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焦化廠化產區域揮發性有機物VOCs治理現狀
Date:2018/10/22 Number:258

焦化廠化產區域揮發性有機物VOCs治理現狀

來源:萊鋼科技        作者:侯金明

摘要:焦化企業在生產過程中,在煤氣冷凝及化產回收區域,大量含有苯、甲苯及其他揮發性有機物的氣體排放到空氣中,對周邊環境造成污染。常用的揮發性有機物(VOCs)的治理措施主要分為排放源頭控制和排放末端治理兩大類,排放末端治理包括吸收法、吸附法、燃燒法、光催化氧化法、等離子技術。針對VOCs廢氣排放不同的特點,確定合適的方法,才能取得良好的處理效果。


0 前言


揮發性有機物(VOCs)一般指常壓沸點在50~260oC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、碳氫化合物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。隨著近幾年國家對環境污染治理力度加大,VOCs已經被認作一項重要大氣污染源,各項環保法律法規也將VOCs治理作為一項重要內容。2016年12月,國務院印發的《“十三五”生態環境保護規劃》規定,要在重點區域、重點行業推進揮發性有機物排放總量控制,全國排放總量下降10%以上。2012年發布的《煉焦化學工業污染物排放標準》(GB 16171—2012)對現有焦化企業冷凝庫區各類焦油儲槽、苯儲槽都有了明確的排放限值。


1 焦化企業VOCs治理現狀


焦化企業VOCs排放主要來源于化產回收工序,比如鼓風冷凝區域焦油儲槽、循環氨水槽、機械化澄清槽,化產回收加工區域的苯儲槽、焦油儲槽、萘油儲槽等大部分儲槽的呼吸閥排出的廢氣。該部分廢氣中含有部分苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等物質,都屬于揮發性有機物。當前,包括煉焦行業在內的大部分化工企業,常用的VOCs治理措施主要分為排放源頭控制和排放末端治理兩大類。


1.1 排放源頭控制


通過采取預防性的措施,如改進生產工藝和加強生產工藝過程管控等,可有效減少揮發性有機物的排放。例如:苯類及焦油類物質儲存過程中,部分化工企業通過內浮頂等新型儲罐替代常規儲槽,使液體無蒸汽空間,可有效減少蒸發損失85% ~96% ;浮頂內部空間通氮氣,在避免污染物排放的同時,減少著火爆炸危險,保證儲液質量;由于液面上沒有氣體空間,故減少罐壁罐頂的腐蝕,從而延長儲罐的使用壽命。萊鋼焦化廠在鼓冷冷凝區域的機械化澄清槽機頭位置安裝了焦油渣回收裝置,該裝置為密閉裝置,通過負壓尾氣捕集將原先機頭放散尾氣回收凈化,減少了污染物排放。


1.2 排放末端治理


目前,比較成熟的VOCs廢氣的治理方法主要包括吸收法、吸附法、冷凝法和燃燒法等,因工藝簡單,運行效果較好得到了普遍推廣;此外的光催化氧化法、低溫等離子法、生物膜法等技術因效率低、周期長、費用高等問題未能大面積應用,主要應用在試驗及理論研究方面。


1.2.1 吸收法


吸收法是使用溶劑對VOCs進行吸收后,通過溶劑與VOCs物理性質差異進行分離,將吸收的VOCs作為產品進行回收。吸收法對濃度和壓力較高,溫度較低的混合氣體處理效果較好,采用吸收法治理VOCs,選擇合適的吸收劑尤其重要。吸收劑的選擇一般要求對VOCs溶解度大,選擇性強,蒸汽壓低、無毒、化學性質穩定、經濟性好。水是常用的一種吸收劑,但水一般對氨氣類無機氣體吸收效果較好,對有機氣體吸收效果不明顯。常見的VOCs吸收法采用的吸收劑一般為油類溶劑,如焦化洗油。但這類溶劑使用時在分離過程中如果需要加熱工藝。很難避免出現二次污染。


吸收法在化工企業應用較普遍,目前萊鋼焦化廠回收車間鼓風冷凝區域和脫硫區域均配置了文氏管負壓噴淋尾氣捕集裝置。通過循環泵將輕苯分離從文氏管頂端噴入,使氣體人口處形成負壓,從而將各槽尾氣通過尾氣收集管吸人文氏管中,經過尾氣與循環液的充分接觸,使尾氣中的有害氣體(主要是氨、萘)被水吸收。吸入的氣體經洗凈塔噴淋洗凈后排人大氣,廢水循環使用,定期更換。


此外對輕苯及蒸氨區域收集的廢氣通過負壓煤氣管道尾氣捕集裝置,利用初冷器前負壓產生的吸力將生產裝置生成的污染性氣體通過尾氣收集管吸入初冷器前、煤氣管道后,通過橫貫初冷器循環油進行洗滌,流程見圖l。當尾氣收集管的壓力高于設定值時,負壓自調閥門自動調節;當尾氣收集管的壓力低于規定值時,負壓自調閥門全部打開,正壓平衡自調閥門自動打開進行調節,保壓氮氣進人尾氣收集管中。該裝置的使用要求確保裝置密閉性,控制好吸入氣體量,避免對煤氣系統造成影響。


