中國石油華北石化公司老罐區(qū)苯罐為3臺1000m3的內(nèi)浮頂罐,雖然設(shè)置了氮封系統(tǒng),但仍存在靜止儲存損耗、發(fā)油損耗和收油損耗,產(chǎn)生VOCs無組織排放。苯是致癌物,其無組織排放對生態(tài)環(huán)境和人員健康有重要影響。
2016年2月,河北省環(huán)保廳發(fā)布《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》( DB13 /2322 - 2016) ,規(guī)定: 產(chǎn)生揮發(fā)性有機物的主要生產(chǎn)工藝和裝置必須設(shè)立整體或局部氣體收集系統(tǒng)和凈化處理裝置。2017年4月1日,雄安新區(qū)設(shè)立,對周邊環(huán)境提出了更高的要求。為響應(yīng)國家建設(shè)雄安新區(qū)政策,貫徹地方減排標(biāo)準(zhǔn),打造優(yōu)美自然生態(tài)環(huán)境,華北石化油品運行部于2017年7月為老罐區(qū)苯罐設(shè)置了VOCs治理裝置,經(jīng)過近一年的運行,顯著減少了VOCs排放,但在運行中也出現(xiàn)了部分問題。現(xiàn)將該VOCs治理裝置的運行情況、存在的問題和改造情況進行分析,以期對類似裝置的運行提供指導(dǎo)。
一、裝置概況
1.1 基本參數(shù)
老罐區(qū)苯罐采用江蘇金門能源裝備有限公司設(shè)計、制造的JM - VRECS - CD/AD - 100 型VOCs 治理裝置,冷凝+ 吸附集成工藝,裝置主要參數(shù)如表1。
1.2 工藝流程
采用冷凝系統(tǒng)對VOCs 進行預(yù)處理,將大部分的可凝組分冷凝回收,降低進入吸附系統(tǒng)的VOCs 濃度。未凝氣去吸附罐進行吸附處理,達標(biāo)后排放,吸附解吸氣循環(huán)至冷凝裝置處理、回收。該系統(tǒng)的本質(zhì)是冷凝實現(xiàn)VOCs 可凝組分回收,吸附實現(xiàn)VOCs 達標(biāo)排放。VOCs 治理裝置流程圖如圖1。
1 - 凝液收集罐; 2 - 氣液分離罐; 3 - 液位變送器; 4 - 風(fēng)機; 5 - 冷箱; 6 - 制冷機組; 7 - 吸附罐進口閥A; 8 - 吸附罐進口閥B; 9 - 吸附罐A; 10 - 吸附罐B; 11 - 溫度變送器A; 12 - 溫度變送器B; 13 - 溫度變送器C; 14 - 溫度變送器D; 15 - 溫度變送器E; 16 - 溫度變送器F; 17 - 吸附罐出口閥A; 18- 吸附罐出口閥B; 19 - 吸附罐破真空閥A; 20 - 吸附罐破真空閥B; 21 - 吹掃氣進口閥A; 22 - 吹掃氣進口閥B; 23 - 吸附劑床層A; 24 - 吸附劑床層B; 25 - 真空脫附閥A; 26 - 真空脫附閥B; 27 - 真空泵; 28 - 回液泵; 29 - 外輸液流量開關(guān)閥;30 - 緊急放空閥; 31 - 排放筒
圖1 VOCs 治理裝置流程圖
來自儲罐的VOCs 氣體由管道進入VOCs 治理系統(tǒng),VOCs入口管道設(shè)置有壓力傳感器和流量計,當(dāng)壓力高于設(shè)定值時,變頻防爆風(fēng)機啟動,VOCs 氣體進入冷凝單元的冷箱,與來自制冷機組的冷媒進行換熱,大部分VOCs 組分冷凝、液化、析出,低溫VOCs 再去回?zé)峤粨Q器與冷凝單元入口VOCs 進行回?zé)峤粨Q,溫度回升到接近常溫,完成氣路的冷量回收利用。冷凝單元設(shè)置有利用制冷系統(tǒng)壓縮機排出的過熱蒸汽融霜的化霜系統(tǒng),將冷箱內(nèi)的結(jié)霜融化、回收。
