焦化厂化产区域挥发性有机物的治理_刘树兰.pdf

2023 年 第 1 期 化学工程与装备 2023 年 1 月 Chemical Engineering&Equipment 271 焦化厂化产区域挥发性有机物的治理焦化厂化产区域挥发性有机物的治理 刘树兰，刘新文（济南众焦先科环保科技有限公司，山东 济南 250000）摘摘 要要：焦化厂化产区域在生产过程中会产生大量的无组织排放的挥发性有机物（VOCs），VOCs 是一种大气污染物，这些尾气不仅直接危害工作人员的身心健康，而且还污染环境，不符合国家污染物排放标准。为了达到尾气排放标准，需要对尾气进行收集治理，尾气治理的方法多种多样，应根据实际情况选择合适的尾气治理技术。因此，本文从 VOCs 尾气来源、VOCs 的治理方法、主要 VOCs 的收集治理措施、工艺流程简述、VOCs 治理指标、结束语几个方面进行分析。关键词关键词：化产区域；VOCs 尾气；无组织排放；收集治理 VOCs 即挥发性有机物，是指在常温下，沸点 50至260的各种有机化合物。在我国，VOCs 是指常温下饱和蒸汽压大于 70Pa、常压下沸点在 260以下的有机化合物，或在 20条件下，蒸汽压大于或者等于 10Pa 且具有挥发性的全部有机化合物。按其化学结构，可分为：烷烃类、芳烃类、酯类、醛类等。目前已经鉴定出 300 多种，最常见的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰甲苯酯等。空气中 VOCs 浓度过高时容易引起急性中毒，轻者会出现头疼、头晕、咳嗽、恶心、呕吐等症状，重者可能造成肝中毒甚至昏迷。长期生活在这种毒性环境中，可引起慢性中毒、损害肝脏和神经系统。企业在生产过程中产生 VOCs 是不可避免的。随着国家对 V0Cs 减排行动的持续深入推进，焦化行业对 VOCs 废气的深度综合治理势在必行。随着环保排放的要求越来越严格以及环保技术的升级换代，根据国家生态环境部下发的环大气201935 号 关于推进实施钢铁行业超低排放的意见、炼焦化学工业污染物排放标准（GB16171-2012）、炼焦化学工业污染防治可行技术指南（HJ2306-2018），各企业亟需对 VOCs 尾气进行有效的处理。企业应结合污染现状和生产管理水平，以工艺废气排放、生产设备密闭点泄漏、储罐和装卸过程挥发损失、废水废液废渣系统逸散等环节及非正常工况排污为 VOCs 控制工作重点，科学制定 VOCs 尾气收集治理方案。1 1 化产区域化产区域 VOCsVOCs 尾气来源尾气来源 焦化厂回收车间负责焦炉煤气的输送与净化。主要产品有焦油、粗苯、硫铵等，由冷鼓、脱硫、蒸氨-硫铵、粗苯4 个工段组成1。焦化厂化产区域 VOCs 尾气主要来自冷鼓工段、蒸氨-硫铵工段、脱硫工段、粗苯工段及油库区域。冷鼓工段 VOCs 尾气主要来自焦油槽、氨水槽、机械化澄清槽等设备的放散管尾气，VOCs 尾气中主要污染物有氨气、硫化氢、氰化氢、焦油气和萘等。蒸氨-硫铵工段 VOCs 尾气主要来自蒸氨设备废气及硫铵母液槽、满流槽等放散管尾气，VOCs 尾气中主要污染物有氨气、硫化氢、氰化氢等。脱硫工段 VOCs 尾气主要来自焦油分离器、事故槽及储槽放散管尾气，VOCs 尾气中主要污染物有氨气、硫化氢、氰化氢等。粗苯工段 VOCs 尾气主要来自苯中间槽、油水分离器及各类储槽放散管尾气，VOCs 尾气中主要污染物有苯、氰化氢等。油库区域 VOCs 尾气主要来自焦油储槽、苯储槽等储槽中介质的挥发，VOCs 尾气中主要污染物有苯、焦油气等。2 2 VOCsVOCs 的治理方法的治理方法 2.1 VOCs 治理技术简述 当前焦化行业 VOCs 治理，基本采用分片收集，分片治理的原则。VOCs 尾气处理的方式目前大致有以下几种：液体洗涤吸收法、直接燃烧法、活性炭吸附法、引入负压系统、等离子法、光解净化法等。2.2 几种 VOCs 治理技术优缺点 2.2.1 引入负压系统 引入负压系统工艺原理是将收集后的化产 VOCs 直接引到鼓风机前煤气负压管道内，利用煤气净化系统对 VOCs 尾气进行净化回收2。