1  前言

挥发性有机物(VOCs)一般指常压沸点在50～260℃之间的有机物。因成分复杂，其定义有若干种，而从环保意义上讲，VOCs主要指化学性质活泼，能与空气中含氮物质及颗粒物发生光化学反应的一类有机物。其组成有机物本身属于大气污染物，参与光化学反应后产物容易引起光化学烟雾，对大气造成二次污染，对区域性大气臭氧污染、PM2.5污染具有重要的影响。且大多数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，特别是苯等对人体健康会造成很大伤害。

焦炉煤气净化系统（化产回收系统）担负着净化焦炉煤气、回收煤焦油、硫酸铵、轻苯等化产品的任务，在日常生产中，各类设备、管道多有焦油、氨水、苯、萘等具有挥发性的物质，这类挥发性有机物的气体排放到空气中，对周边环境造成污染。

随着近几年国家对环境污染治理力度加大，VOCs已经被认定为一项重要大气污染源，治理焦化厂VOCs气体，不仅极大有利于减轻大气污染，而且有利于厂区职工及周边群众的健康利益，各项环保法律法规也将VOCs治理作为一项重要内容。2018年7月，国务院印发的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》中规定，要推进重点行业污染治理改造，在重点区域、重点行业挥发性有机物 VOCs 的排放,全面执行大气污染物特别排放限值。

  焦化厂VOCs的来源分析

分析化产回收系统的VOCs来源，可按系统各工序分开：

2.1、煤气净化工艺的鼓冷工序间歇性废气排放。

2.2、煤气净化工艺的硫铵干燥工序工艺废气排放。

2.3、煤气净化工艺的脱苯工序排放的有毒气体。

2.4、煤气净化工艺的脱硫再生塔（我厂为焦油分离器排渣处）排放恶臭气体。

2.5、各类储槽大小呼吸等持续性无组织排放。包括：焦油各储槽、苯储槽、焦油船、氨水罐、地坑罐等放散气。

2.6、化产品装车时的气味逸散。

2.7、煤气净化工艺管道、设备、阀门、法兰、水封等部位的日常跑冒滴漏泄等。

废气排放主要含有苯、苯并（a）芘、萘、非甲烷烃、挥发酚、氨、硫化氢等。

3  原有VOCs治理系统的运行情况

3.1、鼓冷区域：

焦油氨水分离槽、超级离心机、循环氨水罐等逸散废气通过来自烟囱负压抽入废气总管，排至焦炉大烟囱；

地坑罐、上下段冷凝液槽、初冷器水封、焦油中间罐、剩余氨水罐等产生的废气通过文丘里装置收集洗涤后，进入废气总管。

3.2、硫铵区域：

剩余氨水罐产生的废气通过烟囱负压进入废气总管；终冷区域的地坑罐废气通过烟囱负压抽入废气总管

干燥工序废气通过旋风分离器除尘，排气洗净塔进行水洗后排放至大气。

3.3、粗苯区域：

脱苯区域的轻苯中间罐、重苯罐、残渣罐、轻苯冷凝冷却器、轻苯回流槽、控制分离器、油水分离器、地坑罐等逸散的废气通过压力平衡系统，引至鼓风机前煤气净化系统。

3.4、脱硫区域：

废气排放点为焦油分离器排渣处，已封闭起来，利用焦炉烟囱负压进入废气总管。

3.5、油库区域：

焦油储罐、粗苯储罐进料、卸料（大、小呼吸）产生的逸散气利用文丘里除味装置抽吸洗涤后进入废气总管，经焦炉烟囱排放。

按原有治理方案，除粗苯废气引入煤气系统外，其它经过简单洗涤处理，经大烟囱排放，排放要求达到上述特别排放限值，难以保证，急需进行深度净化处理。

4  治理方案选择

4.1、经过多方交流，了解到我国目前主要的VOCs治理技术有以下几项：

4.1.1、引入负压系统，即将各工段排放的有机物收集后用风机送入焦化煤气风机前负压管道中。此方案适合回收中小风量来源，如粗苯等密闭储槽所产废气。不适合开放式排放部位的收集，容易造成煤气系统含氧升高，无法有效控制含氧量，气体收集率低。

