锅炉燃烧处理变换气脱硫工段和脱碳工段VOCs的工程实践

安 磊

（山西晋煤天源化工有限公司，山西 高平048400）

目前，日益收紧的环保政策给煤化工企业带来了巨大的压力，企业每年用于环保改造项目的支出占比日益增加。2020年，政府针对VOCs排放量的管控加强，煤化工企业都在谋求更高效的VOCs治理方法。山西晋煤天源化工有限公司（简称天源公司）变换气脱硫工段和脱碳工段原VOCs治理采用水洗塔加活性炭吸附工艺，需频繁更换吸附剂，且治理效率低下，无法满足环保要求，后通过改造，利用公司现有锅炉设施燃烧处置VOCs气体，解决了困扰公司多年的VOCs治理问题。现介绍如下，以供参考。

1 原VOCs处理工艺及存在问题

变换气脱硫工段VOCs处理工艺流程：来自变换工段的变换气进入脱硫塔，与脱硫液逆向接触，气体中的H2S被脱硫液吸收，脱硫塔顶出来的变换气脱硫气送后工段。吸收了H2S的脱硫富液经过闪蒸槽、富液槽、再生槽进行溶液再生后，进入贫液槽作为脱硫贫液重复利用。在脱硫液再生过程中，产生的VOCs气体通过各槽观察孔及放空管引入VOCs处置设施，VOCs处理采用水洗塔加活性炭吸附工艺。

脱碳工段VOCs处理工艺流程：来自变换气脱硫工段的变换气脱硫气进入脱碳塔，与聚乙二醇二甲醚（NHD）脱碳液逆流接触，气体中CO2被N H D溶剂吸收，脱碳塔顶出来的脱碳气送后工段。吸收了CO2的N H D溶液经过减压气提再生后重复使用。在溶液再生过程中，产生的气提放空气引入VOCs处置设施，VOCs处理采用水洗塔加活性炭吸附工艺。

目前天源公司使用的水洗塔加吸附工艺存在以下问题：吸附剂需频繁更换，每年费用约为72万元；该工艺属于低效率VOCs治理工艺，面对日益收紧的环保政策，不能满足环保要求。

2 改造方案

2.1 变换气脱硫工段

天源公司现有两套变换气脱硫装置，该工段的VOCs排放主要包括贫液槽、再生槽、富液槽、泡沫槽观察孔逸散气体以及熔硫釜的异味气体。

变换气脱硫工段的VOCs气量核算：

（1）单系列再生槽喷射器共计23组，每组喷射气量200 m3/h，设计余量系数按1.2计；变换气脱硫溶液闪蒸气量约2 500 m3/h，单系列再生槽逸散气量估算：23×200×1.2+2 500≈8 000 m3/h。

（2）单系列富液槽逸散气经过现场测试取值5 000 m3/h。

（3）单系列贫液槽逸散气量约1 000 m3/h。

（4）单系列泡沫槽逸散气量约500 m3/h。

（5）硫磺库空间约100 m3，按每小时换气10次计，气量约1 000 m3/h。

（6）熔硫釜封闭空间约500 m3，按每小时换气10次计，气量约5 000 m3/h。

变换气脱硫VOCs气量约：（8 000+5 000+1 000+500）×2+1 000+5 000=35 000 m3/h。

2.2 脱碳工段

天源公司现有两套脱碳装置，该工段的VOCs排放气体主要是气提放空气。

气量核算：单系列脱碳工段实际运行气提风量约15 000 m3/h，双系列共30 000 m3/h。

2.3 工艺选择

变换气脱硫各槽逸散气气量约35 000 m3/h，脱碳气提放空气气量约30 000 m3/h，以上气体混合后主要成分为氮气、二氧化碳和氧气，其中氧气体积分数约17%，无可燃气成分。

