氮肥企业废气排放综合治理小结

杨 杰，张 林，郭新涛，茹祥举

（河南心连心化学工业集团股份有限公司，河南 新乡 453700）

0 引 言

随着《排污许可证申请与核发技术规范化肥工业-氮肥》（HJ864.1—2017）的实施，国家对氮肥企业排污节点、污染物及污染治理设施都有了明确的规定：将尿素造粒塔尾气、锅炉烟囱废气、硫回收尾气列为主要排放口，输备煤除尘器尾气、污水处理系统VOCs、低温甲醇洗尾气列为一般排放口，并将各火炬废气列为其他排放情形进行管理；同时，对主要排放口污染物含量及总量均有要求，一般排放口则只对污染物含量作出了要求。

河南心连心化学工业集团股份有限公司（简称河南心连心）四分公司450kt/a合成氨、800kt/a尿素项目于2013年11月建成投产，其气化系统采用多喷嘴对置式水煤浆加压气化工艺，变换系统采用宽温耐硫变换及等温变换工艺，气体净化系统采用低温甲醇洗及液氮洗工艺，氨合成系统采用中压氨合成工艺，尿素装置采用CO2汽提法，配套公用工程主要包括3台165t/h循环流化床锅炉，整套装置工艺技术先进、综合能耗低；主要排放口包括2座尿素造粒塔尾气、1座锅炉烟囱废气，一般排放口包括输备煤除尘器尾气、污水处理系统VOCs、低温甲醇洗尾气，其他排放情形包括主火炬废气、氨火炬废气及酸火炬废气。按照HJ864.1—2017的要求，氮肥企业必须对各生产单元废气进行有效治理以实现达标排放，这关乎氮肥企业的生存与发展。近年来，河南心连心四分公司据其废气排放情况，对照HJ864.1—2017重点对尿素造粒塔尾气、输备煤除尘器尾气、污水处理系统VOCs及低温甲醇洗尾气进行了治理，以下对有关情况作一介绍。

1 尿素造粒塔尾气治理

河南心连心四分公司800kt/a尿素装置设有2座造粒塔，塔高108.4m、塔径20m，采用自然通风冷却，设计风量500000m3/h。尿素造粒过程中，由于造粒喷头缺陷、尿素颗粒强度差等因素的影响，尿液在造粒塔内下降冷却形成粒子的过程中会产生尿素粉尘，尿素粉尘会随着从造粒塔底进入的冷却空气向上流动，最终从造粒塔顶排出。造粒塔尾气中携带的尿素粉尘不仅对周边环境造成污染，而且造粒塔顶尾气拖尾现象影响企业的形象。

800kt/a尿素装置开车初期，造粒塔顶配套安装有湿式粉尘回收装置，包括3层水洗喷淋设施、1层填料层、1层收水器、2台循环泵，利用尿素装置自产的工艺冷凝液对造粒塔顶尾气进行循环洗涤吸收，造粒塔顶排放尾气中的粉尘含量可控制在120mg/m3以下，可满足《大气污染物综合排放标准》（GB16297—1996）的要求；但随着地方环保标准的不断提高——造粒塔尾气粉尘含量逐步要求控制在30mg/m3以下，造粒塔顶原有的湿式粉尘回收装置已不能满足日益严苛的环保要求。综合对比各种造粒塔尾气除尘技术，2017年河南心连心四分公司利用中修机会对造粒塔顶粉尘回收装置进行了升级改造［1］，具体情况如下。

1.1 改造内容

对造粒塔顶原有湿式粉尘回收装置进行拆除，包括3层水洗喷淋设施、1层填料层、1层收水器；拆除后，在造粒塔顶新增袋式除尘装置，包括布袋除尘器壳体、布袋、净气室、喷吹管线及4台150000m3/h风机。改造后，造粒塔顶尾气通过布袋过滤去除尿素粉尘，过滤后的净空气通过净气室后经风机抽排入大气；当布袋压差达到1200Pa时，利用工厂空气对布袋进行反向喷吹，使附着在布袋上的尿素粉尘掉落入除尘器底部，最终将捕集的尿素粉尘返回生产系统循环利用。