4.1.2、各工序分散洗涤吸收法，将鼓冷、脱硫、硫铵、粗苯、油库各工序分别增设洗涤吸收装置分散处理，该方案适合处理化产有机废气，但工艺技术比较落后，气体收集率仅70-80%，且因活性炭需经常更换因此运行成本高。

4.1.3、预处理+多级洗涤吸收+活性炭吸附集中净化法，将各工序VOCs排口实现全密闭收集后集中进入多级洗涤+活性炭吸附脱附工艺；除洗涤吸收外，利用活性炭内部孔隙结构发达，比表面积大，对各种有机物具有高效吸附能力的原理，实现VOCs气体处理后达标排放。该方案气体收集率高，且投资相对较低，但存在管线过长，中途易堵塞的问题。

4.1.4、直接燃烧法，是利用有机物在高温条件下的可燃性将其通过化学氧化反应进行净化的方法。该方案气体收集率高，但由于需要持续提供燃气，因此运行费用高，且由于防火、安全间距要求高，危险系数高，因此不适用于焦化行业VOCs治理。

4.1.5、等离子法，利用高压电极发射的等离子及电子，裂解和氧化有机物分子结构，生成无害化的物质。该方案不适合处理易燃易爆气体，危险性大，因此不适用于焦化行业VOCs治理。

4.1.6、UV高效光解净化法，利用高能UV 紫外线的光能裂解和氧化有机物质分子链，改变物质结构的原理。该方案工艺相对不成熟，不适用于处理大风量气体，且运行成本高，因此不适用于焦化行业VOCs治理。

4.2、综合以上六种废气处理方法对比分析，结合我区域治理有机废气的实践及施工场地等因素，决定采用“预处理+多级洗涤吸收+活性炭吸附集中净化”工艺。

该方案的优点：

4.2.1、针对化产区域采用分部位密闭收集，集中收集后的废气进入净化工艺设备；整个化产区域只有一个排放点。

4.2.2、管道和设备采样全不锈钢材质，电气为防爆型，风机电机为变频，降低能耗。

4.2.3、运行产生的一些废液可以进入焦油船等现有的运行装置，废弃的焦粉和活性炭通过型煤车间进入焦炉，不产生二次污染物。

4.2.4、排口处由于各项有机挥发物浓度降到最低，可以根据系统投用后的运行效果和今后环保要求的变化做好预留口，可扩展增设燃烧炉加热燃烧，这样就无任何污染物排放，可扩展性强。

5  项目实施

经排查统计，化产回收系统共有VOCs排口90处，其中鼓冷工序34处，硫铵工序22处，粗苯工序23处，脱硫工序11处。全区域建一套处理系统，设计总风量为25000m³/h，在各工序将废气集中后进入主处理装置（粗苯工序除外），首先进入洗油洗涤塔，洗油塔采用新洗油对尾气进行洗涤，在洗油洗涤塔内主要目的是去除大部分尾气中的焦油、苯、萘等有机物，洗油洗涤塔中饱和洗涤液排至机械化澄清槽；尾气从洗油塔出来后进入酸洗塔进行洗涤，在酸洗塔内，废气中的NH₃被吸收液洗涤并与吸收液中的H₂SO₄发生反应，反应生成的(NH₄)₂SO₄，其反应方程式如下所示：

H₂SO₄+2NH₃=(NH₄)₂SO_4，

酸洗塔内的吸收液排至硫铵段母液槽；废气从酸洗塔出来后，经过酸洗塔顶部二级除雾器后经集气管道进入碱洗塔，在碱洗塔内采用NaOH溶液对废气中的H₂S、HCN进行吸收，其反应方程式如下所示：

2NaOH+H₂S=Na₂S+2H₂O

NaOH+HCN=NaCN+H₂O

碱洗塔内的吸收液排入机械化澄清槽；碱洗塔出来的尾气进入吸脱附塔，塔内采用柱状颗粒活性炭对尾气进行过滤吸附，活性炭的主要目的是去除剩余的挥发性有机物（VOCs），活性炭具有比较面积大，通孔阻力小，微孔发达，高吸附容量，对氧化氮、四氯化碳、氯、苯、二甲醛、丙酮、乙醇、甲醇、乙酸、乙酯、苯乙烯、酚类、烃类恶臭气体等酸碱性气体均能不同程度的吸收，使用寿命长等特点，废气与具有大表面的多孔性活性炭接触，废气中的污染物被吸附分解，从而起到净化作用。该吸附器采用吸附脱附一体设备，当活性炭吸附饱和后，采用饱和蒸汽直接对活性炭进行脱附再生，从而达到节省重复利用资源极大的降低运行费用；脱附的混合蒸汽通过冷凝后由泵打入机械化澄清槽。

