甲醇廠VOCs 綜合治理優(yōu)化改進(jìn)

郭海鵬，張棟亭

（山西焦煤集團(tuán)飛虹化工股份有限公司，山西 臨汾 041606）

1 現(xiàn)狀及改造的必要性

1.1 現(xiàn)狀

甲醇廠成品罐區(qū)有4 個(gè)10 000 m3甲醇罐和1 個(gè)300 m3雜醇罐，中間罐區(qū)有2 個(gè)500 m3、1 個(gè)2 000 m3的精甲醇罐作為甲醇成品的計(jì)量罐，在生產(chǎn)過程中從精餾塔采出的精甲醇先進(jìn)入中間罐區(qū)精甲醇罐分析合格后用泵打入成品罐區(qū)精甲醇罐。成品罐區(qū)和中間罐區(qū)甲醇儲(chǔ)罐均為內(nèi)浮頂罐，甲醇在進(jìn)料和放料過程中，因儲(chǔ)罐內(nèi)甲醇液面變化引起儲(chǔ)罐內(nèi)氣體空間變化，進(jìn)而引起氣體壓力的升降變化，使甲醇?xì)怏w排出；在晝夜溫差變化和大氣壓較低時(shí)會(huì)有揮發(fā)的甲醇?xì)饨?jīng)罐頂呼吸閥和罐壁通氣孔逸散至大氣中污染環(huán)境。甲醇廠合成車間油回收隔油池、渦流反應(yīng)器、氣浮分離池、渣池均為敞口裝置，集液池放空均為就地排放。此外精餾工序液封槽放空、地下槽、中間罐區(qū)地下槽、成品罐區(qū)地下槽均存在甲醇?xì)鈸]發(fā)情況。

1.2 改造必要性

甲醇是一種易揮發(fā)的有機(jī)液體，甲醇在進(jìn)料、放料和儲(chǔ)存過程中揮發(fā)的甲醇廢氣對(duì)環(huán)境造成了一定的影響，并且造成浪費(fèi)，給企業(yè)帶來雙重負(fù)面影響[1]。

對(duì)罐頂呼吸閥處揮發(fā)的甲醇?xì)鉂舛冗M(jìn)行分析，如表1、表2 的所示。

表1 成品罐區(qū)儲(chǔ)罐甲醇?xì)鉂舛确治鰯?shù)據(jù)表

表2 罐區(qū)貯罐非甲烷總烴分析數(shù)據(jù)表

根據(jù)《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16171—2012）、《揮發(fā)性有機(jī)物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 37822—2019）等文件要求，甲醇儲(chǔ)罐大氣污染物特別排放限值為甲醇?xì)?0mg/m3、非甲烷總烴50 mg/m3。目前各儲(chǔ)罐監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均超標(biāo)，迫切需對(duì)甲醇成品罐區(qū)和中間罐區(qū)放散點(diǎn)的VOCs 進(jìn)行收集治理,以便保持儲(chǔ)罐頂部的壓力恒定，避免儲(chǔ)罐內(nèi)甲醇與空氣直接接觸，減少污染物排放并提高貯罐安全性[2]。

2 改造目標(biāo)

甲醇廠增加VOCs 處理裝置，對(duì)甲醇區(qū)域8 個(gè)甲醇槽罐VOCs 進(jìn)行收集治理，對(duì)甲醇生產(chǎn)裝置區(qū)各類油池和逸散氣等多點(diǎn)排放VOCs 進(jìn)行收集治理，使污染物排放濃度滿足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16171—2012）、《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554—1993）相關(guān)大氣污染物排放限值要求，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放和生產(chǎn)清潔化，區(qū)域無異味。具體目標(biāo)如表3所示。

表3 排放要求

3 技術(shù)方案選擇

甲醇廠根據(jù)VOCs 性質(zhì)不同，采取不同的治理工藝，成品罐區(qū)和中間罐區(qū)甲醇罐采用氮封收集+水吸收+焚燒綜合治理工藝；各類污水池和放散氣等多點(diǎn)排放VOCs 治理采用封閉收集+水吸收+焚燒綜合治理工藝；精餾工序不凝氣送入凈化預(yù)熱爐焚燒。

