聚丙烯裝置VOCs 治理效果分析

白勝文

（中國石化滄州分公司，滄州 061000）

間歇式液相本體法（俗稱小本體法）生產(chǎn)工藝是20 世紀(jì)70 年代我國自行研究開發(fā)的聚烯烴技術(shù)，具有工藝流程簡單、投資省、建設(shè)周期短、三廢少等特點(diǎn)[1-5]，缺點(diǎn)是能耗物耗較高。近年來，隨著環(huán)保監(jiān)管愈發(fā)嚴(yán)格，國家及地方政府對煉化企業(yè)VOCs 排放治理標(biāo)準(zhǔn)與要求也越來越高，不少地方政府以及企業(yè)都出臺了最新的地方及企業(yè)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，小本體聚丙烯在閃蒸釜置換、壓料、尾氣處理過程中面臨的環(huán)保壓力也越來越大，如何降低裝置能耗物耗，提升環(huán)保水平，提高經(jīng)濟(jì)效益，已成為當(dāng)前小本體聚丙烯企業(yè)研究的重要課題。

1 裝置簡介及存在的問題

某聚丙烯裝置2003年建成，主要以原油加工過程得到的丙烯為原料，用間歇式液相本體法工藝生產(chǎn)聚丙烯，年產(chǎn)聚丙烯6萬t。裝置共有16座12 m3聚合釜和16座14 m3閃蒸釜，低壓丙烯氣回收系統(tǒng)包括1座2 000 m3氣柜，1臺進(jìn)氣量1 680 m3/h和2臺進(jìn)氣量為750 m3/h 的往復(fù)式壓縮機(jī)，以及一套PSA裝置等。聚丙烯裝置閃蒸釜置換氮?dú)狻毫系獨(dú)?、PSA尾氣等氣體中VOCs含量較高，存在排放不達(dá)標(biāo)的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，且丙烯與氮?dú)鈫魏妮^高，影響裝置經(jīng)濟(jì)效益。聚丙烯裝置VOCs主要排放點(diǎn)見圖1。

具體情況如下：

1）閃蒸釜置換氣體放空造成丙烯損失和環(huán)境污染。閃蒸釜置換過程除第1 次抽真空丙烯氣排入氣柜回收外，其余后3 次抽真空置換出來的丙烯氣排大氣，丙烯體積分?jǐn)?shù)為1%～20%，由于尾氣量大濃度低，無法進(jìn)入后續(xù)壓縮冷凝和PSA單元，又由于壓力低，也無法排入火炬系統(tǒng)，目前不得不直排大氣，按照6萬t/a聚丙烯產(chǎn)量計(jì)算，這部分尾氣排出的丙烯單體量在每年180～300 t。不但損失大量丙烯，而且造成環(huán)境污染。

2）PSA裝置分離后富氮?dú)獠贿_(dá)標(biāo)。壓縮冷凝的不凝氣經(jīng)PSA裝置分離后得到的富氮?dú)庵斜┖咳赃_(dá)300 mg/m3，無法滿足新環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

3）壓料氮?dú)庵苯优欧旁斐傻獨(dú)鈸p失及環(huán)境污染。目前壓料氮?dú)鈱⒕郾┓哿陷斔椭亮蟼}后，氮?dú)庵苯訌牧蟼}頂部放空，浪費(fèi)氮?dú)饧s20 m3/t，同時(shí)氮?dú)庵斜┖考s為1 800 mg/m3，同樣帶來了排放不達(dá)標(biāo)的問題。

4）丙烯精制系統(tǒng)每2 ～3 個(gè)月連續(xù)排放廢氣400～800 m3/h，其中含有硫醇、甲醇等VOCs組分，含量約為2 000 mg/m3，存在排放不達(dá)標(biāo)的問題。

5）整個(gè)尾氣回收系統(tǒng)無法接收現(xiàn)有有組織排放廢氣。若將上述尾氣全部排入回收系統(tǒng)，回收系統(tǒng)壓縮機(jī)、PSA裝置等將嚴(yán)重超負(fù)荷。

上述問題幾乎困擾著所有的小本體聚丙烯裝置，這是該類裝置丙烯及氮?dú)鈫魏母哂谶B續(xù)法聚丙烯裝置的主要原因，也是困擾其環(huán)保無法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)的主要原因[6]。

圖1 聚丙烯裝置VOCs主要排放點(diǎn)

2 裝置VOCs 治理方案及效果

2.1 VOCs 治理方案

1）把閃蒸釜反復(fù)抽真空置換工藝改為真空連續(xù)氣提工藝，降低閃蒸釜置換部分氮?dú)庀牧?，并將置換出的丙烯氣全部排入氣柜回收處理，實(shí)現(xiàn)閃蒸釜置換氮?dú)饬闩欧?，并增加丙烯回收量?/p>

2）在壓縮機(jī)水冷器后面增加低溫冷卻器和制冷機(jī)組，降低壓縮機(jī)和PSA裝置負(fù)荷，為將裝置所有外排有組織尾氣進(jìn)氣柜創(chuàng)造條件，同時(shí)也解決夏天循環(huán)水溫度高時(shí)冷后溫度高的問題。

