焦化企业化产系统VOCs综合治理

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摘 要：煤、石油和天然气或以煤、石油和天然气为燃料或原料的工业与它们有关的化学工业是挥发性有机物产生的三大重要来源。焦化企业作为以煤为原料的化学工业在生产过程中产生大量VOCs，尤其是化产系统VOCs的综合治理，利国、利民、利环境，必须予以关注和重视。
关键词：化产VOCs；来源；危害；综合治理；洗净；焚烧
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.001
1 引言
山东盛阳集团有限公司拥有2×55孔5.5米捣固焦炉一座以及相配套的化产回收系统，整个装置于2012年10月份建成投产。企业伴随环保压力的日益增加，化产系统VOCs的治理也由最初建厂时的一无所有，发展到现在，经历了三个阶段的治理设施。为达到2019年6月份即将实施的第四时段排放标准，公司提前谋划，提早实施，与山东山鑫环保科技有限公司一道，研究、设计、开发并实施了一套最新VOCs治理工艺。经过公司近三个月的试运行，该工艺运行平稳，流程顺畅，效果显著，现场气味明显减少，职工操作环境得到了极大改善，VOCs综合治理达到了预期的效果。
2 VOCs来源及危害分析
VOCs是挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds）的英文缩写，普通意义上的VOCs就是指挥发性有机物；但是环保意义上的定义是指活泼的一类挥发性有机物，即会产生危害的那一类挥发性有机物。在我国，VOCs是指常温下饱和蒸汽压大于133.32 Pa、常压下沸点在50～260℃以下的有机化合物，或在常温常压下任何能挥发的有机固体或液体。
焦化企业化产系统VOCs的排放主要集中在油库装车区、冷鼓电捕工段、洗脱苯工段、脱硫硫铵以及副盐工段，排放的废气主要是含有苯、苯并[a]芘、萘、非甲烷烃、挥发酚、氨、硫化氢及少量焦油等的有机化合物。
VOCs参与大气环境中臭氧和二次气溶胶的形成，对区域性大气臭氧污染、PM2.5污染具有重要的贡献，VOCs是导致城市灰霾和光化学烟雾的重要前体物。大多数VOCs具有令人不适的特殊气味，并具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用，特别是苯、甲苯及甲醛等对人体健康会造成很大的伤害。空气中VOCs含量及浓度增加，可导致抽搐、头痛、昏迷、恶心等症状，并损害神经系统大脑、肾脏和肝脏等。
目前由于VOCs污染防治基础薄弱，存在排放基数不清、法规标准不健全、控制技术应用滞后、环境监管不到位等诸多问题。同时，由于VOCs排放来源复杂、排放形式多样、物质种类繁多，建立VOCs污染防治体系难度较大。因此，结合企业的实际情况全面开展VOCs污染防治，是一项利国利民、关系国计民生的艰巨任务。
3 焦化企业VOCs治理现状
目前焦化企业对化产系统VOCs治理由于化产系统布局分散的特点以及各个工段排放气量的不同，大多将废气分工段收集后设置水洗、碱洗、油洗，再经活性炭把关过滤后进行高空排放。2017年实施的网上申报排污许可证中，也将化产系统各个工段尾气收集处理后高空排放设置了单独的排放口，是以对此处理方式的默认。
环保压力的增大，有些企业为了达标排放，甚至将UV光解引入到化产系统VOCs治理当中，结果由于化产系统VOCs成分复杂，含有易燃易爆的成分，导致UV光解设施一建成后就成了摆设。
VOCs经过处理后进行高空排放，无论处理效率多高，总会有或多或少的VOCs排放到大气当中。积少成多，经过富集、叠加，大气中的VOCs浓度一高，依旧影响着空气质量，依然毒害着周边的职工。因而寻求一种彻底的VOCs综合治理工艺、需求一种高效的处理模式，便是每一家焦化企业所面临的一个新的课题。
4 VOCs综合治理
山东盛阳集团有限公司与山东山鑫环保科技有限公司研究、开发的VOCs综合治理工艺，是根据焦化企业化产系统VOCs的排放场所不同以及排放废气组成成分各异的特点，将化产系统排放的VOCs分成两部分分别进行处理：
