1  前言

揮發性有機物(VOCs)一般指常壓沸點在50～260℃之間的有機物。因成分復雜，其定義有若干種，而從環保意義上講，VOCs主要指化學性質活潑，能與空氣中含氮物質及顆粒物發生光化學反應的一類有機物。其組成有機物本身屬于大氣污染物，參與光化學反應后產物容易引起光化學煙霧，對大氣造成二次污染，對區域性大氣臭氧污染、PM2.5污染具有重要的影響。且大多數VOCs具有令人不適的特殊氣味，并具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用，特別是苯等對人體健康會造成很大傷害。

焦爐煤氣凈化系統（化產回收系統）擔負著凈化焦爐煤氣、回收煤焦油、硫酸銨、輕苯等化產品的任務，在日常生產中，各類設備、管道多有焦油、氨水、苯、萘等具有揮發性的物質，這類揮發性有機物的氣體排放到空氣中，對周邊環境造成污染。

隨著近幾年國家對環境污染治理力度加大，VOCs已經被認定為一項重要大氣污染源，治理焦化廠VOCs氣體，不僅極大有利于減輕大氣污染，而且有利于廠區職工及周邊群眾的健康利益，各項環保法律法規也將VOCs治理作為一項重要內容。2018年7月，國務院印發的《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》中規定，要推進重點行業污染治理改造，在重點區域、重點行業揮發性有機物 VOCs 的排放,全面執行大氣污染物特別排放限值。

  焦化廠VOCs的來源分析

分析化產回收系統的VOCs來源，可按系統各工序分開：

2.1、煤氣凈化工藝的鼓冷工序間歇性廢氣排放。

2.2、煤氣凈化工藝的硫銨干燥工序工藝廢氣排放。

2.3、煤氣凈化工藝的脫苯工序排放的有毒氣體。

2.4、煤氣凈化工藝的脫硫再生塔（我廠為焦油分離器排渣處）排放惡臭氣體。

2.5、各類儲槽大小呼吸等持續性無組織排放。包括：焦油各儲槽、苯儲槽、焦油船、氨水罐、地坑罐等放散氣。

2.6、化產品裝車時的氣味逸散。

2.7、煤氣凈化工藝管道、設備、閥門、法蘭、水封等部位的日常跑冒滴漏泄等。

廢氣排放主要含有苯、苯并（a）芘、萘、非甲烷烴、揮發酚、氨、硫化氫等。

3  原有VOCs治理系統的運行情況

3.1、鼓冷區域：

焦油氨水分離槽、超級離心機、循環氨水罐等逸散廢氣通過來自煙囪負壓抽入廢氣總管，排至焦爐大煙囪；

地坑罐、上下段冷凝液槽、初冷器水封、焦油中間罐、剩余氨水罐等產生的廢氣通過文丘里裝置收集洗滌后，進入廢氣總管。

3.2、硫銨區域：

剩余氨水罐產生的廢氣通過煙囪負壓進入廢氣總管；終冷區域的地坑罐廢氣通過煙囪負壓抽入廢氣總管

干燥工序廢氣通過旋風分離器除塵，排氣洗凈塔進行水洗后排放至大氣。

3.3、粗苯區域：

脫苯區域的輕苯中間罐、重苯罐、殘渣罐、輕苯冷凝冷卻器、輕苯回流槽、控制分離器、油水分離器、地坑罐等逸散的廢氣通過壓力平衡系統，引至鼓風機前煤氣凈化系統。

3.4、脫硫區域：

廢氣排放點為焦油分離器排渣處，已封閉起來，利用焦爐煙囪負壓進入廢氣總管。

3.5、油庫區域：

焦油儲罐、粗苯儲罐進料、卸料（大、小呼吸）產生的逸散氣利用文丘里除味裝置抽吸洗滌后進入廢氣總管，經焦爐煙囪排放。

按原有治理方案，除粗苯廢氣引入煤氣系統外，其它經過簡單洗滌處理，經大煙囪排放，排放要求達到上述特別排放限值，難以保證，急需進行深度凈化處理。

4  治理方案選擇

4.1、經過多方交流，了解到我國目前主要的VOCs治理技術有以下幾項：

4.1.1、引入負壓系統，即將各工段排放的有機物收集后用風機送入焦化煤氣風機前負壓管道中。此方案適合回收中小風量來源，如粗苯等密閉儲槽所產廢氣。不適合開放式排放部位的收集，容易造成煤氣系統含氧升高，無法有效控制含氧量，氣體收集率低。

