焦化行业VOCs的来源及治理技术研究

朱斌鹏

（邯郸钢铁集团设计院有限公司，河北 邯郸 056000）

挥发性有机废气的英文缩写为VOCs，是指在正常的气压下沸点大于等于260℃的以气态分子形式存在于大气中的有机化合物。这种污染物的来源非常广泛，主要来自工业生产有机废气污染，其性质非常复杂。现阶段，我国环境管理部门针对挥发性有机物（VOCs）治理相继颁布了相应的规范标准，要求各个行业加大环境保护设施及资金的投入，目的是对VOCs溢出进行有效控制，从而改善环境。

1 VOCs的危害

VOCs具有毒性，对于人体健康以及环境均会产生诸多不利影响，其中部分芳香胺以及相关的衍生物均容易产生诱变效果，而包括芳香胺、亚硝胺等在内的一些物质则容易导致恶性肿瘤等疾病，威胁人类生存。除了上述特性之外，VOCs往往表现出一定的光化学反应性，通过紫外光线的反射，VOCs会与大气中的化学成分发生反应，形成有毒有害的化学烟雾消散在大气中，这会对空气造成严重的二次污染，加大对生态环境的破坏和危害[1]。此外，光化学反应所造成的烟雾会产生臭氧、PAN、PBN等有害物质，不仅对大自然环境造成影响，还会严重威胁人们的身体健康，使呼吸系统疾病发病率大大增加。

2 焦化行业VOCs的主要来源

针对焦化行业VOCs的主要来源进行分析，一般可将其来源划分为多个阶段，在各个阶段皆会形成一定的VOCs。首先，由于中间槽的尾气任意排放，会在冷鼓工段形成氨气及焦油等污染物，此部分污染物的主要特点是易洁净、腐蚀性强、有异味、易燃易爆。其次，在脱硫工段、冷鼓工段，由于槽罐区域的尾气经常随意、无组织排放，从而产生氨气、硫化氢等主要污染物，此部分污染物的主要特点是具有强腐蚀性、有异味以及毒性强。再次，硫铵工段产生的VOCs主要与槽罐区域尾气的排出有关，此时的污染气体主要是氨气等。最后，在粗苯工段出现的VOCs与硫铵工段的污染物来源相近，主要产生重苯、苯系物等污染物，此部分污染物的主要特点是易燃易爆、胶黏以及毒性强。

3 现阶段我国VOCs治理现状

根据相关研究表明，采用清洁生产的方式是治理挥发性有机废气最直接最有效的方式，该方法能够从根源上减少废气的排放。然而通过深入的研究发现，在工业领域并没有研制出一套健全的清洁生产体系，由于目前的生产设备不够先进，也在一定程度上影响了挥发性有机废气的治理效果，导致大气污染问题得不到有效缓解。此外，由于VOCs成分的复杂性，采用常见的治理方式虽然能在一定程度上降低挥发性有机废气所带来的污染，但是并不能够彻底根除[2]。因此，针对挥发性有机气体来研制出更有效的治理措施，将有机废气浓度控制在一定范围，降低挥发性有机废气产生的危害是十分必要的。

4 焦化行业VOCs治理技术

目前，对于有机挥发性废气治理的常用方法主要分为三大类，分别是生物处理、破坏以及非破坏性方法，各个方法的原理以及应用效果是不同的。破坏性方法的应用较早，在处理有机挥发性气体时主要采用了焚烧的方式，该方法的优势在于废气处理比较彻底、效率较高以及使用时效长等，所以在很多国家中得到了广泛应用。该方法进一步又可划分为直接焚烧法及蓄热式焚烧法等。

4.1 蓄热式焚烧炉（RTO）

从原理上来看，该方法通过焚烧有机挥发性气体，将燃烧产生的热量应用到其他场景中，使热量得到了有效利用，具有较好的经济效益。此方法需要将温度控制在合适的范围内，一般在750～850℃之间。其中进口温度设置为常温，通过RTO焚烧蓄热之后，温度将会接近100℃，焚烧效率较高，基本可以达到95%，在满足处理要求的同时有效降低了成本。

4.2 催化焚烧炉（RCO）

在此方法中，系统首先对气体进行加热处理，在达到一定的温度后，传输到催化氧化室内，继而通过反应得到水蒸气和二氧化碳气体，然后对形成的逸散气体进行适当预热。在此过程中主要利用换热器实现了热量的回收利用，降低了功耗，减少了成本。RCO一般需要将焚烧温度控制在合适范围内，一般为25~450℃，相对于RTO温度要求明显更低，因此减少了燃料消耗，降低了成本。但是此方法的应用也存在不足，主要体现在如下方面，首先对于逸散气体控制难度较大，可能引发催化剂中毒问题；其次是一次性投资成本大，需要有较高的资金投入。

