负压吸引零排放焦化VOCs处理工艺

边 浩，董少英，赵佳顺



负压吸引零排放焦化VOCs处理工艺

边 浩1，董少英2，赵佳顺3

（1. 唐钢美锦（唐山）煤化工有限责任公司 综合部，河北 唐山 063700；2. 唐钢美锦（唐山）煤化工有限公司 技术科，河北 唐山 063700；3. 唐钢美锦（唐山）煤化工有限公司 回收车间，河北 唐山 063700）

针对焦化VOCs不易治理的特点，设计了初冷器负压吸引、洗涤的VOCs处理新工艺，实现了尾气零排放。

VOCS；焦化；零排放；负压

1 前言

焦化企业槽体所溢出的尾气含有氨气、苯、萘等多种有毒有害气体，如果排放会造成大气环境污染。目前，常用的焦化尾气治理方法是洗涤后排放、或将尾气汇集至风机机前管道。实际操作中发现，现有工艺处理的排放尾气仍然有污染大气的可能性，达不到预期的处理目标。同时，企业在治理尾气污染环境时，常遇到因治理尾气污染而停、限产的棘手难题[1-2]。

2 排气洗净工艺运行分析

原工艺采用排气洗净工艺对鼓冷VOCS尾气进行收集、洗涤、吸附处理。各储槽、水封放散VOCs尾气汇合至尾气主管，经尾气引风机吸引作用引至油洗塔，以洗油为洗涤介质，洗涤除去VOCs中的焦油、萘、苯、甲苯等芳香烃、有机物。再经酸洗塔以稀硫酸为洗涤介质，除去VOCs中的氨气。再经碱洗塔以稀氢氧化钠溶液为洗涤介质，通过化学吸收除去VOCs尾气中的硫化氢，再经气液分离器分离、活性炭过滤、碳纤维吸附排至大气（吸附床异常时经光氧催化处理），其工艺流程图如图1所示。

图1 排气洗净工艺流程图

初期投入时运行效果良好，尾气处理前后对照如表1所示，表中物质量的单位未指明的为mg·Nm-3。

由表1结果可知，初期运行时排气洗净工艺运行效果良好，VOCs各组分脱除效率达99.2%以上，排放量均低于极限标准。但后期运行中，该工艺逐渐暴露出弊端。

表1 VOCS尾气处理前后参数对照表

一是，工艺运行不畅。油洗塔、酸洗塔、碱洗塔为填料塔，油洗塔吸附尾气中的萘经蒸汽吹扫带入后续设备，造成设备堵塞，吸附床解析操作繁琐，蒸汽压力造成尾气经吸附床顶部密封溢出，造成污染加剧。

二是，VOCs源头排放量增大。该工艺使用尾气引风机收集尾气，降低了各尾气挥发处压力，导致挥发分沸点降低，加速挥发分外溢，VOCs排放量增大。易挥发有机物废气排放量计算如式(1)所示。

(1)

式中，—有害物质的散发量，g·h-1；—气体流速，m·S-1；—有害物质的敞露面积，m2；—有害物质的分子量。

由式(1)可知，经风机吸引提高挥发气体流动速度后，造成增大。

三是，潜在安全隐患。随着长周期运行，吸附床吸附有机物增多、备用状态无蒸汽润湿作用存在自燃风险。随着设备堵塞越来越严重，VOCs尾气脱除效率下降，吸附床停用状态下再使用光氧催化，极易发生爆炸[3]。

综上所述，排气洗净工艺已不能满足现有工艺要求。

3 设计原理

针对排气洗净VOCs尾气处理技术存在的多种不足，设计了利用初冷器器前煤气总管的负压吸引实现焦化VOCs零排放处理技术，可使焦化槽体的尾气经初冷器前负压系统吸收、洗涤，杜绝尾气排放、达到实现零排放的目的。

图2 利用初冷器负压吸引VOCs处理技术工艺图

如图2所示，将鼓冷各区域放散气汇合至VOCs尾气支管道，各VOCs尾气支管道再汇合至VOCs尾气主管，尾气主管经气液分离器冷凝分离。最后，尾气进入初冷器器前负压煤气管道经初冷器洗涤，实现尾气零排放。其中机械化刮渣槽放散、焦油渣放散汇合至一个VOCs尾气支管。焦油氨水分离槽、剩余氨水槽、剩余氨水中间槽、地下放空槽放散汇合至一个VOCs尾气支管。风机地下放空槽、初冷器器前、器后水封放散、上、下段冷凝液槽放散汇合至一个VOCs尾气支管。上述各支管末端分别补充氮气。

