煤化工焦化氮封系統改進揮發性的有機物VOCs污染帶來的環境問題已經受到廣泛的重視。在我國，VOCs（volatile organic compouds）揮發性有機物，是指常溫下飽和蒸汽壓大于133.32Pa，常壓下沸點在50—260℃以下的有機化合物，或在常溫常壓下任何能揮發的有機固體或液體。揮發性有機混合物不僅對人體有刺激作用，而且其中不少對內臟有毒害作用，還有的是致突變物與致癌物。揮發性有機混合物中的烯烴和某些芳香烴化合物，在大氣中，在陽光的作用下，還可以和氮氧化物發生反應形成洛杉磯型的光化學煙霧或工業型光化學煙霧，造成二次污染。因此為進一步提升大氣污染防治水平，改善本地區域環境質量，焦化廠的VOCs治理變得尤為重要。
結合內浮頂苯罐的使用現狀對苯罐進行適應性氮封改造,解決了苯氣揮發導致的混合氣體達到爆炸極限帶來的安全風險和環境污染,同時減少了產品損失,帶來了較高的經濟效益. 
0煤化工焦化氮封系統改進引言
煤化工作為傳統重工業性行業，在實際生產過程中很容易產生各種尾氣，因此煤化工（焦化）也是VOCs產生的主要領域之一。煉焦及后續煤氣凈化涉及到的眾多化工介質中含有大量的VOCs。在焦化生產過程中，由于介質流動、溫度及壓力的變化，極易出現含有VOCs的尾氣逸散。這些逸散尾氣組成復雜，含有不同刺激性、腐蝕性、惡臭甚至致癌致畸的有害成分，是焦化廠異味的主要來源。尾氣的排放不僅嚴重污染環境，影響員工身心健康，加劇裝置腐蝕，而且會造成資源浪費，如果處置不當，還存在燃燒爆炸的安全風險?！稛捊构I污染物排放標準》（GB16171-2012）對大氣污染特別排放限值提出了嚴格的要求。
1焦化廠VOCs的來源與組成
VOCs成分復雜，目前已經監測出的VOCs有300 多種，主要來自建筑裝飾、有機化工、鋼鐵冶金，石油石化、包裝印刷、表面涂裝等行業。在以往的VOCs治理中，焦化廠很少進行處理，但實際上焦化在鋼鐵冶金企業中*，在生產過程中會產生各種各樣的異味，不僅污染環境，同時對員工的身體也造成潛在的危害。焦化廠的工藝流程包括煤的高溫干餾，主要原料是煤，一般采用的是配合煤。配合煤作為化合物里面的成分，其組成并不固定。在整個工藝過程中煉焦、回收是產生VOCs多的車間，尤其在回收區域更為嚴重，因此對于焦化廠的VOCs治理主要集中在回收區域。煉焦的除塵裝置效果理想可以減少很大一部分VOCs的外排，而回收區域涉及的設備眾多，各種罐體的放散氣直接連通大氣，產生的異味嚴重。氨水、焦油、萘、酚、甲烷類烴等物質會逸散到大氣中，特別是苯、硫化氫等物質，更是具有強烈的毒性，污染環境，嚴重影響環境和毒害操作工人的身體。
2焦化廠VOCs的治理措施
和其他環境治理措施類似，焦化廠尾氣治理仍然要遵循“源頭減量、過程控制、末端治理”的總體思路。采用*工藝裝備，淘汰落后生產工藝，減少“跑冒滴漏”，實現源頭尾氣減量。同時，要提高生產管理水平，減少操作維護不當產生的尾氣排放，采取適當的治理措施，將產生的尾氣加以回收或處理。
焦化廠生產過程產生的尾氣種類繁多、性質各異，發生源的特點亦不相同。根據其各自的特點，處理方法也多種多樣。目前常用的方法主要有化學吸收法、物理吸附法、冷凝回收法、燃燒法、催化分解法、氮封法以及通過壓力平衡系統引入煤氣負壓管網回收等。目前大部分焦化廠在設計時都設計有有害尾氣回收管道系統，在施工時已裝配有害尾氣回收系統，鼓風、粗苯、油庫等槽放散尾氣均接入了鼓風機前負壓管道。但由于安全原因，都沒有很好地發揮作用。一些單位在進行有害尾氣治理時，采用洗滌吸附法、吸附燃燒法、洗滌氧化法、吸收法等，尾氣治理工藝各有特點，效果各異，投資費用及運行費用也差別較大。