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1.2.2 吸附法


吸附法是目前工業廢氣治理中最常用,也是最成熟的一種工藝。吸附法具有以下優點:治理效率高、能耗低、技術成熟、操作簡單等。常用的吸附劑包括:顆粒活性炭、硅藻土、氧化鋁、高聚物吸附樹脂、沸石和硅膠等,這些物質含有豐富的孔結構 。其中活性炭因吸附能力強、原料充足的特點已廣泛應用于苯系物、鹵代烴的吸收。此外通過對活性炭進行氧化、還原和負載化合物等改性處理,可以進一步提高其吸附能力。文婕 對活性炭進行了改性處理的研究,結果表明,活性炭經濃硫酸等強氧化劑氧化改性后,使得原始活性炭表面含有豐富的含氧基團,吸氮選擇性提高,并且對氮化物的吸附量在0.27~0.88mmol/g。


目前萊鋼焦化廠化產精制車間采用活性炭吸附法對成品裝車區的尾氣進行凈化。裝車尾氣通過引風機送至活性炭吸附罐進行吸附,其中的苯類物質被活性炭吸附下來,凈化后的氣體從罐頂部排出。吸附飽和的吸附罐用低壓蒸汽進行脫附,蒸汽由罐頂部進入,穿過活性碳,將被吸附的苯類物質脫附出來并帶人冷凝器;在冷凝器中,混合物被冷凝下來進入分層槽分離后進行回收。活性炭吸附罐完成脫附并用空氣干燥再生后,切換回吸附狀態,從而完成一個操作循環,工藝流程見圖2。該裝置對苯類物質回收率達到80% 。


1.2.3 燃燒法


燃燒法只在揮發性有機物在高溫及空氣充足的條件下進行完全燃燒,分解為CO2和H2O。燃燒法適用于各類有機廢氣,可以分為直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒。


排放濃度大于5000mg/m 的高濃度廢氣一般采用直接燃燒法,該方法將VOCs廢氣作為燃料進行燃燒,燃燒溫度一般控制在1100oC,處理效率高,可以達到95%一99% 。


熱力燃燒法適合于處理濃度在1000—5000 mg/m 的廢氣,采用熱力燃燒法,廢氣中VOCs濃度較低,需要借助其他燃料或助燃氣體,熱力燃燒所需的溫度較直接燃燒低,大約為540—820oC。燃燒法處理VOCs廢氣處理效率高,但VOCs廢氣若含有S、N等元素,燃燒后產生的廢氣直接外排會導致二次污染。



1.2.4 光催化氧化法


光催化氧化技術在水處理領域的應用已十分成熟,其基本反應原理是在紫外光照射下,通過光催化劑與H2O和O2反應產生強氧化性的羥基自由基(·OH),通過羥基自由基氧化水中有機污染物。其巾TiO2因光催化活性高,具有良好的化學穩定性和耐光腐蝕性是最常用的光催化劑。研究表明,光催化氧化法對大氣中有機污染物同樣具有較好的處理能力,段曉東等 將粒徑為20.7 nm的TiO2作為催化劑,研究了光催化氧化降解甲苯的效果,結果表明,在甲苯初始濃度為200mg/m3、體系的相對濕度為45% 、反應溫度為20.5℃ 、反應時間為60min的條件下,甲苯的去除率達76% 以上。除此之外,許多研究機構研發的光催化凈化空氣技術都取得了較好的效果,為下一步該技術推廣起到了較好的促進作用。但該技術仍存在一些缺陷,如:反應受紫外光源限制、能量產率低、較難處理高濃度及大風量的氣體等,如何解決這些限制條件將是下一步重點研究的方向。


1.2.5 等離子技術


等離子體是物質的第四態,即電離了的“氣體”,組成成分包括:離子、電子以及未電離的中性粒子,整體呈中性。等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體,現在低溫等離子體已經廣泛應用于多個生產領域。低溫等離子體化學活性高,反應速度快,對高、低濃度的有機物均有良好的去除效果。低溫等離子體技術是在外加電場作用下,通過介質放電產生大量高能粒子,當高能粒子能量高于VOCs化學鍵能時,高能粒子不斷轟擊可使VOCs化學鍵斷裂、電離,從而破壞VOCs分子結構,生成小分子低毒無毒物質,達到消除VOCs目的 。該技術具有] 藝簡單、適用性強、易于操作和能耗低等優點,已成為VOCs處理的前沿技術。


2 技術局限性


目前VOCs系統治理難度較大,主要因為涉及工藝技術、設備設施、管理、資金等因素較多。在末端治理方面,焦化企業排放的廢氣特征復雜,采用單一的方法難以控制VOCs治理效果,因此發展新技術,將傳統技術與新技術進行融合,是未來VOCs治理的一個發展方向。


3 結語


對目前化工企業常用VOCs末端治理技術及其適用性進行了簡單介紹。需要說明的是,VOCs治理方法本身沒有好壞之分,只有針對VOCs廢氣排放不同的特點,確定合適的方法,才能取得良好的處理效果。


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