适用于中小风量粗苯等密闭储槽所产废气。不适合开放式排放部位收集的尾气，冷鼓机槽、硫铵、脱硫、装卸车台、提盐等开口式区域无法全部收集，此类区域引入负压系统会造成含氧量超标，造成煤气系统火灾爆炸的危险，并影响下游用户。同时脱硫和硫铵气体具有一定的腐蚀性，进入负压系统还会造成风机设备和管道的腐蚀。引入负压系统工艺对自动化要求非常高，对含氧监测数据的准确性要求高，含氧检测仪投资费用高。DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.01.074272 刘树兰：焦化厂化产区域挥发性有机物的治理 2.2.2 各工段分散洗涤吸收法 工艺原理是冷鼓、脱硫硫铵、粗苯各工段分别增设洗涤吸收装置。适用于净化超大风量有机废气。但是这种方式自动化程度低，分散处理耗电多，系统饱和后如人工操作处理不及时会造成指标超标。排放点位多，在线上传费用高。2.2.3 多级洗涤吸收+活性炭吸附集中净化法 工艺原理是各工段全密闭收集后集中进入多级洗涤+活性炭吸附脱附装置；除洗涤吸收外，活性炭吸附脱附装置利用活性炭内部孔隙结构发达，比表面积大的特点，对各种有机物具有高效的吸附能力。集中处理使用的变频风机，运行费用和维护成本较低。焦油气等含萘收集管道采用伴热、保温、蒸汽吹扫避免萘结晶堵塞。粗苯等易燃易爆区域管线全部增设不锈钢阻火器，整个系统为全防爆，安全系数高。整个化产只有一个排放点，引入在线上传只需一台在线监测，投资费用低，指标易控制。2.2.4 直接燃烧法（或 RTO）工艺原理是利用有机物在高温条件下的可燃性将其通过化学氧化反应进行净化的方法。这种工艺需要不间断地提供燃料维持燃烧，运行维护费用最高。防火、安全间距要求高，危险系统高。2.2.5 等离子法 工艺原理是利用高压电极发射的等离子及电子，裂解和氧化有机物分子的结构，生成无害化的物质。这种工艺适用于小风量低浓度不含尘干燥的常温气体，只适用于焊接烟气、污水池臭气等。工艺危险性大，不适合处理易燃易爆气体。系统用电量大，且还需要清灰，运行维护成本高。2.2.6 UV 高效光解净化法 工艺原理是利用高能 UV 紫外线的光能裂解和氧化有机物质的分子链，改变物质结构的原理。这种工艺适用于小风量低浓度不含尘且干燥的废气，只适用于实验室、油烟等。使用的高能紫外灯管寿命短。容易爆管、触电。工艺不成熟，只适用于小气量的处置。不适合焦化有机废气处理，目前还处在研究开发阶段，对易燃有机物处理性能的可靠性和稳定性不适合焦化行业。3 3 主要主要 VOCsVOCs 的收集治理措施的收集治理措施 对比现有 VOCs 治理技术可以看出，不同的治理技术各自有其优缺点，为了达到对 VOCs 尾气有效收集治理的目的，各企业需要根据实际情况，合理的选择 VOCs 的收集治理技术。目前焦化厂对冷鼓工段、脱硫工段、蒸氨-硫铵工段、油库工段 VOCs 尾气的收集治理多选用多级洗涤+活性炭吸附+进入焦炉配风燃烧的技术，对粗苯工段 VOCs 尾气的治理选用氮封+引入负压系统的技术3。4 4 工艺流程简述工艺流程简述 4.1 油洗、酸洗、碱洗洗涤+活性炭吸附+进入焦炉配风燃烧的技术 各工段废气收集后首先进入油洗塔洗涤，除掉尾气中的焦油、萘等有机物质，经过油洗塔洗涤后尾气进入酸洗塔洗涤，除掉氨等碱性物质，尾气从酸洗塔出来后进入碱洗塔，除掉硫化氢等，然后尾气进入活性炭箱经过吸附后由引风机送至焦炉燃烧，实现尾气零排放。VOCs 进入送至焦炉燃烧，安全方面设置配风阀、切断阀、应急放散阀、氧含量检测仪和可燃气体报警装置，通过配风阀自动调节，氧含量维持在 20%左右，当可燃气体检测仪出现报警时，进焦炉尾气管道的切断阀关闭，应急放散阀打开，确保进入焦炉的气体与空气相当，保障焦炉系统运行安全。