4.1.2、各工序分散洗滌吸收法，將鼓冷、脫硫、硫銨、粗苯、油庫各工序分別增設洗滌吸收裝置分散處理，該方案適合處理化產有機廢氣，但工藝技術比較落后，氣體收集率僅70-80%，且因活性炭需經常更換因此運行成本高。

4.1.3、預處理+多級洗滌吸收+活性炭吸附集中凈化法，將各工序VOCs排口實現全密閉收集后集中進入多級洗滌+活性炭吸附脫附工藝；除洗滌吸收外，利用活性炭內部孔隙結構發達，比表面積大，對各種有機物具有高效吸附能力的原理，實現VOCs氣體處理后達標排放。該方案氣體收集率高，且投資相對較低，但存在管線過長，中途易堵塞的問題。

4.1.4、直接燃燒法，是利用有機物在高溫條件下的可燃性將其通過化學氧化反應進行凈化的方法。該方案氣體收集率高，但由于需要持續提供燃氣，因此運行費用高，且由于防火、安全間距要求高，危險系數高，因此不適用于焦化行業VOCs治理。

4.1.5、等離子法，利用高壓電極發射的等離子及電子，裂解和氧化有機物分子結構，生成無害化的物質。該方案不適合處理易燃易爆氣體，危險性大，因此不適用于焦化行業VOCs治理。

4.1.6、UV高效光解凈化法，利用高能UV 紫外線的光能裂解和氧化有機物質分子鏈，改變物質結構的原理。該方案工藝相對不成熟，不適用于處理大風量氣體，且運行成本高，因此不適用于焦化行業VOCs治理。

4.2、綜合以上六種廢氣處理方法對比分析，結合我區域治理有機廢氣的實踐及施工場地等因素，決定采用“預處理+多級洗滌吸收+活性炭吸附集中凈化”工藝。

該方案的優點：

4.2.1、針對化產區域采用分部位密閉收集，集中收集后的廢氣進入凈化工藝設備；整個化產區域只有一個排放點。

4.2.2、管道和設備采樣全不銹鋼材質，電氣為防爆型，風機電機為變頻，降低能耗。

4.2.3、運行產生的一些廢液可以進入焦油船等現有的運行裝置，廢棄的焦粉和活性炭通過型煤車間進入焦爐，不產生二次污染物。

4.2.4、排口處由于各項有機揮發物濃度降到最低，可以根據系統投用后的運行效果和今后環保要求的變化做好預留口，可擴展增設燃燒爐加熱燃燒，這樣就無任何污染物排放，可擴展性強。

5  項目實施

經排查統計，化產回收系統共有VOCs排口90處，其中鼓冷工序34處，硫銨工序22處，粗苯工序23處，脫硫工序11處。全區域建一套處理系統，設計總風量為25000m3/h，在各工序將廢氣集中后進入主處理裝置（粗苯工序除外），首先進入洗油洗滌塔，洗油塔采用新洗油對尾氣進行洗滌，在洗油洗滌塔內主要目的是去除大部分尾氣中的焦油、苯、萘等有機物，洗油洗滌塔中飽和洗滌液排至機械化澄清槽；尾氣從洗油塔出來后進入酸洗塔進行洗滌，在酸洗塔內，廢氣中的NH₃被吸收液洗滌并與吸收液中的H₂SO₄發生反應，反應生成的(NH₄)₂SO₄，其反應方程式如下所示：

H₂SO₄+2NH₃=(NH₄)₂SO_4，

酸洗塔內的吸收液排至硫銨段母液槽；廢氣從酸洗塔出來后，經過酸洗塔頂部二級除霧器后經集氣管道進入堿洗塔，在堿洗塔內采用NaOH溶液對廢氣中的H₂S、HCN進行吸收，其反應方程式如下所示：

2NaOH+H₂S=Na₂S+2H₂O

NaOH+HCN=NaCN+H₂O

堿洗塔內的吸收液排入機械化澄清槽；堿洗塔出來的尾氣進入吸脫附塔，塔內采用柱狀顆粒活性炭對尾氣進行過濾吸附，活性炭的主要目的是去除剩余的揮發性有機物（VOCs），活性炭具有比較面積大，通孔阻力小，微孔發達，高吸附容量，對氧化氮、四氯化碳、氯、苯、二甲醛、丙酮、乙醇、甲醇、乙酸、乙酯、苯乙烯、酚類、烴類惡臭氣體等酸堿性氣體均能不同程度的吸收，使用壽命長等特點，廢氣與具有大表面的多孔性活性炭接觸，廢氣中的污染物被吸附分解，從而起到凈化作用。該吸附器采用吸附脫附一體設備，當活性炭吸附飽和后，采用飽和蒸汽直接對活性炭進行脫附再生，從而達到節省重復利用資源極大的降低運行費用；脫附的混合蒸汽通過冷凝后由泵打入機械化澄清槽。

