聚丙烯装置VOCs 治理效果分析

白胜文

（中国石化沧州分公司，沧州 061000）

间歇式液相本体法（俗称小本体法）生产工艺是20 世纪70 年代我国自行研究开发的聚烯烃技术，具有工艺流程简单、投资省、建设周期短、三废少等特点[1-5]，缺点是能耗物耗较高。近年来，随着环保监管愈发严格，国家及地方政府对炼化企业VOCs 排放治理标准与要求也越来越高，不少地方政府以及企业都出台了最新的地方及企业环保标准，小本体聚丙烯在闪蒸釜置换、压料、尾气处理过程中面临的环保压力也越来越大，如何降低装置能耗物耗，提升环保水平，提高经济效益，已成为当前小本体聚丙烯企业研究的重要课题。

1 装置简介及存在的问题

某聚丙烯装置2003年建成，主要以原油加工过程得到的丙烯为原料，用间歇式液相本体法工艺生产聚丙烯，年产聚丙烯6万t。装置共有16座12 m3聚合釜和16座14 m3闪蒸釜，低压丙烯气回收系统包括1座2 000 m3气柜，1台进气量1 680 m3/h和2台进气量为750 m3/h 的往复式压缩机，以及一套PSA装置等。聚丙烯装置闪蒸釜置换氮气、压料氮气、PSA尾气等气体中VOCs含量较高，存在排放不达标的环保风险，且丙烯与氮气单耗较高，影响装置经济效益。聚丙烯装置VOCs主要排放点见图1。

具体情况如下：

1）闪蒸釜置换气体放空造成丙烯损失和环境污染。闪蒸釜置换过程除第1 次抽真空丙烯气排入气柜回收外，其余后3 次抽真空置换出来的丙烯气排大气，丙烯体积分数为1%～20%，由于尾气量大浓度低，无法进入后续压缩冷凝和PSA单元，又由于压力低，也无法排入火炬系统，目前不得不直排大气，按照6万t/a聚丙烯产量计算，这部分尾气排出的丙烯单体量在每年180～300 t。不但损失大量丙烯，而且造成环境污染。

2）PSA装置分离后富氮气不达标。压缩冷凝的不凝气经PSA装置分离后得到的富氮气中丙烯含量仍达300 mg/m3，无法满足新环保排放标准要求。

3）压料氮气直接排放造成氮气损失及环境污染。目前压料氮气将聚丙烯粉料输送至料仓后，氮气直接从料仓顶部放空，浪费氮气约20 m3/t，同时氮气中丙烯含量约为1 800 mg/m3，同样带来了排放不达标的问题。

4）丙烯精制系统每2 ～3 个月连续排放废气400～800 m3/h，其中含有硫醇、甲醇等VOCs组分，含量约为2 000 mg/m3，存在排放不达标的问题。

5）整个尾气回收系统无法接收现有有组织排放废气。若将上述尾气全部排入回收系统，回收系统压缩机、PSA装置等将严重超负荷。

上述问题几乎困扰着所有的小本体聚丙烯装置，这是该类装置丙烯及氮气单耗高于连续法聚丙烯装置的主要原因，也是困扰其环保无法实现达标的主要原因[6]。

图1 聚丙烯装置VOCs主要排放点

2 装置VOCs 治理方案及效果

2.1 VOCs 治理方案

1）把闪蒸釜反复抽真空置换工艺改为真空连续气提工艺，降低闪蒸釜置换部分氮气消耗量，并将置换出的丙烯气全部排入气柜回收处理，实现闪蒸釜置换氮气零排放，并增加丙烯回收量。

2）在压缩机水冷器后面增加低温冷却器和制冷机组，降低压缩机和PSA装置负荷，为将装置所有外排有组织尾气进气柜创造条件，同时也解决夏天循环水温度高时冷后温度高的问题。

3）丙烯精制塔再生时采用氮气循环再生的方式，节省氮气用量，携带VOCs 组分的少量氮气进低压瓦斯系统。

4）增设氮气回收系统，将料仓排空的压料氮气进行回收，可考虑利旧现有压缩机。目前压料氮气的用量约为20 m3/t，氮气中丙烯体积分数约为0.1%，可以将这部分氮气回收循环利用，当几次压料循环丙烯或者氧气体积分数达到设定值（比如0.5%）后，排入气柜回收，这样彻底解决压料尾气不达标排放的问题。

2.2 项目实施及效果

根据装置VOCs 治理方案，结合装置现场实际情况，实施了聚丙烯VOCs 治理项目，项目共有四个部分，一是闪蒸釜采用连续气提工艺；二是压料氮气回收循环利用；三是在循环水冷却器后增设低温水制冷冷却系统；四是分子筛塔采用氮气循环的方式进行再生。项目总投资546万元。项目投用后，在安全环保、节能降耗方面取得了良好效果。

1）项目投用后，解决了困扰小本体聚丙烯装置外排气VOCs 含量高的问题，原聚丙烯装置四个有组织排放废气全部排入回收系统，进一步提升了装置环保水平。

2）在提高装置环保水平的同时，减少了闪蒸釜置换和系统压料的氮气消耗，废气全部进入回收系统，增加了丙烯回收率，降低了丙烯单耗，为装置带来可观的经济效益。2018 年1－8 月与2019 年1－8月主要生产指标对比见图2～5，改造前后电单耗对比见表1。

图2 改造前后氮气单耗对比

图3 改造前后加工损失率对比

图4 改造前后丙烯回收率对比

图5 改造前后累计氮气单耗与丙烯单耗对比

2019年7月23日开始，装置开始停工待料，聚丙烯产量比计划低1 300 t 左右，造成电单耗增加。扣除以上因素，实际电单耗为103.82 kW·h/t。综上可以看出，装置进行VOCs 治理后虽然用电量有所增加，但降低了氮气单耗与加工损失率，提高了丙烯回收率。改造后取得的经济效益见表2。

表1 改造前后电单耗对比

表2 改造后经济效益

按照2019 年9 月价格、6.5 万t/a 聚丙烯产量进行核算，年增加经济效益约201.3万元。

3 优化改进建议

项目投产后，满足了VOCs 排放标准，降低了氮气及丙烯消耗，为装置带来了经济效益。经过一段时间的运行发现，装置仍有改进优化的空间，主要有以下几个方面：

1）PSA 富氮气丙烯含量在100 ～300 mg/m3之间，氧体积分数0.7%左右。目前这部分氮气（约100 m3/h）直接排放至全厂瓦斯系统，一是造成氮气资源浪费，二是对瓦斯系统造成影响，降低瓦斯热值，影响加热炉热效率。应合理利用这部分氮气，进一步降低聚丙烯装置氮气消耗，减少对全厂瓦斯系统的影响。

2）目前装置粉料输送氮气实现了循环利用，但压料为间歇性操作，不压料时氮气压缩机自循环（每天约8 h），增加了装置用电量，造成浪费，可以考虑氮气压缩机电机增加调速系统，降低用电消耗，进一步增加装置经济效益。

4 结论

聚丙烯VOCs 排放治理项目实施后，实现了装置VOCs 达标排放，满足了最新环保要求，进一步提升了装置环保水平。氮气单耗较改造前降低了37.8%，丙烯单耗较改造前降低了0.001 t/t，虽然电单耗增加20%，但总体上每年增效约201.3万元，降本增效效果良好。装置在PSA富氮气利用、氮气压缩机空转等方面需要完善优化，装置仍存在进一步降本增效空间。