風險。

2 化工區域針對原有VOCs系統的問題進行的進一步改善

2.1 原有VOCs管道設備老化問題的改善

針對原有VOCs管道設備老化以及各種泄漏的問題，化工區域自2020年開始，先后對鼓冷槽區集中放散管道，粗苯至鼓冷區域集中放散管道，油庫至鼓冷區域集中放散管道進行了更換。管道材質從原來的普通碳鋼管道更換為304不銹鋼管道，新管道更換后，因管道腐蝕而造成的泄露問題得到了明顯的治理。

2.2 原有VOCs管道設計存在缺陷問題的改善

針對原鼓冷VOCs管道長時間運行后內部容易積萘的問題，通過與設計院結合，在對原VOCs管道進行更換時，增設氮氣加熱器裝置，此外，預留一個氨水沖洗點。通過投用氮氣加熱器裝置，能較好的將槽區集中放散管道內部積萘問題解決。當問題進一步惡化時，還能通過預留的氨水沖洗點接氨水對管道進行熱沖洗。目前鼓冷槽區新集中放散系統運行情況良好。

2.3 化工部分區域VOCs氣體未進入VOCs回收系統的改善

隨著環保形勢的嚴峻，之前一些含VOCs氣體濃度較少，氧氣濃度及氮氣濃度較多的氣體，也需要進一步進行治理。通過分析氣體成分以及與設計院的結合，化工區域對硫銨及鼓冷部分未治理的VOCs氣體產生源頭進行了重新設計改造。對硫銨區域滿流槽進行封閉的同時，將硫銨滿流槽、母液儲槽、蒸氨放空槽、飽和器大放散以及硫銨樓內離心機和結晶槽等設施產生的逸散氣統一連入一根集中回收管道，通過兩臺風機（1開1備）抽氣加壓后送入脫硫區進一步處理。將鼓冷區域地下放空槽、焦油中間槽、預分離器、超級離心機渣子槽這些設施產生的逸散氣統一連入一根集中回收管道，通過1臺風機抽氣加壓后送入脫硫區域進一步處理。脫硫區域增設一臺抽氣風機將兩路VOCs氣體匯總加壓后送入燃燒爐進行燃燒處理。分別調整硫銨及鼓冷兩區域的風機吸力，將硫銨處風機入口吸力控制在 -0.8～-1.5 kpa。將鼓冷處風機入口吸力控制在 -0.2～-0.6 kpa。保證進入燃燒爐逸散氣風量滿足燃燒要求的同時，確保燃燒爐后酸氣含氧量小幅上升，但始終控制在5～8%之間。運行正常后，將入燃燒爐及制酸風機出口放散切斷閥掛“自動”。鼓冷區域和硫銨區域逸散氣風量達到2 400 m3/h左右，管道設置蒸汽伴熱，防止溫度過低，管道內沉積焦油、萘和一些銨鹽物質堵塞管道，同時鼓冷、硫銨，脫硫制酸區域均設置蒸汽吹掃點，必要時可以進行蒸汽吹掃，在逸散氣入燃燒爐前設置阻火器和自動調節閥及放散口，便于調節逸散氣和空氣的入爐配比。

通過此法，作業現場的異味得到了明顯改善，具體流程及逸散氣中各項化驗指標如圖1、表1所示。

表1 逸散氣各項成分化驗指標

圖1 鼓冷硫銨逸散氣治理流程圖

此外根據風險辨識及風險評估等手段，對鼓冷區域水封產生的VOCs氣體進行辨識后，統一進行收集引入一步初冷器后電捕前負壓煤氣管道內。通過與設計院合作，新增油庫裝車平臺VOCs氣體回收裝置，VOCs氣體通過管道與原油庫集中放散管道合并后統一進入一步電捕后風機前負壓煤氣管道。

2.4 現場部分重大危險源儲罐氮封裝置的改善

油庫苯罐及粗苯區域的粗苯中間罐屬于重大危險源，按照最新的安全標準要求，重大危險源的集中放散氮封系統應該單獨設置，不能與其他集中放散系統共用。因此，2021年，化工區域通過與設計院結合一起對重大危險源的VOCs氣體氮封裝置進行了改造升級。改造后油庫罐區由共用一套氮封裝置改為兩個苯罐單獨增設一套氮封裝置，焦油罐、洗油罐共用一套氮封裝置。粗苯區域粗苯中間槽單獨增設一套氮封系統。

3 結語

經過幾年的不斷改造，首鋼京唐西山焦化部的VOCs氣體系統工程初見成效，現場的異味得到了明顯的改善，即改善了職工的工作環境，又滿足了環保各項規定的要求。此外，首鋼京唐西山焦化部對油庫區域及粗苯區域的VOCs氣體引入負壓煤氣管道的治理方式，也間接回收了高附加值的苯，實現了一部分的增收效益同時，降低了現場安全風險。