化产区域VOCs 深度治理

2019-12-26郑猛

天津冶金 2019年6期

郑猛

（天津天铁冶金集团有限公司焦化厂，河北056404）

0 引言

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，由鼓冷、脱硫、硫铵、粗苯4 个工段组成。车间范围内所涉及的槽罐和生产排放的尾气VOCs 含量高，不符合当前环保要求。此前化产各工序只有鼓冷一个简单的收集装置，各废气源只是简单的连接，无呼吸阀、阻火器及压力平衡设施，收集效果差，不符合环保要求。根据《邯郸市钢铁、焦化企业深度治理专项实施方案》之要求，主要对焦化企业化产区域等VOCs 无组织排放源开展治理，为使尾气全部得到净化，需重建一套VOCs 处理装置来满足环保最新要求。

VOCs 深度治理是将密闭槽罐的废气、露天的排放源进行集中回收处理。粗苯、冷鼓区域密闭槽罐采用氮气密封废气回负压工艺，冷鼓区域剩余排放点经过洗萘塔后，至废气洗涤区。粗苯区域、脱硫区域、硫铵区域、蒸铵区域、焦油和粗苯成品槽、焦油和粗苯装车平台等方面的废气，利用洗涤区尾气风机的负压吸收至洗涤区。经过洗涤塔洗涤活性炭吸附的合格废气经过烟囱排放。

1 污染源现状

化产区域污染源包括鼓冷工序、硫铵工序、粗苯工序、脱硫工序等所有污染源。

1.1 鼓冷工序

鼓冷工序所涉及的槽罐和生产排放的尾气富含焦油、萘、苯酚、苯并芘、苯、氨气、硫化氢、氰化氢等物质，排放的尾气VOCs 含量高，无机类氨气、硫化氢、氰化氢较多，使得尾气呈现为异味重。

1.2 硫铵工序

该工段挥发的尾气含酸雾，腐蚀性较强。尾气组分以硫酸酸雾、氨气、硫化氢为主，并含有苯、萘等有机物，满流槽处VOCs 浓度较高。

1.3 粗苯工序

粗苯工段利用洗油脱除煤气中苯、萘等有机物，尾气排放设备均为槽罐尾气排放，部分槽罐管口或人孔腐蚀较严重，粗苯中间槽槽顶VOCs 浓度较高。尾气组分以苯系物、萘为主。

1.4 脱硫工序

由鼓冷来的剩余氨水在蒸氨塔中经再沸器汽提，蒸出的氨气入氨分缩器用循环水冷却，为浓氨水，送脱硫作为碱源使用。区域内部分槽罐密封不严，废气外溢。

2 深度治理方案

2.1 排放标准要求

（1）《炼焦化学工业污染物排放标准》GB16171-2012 大气污染物特别排放限值[1]。

（2）《工业企业挥发性有机物排放控制标准》DB 13/2322-2016[2]。

（3）《邯郸市钢铁、焦化企业深度治理专项实施方案》[2018]137 号文件的要求。

炼焦化学工业污染物排放标准GB16171-2012。大气污染物特别排放限值见表1。

河北省工业企业挥发性有机物排放控制标准（DB13/2322-2016）。企业边界大气污染物浓度限值见表2。

表1 大气污染物特别排放限值/mg·m-3

表2 企业边界大气污染物浓度限值

河北省工业企业挥发性有机物排放控制标准（DB13/2322-2016）。生产车间或生产设备边界大气污染物浓度值见表3。

2.2 工艺方案

根据《炼焦化学工业污染物排放标准》GB16171-2012 大气污染物特别排放限值、《工业企业挥发性有机物排放控制标准》DB13/2322-2016 和邯气领办[2018]137 号文件的要求，本次方案为：回收区域内所有的污染源点全部包含在此，区域内密闭的槽罐优先采用煤气负压回收处理，但可切换到洗涤吸附；开放式排气采用洗涤吸收+活性炭吸附+热氮气脱附处理；设置分工序预处理系统，增上VOC 处理精脱区，进精脱前先采用预处理系统鼓冷工序热氨水除油、萘，粗苯工序洗油吸附等，可利用原有洗涤装置。