VOCs作為環保指標，之前很少在焦化廠中進行治理。但隨著國家環保形勢的加劇，民眾對于環保的意識也在提高，企業投入資金和技術對VOCs的排放進行治理，可以減少企業對環境的污染程度和范圍。
3焦化廠密閉槽體VOCs的治理
焦化廠的VOCs主要集中于回收區域，回收區域涉及范圍很廣，大致分為氨硫、粗苯、鼓風冷凝、洗滌、精脫硫、儲備站、油庫等工段。其中粗苯、鼓風冷凝、洗滌、油庫都有槽體。之前的工藝是每個槽體放散氣直接連通大氣來保證槽體內的壓力平衡，同時槽體內還有物料的進出。對于這種槽體的放散氣有很多種治理方法，但是考慮性價比，操作方便，投資小，真正實現*。一般都采用氮氣密封然后全負壓返回煤氣系統的處理工藝。此工藝需要槽體的密封效果好，這樣空氣不容易進入負壓區，可以更好地控制煤氣的含氧量。
工藝流程
1）在每臺儲罐上設置先導式氮封閥組和限流孔板旁路，正常情況下使用氮封閥組維持罐內氣相空間壓力在1.2KPa左右，當氣相空間壓力高于1.4KPa時，氮封閥關閉，停止氮氣供應；當氣相空
間壓力低于0.8KPa時，氮封閥開啟，開始補充氮氣；當氮封閥需要檢修或故障時，使用限流孔板旁路給儲罐內補充氮氣，壓力高于1.5KPa時，通過帶阻火器的呼吸閥外排（短時間連續補充
氮氣）。
2）當氮封閥事故失靈不能及時關閉，造成罐內壓力超過1.5Kpa時，通過帶阻火器的呼吸閥外排；當氮封閥事故失靈不能及時開啟時，造成罐內壓力降低至-0.3Kpa時，通過帶阻火器呼吸閥向
罐內補充空氣，確保罐內壓力不低于儲罐的設計壓力低限（-0.5Kpa）。
3）為確保設置氮封儲罐事故工況下的安全排放，應在儲罐上設置緊急泄放閥，緊急泄放閥定壓不應高于儲罐的設計壓力上限（2.0Kpa）。
4）當需要使用限流孔板旁路補充氮氣時，流量宜等于油品出罐流量，氮氣管道的管徑為DN50，氮氣的操作壓力為0.5MPa。
5）若在相同油品儲罐之間設置有氣相聯通管道，每臺儲罐出口均應設置阻火器，以防止事故擴大。
6）阻火器應選用安全性能滿足要求的產品，且阻力降不應大于0.3KPa。
3.1放散氣全負壓返回煤氣系統工作原理
首先對封閉式槽體安裝開閉式氮封裝置，當槽體進出料作業時，氮封閥進行供氮與泄氮作業，泄氮時部分尾氣隨氮氣排出。將封閉式槽體放散閥接入負壓系統，在風機前安裝一套微負壓控氧裝置，設定一定的壓力，剛好將這些槽體排出的尾氣吸入負壓系統，而不至于在風機壓力變化時將過多的氧氣吸入到負壓系統，從而產生安全隱患。
氮封技術主要是應用于庫區槽罐的密封。槽內液位下降或溫度降低時利用氮氣補充槽內氣體空間。通過氮氣充滿槽內液位上方，阻止液體介質持續氣化，抑制介質氣化逸出。當槽體進料液位上升或溫度升高造成槽內氣體壓力升高時，泄氮閥打開，氮氣逸出，從而保持槽內壓力平衡。該方法可有效減少庫存槽罐作業過程中的尾氣排放，也有利于提高槽罐本質安全水平。另外，氮氣屬于惰性氣體，與氧氣反應條件為4000oC電弧環境，因此不必考慮氮封廢氣發生化學反應對煤氣系統造成的不利影響。同時，氮封處理引入煤氣系統的廢氣量很少（大量不到1000m3)，對煤氣系統管道也不會產生不利影響。
煤化工焦化氮封系統改進具體工作原理：
（1） 設定微負壓控氧裝置前管道吸力為-100-200Pa，槽體放散口吸力為0~-50Pa，根據槽體至鼓風機前微負壓控氧裝置前的管道長度，管道長度不同，阻力不同，用槽體上閥門開度調節槽體放散口吸力為設定值；