4.3 直接燃烧式焚烧炉（VAR）

该方法主要是在炉膛内对逸散气体进行焚烧，其中温度属于关键因素，会直接影响到焚烧的效果，通常需要将温度控制在900~1 200℃之间，最佳的温度区间是1 000~1 150℃。在焚烧过程中会形成较多的烟气，其中具有一些热量，可通过合适的方式予以回收利用，在此过程中利用余热锅炉进行处理，将温度降低到300℃左右。此外，进口温度一般保持为常温，将产生的热量回收利用之后，废气温度保持在280℃上下。在此方法中，如果焚烧炉中废气的浓度较高，则意味着具有较高的经济性。相较于RTO，该方法在焚烧效率上具有一定的优势，但是成本也会增大，并且需要考虑到焚烧安全性等相关问题。利用焚烧方式去除有机挥发性气体，具有处理效果好、有害物可彻底转化等优点。

4.4 焦炉负压并配风法

将冷鼓工段、洗脱苯工段和油库工段等密闭性较好、含氧量低、附加值高的收集气经各个区域油洗塔处理后，引入焦炉负压系统，同时将脱硫工段和硫铵工段含氧量较高、附加值较低的收集气经过油洗塔、酸洗塔、碱洗塔、水洗塔后，引入焦炉开闭器以作为焦炉配风用[3]。原烟囱作为事故状态下或洗涤后尾气可燃气体超标时的紧急排放筒。

进焦炉地下室开闭器尾气配风管道共有1路，进机焦侧单号开闭器1路，进机焦侧双号开闭器1路。每路管道上各安装1个快切阀门，2个快切阀和焦炉交换机换向联锁，焦炉交换机每30 min一换向，当机焦侧单号开闭器送风时，单号管路快切阀开启，双号管路快切阀关闭，30 min后，当机焦侧双号开闭器送风时，双号管路快切阀开启，单号管路快切阀关闭。

由于焦炉交换机在换向时有约30 s的间断时间焦炉内不进燃气，因此需考虑交换机换向尾气憋压问题，共有两种解决方案。方案一：进焦炉前，在尾气管道总管处设1个泄压安全阀，尾气憋压到一定压力时，安全阀打开，尾气对空排放。方案二：尾气同时引入2座焦炉，由于2座焦炉换向不同步（一般相差15 min），因此可错开30 s的换向间断时间，1号焦炉换向憋压时，尾气可进入2号焦炉，2号焦炉换向憋压时，尾气可进入1号焦炉。两种方式各有利弊，方案一的投资少，但憋压时需对空排放，达不到环保部门要求；方案二虽可达到环保部门要求，但投资大。

为确保尾气进入焦炉焚烧的安全性，在尾气风机入口设置了1套多组分浓度在线可燃气体分析仪监测装置，可实时在线监测尾气中易燃易爆组分的浓度，并将信号输接至原DCS控制系统[4]。在风机出口至原烟囱处和至焦炉开闭器尾气管道上各设置1个气动快切阀，当尾气中可燃气体超标时，断开至焦炉尾气的快切阀，同时打开至紧急排放筒的快切阀。

在油洗塔风机进口管处设置尾气配空气口，并设自动阀门，以保证进焦炉配风用的尾气φ（O）＞19%。风机出口尾气管道从焦炉炉端引入地下室，在焦炉地下室分为机焦侧单号支管和机焦侧双号支管，两支管各设置1个快切阀门，2个快切阀门的启闭和交换机换向联锁，其换向略滞后交换机换向。

两支管处各设1块远传和就地千帕级压力表，时常检测尾气总管压力，以维持焦炉尾气管压力在1 000 Pa左右，进焦炉尾气管沿路由设电伴热或蒸汽伴热、排液管、蒸汽吹扫口，并做保温。进入焦炉配风室的收集气混合部分经烟囱排放的尾气，采取一定措施后引入焦炉开闭器，作为焦炉配风用。这样能够起到更好的节能降耗作用。此外，随着焦炉的大型化，独立焦化企业无法像钢铁联合企业一样使用高炉煤气燃烧来增加燃烧的高相区，而是通过VOCs部分收集气与焦炉烟气循环气混合来增加焦炉燃烧的高相区，以此降低烟气中的NOx，从而达到节能减排的作用。

5 结语

对焦化行业来说，在生产过程中往往会产生较多污染，如果形成的污染物直接排放到大气中，不仅会威胁了人们的健康，而且会使环境造成严重污染。而这些污染物的相关性质和特征也大不相同，所以对污染物处理技术进行科学合理的选择是非常有必要的。高效、科学地处理污染物，对促进焦化行业的健康稳定发展具有非常重要的意义。除此之外，在VOCs治理技术方面，需与国际企业进行相互协作，汲取一些先进的经验和技术，以提升对污染物的治理水平，从而降低其对人们健康以及环境造成的负面影响，提高整个行业的发展质量。