目前主流的VOCs治理工艺中，燃烧法是高效处理VOCs治理工艺之一。但是燃烧处置工艺（包括蓄热式燃烧炉、催化燃烧等）均要求处理的VOCs气体含有可燃成分或需补充天然气、煤气等可燃气，以保证装置的正常运行。结合天源公司的生产情况，如采用上述燃烧法VOCs治理工艺，装置运行成本较高，会给企业带来较大的经济负担。

天源公司生产装置配置3台130 t/h循环流化床锅炉，经过考察论证，计划将上述变换气脱硫、脱碳工段VOCs气体送至锅炉燃烧，因VOCs气体氧含量较空气中氧含量低，决定将其通过锅炉二次风机送至锅炉炉膛进行燃烧处置。经热力计算，将变换气脱硫、脱碳VOCs气体送二次风机入口进锅炉燃烧，对锅炉正常运行及蒸汽产量无影响，锅炉尾气略有增加。

2.4 工艺流程

2.4.1 变换气脱硫工段

封闭变换气脱硫工段各溶液槽观察孔、熔硫釜，通过新增VOCs收集管道将各溶液槽VOCs气体及熔硫釜VOCs气体收集，经分离器分离掉气体中夹带的水分后，通过风机送锅炉二次风机入口。考虑冬季VOCs气体带水问题，VOCs总管设排水导淋，进锅炉界区前设第二气液分离器，VOCs气体经过二次分离后，通过缓冲罐再送锅炉二次风机入口。变换气脱硫工段VOCs处理工艺流程示意图见图1。

图1 变换气脱硫工段VOCs处理工艺流程示意图

依托天源公司变换气脱硫界区现有VOCs设施，利用一台旧VOCs风机处理二系列再生槽、贫液槽、熔硫釜、硫磺库气体，气量约15 000 m3/h，风机全压10 000 Pa。新增一台风机(气量约20 000 m3/h，全压10 000 Pa)处理双系列富液槽、一系列再生槽、一系列贫液槽、双系列泡沫槽逸散气。

2.4.2 脱碳工段

脱碳VOCs收集管道与现有气提放空管采取硬连接方式连接，通过新增一台风机（气量30 000 m3/h，全压11 500 Pa），将脱碳VOCs气体送锅炉界区新增缓冲罐，与变换气脱硫VOCs气体混合后，送锅炉二次风机入口。为保证脱碳装置稳定运行，气提放空管上部各增加一台蝶阀。脱碳工段VOCs处理工艺流程示意图见图2。

图2 脱碳工段VOCs处理工艺流程示意图

3 运行效果

VOCs燃烧法处置项目投运后，原有变换气脱硫工段、脱碳工段的水洗塔+吸附VOCs治理装置停运，减少VOCs气体排放口两处。由第三方检测机构对变换气脱硫界区、脱碳界区非甲烷总烃含量进行了检测，检测结果为：变换气脱硫界区非甲烷总烃质量浓度1.17 mg/m3，脱碳界区非甲烷总烃质量浓度1.43 mg/m3，均小于《挥发性有机物无组织排放控制标准》（G B 37822—2019）的指标要求（6 mg/m3），满足环保要求。

变换气脱硫工段、脱碳工段VOCs气体送锅炉燃烧后，锅炉蒸汽产能和运行数据、烟气气量和环保指标无明显变化，达到了预期目标。

VOCs燃烧法处置项目投运后，原有水洗塔+吸附法VOCs装置停运，每年可减少活性炭消耗180 m3，节省费用约72万元，减少活性炭处置费用58万元，同时减少因活性炭更换导致VOCs环保设施停运给企业带来的负面影响。

此次VOCs燃烧法改造解决了困扰天源公司多年的变换气脱硫工段、脱碳工段的VOCs治理问题，其创新点是利用公司现有锅炉设施来处理变换气脱硫、脱碳工段的VOCs气体，在减少投资的同时，契合了环保政策推荐的高效VOCs治理工艺，并取得了成功。