（2） 微負壓控氧裝置接入鼓風機回流管道上或者風機前管道上，通過調節閥調節微負壓控氧裝置的吸力在-1000~-5000Pa； （3）微負壓控氧裝置內部特殊結構，由吸入管、限壓水封艙、氣體水封、真空艙、折流板、調節閥、回流管、真空計、溢流管、補水管等構成，進口管內氣體在負壓作用下，沖破水封進入真空部分，被吸入鼓風機煤氣管道，水封高度隨著吸力的變化而變化，回收尾氣剛好能沖破水封進行真空系統，保持有害尾氣管道吸力恒定，氣體帶走的水汽在折流板處被冷凝下來進入回流管，回到水封系統，有一部分水汽被氣體帶入煤氣，這時需用補水管補充，保證水封的高度。全程無排放，無泄漏，安全可靠，真正實現了*治理化產尾氣。
各槽體放散口吸力設定為-100~0Pa，根據管道長度、口徑、阻力情況來設定各放散口吸力，槽體安裝開閉式供氮閥、泄氮閥，用變頻控制器調節風機轉速，各點用調節閥調節吸力，保證氣體不會逸散到大氣中，同時，又能保證保持足夠的吸力。
該工藝全部采用12# 控制，選用自動化程度較高的設備，信號接入化產中控室中控系統，由中控室人員操作，不再另增加操作人員。為防止管道堵塞，在廢氣收集管道上加裝蒸汽清掃管道，定期進行蒸汽沖掃。 
3.2敞開式有害尾氣排放點逸散氣處理
這些區域分布較廣，收集尾氣比較困難，各個廢氣排放點形狀各異，需要制作不同的尾氣收集裝置，相比而言實用的是采取洗滌法來對尾氣進行處理。尾氣主要含氨、非甲烷總烴、硫化氫、萘、酚、苯類等有機物質。首先將此類廢氣進行收集，經管道引入洗滌塔，洗滌塔分為二次洗滌，下層使用冷凝液循環噴灑，除去廢氣中的苯類有機物，借由傳質吸收原理，以組分分壓壓差作為吸收推動力，嚴格控制操作壓力和溫度等操作因素，以達到較好的吸收效果。上段使用蒸氨廢水洗滌，通過對操作狀態的控制，對廢氣中的殘余有機物質達到吸收的目的。
由于各排放點形狀各異，大小不同，大多屬于敞開式排放點，需要根據每一個排放點的具體情況設計制作相應的收集裝置，需要功率匹配的風機，通過變頻器調節風機轉速來保證有害氣體的全部收集。處理后的廢氣送焦爐煙囪與焦爐廢氣一起排放或者可以直接排放。
4煤化工焦化氮封系統改進系統調試和運行情況
天焦公司響應國家環保號召，在回收區域進行VOCs治理措施。采用回鼓風機前負壓區工藝，自7月調試運行以來，系統運行狀態良好，但也出現了一些實際問題。調試過程中，對于每一個控制單元，都能很好地控制罐體壓力。由于負壓區吸力較大，罐體壓力需要用氮氣來維持壓力穩定。運行中發現氮氣消耗量很大，經過與設計方的研究，決定把回負壓區的總閥門關到很小，由閥門控制罐體內壓力的穩定，進一步減少氮氣消耗，同時通過與現場比對，把每個罐體的壓力設置在合理范圍內，避免罐體壓力變化太大，對生產產生不利影響。
儲罐設置氮封可有效減緩油品直接與空氣接觸，降低產品變質的風險，降低有毒可燃氣體帶來的安全風險，減少油氣揮發度降低對環境的污染。目前國內油品儲罐氮封設置時每個氮封罐自成體系，沒能將所有氮封罐進行統籌考慮。存在這樣兩類問題： 
①每具儲罐氮封管線上均設置有氮封閥、限流孔板、止回閥等，造成管線附件投資增加。 ②每具氮封儲罐排放的富氮氮封尾氣未進行充分利用，氮氣耗量增加，系統運行能耗增加。 ③儲罐區氮氣用量不均衡，考慮大用氣量，氮氣規模較大，投資高但利用率低下。 
5煤化工焦化氮封系統改進結論
隨著國內對環境質量要求的不斷提高，逐步展開了對揮發性有機物VOCs的治理工作，特別是在焦化行業，在生產過程中進行管控，避免了先污染后治理的弊端。VOCs治理可以在焦化行業中進行推廣，以減少生產過程中對環境的污染，實現企業綠色發展。從企業長遠發展考慮，技術革新，優化生產，綠色生產，對原有工藝進行改進創造也是企業生存的關鍵。
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