经活性炭吸脱附器后的废气由风机加压后一路由管路送至焦炉焦炉烟囱达标排放，预留一路后期回焦炉开闭器进炉燃烧接口，其工艺流程示意图如下所示：

单个粗苯单元设计风量1000m³/h，含氧量控制在6%以内；粗苯槽区采用氮气密封后在槽区顶部装有阻火式呼吸法，防止负压回收系统在检修或维护时槽内物料进出时对槽区造成影响，槽区内氮封阀设定值为1.0KPa，当槽区内低于1.0KPa时自动打开氮气补充阀向槽内补充氮气，当槽区内压力达到1.0KPa时自动关闭补氮阀，泄压阀设定值为0.2KPa，当槽区内压力高于0.2KPa时自动打开泄压阀此时槽区内气体由分支管线进入主管线，在负压的带动下进入煤气负压系统。

在废气管线主管上设由紧急自动放散阀、压力传感器、温度传感器、压力调节阀、手动切断阀、紧急自动切断阀，系统通过压力调节阀来控制主管路压力维持在-200Pa，系统中压力传感器与压力调节阀实行自动连锁，紧急放散阀和紧急自动切断阀与含氧分析仪进行连锁，当系统中氧含量达到5%时系统自动报警，当氧含量高于6%时自动关闭紧急切断阀后自动打开紧急自动放散阀进入综合处理系统来保证电捕系统的正常运行，其工艺流程示意图入下图所示：

 后续改进

2019年9月，新VOCs治理系统投产后，在实际运行中，我们发现原系统设计存在一些缺陷：

6.1、活性炭吸附器原运行参数、操作标准不合理，有阻力升高、发生阴燃的安全风险。

活性炭吸附器原操作标准要求每天使用蒸汽脱附器内活性炭2小时，脱附结束后开干燥风机吹扫干燥至常温后投用。在实际生产中发现脱附时间过短，活性炭脱附不到位导致阻力升高、排口指标也升高的情况；另外活性炭在脱附结束后的温度约130℃，在此温度下直接接触冷却空气有发生自燃的安全风险。因此在之后对其操作标准和运行参数进行改进。

改进后，活性炭吸附器脱附时间大幅延长，脱附效果明显改善；脱附后需要自然冷却到安全温度以下再通入冷却空气，彻底消除了安全风险。

6.2、油洗塔原操作标准不合理，有内部填料堵塞导致系统阻力过大的环保风险。

2020年年初，VOCs治理系统出现阻力升高的情况，经排查发现是由于油洗塔内填料表面粘挂油渣过多造成堵塞所致，这暴露出原标准对油洗塔内清洗不到位的问题，即在每周按标准更换两次洗油的条件下，由于洗油饱和、流失速度快导致大量气体中的萘等杂质沉积附着在洗油塔填料上，致使洗油塔阻力升高速度快。说明原有的操作标准不能满足生产实际需要，需要对操作标准进行修订。

修订后，油洗塔操作标准从每周更换洗油2次、每次补油0.5m，改为每天更换洗油一次、每次补油0.1m，此外每周安排对油洗塔进行一次吹扫冲洗操作，保证油洗塔阻力合格。

7  效果与效益

化产回收系统配套VOCs治理系统从2019年4月开始立项建设，9月建设完成并投用。投用至今已达到20个月，期间系统运行正常，未发生故障停机事件，排口气体排放达标，满足《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171-2012）表6特别排放标准要求，化产回收现场在感官上达到了无异味的标准，实现了VOCs治理的极大提升。

8  结论与展望

本文较为详细地分析研究了焦化厂VOCs气体的主要来源，以及合理的治理方案，通过建设、改进VOCs治理系统的实践，成功使作业现场达到感官无异味、排口全封闭、尾气达标排放的目标。在太钢当前经营形势严峻，环保压力日益增大的环境下，具有较高的借鉴意义。