煤气精制槽区VOCs废气治理研究与应用

摘要：炼焦过程产生的焦油、粗苯、剩余氨水等需要先用贮槽储存,然后再送到后续装置处理。针对贮槽的废气组成、收集方法进行了研究,采取措施对废气进行回收,有效提升了焦化行业VOCs废气的治理水平。

上海宝钢化工有限公司宝山厂部三期槽区有2个4000m3氨水贮槽、2个4500m3焦油贮槽、1个3000m3粗苯贮槽。氨水贮槽温度在60~70℃,焦油贮槽温度70~80℃,轻油贮槽为常温。槽内通过呼吸阀挥发出氨、硫化氢、萘、苯等非甲烷总烃(VOCs)类废气,需要对槽区进行废气治理。

1废气治理工艺

由于废气中含有氨、硫化氢、萘、苯类物质,其中焦油贮槽废气中的苯类物质:苯40g/m3、甲苯20g/m3、二甲苯90g/m3,上述物质具有易燃、易爆、易腐蚀等特性,常规的抽气洗涤方法不仅安全风险高,而且对有机物治理效果不明显。需要改变思路,进行回收治理。

根据《石油化工储运系统罐区设计规范》SH/T3007─2007中相关条款规定,固定顶贮槽的吸入量及呼出量主要由进、出料导致的“大呼吸”及由于大气最大温差导致的“小呼吸”产生的废气量组成。三期槽区各槽“大呼吸”产生的废气量见表1,各槽“小呼吸”产生的废气量见表2,各槽“总呼吸”产生的废气量见表3,有不同的差异。

2治理工艺方案

将5个贮槽内的挥发物如氨、硫化氢、萘、苯类等非甲烷总烃物质进行收集后,接至煤气负压管道,引入煤气负压系统混配到煤气中,避免废气直接排放。为此,需要配置氮气稳压、安全水封、蒸汽保温、蒸汽吹扫等措施。治理方案见流程图1。

2.1氮气稳压

进出贮槽的物料量多、变化频繁,液面以上的空间内气体无法保持在一个恒定的压力,而进入煤气总管前的吸力是一定的。简单的废气接入,容易造成废气收集管的压力调节阀频繁动作,存在贮槽吸气不足或被吸瘪的风险,必须配置氮气稳压系统。通过氮气补充到槽内,控制槽内压力在200~300Pa,贮槽废气通过废气支管引至废气总管,废气总管接入煤气负压管道,废气支管压力控制在100~150Pa,确保空气不被吸入到废气中。

2.2安全水封

设置安全水封的目的:①当废气管道堵塞,槽内压力超过一定压力时,则水封瞬间被击穿,防止槽内憋压。②一旦槽内物料下降过快,短时间槽内形成较大的负压,水封就被抽干,从而保证贮槽不被吸瘪,保证贮槽运行安全。

2.3管道设计

废气中含有萘、油等物质,容易粘附在管壁,管径通量变小,严重时堵塞管道,造成废气系统无法正常使用。所以废气收集管设计时,需要设置蒸汽吹扫管和冷凝液排放管,而且管道还需要伴热保温。

3废气治理的运行与控制

1)通过氮气稳压,当贮槽由于进料或温度升高导致槽内压力升高至设定上限时,废气出口压力调节阀打开,废气从由各贮槽呼吸阀下部管道接出的各支管汇集至废气总管后进入煤气负压系统。

2)当由于出料或温度下降导致槽内压力下降至设定下限时,废气出口压力调节阀逐渐关闭,贮槽处于密闭状态,既不向煤气负压系统呼出废气,也不向槽内注入氮气。当贮槽内压力继续下降至设定下下限时,氮气稳压装置开启,向贮槽内注入氮气,使槽内压力保持的设定上限与下限之间。

3)煤气含氧量的控制。由于各槽的废气通过废气收集管进入煤气负压管内,在呼吸阀关闭时,气系统与外界是隔断的,在全部槽内压力受控的前提下,氮气稳压系统保证空气不被吸入煤气中。槽区废气系统的投运不增加煤气中的氧含量。

4)系统单独控制各槽内压力,槽内压力维持在200Pa左右,调节阀根据槽内压力自动跟踪,上下调节幅度在20%左右。氮气自动控制系统有足够的能力完成槽内压力的跟踪和调整。系统投用近1年来,运行稳定。

5)三期煤气精制槽区废气回收装置,在大陆地区焦化行业为首次运行,装置投费用相对较低(表4),主要管材采用普通碳钢,费用主要用于控制系统和工程安装。

4结语

1)三期槽区废气回收装置,是国内焦化行业中首套正常运行的装置。

2)槽区废气回收装置的投用,彻底解决了槽区VOCs治理的难题。

3)槽区VOCs回收装置采用氮气稳压方式,不增加煤气中的氧含量。

4)槽区VOCs回收装置的运行是安全、可靠的。