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适合焦化企业的VOCs治理措施有哪些?

   摘 要:挥发性有机物(Volatile Organic Compouds,简称VOCs)污染问题已经受到广泛重视。VOCs不仅能够直接对人体产生刺激作用,而且其烯烃和芳香烃物质,在阳光的作用下,还可以和氮氧化物发生反应生产臭氧,造成二次污染。因此为进一步提升大气污染防治水平,改善区域环境质量,焦化厂的VOCs治理显得尤为重要。

引言

作为一个传统的化工行业,炼焦在生产过程中很容易产生各种尾气,因此焦化行业也是VOCs产生的主要领域之一。炼焦及后续煤气净化涉及到的众多化工介质中含有大量VOCs。

在焦化生产过程中,由于介质流动、温度及压力的变化,极易出现含有VOCs的尾气逸散。这些逸散尾气组成复杂,含有不同刺激性、腐蚀性、恶臭甚至致癌致畸的有害成分,是焦化厂异味的主要来源。

尾气的排放不仅严重污染环境,影响员工身心健康,加剧装置腐蚀,而且会造成资源浪费,如果处置不当,还存在燃烧爆炸的安全风险。因此,《炼焦工业污染物排放标准》(GB16171-2012)对大气污染特别排放限值提出了严格的要求。

1、焦化厂VOCs的来源与组成

过去,焦化厂很少对VOCs进行处理,但实际上焦化在钢铁冶金企业中必不可少,在生产过程中会产生各种各样的异味,不仅污染环境,同时对员工的身体也造成潜在的危害。

焦化厂的工艺流程包括煤的高温干馏,主要原料是煤,一般采用的是配合煤。配合煤作为化合物里面的成分,其组成并不固定。

在整个工艺过程中炼焦、回收是产生VOCs最多的车间,尤其在回收区域更为严重,因此对于焦化厂的VOCs治理主要集中在回收区域。炼焦的除尘装置效果理想可以减少很大一部分VOCs的外排,而回收区域涉及的设备众多,各种罐体的放散气直接连通大气,产生的异味严重。

焦油、萘、酚、甲烷烃类物质会逸散到大气中,特别是苯,更是具有强烈毒性,严重影响大气环境。

2、焦化厂VOCs的治理措施

和其他环境治理措施类似,焦化厂尾气治理仍然要遵循“源头减量、过程控制、末端治理”的总体思路。采用先进工艺装备,淘汰落后生产工艺,减少“跑冒滴漏”,实现源头尾气减量。同时,要提高生产管理水平,减少操作维护不当产生的尾气排放,采取适当的治理措施,将产生的尾气加以回收或处理。

焦化厂生产过程产生的尾气种类繁多、性质各异,发生源的特点亦不相同。根据其各自的特点,处理方法也多种多样。

目前常用的方法主要有化学吸收法、物理吸附法、冷凝回收法、燃烧法、催化分解法、氮封法以及通过压力平衡系统引入煤气负压管网回收等。

目前大部分焦化厂在设计时都设计有有害尾气回收管道系统,在施工时已装配有害尾气回收系统,鼓风、粗苯、油库等槽放散尾气均接入了鼓风机前负压管道。但由于安全原因,都没有很好地发挥作用。

一些单位在进行有害尾气治理时,采用洗涤吸附法、吸附燃烧法、洗涤氧化法、吸收法等,尾气治理工艺各有特点,效果各异,投资费用及运行费用也差别较大。

3、焦化厂密闭槽体VOCs的治理

焦化厂的异味气体主要集中于回收区域,回收区域涉及范围很广,大致分为氨硫、粗苯、鼓风冷凝、洗涤、精脱硫、储备站、油库等工段。其中粗苯、鼓风冷凝、洗涤、油库都有槽体。

之前的工艺是每个槽体放散气直接连通大气来保证槽体内的压力平衡,同时槽体内还有物料的进出。对于这种槽体的放散气有很多种治理方法,但是考虑性价比,操作方便,投资小,真正实现零排放。