4.2 引入负压技术 粗苯区域储罐经过氮封泄氮后的尾气通过管道集中送至煤气负压系统，尾气进煤气负压系统前增设氧含量检测仪，实时监控进入负压系统尾气中氧的含量，氧含量超标时紧急切断进入负压系统的尾气，紧急放散阀打开，尾气放散，保证合格的尾气进入负压系统，不影响负压系统的正常运行。氮封系统结构及工作原理：氮封由供氮装置和泄氮装置两部分。供氮装置由指挥器和主阀两部分组成；泄氮装置由内反馈的压开微压调节阀组成。氮气压力减压并稳定在一定的压力，通过氮封装置精确控制。当储罐进液阀开起，向罐内添加物料时，液面上升，槽内的气相部分容积减小，压力升高，当罐内的压力升至高于氮封装置设定的压力时，泄氮装置打开，向外界释放氮气，使罐内压力下降，降至氮封装置压力设定点时，泄氮装置自动关闭。当储罐出液阀开启，罐内的压力下降，供氮装置开启，向储罐注入氮气，使罐内压力上升，当罐内压力上升至上限设定值时，供氮装置自动关闭。5 5 VOCsVOCs 治理指标治理指标 化产边界验收标准按照炼焦化学工业污染物排放标准 GB16171-2012 企业边界大气污染排放限值执行4，具体排放要求如下表：mg/m3 污染物项目 苯并芘 氰化氢 苯 酚类 硫化氢 氨 监控位置 浓度限值 0.01ug/m3 0.024 0.4 0.02 0.01 0.2 工序边界 （下转第（下转第 268268 页）页）268 许 艳：造纸厂废气治理工艺路线选择及应用 从上述结果得出已经得单一方法不能实现，酸碱洗涤效果最好。因此考虑采用多种方法联合应用的方式。以下实验采用酸碱洗涤方式采用多种方法联合使用方式比较实验效果。（1）工艺路线：采用三种洗涤模式次氯酸钠+次氯酸钠+氢氧化（2）工艺路线：次氯酸钠+氢氧化钠（3）工艺路线：双氧水+次氯酸钠+氢氧化钠 试验数据如图 3 所示 图图 3 3 多种方式联合应用效果图多种方式联合应用效果图 从上图可以看出三级洗涤次氯酸钠溶液+次氯酸钠溶液+氢氧化钠溶液效果最好，不管是臭气还是VOC都能达到90%以上的，两级洗涤次氯酸钠溶液+氢氧化钠溶液效果稍差，臭气和 VOC 治理效果分别为 88.3%，83%，两级双氧水溶液+氢氧化钠溶液洗涤方式对臭气和 VOC 治理效果分别为86.5%，86.7%。3 3 结结 论论 造纸废气治理的方式中，造纸废气想要达 9 0%以上的脱除效率，单一方法不能实现，需要多种方式连用，试验发现三级洗涤次氯酸钠溶液+次氯酸钠溶液+氢氧化钠溶液效果最好，不管是臭气还是 VOC 都能达到 90%以上的。参考文献参考文献 1 中国造纸协会.中国造纸工业 2021 年度报告J.中华纸业,2022,45(11):56-59.2 Gavrilescu D.Environmental impact of pulp and paper millsJ.Environmental Engineering and Management Journal,2012,11(1):81-86.3 骆雪萍,颜进华,陈宇宁,等.亚硫酸盐法制浆废 气的分析检测J.广东微量元素科学,2008,15(9):54-56.4 废纸生产瓦楞原纸企业不同区域的异味源气体成分分析J.天津造纸,2019(2):21-26.5 张丹.我国城市大气污染现状及防治对策J.中国资源综合利用,2019,37(12):156-158.6 唐黎标.新形势下造纸行业存在的问题与环保新要求J.造纸装备及材料,2019,48(01):3-4.（上接第（上接第 272272 页）页）_ 在线检测仪执行挥发性有机物无组织排放控制标准GB37822-2019 监测要求，监测排口 NMHC 达到合格。6 6 结束语结束语 综上所述：焦化厂产生大量 VOCs，这些 VOCs 对环境及工人的健康产生不利影响。各企业亟需对各工段废气进行治理，处理后的尾气需达到国家标准才能排放。现阶段焦化厂化产区域 VOCs 收集治理主要采用洗涤+燃烧的组合方式，粗苯工段主要采用引入负压技术，各种技术都有其各自的优缺点，应根据各企业本身的实际情况选择 VOCs 的治理方式。参考文献参考文献 1 郑梦.化产区域 VOCs 深度治理J.节能环保,2019,6(01