其中，尾气支管道上分别安装远传压力表、快启安全阀、气动调节阀、旁通阀、尾气支管道快切阀。尾气主管道上安装有流量表、调节阀、快切阀、含氧分析仪，含氧分析仪位于初冷器器前煤气进口管道上。氮气主管道上安装氮气流量表、氮气压力表，在氮气支管道上分别安装氮气支管道调节阀。

4 实施方式

4.1 尾气主管道压力控制

氮气进口管道通过氮气加热器与氮气主管道相连接，再与多条氮气支管道相连接，每条氮气支管道的排气口与一条尾气支管道相连接。氮气经氮气支管道输入到尾气支管道中以保持尾气支管道的压力稳定。各条尾气支管道上分别安装远传压力表、快启安全阀、气动调节阀、旁通阀、快切阀。各个尾气支管道上分别装有3块尾气支管道远传压力表，用于监控尾气支管道中的压力。压力计算方法为去掉同一尾气支管道上的最高压力值、最低压力值，选取中间压力值，不同尾气支管道的中间压力值求和取平均值即为尾气系统压力值[4]。

尾气主管道设计压力为20-300 Pa，当尾气主管道的压力低于目标设定值时，通过调节尾气支管道气动调节阀补充氮气，保持压力。若补充氮气后压力仍达不到目标值，尾气支管道快切阀将关闭，从而阻断尾气进入初冷器器前煤气负压管道。当尾气支管道压力高于压力目标值上限时，尾气支管道快切阀将启动，同时尾气支管道快启安全阀打开泄压。尾气主管道上安装有道流量表、调节阀、气液分离器、快切阀、含氧分析仪。尾气主管道流量表、调节阀安装在尾气支管道与气液分离器之间的尾气主管道上，尾气主管道快切阀、含氧分析仪位于初冷器器前煤气进口负压管道上。

4.2 尾气中氧气含量的控制

当含氧分析仪检测含氧超标超过2%时，尾气主管道快切阀将关闭，阻断尾气进入初冷器器前煤气进口负压管道。排除故障后，系统压力恢复到20-300 Pa范围内，尾气支管道快切阀、尾气主管道快切阀将打开，使尾气重新进入初冷器器前煤气进口负压管道。

5 小结

本文设计通过尾气支管道、尾气主管道将各个槽体尾气汇合至初冷器器前煤气负压管道，尾气冷凝液经气液分离器放至地下放空槽，同时以氮气对尾气管道进行补压，保证尾气管道压力稳定。运行中对尾气管道内压力进行监控，压力超过规定压力范围时，采取尾气快切阀—尾气快启安全阀联动，确保尾气管道的安全性。利用初冷器负压吸引、乳化液洗涤作用，可洗涤尾气萘、苯类有机物，防止管道堵塞，可实现尾气零排放，为解决焦化行业槽体尾气处理难题提供了一种思路，具有显著的环保效益和社会经济效益，具有极高的推广价值。

[1] 莫梓伟,邵敏,陆思华.中国挥发性有机物(VOCs)排放源成分谱研究进展[J].中国环境科学,2014,(9):2179- 2189.

[2] 江梅,邹兰,李晓倩,等.我国挥发性有机物定义和控制指标的探讨[J].环境科学,2015,(9):3522-3532.

[3] 林晓.化工仪表自动化及在生产中的应用[J].化工管理, 2017,(11):75-76.

[4] 杨海丽.化工仪表与控制系统在化工企业的应用[J].内蒙古石油化工,2011,(18):35-36.

A Process of Negative Pressure Suction Coking VOCs with Zero Emission

BIAN Hao1, DONG Shao-ying2, ZHAO Jia-shun3

(1. The Combined Services Department, Tangsteel Meijin (Tangshan) Coal Chemical Co. Ltd., Tangshan 063700, China; 2. Technical section, Tangsteel Meijin (Tangshan) Coal Chemical Co. Ltd., Tangshan 063700, China; 3. Recovery Plant, Tangsteel Meijin (Tangshan) Coal Chemical Co. Ltd., Tangshan 063700, China)

The coking VOCs was to be treated by using negative pressure suction and washing of primary cooler. In the treatment there was zero emission, which can solve the problem of tail gas treatment in coking industry.

VOCs; coking; zero emission; negative pressure

TQ52

A

1009-9115(2019)03-0013-03

10.3969/j.issn.1009-9115.2019.03.004

2018-11-12

2019-03-25

边浩（1980-），男，河北唐山人，高级工程师，研究方向为化工、焦化。

（责任编辑、校对：琚行松）