一般都采用氮气密封然后全负压返回煤气系统的处理工艺。此工艺需要槽体的密封效果好,这样空气不容易进入负压区,可以更好地控制煤气的含氧量。

3.1 放散气全负压返回煤气系统工作原理

首先对封闭式槽体安装开闭式氮封装置,当槽体进出料作业时,氮封阀进行供氮与泄氮作业,泄氮时部分尾气随氮气排出。将封闭式槽体放散阀接入负压系统,在风机前安装一套微负压控氧装置,设定一定的压力,刚好将这些槽体排出的尾气吸入负压系统,而不至于在风机压力变化时将过多的氧气吸入到负压系统,从而产生安全隐患。

氮封技术主要是应用于库区槽罐的密封。槽内液位下降或温度降低时利用氮气补充槽内气体空间。通过氮气充满槽内液位上方,阻止液体介质持续气化,抑制介质气化逸出。

当槽体进料液位上升或温度升高造成槽内气体压力升高时,泄氮阀打开,氮气逸出,从而保持槽内压力平衡。该方法可有效减少库存槽罐作业过程中的尾气排放,也有利于提高槽罐本质安全水平。

另外,氮气属于惰性气体,因此不必考虑氮封废气发生化学反应对煤气系统造成的不利影响。同时,氮封处理引入煤气系统的废气量很少(最大量不到1000m3),对煤气系统管道也不会产生不利影响。

具体工作原理:

1) 设定微负压控氧装置前管道吸力为-100-200Pa,槽体放散口吸力为0~-50Pa,根据槽体至鼓风机前微负压控氧装置前的管道长度,管道长度不同,阻力不同,用槽体上阀门开度调节槽体放散口吸力为设定值;

2) 微负压控氧装置接入鼓风机回流管道上或者风机前管道上,通过调节阀调节微负压控氧装置的吸力在-1000~-5000Pa

3)微负压控氧装置内部特殊结构,由吸入管、限压水封舱、气体水封、真空舱、折流板、调节阀、回流管、真空计、溢流管、补水管等构成,进口管内气体在负压作用下,冲破水封进入真空部分,被吸入鼓风机煤气管道,水封高度随着吸力的变化而变化,回收尾气刚好能冲破水封进行真空系统,保持有害尾气管道吸力恒定,气体带走的水汽在折流板处被冷凝下来进入回流管,回到水封系统,有一部分水汽被气体带入煤气,这时需用补水管补充,保证水封的高度。全程无排放,无泄漏,安全可靠,真正实现了零排放治理化产尾气。

各槽体放散口吸力设定为-100~0Pa,根据管道长度、口径、阻力情况来设定各放散口吸力,槽体安装开闭式供氮阀、泄氮阀,用变频控制器调节风机转速,各点用调节阀调节吸力,保证气体不会逸散到大气中,同时,又能保证保持足够的吸力。

该工艺全部采用12# 控制,选用自动化程度较高的设备,信号接入化产中控室中控系统,由中控室人员操作,不再另增加操作人员。为防止管道堵塞,在废气收集管道上加装蒸汽清扫管道,定期进行蒸汽冲扫。

工艺流程见图1:

3.2 敞开式有害尾气排放点逸散气处理

 

这些区域分布较广,收集尾气比较困难,各个废气排放点形状各异,需要制作不同的尾气收集装置,相比而言最经济实用的是采取洗涤法来对尾气进行处理。尾气主要含氨、硫化氢、萘、酚、苯类等有机物质。首先将此类废气进行收集,经管道引入洗涤塔,洗涤塔分为二次洗涤,下层使用冷凝液循环喷洒,除去废气中的苯类有机物,借由传质吸收原理,以组分分压压差作为吸收推动力,严格控制操作压力和温度等操作因素,以达到较好的吸收效果。上段使用蒸氨废水洗涤,通过对操作状态的控制,对废气中的残余有机物质达到吸收的目的。

 

由于各排放点形状各异,大小不同,大多属于敞开式排放点,需要根据每一个排放点的具体情况设计制作相应的收集装置,需要功率匹配的风机,通过变频器调节风机转速来保证有害气体的全部收集。处理后的废气送焦炉烟囱与焦炉废气一起排放或者可以直接排放。工艺流程见图2: