除焦废气碱洗处理技术研究

任立涛，魏忠赫

（中海沥青股份有限公司，山东滨州 256600）

0 引言

节能减排工作是石油化工行业的一项基本工作，是企业效益和社会效益相互协同的综合体现，即能节省企业支出成本，又能为保护人民的生产生活环境和身心健康起到积极的作用，越来越受到国家和社会各界的关注与重视。当前国内环保工作处于高压态势，国家对环境保护加大了投资治理力度，制定了严格的排放标准，对企业提出了更高的要求，节能减排不仅是出于经济上的需要，更是企业可持续发展的内在要求。因此，必须采取合理可行的治理措施，根据实际情况采用相关有效的工艺和设备，对除焦过程中产生的VOCs（Volatile Organic Compounds，挥发性有机物）等废气进行集中处理，降低有害气体的无组织排放，实现废气的安全排放，有效保护周围环境和居民、工作人员的身体健康。

1 VOCs 气体的危害

VOCs 废气的危害主要表现为：①VOCs 废气中的部分物质对人体构成直接危害，引发胸闷、头痛、呼吸不畅、肺气肿等症状，很大程度上威胁人体的大脑、肝脏、肾脏及神经系统等脏器组织，长期处在VOCs 废气环境下，甚至可能引发神经质或忧郁症；②VOCs 废气可破坏大气生态环境，如在阳光和热作用下，VOCs 碳氢化合物和氮氧化物会引发各项反应产生光化学烟雾，并对地球臭氧层造成不利影响；③VOCs 废气含有易燃易爆的化合物，加大了企业在生产过程中的安全隐患。

2 延迟焦化装置废气的来源

分析研究延迟焦化行业实际情况发现，延迟焦化装置废气主要有3 个来源：①焦炭塔塔顶废气；②焦炭塔塔底废气；③冷焦水储焦池和隔油池恶臭气体。据国内有关炼油厂延迟焦化装置现场检测，有些地方硫醇类气体浓度达到100 ppm（100×10-6），超出国家相关废气排放规定。国内也有成熟的密闭除焦系统，实现废气的安全排放。但是由于该系统的投资成本过高，给企业造成较大负担，所以从经济效益考虑，大部分企业依旧采用传统的开放式露天除焦系统。在除焦过程中，焦炭和切焦水的混合物通过溜焦槽直接进入露天储焦池，因其混合温度约90～100 ℃，因此会产生大量废气直接排入周围大气，影响周围生产生活环境。

3 现有废气处理技术

在国内，VOCs 废气处理技术和方法有很多种，应用比较广泛的有催化燃烧技术、吸收技术、活性炭吸附法、变压分离吸附分离与净化技术等。

3.1 催化燃烧技术

催化燃烧技术是应用具有催化作用的物质使VOCs 废气发生氧化反应，作为一种典型的气—固相催化反应，其根本上是活性氧参与深度氧化作用。在催化燃烧过程中，催化剂可发挥降低活化能的作用，并且可使反应物分子富集在表层提升反应速率。催化燃烧技术在VOCs 废气处理中的应用，可将VOCs 氧化分解成二氧化碳和水。通常情况下，其反应温度要控制在250～500 ℃。相较于其他燃烧技术而言，该项技术所需温度更低，处理成本也更低。不过，在所需处理的VOCs 废气中存在硫、卤素等物质时，则不宜应用催化燃烧技术。

3.2 吸收技术

吸收技术是将不具有挥发性或挥发性偏小的液体用作吸收剂，依托分析VOCs 废气中的组分及其在吸收剂中溶解水平或化学反应差异性特征，借助吸收装置对VOCs 废气中的有害物质予以吸收，进一步达到VOCs 废气处理的目的。该项技术适用于温度低、浓度高、压力高以及气量小的VOCs 废气处理中。

3.3 活性炭吸附法

活性炭吸附法通常用于常用醇类、脂肪和芳香族碳氢化合物、含氯溶剂等的回收。将活性炭吸附法应用于处理VOCs 废气，在活性炭吸附达到饱和后，对饱和的炭床予以脱附再生；经由水蒸汽加热炭层，VOCs 被吹脱放出，同时与水蒸汽形成蒸汽混合物，一同排出炭吸附床，通过冷凝装置冷却蒸汽混合物，进而使蒸汽冷凝成液体。针对水溶性VOCs 废气，可采用精馏对液体混合物予以提纯；针对水不溶性VOCs 气体，可采用沉析装置直接回收VOCs 废气。活性炭吸附法主要适用于VOCs 废气中组分相对简单、回收利用价值相对高的情况，特别对含卤化物的净化回收更为有效。