2.2.1 施工程序

预制塔罐槽→敷设管道→污染源点密闭封堵→基础施工→工艺设备安装→管道接口→电气设备安装→调试。

表3 生产车间或生产设备边界大气污染物浓度值

敷设管道先安装主管道，再连接各工段分支管道。

（1）区域内主管道连接

每个工段分支管道留有接口法兰，并且每对接口法兰中间装有3 mm 厚盲板，使用螺栓紧固。防止主管道内进入各工段产生的废气。主管道先焊接主路东侧管道支架并按照管道，东侧支架上安装三路管道；主路西侧主要分为粗苯区和鼓冷区。都包括废气管道、负压管道、氮封管道。

①废气管道安装：北侧自脱硫开始，主管道为DN400 螺旋管。南侧自硫铵主管道DN150 焊管，到蒸铵预留口处DN250 螺旋管。南北两侧管道至硫铵汇总为DN500 螺旋管，向西延鼓冷风机与粗苯之间安装废气管道。

鼓冷区域废气管道利用原有废气洗涤塔，主管道DN400 螺旋管安装至废气回收装置。粗苯区域主管道DN200 螺旋管。

②负压管道安装：回负压的槽罐主要有3 个焦油槽、2 个苯槽及和2 个洗油槽。北侧3 个焦油槽回收汇总主管为DN150 焊管，南侧粗苯罐回收汇总DN100 焊管。两根管道至脱硫处汇总为DN200 螺旋管，延DN500 废气管向西安装，安装至预冷塔前负压煤气管道DN250 闸阀附近，汇总其他负压管道为DN250 负压管道最后连接。

鼓冷区进负压点主要有：焦油氨水分离槽、焦油中间罐、循环氨水罐、初冷器循环液槽等密闭槽罐，主管道DN200 螺旋管留有各槽罐分支法兰后，安装至预冷塔前负压煤气管道DN250 闸阀附近，汇总其他负压管道为DN250 负压管道最后连接。

粗苯进负压管道有：洗油槽、贫油槽、分离器、放空槽、富油槽、苯冷却器等密闭槽罐，主管道为DN150 焊管，安装至预冷塔前负压煤气管道DN250闸阀附近，汇总其他负压管道为DN250 负压管道最后连接。

③氮封管道：根据焦油灌区及粗苯罐区氮气位置安装氮封管道。

（2）区域内支管道连接

各槽罐废气及负压管连接时，利用原各罐槽的放空管，安装三通，上部安装呼吸阀，用于防止废气风机负压较大损坏罐槽。侧面安装废气阀或氮封阀。有易燃易爆危险气体的罐槽与各区域支管连接采用外部预制，区域内法兰连接。

2.2.2 预处理系统

（1）鼓冷工序废气含焦油、萘较多，易导致后续管道及VOC 处理设备堵塞，所以增加预处理脱除装置。主要是改造原吸收塔，采用热氨水喷洒除油、除萘。

（2）粗苯工序废气含苯、萘，气传输存在安全隐患较大，所以增加预处理脱除装置（冷凝除雾装置），经预处理后再去VOC 处理系统。粗苯装车采用文丘里收集喷洒洗油除苯后送粗苯预处理，做到安全吸附输送。文丘里负压吸收洗涤图见图1。