3.1 氮封收集

3.1.1 改造原理

對(duì)現(xiàn)有各類儲(chǔ)罐（固定頂）通氣管等與外界連通的開口全部密閉，引入氮封密封系統(tǒng)。盡量利用儲(chǔ)罐原有開口增設(shè)VOCs 收集管道，完善壓力儀表檢測(cè)措施。

氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)包括氮?dú)庠?、氮?dú)夤芫€、氮封裝置、罐內(nèi)壓力檢測(cè)等。當(dāng)儲(chǔ)罐進(jìn)料閥開啟，向罐內(nèi)添加物料時(shí)，液面上升，氣相部分容積減小，壓力升高，當(dāng)罐內(nèi)壓力升至高于泄氮裝置壓力設(shè)定值時(shí)，泄氮裝置打開，向外界釋放氮?dú)?，使罐?nèi)壓力下降，降至泄氮壓力設(shè)定點(diǎn)時(shí)，泄氮裝置自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)儲(chǔ)罐出料閥開啟放料時(shí)，氣相部分容積增大，罐內(nèi)壓力降低，供氮裝置開啟，向儲(chǔ)罐注入氮?dú)?，使罐?nèi)壓力上升，當(dāng)罐內(nèi)壓力上升至平衡時(shí)，供氮裝置自動(dòng)關(guān)閉，壓力調(diào)節(jié)為連續(xù)操作。

3.1.2 氮封系統(tǒng)的作用

氮封系統(tǒng)主要用于保護(hù)儲(chǔ)罐類容器頂部的壓力平衡，對(duì)多個(gè)儲(chǔ)罐采用氮?dú)馕⒄龎撼錃獗Ｗo(hù)，可避免容器內(nèi)物料與空氣直接接觸，減少污染物排放并提高儲(chǔ)罐安全性。主要作用如下：

現(xiàn)有存儲(chǔ)介質(zhì)揮發(fā)出VOCs 氣相組分為易燃易爆氣體，混合后充入惰性氣體氮?dú)?，縮小爆炸極限范圍，避免形成爆炸性的混合氣，有效降低火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)性。

采用氮封裝置后，在儲(chǔ)罐壓力降低時(shí)，通過罐頂壓力檢測(cè)儀表連鎖供氮閥，向罐內(nèi)充入氮?dú)猓划?dāng)罐內(nèi)壓力升高，儲(chǔ)罐呼出的絕大部分為氮?dú)?，減少儲(chǔ)罐因壓力、溫度波動(dòng)產(chǎn)生的甲醇呼吸損耗量。

3.2 水洗吸收系統(tǒng)

洗滌塔為氣液兩相逆向接觸的填料塔。該塔采用填料式噴淋塔，塔體材質(zhì)選用S304 不銹鋼，兩層PP鮑爾環(huán)填料，塔頂設(shè)除霧器。吸收劑采用新鮮脫鹽水，以保證洗滌效果，排出飽和液送回現(xiàn)有粗醇罐回收利用。

3.3 焚燒工序

經(jīng)過預(yù)處理后的廢氣經(jīng)過水封混合（總氣量：14 660 m3/h）后送入焚燒設(shè)備進(jìn)行焚燒。

本項(xiàng)目考慮三種焚燒處理方式，一是RTO 爐，氣量17 000 m3/h（考慮了10%～20%余量）；一種是利用原有吹風(fēng)氣鍋爐；一種是送入現(xiàn)有地面火炬。

3.3.1 技術(shù)路線一：RTO 爐

采用RTO 系列有機(jī)廢氣蓄熱式焚燒裝置，通過控制溫度，滯留時(shí)間，擾流和氧氣量將廢氣轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水氣，并回收廢氣分解時(shí)所釋放出的熱量，從而達(dá)到環(huán)保節(jié)能的雙重目的。而運(yùn)行時(shí)熱損失由高熱值燃料燃燒補(bǔ)充。