3）丙烯精制塔再生時(shí)采用氮?dú)庋h(huán)再生的方式，節(jié)省氮?dú)庥昧?，攜帶VOCs 組分的少量氮?dú)膺M(jìn)低壓瓦斯系統(tǒng)。

4）增設(shè)氮?dú)饣厥障到y(tǒng)，將料倉排空的壓料氮?dú)膺M(jìn)行回收，可考慮利舊現(xiàn)有壓縮機(jī)。目前壓料氮?dú)獾挠昧考s為20 m3/t，氮?dú)庵斜w積分?jǐn)?shù)約為0.1%，可以將這部分氮?dú)饣厥昭h(huán)利用，當(dāng)幾次壓料循環(huán)丙烯或者氧氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到設(shè)定值（比如0.5%）后，排入氣柜回收，這樣徹底解決壓料尾氣不達(dá)標(biāo)排放的問題。

2.2 項(xiàng)目實(shí)施及效果

根據(jù)裝置VOCs 治理方案，結(jié)合裝置現(xiàn)場實(shí)際情況，實(shí)施了聚丙烯VOCs 治理項(xiàng)目，項(xiàng)目共有四個(gè)部分，一是閃蒸釜采用連續(xù)氣提工藝；二是壓料氮?dú)饣厥昭h(huán)利用；三是在循環(huán)水冷卻器后增設(shè)低溫水制冷冷卻系統(tǒng)；四是分子篩塔采用氮?dú)庋h(huán)的方式進(jìn)行再生。項(xiàng)目總投資546萬元。項(xiàng)目投用后，在安全環(huán)保、節(jié)能降耗方面取得了良好效果。

1）項(xiàng)目投用后，解決了困擾小本體聚丙烯裝置外排氣VOCs 含量高的問題，原聚丙烯裝置四個(gè)有組織排放廢氣全部排入回收系統(tǒng)，進(jìn)一步提升了裝置環(huán)保水平。

2）在提高裝置環(huán)保水平的同時(shí)，減少了閃蒸釜置換和系統(tǒng)壓料的氮?dú)庀?，廢氣全部進(jìn)入回收系統(tǒng)，增加了丙烯回收率，降低了丙烯單耗，為裝置帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。2018 年1－8 月與2019 年1－8月主要生產(chǎn)指標(biāo)對比見圖2～5，改造前后電單耗對比見表1。

圖2 改造前后氮?dú)鈫魏膶Ρ?/p>

圖3 改造前后加工損失率對比

圖4 改造前后丙烯回收率對比

圖5 改造前后累計(jì)氮?dú)鈫魏呐c丙烯單耗對比

2019年7月23日開始，裝置開始停工待料，聚丙烯產(chǎn)量比計(jì)劃低1 300 t 左右，造成電單耗增加?？鄢陨弦蛩兀瑢?shí)際電單耗為103.82 kW·h/t。綜上可以看出，裝置進(jìn)行VOCs 治理后雖然用電量有所增加，但降低了氮?dú)鈫魏呐c加工損失率，提高了丙烯回收率。改造后取得的經(jīng)濟(jì)效益見表2。

表1 改造前后電單耗對比

表2 改造后經(jīng)濟(jì)效益

按照2019 年9 月價(jià)格、6.5 萬t/a 聚丙烯產(chǎn)量進(jìn)行核算，年增加經(jīng)濟(jì)效益約201.3萬元。

3 優(yōu)化改進(jìn)建議

項(xiàng)目投產(chǎn)后，滿足了VOCs 排放標(biāo)準(zhǔn)，降低了氮?dú)饧氨┫?，為裝置帶來了經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，裝置仍有改進(jìn)優(yōu)化的空間，主要有以下幾個(gè)方面：

1）PSA 富氮?dú)獗┖吭?00 ～300 mg/m3之間，氧體積分?jǐn)?shù)0.7%左右。目前這部分氮?dú)猓s100 m3/h）直接排放至全廠瓦斯系統(tǒng)，一是造成氮?dú)赓Y源浪費(fèi)，二是對瓦斯系統(tǒng)造成影響，降低瓦斯熱值，影響加熱爐熱效率。應(yīng)合理利用這部分氮?dú)猓M(jìn)一步降低聚丙烯裝置氮?dú)庀?，減少對全廠瓦斯系統(tǒng)的影響。

2）目前裝置粉料輸送氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)了循環(huán)利用，但壓料為間歇性操作，不壓料時(shí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)自循環(huán)（每天約8 h），增加了裝置用電量，造成浪費(fèi)，可以考慮氮?dú)鈮嚎s機(jī)電機(jī)增加調(diào)速系統(tǒng)，降低用電消耗，進(jìn)一步增加裝置經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

聚丙烯VOCs 排放治理項(xiàng)目實(shí)施后，實(shí)現(xiàn)了裝置VOCs 達(dá)標(biāo)排放，滿足了最新環(huán)保要求，進(jìn)一步提升了裝置環(huán)保水平。氮?dú)鈫魏妮^改造前降低了37.8%，丙烯單耗較改造前降低了0.001 t/t，雖然電單耗增加20%，但總體上每年增效約201.3萬元，降本增效效果良好。裝置在PSA富氮?dú)饫?、氮?dú)鈮嚎s機(jī)空轉(zhuǎn)等方面需要完善優(yōu)化，裝置仍存在進(jìn)一步降本增效空間。