3.4 变压分离吸附分离与净化技术

该项技术凭借固体材料可对气体组分进行吸附的特性，通过特定的废气分离与净化装置，在装置中气体压力会发生相应转变，进而对废气处理提供有效动力。对于VOCs 废气的处理，变压分离吸附分离与净化技术是通过物理法得以实现的，且应用材料以沸石分子筛为主。这一材料表现出良好的吸附量及吸附选择性。在相应压力条件下，沸石分子筛可对VOCs 废气中的有机成分进行吸附，并且可将净化了的气体传输至下一环节。沸石分子筛在对有机分子进行吸附后，经由相应的工序转化，依旧可确保吸附剂再生能力，进而可重新投入到使用中。通过这一循环过程，便可实现对VOCs 废气的有效净化。

4 除焦废气碱洗技术研究

4.1 除焦废气处理技术方法的选择

该技术研究对象是中沥公司的年产100 万吨延迟焦化装置，其所用原料大部分为高硫高酸重质原油。通过对除焦废气进行化学实验分析，其结果表明，除焦废气中含硫、氮、氧元素的酸性废气较多，约占0.3%～0.7%（体积比）。根据相关化学常识，含硫、氮、氧元素等气体是异味的主要来源，其中大部分气体遇水呈酸性，可以被强碱溶液中和。根据酸碱中和原理，结合本装置在脱硫脱硫醇系统中使用30%浓度的氢氧化钠溶液的情况，采取用氢氧化钠溶液对除焦废气进行喷淋洗涤的方法，去除除焦废气中的VOCs 等有害气体，达到去除异味和保护环境的效果。

4.2 实验过程及结果分析

本实验通过气体洗涤吸收装置，分别使用10%、15%、20%、25%、30% 5 种不同浓度、相同流量的氢氧化钠溶液，对相同流速的除焦废气进行洗涤吸收试验，并对回收的尾气进行实验分析，根据化验结果，检验氢氧化钠溶液对除焦废气的洗涤情况，得出较适宜作为除焦废气处理的碱液浓度，以其作为实现工业化的基础依据。

4.3 实验实施过程

现场采集的除焦废气，通过橡胶管以一定的流速从洗涤瓶的下方入口进入废气洗涤瓶中，碱液以一定流量从洗涤瓶上方入口进入洗涤瓶，在分布器处与下面进入的除焦废气进行逆向洗涤接触，洗涤液直接落到洗涤瓶底部，尾气从瓶口处玻璃管进入尾气回收气袋中。之后，对回收尾气进行化验分析，检测尾气中VOCs 等废气的体积比。VOCs 等废气的体积比越小，说明洗涤效果越好，该碱液浓度为较适宜作为除焦废气处理的碱液浓度。

实验中，5 种碱液浓度进行5 组洗涤实验，每组3 次，共进行15 次洗涤实验。每次洗涤实验所使用的除焦废气量和碱液量完全相同，以保证定性定量分析碱液浓度对废气洗涤效果的影响，实验结果较为可信。由于实验条件有限，只能对碱液浓度、废气用量和碱液用量进行定量分析，对废气流速和碱液流量无法计量，但尽可能使15 次实验中废气流速和碱液流量相近。

4.4 实验结果分析

通过碱液洗涤实验，得出5 组尾气中剩余VOCs 等废气的体积比数据：①使用10%氢氧化钠溶液时，尾气中剩余VOCs 等废气的体积比为0.24%～0.58%；②使用15%氢氧化钠溶液时，尾气中剩余VOCs 等废气的体积比为0.19%～0.47%；③使用20%氢氧化钠溶液时，尾气中剩余VOCs 等废气的体积比为0.13%～0.35%；④使用25%氢氧化钠溶液时，尾气中剩余VOCs 等废气的体积比为0.07%～0.16%；⑤使用30%氢氧化钠溶液时，尾气中剩余VOCs 等废气的体积比为0～0.03%。通过对比5 组数据初步得出结论，使用30%氢氧化钠溶液做洗涤液时，尾气中剩余VOCs 等废气最少，几乎被全部洗涤去除，效果最佳。

5 结论

碱液洗涤实验结果表明，碱液洗涤吸收除焦废气VOCs 等气体的效果明显，使用30%氢氧化钠溶液进行洗涤的效果最好，VOCs 等废气去除率几乎接近100%，基本达到了本次实验的预期效果，对后续实现工业化生产提供了相对可靠的依据。利用碱液淋洗的方法可以对除焦过程中产生的VOCs 等废气进行中和洗涤、消除异味，并且效果明显，达到了实验预期。结合实验结果和自身装置特点，合理设计碱洗方案，既节约成本，又能消除焦池异味，可以实现除焦废气的安全排放和保护环境、人员健康的目的，值得推广。