未冷凝的低濃度VOCs,進入到吸附單元,吸附系統(tǒng)由兩臺交替進行吸附- 脫附的吸附罐組成],VOCs 中的大部分有機組分被吸附罐內(nèi)的活性炭吸附,達標(biāo)后的氣體經(jīng)排放管放空。當(dāng)吸附罐吸附飽和后,對吸附罐進行抽真空脫附,真空泵出口排放氣循環(huán)至冷凝單元冷箱進行冷凝處理。冷箱冷凝下來的液態(tài)烴進入儲罐,經(jīng)輸油泵,泵送至回收儲罐。
二、運行情況和存在的問題
2.1 運行參數(shù)
VOCs 治理裝置主要運行參數(shù)如表2。
2.2 存在的問題
2.2.1 冷箱回收的液量少
裝置運行兩個月,與冷箱連接的儲罐液位僅30%,約25L,回收的液量明顯偏少,分析原因:
( 1) 苯儲罐是內(nèi)浮頂罐,且?guī)в械庀到y(tǒng),排放氣中有機物濃度低,實測VOCs 治理裝置入口非甲烷總烴在20000 ~25000mg /m3 之間;
( 2) 實際運行的氣量較低,遠達不到100Nm3 /h 的設(shè)計處理量,正常運行時,VOCs 治理裝置氣體流量在20 ~ 50m3 之間;( 3) 化霜時間不夠長,停止化霜溫度不夠高,經(jīng)手動化霜,大量液體自冷箱流出,實際運行中有機物在進入冷箱后直接凝華,在冷箱內(nèi)壁結(jié)晶。
2.2.2 真空泵頻繁自停
由于采用的是干式螺桿真空泵,其優(yōu)點在于其真空度高,可達到3Pa 的極限真空,但同時對進氣的顆粒物和含液量要求高,運行期間,數(shù)次因活性炭粉末和苯蒸汽冷凝積液停機。
2.3 排放指標(biāo)不合格
裝置運行初期兩個月,每周取樣檢測,排放指標(biāo)正常,非甲烷總烴維持在80mg /m3 以下,苯維持在2mg /m3 以下。
運行兩個月后,非甲烷總烴排放超過10000mg /m3 ,活性炭飽和。分析原因,一方面,由于冷箱內(nèi)結(jié)霜嚴(yán)重,提高了進入吸附罐的有機物濃度; 另一方面,真空解吸不能完全將活性炭解吸,導(dǎo)致被吸附的有機物逐漸積累,以致活性炭飽和,甚至失活。
三、裝置改造
3.1 設(shè)備改造
考慮到干式螺桿真空泵的使用要求和本裝置的實際情況,將干式螺桿真空泵更換為更可靠的無油干式渦旋真空泵,其對進氣顆粒物和液滴的接受性更強,適于長周期穩(wěn)定運行。真空泵入口增設(shè)5μm 過濾器,保證最少的雜質(zhì)進入真空泵腔體。
真空泵出口管道增設(shè)保溫和電伴熱,防止高濃度解吸氣在環(huán)境溫度較低時冷凝,保證真空泵正常運轉(zhuǎn)。
3.2 工藝改造
考慮到真空解吸不能使活性炭解吸完全,增設(shè)活性炭罐熱氮氣吹掃系統(tǒng)。
具體地,在現(xiàn)有吸附罐氮氣吹掃管線增設(shè)氮氣電加熱器,用于對氮氣進行加熱; 在真空泵入口管道引出一條支路至冷箱入口,該支路上設(shè)置開關(guān)閥和風(fēng)冷冷卻器,用于對吹掃后的熱氮氣尾氣進行降溫和再處理。改造后的VOCs 治理裝置流程圖如圖2。
1 - 凝液收集罐; 2 - 氣液分離罐; 3 - 液位變送器; 4 - 風(fēng)機; 5 - 冷箱; 6 - 制冷機組; 7 - 吸附罐進口閥A; 8 - 吸附罐進口閥B; 9 - 吸附罐A; 10 - 吸附罐B; 11 - 溫度變送器A; 12 - 溫度變送器B; 13 - 溫度變送器C; 14 - 溫度變送器D; 15 - 溫度變送器E; 16 - 溫度變送器F; 17 - 吸附罐出口閥A; 18- 吸附罐出口閥B; 19 - 吸附罐破真空閥A; 20 - 吸附罐破真空閥B; 21 - 吹掃氣進口閥A; 22 - 吹掃氣進口閥B; 23 - 吸附劑床層A; 24 - 吸附劑床層B; 25 - 真空脫附閥A; 26 - 真空脫附閥B; 27 - 真空泵; 28 - 回液泵; 29 - 外輸液流量開關(guān)閥; 30 - 緊急放空閥; 31 - 排放筒; 32 - 加熱器; 33 - 熱氣體溫度變送器; 34 - 熱氣體脫附開關(guān)閥; 35 - 冷卻器、36 - 冷卻溫度變送器