1.2 改造效果

（1）改造前造粒塔顶尾气粉尘含量约50 mg/m3；改造后造粒塔顶尾气粉尘含量在10mg/m3以下，完全满足最新环保排放标准的要求。

（2）改造前造粒塔顶白色烟羽较长，拖尾现象较为明显；改造后由于造粒塔顶尾气粉尘含量明显降低，无拖尾现象，企业形象得到提升。

（3）按造粒塔顶尾气粉尘含量由50mg/m3降至5mg/m3、造粒塔顶尾气气量500000m3/h、年运行300d计算，改造后每年可回收尿素粉尘约162t，尿素价格按2000元/t计，每年可增加销售收入32.4万元。

2 输备煤除尘器尾气治理

河南心连心四分公司煤储运系统主要是利用皮带机将煤送至气化系统、锅炉前仓以满足生产需求，煤输送过程中皮带机机头、机尾及皮带机转运点等处均会产生一定量的粉尘，原始开车时这些部位均安装有布袋除尘器，对煤在输送过程中产生的粉尘进行过滤收集，确保除尘器尾气中粉尘含量在30mg/m3以下；同时对输煤栈桥进行封闭，以减少对周边环境的污染。实际生产中，由于煤在输送过程中经过落料管时存在一定的高度差，使得煤块在下落过程中会推动周围空气产生较高的风速，易造成煤粉在落到导料槽时随风从导料槽的两端出口及两侧缝隙处喷出，虽然布袋除尘器及风机对导料槽处粉尘具有一定的抽吸作用，但仍有一定量的粉尘会从导料槽喷出，影响现场作业环境。为此，决定对导料槽转运点处除尘设施进行升级改造，以降低现场作业环境中的粉尘浓度。

2.1 改造内容

针对导料槽转运点处的结构及产生粉尘的原因，河南心连心四分公司组织技术、生产人员进行分析，并组织人员对无动力除尘设备制造厂家及应用企业进行考察，了解到无动力除尘技术通过在导料槽上增设循环回流装置，并在内部增设挡尘帘系统，可将煤块下落时产生的含煤粉风分为两部分进行处理：循环回流装置主要起到扩容降低导料槽内部风压的作用，使一部分风在导料槽及落煤管内形成内循环，降低导料槽内部的风速；导料槽内设置的挡尘帘对煤粉和风有阻挡作用，可使得风速进一步降低，并起到过滤粉尘的作用［2］。

通过考察和分析实际生产情况，河南心连心四分公司决定采用无动力除尘技术对输煤系统落料管落差最大的1#转运站原有导料槽进行升级改造。改造后，煤通过落煤管携带风进入无动力除尘导料槽，循环回流装置中随风循环的煤粉逐步在导流板上沉积，形成煤块后依靠重力作用掉落至皮带上；挡尘帘挡下的煤粉随挡尘帘的摆动掉落至皮带上，随皮带向后输送，在除尘的同时实现对煤粉的回收。

2.2 改造效果

（1）改造前，导料槽出口粉尘浓度在22～27mg/m3，皮带机尾部粉尘浓度30～50mg/m3，环境粉尘浓度在23～30mg/m3，导料槽出口风速＞5m/s；改造后，导料槽出口粉尘浓度降至11～16mg/m3，环境粉尘浓度降至7.5mg/m3，导料槽出口风速＜1.5m/s，无动力除尘导料槽起到了良好的除尘效果。

（2）改造后，导料槽周围无煤粉喷出，现场地面无煤粉堆积，员工无需对现场地面定期进行清理，工作环境得到改善的同时员工劳动强度大大降低。

3 污水处理系统VOCs治理

据HJ864.1—2017有关要求，污水处理系统挥发性有机物（VOCs）无组织排放气体需收集处理后通过排气筒排放，并对尾气中的H2S、NH3浓度提出了明确要求。河南心连心四分公司污水处理系统采用A-SBR工艺，利用活性污泥对气化废水及生活污水进行处理，处理后废水中COD≤38mg/L、氨氮≤2.8mg/L达标排放。前期由于地方环保部门对污水处理系统VOCs排放无相关要求，河南心连心四分公司污水处理系统各水池均为敞口设计，如今，为确保污水处理系统VOCs达标排放，须对其进行治理。

3.1 改造内容

经综合比对与考察，确定污水处理系统VOCs治理方案为，利用反吊膜对污水处理系统集水池、水解池、调节池进行封闭，每个池封闭棚顶增加废气回收管道及控制阀门，总风管上增加风机，风机出口增设冷凝器、除雾器。运行时，各池上部的异味气体通过废气回收管道进入风机，通过风机加压抽吸各池上部的湿空气及VOCs，经冷凝器、除雾器除去废气中的水分，干燥后的废气送至锅炉高温燃烧处理。