經活性炭吸脫附器后的廢氣由風機加壓后一路由管路送至焦爐焦爐煙囪達標排放，預留一路后期回焦爐開閉器進爐燃燒接口，其工藝流程示意圖如下所示：

單個粗苯單元設計風量1000m3/h，含氧量控制在6%以內；粗苯槽區采用氮氣密封后在槽區頂部裝有阻火式呼吸法，防止負壓回收系統在檢修或維護時槽內物料進出時對槽區造成影響，槽區內氮封閥設定值為1.0KPa，當槽區內低于1.0KPa時自動打開氮氣補充閥向槽內補充氮氣，當槽區內壓力達到1.0KPa時自動關閉補氮閥，泄壓閥設定值為0.2KPa，當槽區內壓力高于0.2KPa時自動打開泄壓閥此時槽區內氣體由分支管線進入主管線，在負壓的帶動下進入煤氣負壓系統。

在廢氣管線主管上設由緊急自動放散閥、壓力傳感器、溫度傳感器、壓力調節閥、手動切斷閥、緊急自動切斷閥，系統通過壓力調節閥來控制主管路壓力維持在-200Pa，系統中壓力傳感器與壓力調節閥實行自動連鎖，緊急放散閥和緊急自動切斷閥與含氧分析儀進行連鎖，當系統中氧含量達到5%時系統自動報警，當氧含量高于6%時自動關閉緊急切斷閥后自動打開緊急自動放散閥進入綜合處理系統來保證電捕系統的正常運行，其工藝流程示意圖入下圖所示：

 后續改進

2019年9月，新VOCs治理系統投產后，在實際運行中，我們發現原系統設計存在一些缺陷：

6.1、活性炭吸附器原運行參數、操作標準不合理，有阻力升高、發生陰燃的安全風險。

活性炭吸附器原操作標準要求每天使用蒸汽脫附器內活性炭2小時，脫附結束后開干燥風機吹掃干燥至常溫后投用。在實際生產中發現脫附時間過短，活性炭脫附不到位導致阻力升高、排口指標也升高的情況；另外活性炭在脫附結束后的溫度約130℃，在此溫度下直接接觸冷卻空氣有發生自燃的安全風險。因此在之后對其操作標準和運行參數進行改進。

改進后，活性炭吸附器脫附時間大幅延長，脫附效果明顯改善；脫附后需要自然冷卻到安全溫度以下再通入冷卻空氣，徹底消除了安全風險。

6.2、油洗塔原操作標準不合理，有內部填料堵塞導致系統阻力過大的環保風險。

2020年年初，VOCs治理系統出現阻力升高的情況，經排查發現是由于油洗塔內填料表面粘掛油渣過多造成堵塞所致，這暴露出原標準對油洗塔內清洗不到位的問題，即在每周按標準更換兩次洗油的條件下，由于洗油飽和、流失速度快導致大量氣體中的萘等雜質沉積附著在洗油塔填料上，致使洗油塔阻力升高速度快。說明原有的操作標準不能滿足生產實際需要，需要對操作標準進行修訂。

修訂后，油洗塔操作標準從每周更換洗油2次、每次補油0.5m，改為每天更換洗油一次、每次補油0.1m，此外每周安排對油洗塔進行一次吹掃沖洗操作，保證油洗塔阻力合格。

7  效果與效益

化產回收系統配套VOCs治理系統從2019年4月開始立項建設，9月建設完成并投用。投用至今已達到20個月，期間系統運行正常，未發生故障停機事件，排口氣體排放達標，滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171-2012）表6特別排放標準要求，化產回收現場在感官上達到了無異味的標準，實現了VOCs治理的極大提升。

8  結論與展望

本文較為詳細地分析研究了焦化廠VOCs氣體的主要來源，以及合理的治理方案，通過建設、改進VOCs治理系統的實踐，成功使作業現場達到感官無異味、排口全封閉、尾氣達標排放的目標。在太鋼當前經營形勢嚴峻，環保壓力日益增大的環境下，具有較高的借鑒意義。