一是煤焦油、粗苯储罐区操作不频繁、相对稳定的装置逸散的尾气直接引入煤气横管初冷器前的煤气负压管道内。如图1所示：
为确保罐区排放尾气安全引入煤气负压管线，需要切实做好如下几个要点：
（1）每个储罐顶部必须进行全密闭，杜绝空气进入尾气系统。
（2）进煤气负压管线的尾气总管上安装含氧在线检测仪和切断阀，时时检测尾气含氧量；当含氧量超过一定标准限值时，切断阀联锁切断，保证系统安全。
（3）单个储罐顶部设置气量调节阀，经过调节，保证储罐内处于微负压状态。
（4）单个储罐顶部设置补气阀和排气呼吸阀，当储罐内压力低于设计下限时，补气阀自动打开，补充氮气；当储罐内压力高于设计下限时，呼吸阀自动打开，从而保证储罐的使用安全。
二是化产系统其它不同工段VOCs分别进行收集预处理后，混合进入焦炉进行焚烧处理。
化产系统冷鼓电捕工段、脱硫蒸氨工段、硫铵工段以及副盐回收工段的VOCs在进入焦炉废气循环系统焚烧之前，根据其成分的不同，分别采用不同的液体吸收法进行预处理，此举的目的在于：
（1）通过不同液体吸收，降低所排尾气中有害组分的浓度；进而提升安全可靠度，为安全焚烧奠定基础；
（2）控制进入焦炉废气循环系统的尾气温度，使之稳定在低温状态下进入焦炉废气循环系统；
（3）回收尾气中部分高沸点有机物，诸如萘、粗蒽等，避免这些高沸点有机物对设备设施、废气循环系统等造成堵塞、损坏。
其中冷鼓电捕工段液体吸收法预处理工艺如图2：
化产系统VOCs经过预处理后随焦炉废气循环系统进入焦炉进行氧化分解焚烧，进入焦炉的方式是从废气分配盘与空气混合后随废气循环系统一并进入焦炉，替代一部分焦炉燃烧需要的空气，对焦炉操作非但不产生额外的影响，反而能够改善焦炉的高向加热，有利于煤饼上下加热的一致性，提高了焦炭质量，缩短结焦时间，相应增加了焦炭产量并降低了焦炉加热耗热量；能够使得焦炉烟气中的NOX明显降低，减轻了后续焦炉烟气SCR脱硝的压力。
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一套多组分浓度在线监测装置，实时在线监测尾气中易燃易爆组分的浓度，并将信号输送至DCS控制系统。当组分浓度达到设置上限时，DCS报警，并自动打开配风阀门；当组分浓度达到设置上上限时，设置的入焦炉自动阀切断，入活性炭箱的尾气阀门自动打开，尾气通过活性炭箱吸附后应急放散，实现自动切换。
预处理后尾气进焦炉焚烧工艺流程如图3。
VOCs是挥发性有机化合物，焦化企业化产系统VOCs主要是含有苯、苯并[a]芘、萘、非甲烷烃、挥发酚、氨、硫化氢及少量焦油等的有机化合物。这些有机化合物经过高温焚烧，除去少量含S、N元素的有机物焚烧会产生一些SO2、NOX等有害物质外，绝大多数生成了CO2和H2O，实现有害气体彻底分解。VOCs焚烧产生的少量SO2、NOX等有害物质在后续焦炉烟气脱硫、脱硝、除尘一系列环保净化过程中给予捕集、净化处理，实现稳定达标，不会再有二次环境污染；化产系统VOCs中含有S、N元素的有机物本来就少，加上进入焦炉进行焚烧的VOCs的数量较之焦炉废气循环量沧海一粟，不会增加后续烟气的环保净化负担。VOCs焚烧法相对于其他处理技術，处理效率高，指标稳定，焚烧后尾气随焦炉烟气一并排放，不需再另外设置排放口，减少了焦化废气排放口数量，无需安装监测设施，减少了后续排放尾气检测、比对的费用，投资运行成本大大降低。
5 结语
我国大气中VOCs的人为污染源可以分为固定源、流动源和无组织排放源三大类。作为固定源排放的以煤为原料的焦化生产，尤其是焦炉煤气净化的化产生产系统，在其生产过程中不可避免的产生大量的VOCs，伴随环保压力的日益增加以及人们对环保需求的日趋渴望，VOCs的综合治理必须提上议事日程，得到各个焦化企业的足够重视。简单的水洗、碱洗、油洗、过滤后排放的工艺需要加强操作管理，使之起到最大限度的净化作用。采用不用再单独设置排放口、较为彻底的去除VOCs的焚烧工艺值得大力推广和应用。
作者简介：李臣华（1972-），男，山东潍坊人，本科，高级工程师，研究方向：煤焦化、煤化工。