圖2 改造后的VOCs 治理裝置流程圖
活性炭吹掃間歇運行,現(xiàn)以A 罐的吹掃為例,對流程進行說明。
依次打開吸附罐A 真空閥、吸附罐B 進氣閥、吸附罐B 出口閥、制冷系統(tǒng)、吸附罐A 吹掃閥、排氣電磁閥、風(fēng)冷冷卻器,對吸附罐A 進行氮氣預(yù)吹掃,預(yù)吹掃2min,排出吸附罐內(nèi)的空氣。然后,電加熱器打開,開始對氮氣進行加熱,熱氮氣對活性炭床層進行吹掃,氮氣吹掃時間控制在120min 左右,熱吹掃結(jié)束后,關(guān)閉電加熱器,用冷氮氣吹掃,將床層溫度降低至30℃以下。
吹掃過程中,熱氮氣的路徑依次為: 氮氣管道- 電加熱器- 吹掃閥- 真空閥- 排氣開關(guān)閥- 風(fēng)冷冷卻器- 冷箱- 吸附罐- 排空。
冷氮氣吹掃結(jié)束,將床層溫度降低至30℃以下,排氣電磁閥、風(fēng)冷冷卻器關(guān)閉。經(jīng)吹掃后,正常運行時,非甲烷總烴排放維持在100mg /m3以下,苯排放維持在4mg /m3 以下,達到了排放要求。
采用該種方式吹掃,可以最大程度的對活性炭床層進行深度解吸附,且解吸氣再次經(jīng)過冷凝和吸附處理,解吸氣的排放也達到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
3.3 控制系統(tǒng)改造
( 1) 吹掃控制系統(tǒng)
為降低吹掃的勞動強度,在VOCs 治理裝置自帶的PLC 系統(tǒng)中增設(shè)吹掃程序,實現(xiàn)吹掃過程的一鍵啟動。
吹掃程序中,預(yù)吹掃時間、熱吹掃時間、吹掃后床層溫度均可以由現(xiàn)場操作員手動設(shè)定,增強了吹掃操作的便利性和實用性。
( 2) 手動化霜程序
考慮到冷箱回收液相少的現(xiàn)狀,如在VOCs 治理裝置正常運行時增加化霜時間,那么將導(dǎo)致化霜期間進入活性炭罐的有機物濃度升高,縮短吸附罐的連續(xù)運行周期。而且,自動運行時,不易觀察化霜的實際效果和狀態(tài)。
基于實際運行要求,考慮間歇手動化霜,因此增設(shè)了手動化霜程序。手動化霜程序中,化霜時間和化霜停止溫度可自主設(shè)定,根據(jù)現(xiàn)場的實際化霜情況,進行化霜的操作,增強了化霜操作的有效性。
3.4 運行參數(shù)調(diào)整
經(jīng)過實踐的摸索,初始設(shè)定的運行參數(shù)對于VOCs 治理裝置的達標(biāo)排放是不恰當(dāng)?shù)模唧w地:
( 1) 冷箱溫度上限和下限溫度過高,不能充分發(fā)揮冷凝單元的效果,需進一步降低冷箱溫度;
( 2) 考慮到手動化霜程序的增設(shè),化霜主要的依靠操作員現(xiàn)場操作,因此,可以合理的減少自動化霜時間,使冷箱長周期處于低溫狀態(tài);
( 3) 考慮到真空解吸的局限,可適當(dāng)延長吸附時間。
調(diào)整后VOCs 治理裝置主要運行參數(shù)如表3。
四、結(jié)論
采用冷凝+ 吸附集成工藝進行苯儲罐VOCs 治理是有效的,能夠?qū)崿F(xiàn)非甲烷總烴≯100mg /m3 ,苯≯4mg /m3 的排放指標(biāo)。
對于冷凝裝置,運行中應(yīng)特別注意冷箱化霜的操作,以及時回收廢氣中的可凝組分,保證進入吸附系統(tǒng)的有機物濃度不超標(biāo)。
真空解吸對于苯系物的吸附不能完全解吸附,需借助熱氮氣吹掃才能充分解吸附。
來源:北極星VOCs在線