3.2 改造效果

（1）改造后，收集的VOCs送锅炉燃烧，对污水处理系统调节池上部气体进行取样分析，其H2S含量＜0.001×10-6、NH3含量＜5×10-6，满足环保要求。

（2）风机抽引集水池、水解池及调节池上部气体送至锅炉燃烧处理后，各池周围异味消除，现场大气环境明显改善。

（3）风机出口安装有冷凝器和除雾器，对气体中的水分进行了冷凝、分离，从而确保了锅炉的稳定运行。

4 低温甲醇洗尾气治理

河南心连心四分公司合成氨装置低温甲醇洗系统采用大连理工的工艺包，利用甲醇在高压低温下物理吸收去除变换气中的H2S、COS和CO2等酸性气，甲醇吸收H2S、COS和CO2等酸性气后，经低压闪蒸、浓缩和汽提，CO2等酸性气从甲醇中解吸出来而成为尾气，H2S在甲醇中进一步浓缩；尾气在解吸过程中会夹带少量甲醇液滴，通过尾气洗涤塔采用脱盐水洗涤后，尾气最终经84m高的排气筒排入大气。生产中，低温甲醇洗系统尾气流量一般在47000m3/h，尾气压力为20kPa、温度为15℃，尾气中的甲醇浓度一般控制在150mg/m3以下，可满足GB 16297—1996中排放尾气甲醇含量≤190mg/m3的要求。但随着河南省新乡市挥发性有机物（VOCs）治理工作的全面开展，要求全市化工企业VOCs排放必须满足《挥发性有机物无组织排放控制标准》（GB37822—2019）的要求；内部排查发现，低温甲醇洗系统放空尾气中含有一定量的甲醇，实测值在150mg/m3左右，与GB 37822—2019中要求的排放尾气中甲醇含量≤50 mg/m3存在一定的差距［3］，须对现有环保设施进行升级改造。

4.1 改造内容

针对低温甲醇洗尾气甲醇含量高的问题，河南心连心四分公司对高温蓄热式氧化RTO、吸附再生、水洗技术进行了对比，并对甘肃华亭煤电股份有限公司的改造情况进行了考察，根据自身的实际生产情况，最终确定在H2S浓缩塔后新增低温分离罐，H2S浓缩塔尾气进入新增的低温分离罐后，利用尾气中甲醇在低温下饱和蒸气压较低的特性，借助重力作用将尾气中夹带的甲醇液滴分离下来，达到降低尾气中甲醇含量的目的，分离甲醇液滴后的尾气按原流程排入尾气洗涤塔，甲醇液滴则回收至原有污甲醇储罐，最后补入低温甲醇洗系统循环利用。

4.2 改造效果

（1）河南心连心四分公司每季度联系第三方检测机构对低温甲醇洗系统尾气进行检测，改造后低温甲醇洗尾气中甲醇含量在30mg/m3左右，满足GB37822—2019的相关要求。

（2）按改造后低温甲醇洗尾气中甲醇含量由150mg/m3降至30mg/m3、低温甲醇洗尾气气量约47000m3/h、合成氨装置年运行300d计算，改造后每年可回收甲醇约41t，甲醇价格按2500元/t计，则每年低温甲醇洗尾气治理产生的效益约10.25万元。

（3）改造后，尾气中甲醇被提前分离回收，进入尾气洗涤塔的尾气中的甲醇含量明显降低，可使尾气洗涤塔脱盐水用量减少约1.0m3/h，按年运行300d、脱盐水价格5元/t计算，每年可节约脱盐水费用约3.6万元。

5 结束语

随着我国排污许可管理制度的逐步实施，国家对氮肥企业废气排放的管控越来越严格，氮肥企业各废气排放口能否达标排放成为企业关注的焦点，也是氮肥企业生存与发展的关键。河南心连心四分公司针对合成氨/尿素装置存在的环保问题，根据自身的实际情况，通过分析论证及外出考察取经，对合成氨/尿素装置的环保设施进行了升级改造，废气得以回收利用而变废为宝，不仅实现了废气的达标排放，而且为企业带来了一定的经济效益。