RTO工作原理：有機(jī)廢氣經(jīng)過蓄熱室預(yù)熱至750℃，在燃燒氧化室升溫使廢氣中的VOC 氧化分解成為無害的CO2和H2O；氧化時(shí)的高溫氣體經(jīng)特制的陶瓷熱體，使陶瓷體升溫而“蓄熱”，此“蓄熱”用于預(yù)熱后續(xù)進(jìn)入的有機(jī)廢氣，從而節(jié)省廢氣升溫的燃料消耗。

優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行費(fèi)用較低；處理能力彈性很大；可以處理風(fēng)量大、濃度低的有機(jī)廢氣，不產(chǎn)生大量的NOx；可以適應(yīng)有機(jī)廢氣中VOCs 的組成和濃度的變化、波動(dòng)；廢氣分解效率可達(dá)到99%。

缺點(diǎn)：投資成本較高；RTO 爐內(nèi)蓄熱體隨使用時(shí)間陶瓷體會(huì)變薄，蓄熱能力下降一般2 年更換1 次，更換費(fèi)用2 萬元。

3.3.2 技術(shù)路線二：重啟吹風(fēng)氣鍋爐

利用現(xiàn)有吹風(fēng)氣回收裝置將有機(jī)廢氣氧化生成CO2和H2O，從而凈化廢氣，并回收熱量生產(chǎn)蒸汽。為了減少煙氣中NOx的生成，吹風(fēng)氣鍋爐裝置的燃燒爐爐膛溫度可控制在700 ℃～800 ℃，每小時(shí)可產(chǎn)中壓蒸汽約5 t，該溫度范圍內(nèi)可確保鍋爐裝置安全運(yùn)行。

優(yōu)點(diǎn)：投資成本較低；可熱量回收利用，生產(chǎn)蒸汽；可以處理風(fēng)量大、濃度低的有機(jī)廢氣。

缺點(diǎn)：可能產(chǎn)生NOx，需要脫硝處理；能耗較高。

3.3.3 技術(shù)路線三：廢氣送地面火炬作為助燃空氣焚燒

各工序廢氣通過安全水封后，經(jīng)氣液分離器分離后的廢氣經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓后，送往地面火炬。

優(yōu)點(diǎn)：投資成本較低；運(yùn)行費(fèi)用低。

缺點(diǎn)：二系統(tǒng)停車后；助燃?xì)庵袛?，廢氣不能完全焚燒；改治理路線不符合規(guī)定。

3.4 精餾工序不凝氣送入凈化預(yù)熱爐焚燒

在現(xiàn)有精餾工序不凝氣送入凈化預(yù)熱爐管線增設(shè)阻火器和止回閥，配管至凈化預(yù)熱爐觀察口。

4 技術(shù)路線選擇

VOCs 治理方法主要有吸附法、吸收法、冷凝法、膜分離法、生物法、低溫等離子法、光催法、直接氧化法、蓄熱氧化法、催化氧化法、蓄熱催化法。每種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，目前工程應(yīng)用中多采用組合法來滿足環(huán)保和安全要求[2]。

綜合考慮使用技術(shù)路線一比較合理，具體是成品罐區(qū)和中間罐區(qū)甲醇罐采用氮封收集+水吸收+旋轉(zhuǎn)RTO 爐焚燒綜合治理工藝；各類污水池和放散氣等多點(diǎn)排放VOCs 治理采用封閉收集+水吸收+旋轉(zhuǎn)RTO 爐焚燒綜合治理工藝；精餾工序不凝氣送入凈化預(yù)熱爐焚燒。

甲醇廠VOCs 治理裝置運(yùn)行后，使VOCs 達(dá)標(biāo)排放，保證了甲醇儲(chǔ)存系統(tǒng)安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期的運(yùn)行。

5 結(jié)論

甲醇廠VOCs 綜合治理技術(shù)方案可行、可操作性強(qiáng)。項(xiàng)目實(shí)施后可使VOCs 達(dá)標(biāo)排放，保證甲醇系統(tǒng)安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。