图1 文丘里负压吸收洗涤图

（3）精脱区域：气液分离装置→油洗塔→酸洗塔→碱洗塔→水洗塔→除雾分离器→活性炭吸附装置→风机→烟囱及三级冷凝活性炭脱附装置。

（4）所有罐进一步密封，增加呼吸阀；主要槽罐增设压力变送、废气自动调压阀，增上各单罐自动调压PLC 控制系统。

（5）对已腐蚀严重、密封不严的设备如洗萘塔、机械化澄清槽、饱和器、氨水分离器以及横管循环槽等进行更换。

预处理流程图见图2。

2.2.3 VOC 精脱区

图2 预处理流程图

（1）废气进精脱前设置气液分离装置，对废气中的冷凝液再次除湿分离，从而减少后面洗油吸收的使用效能，降低洗油乳化可能。

（2）油洗：经过除湿分离的废气进入洗油洗涤工序，利用洗油通过喷淋塔喷淋，洗去废气中的焦油、萘及部分挥发性有机物，洗油洗涤塔中采用的吸收剂为贫洗油，洗油为有机溶剂，根据相似相溶的原理，废气中大部分有机废气被洗油吸收。

（3）酸洗：油洗后的气体进入酸洗塔，在填料塔中采用3%稀硫酸溶液进行均匀有效的喷淋，将气体中的氨通过反应去除。经过一段时间后，溶液中硫铵浓度提高后，打入硫铵母液槽。

（4）碱洗：经过酸洗后的废气进入后面的碱洗工序，进一步去除废气中的杂质，同时，硫化氢与碱反应生成硫化钠溶解于吸收液中。碱洗塔采用填料喷淋塔，碱液采用5%的氢氧化钠溶液，碱洗塔内吸收液定期排入蒸氨塔做进一步处理。

（5）水洗：水洗进一步去除废气中的杂质、氨气等，同时也对废气进行降温处理，塔上部捕雾层对水汽进行初步脱除。

（6）除湿：废气通过旋风捕集器，进一步去除废气中携带的液滴、水雾，做到气液分离，从而提高后续吸附脱附单元的效率。

（7）活性炭吸附：有机废气经过除雾后，进入活性炭吸附装置，有机废气被活性炭捕集、吸附并浓缩，经净化后的废气经排气筒排入大气。为满足连续生产的需要，每套系统采用自动切换的方式通过二台吸附装置连续轮流并联吸附，实现系统的连续运行，一个床吸附一个脱附。

（8）脱附：活性炭吸附了一定的有机溶剂后，在装置出口处装有有机浓度检测装置，时刻监控排放浓度，达到饱和后，控制系统会发出警报。为保证系统脱附的安全性、防止活性炭吸水饱和，采用热氮气对其进行脱附再生，利用蒸汽换热加热氮气。热氮气对活性炭床进行吹脱，将有机废气自活性炭中解析脱附，从而使活性炭恢复其活性，即再生。热氮气经三级冷凝降温，回到精脱油洗塔前继续处理。脱附废液去液下罐，最终打回机械化澄清槽。

精脱区流程图见图3。

图3 精脱区流程图

2.2.4 槽罐进负压煤气系统

鼓冷工序密闭槽罐、粗苯工序密闭槽罐进鼓风机前煤气负压系统，同时上氮封及压力平衡调节，来减少VOC 精脱处理区负荷。

实施范围：

进一步密封鼓冷、粗苯工序进负压煤气系统的密闭罐。

铺设废气管道、氮气管道，废气管道伴热管，采用密封性好的液位计。

（3）增加罐上氮气自动压力控制阀，废气吸口调节阀。

（4）增加单罐自动调压补氮PLC 控制系统，结合废气调压阀，对各罐进行综合控制，自动补氮保持各罐压力平衡。

3 使用效果

系统建成后运行费用低、稳定可靠、不产生二次污染。VOCs 深度治理系统技术先进、所有设备的制造和设计符合安全可靠、连续有效稳定运行的要求，关键设备、部件择优选用，设备年可用率高，达到了《邯郸市钢铁、焦化企业深度治理专项实施方案》规定的焦化企业主要无组织排放源周边1 m 处VOCs 浓度小于5 mg/m3的要求。