李晓宏
（山西焦化股份有限公司，山西 洪洞041606）
［摘 要］山西焦化股份有限公司现有JN60型焦炉6座，设计产能3 600 kt/a焦炭。当前其化产系统煤气冷凝鼓风区域的放散气已收集至排气洗净塔进行处理，脱硫、硫铵区域的放散气仍处于无组织放散状态，不能满足环保达标排放要求；焦炉烟气NOX浓度基本在800 mg/m3左右，脱硫脱硝系统负荷较重。结合业内不可回收VOCs放散气治理技术与焦炉源头控硝技术，基于山西焦化的生产实际及分析论证，确定了VOCs放散气预处理及最终处理工艺（VOCs放散气进焦炉焚烧），并同步进行了焦炉烟囱废气循环优化加热技改（可使焦炉烟气NOX浓度控制在500 mg/m3以下）。目前，山西焦化3座焦炉实施了VOCs放散气入焦炉焚烧改造，2座焦炉实施了焦炉烟囱废气循环优化加热技改，取得了良好的环保效益与经济效益。
［关键词］化产系统VOCs放散气；焦炉烟气NOX浓度；技改方案；VOCs放散气治理工艺；焦炉烟囱废气循环优化加热；效益分析
［中图分类号］X784 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）04-0071-05
0 引 言
2019年3月12日，《临汾市2019年钢铁、焦化行业深度减排实施方案》发布，要求焦化企业加快提升企业污染防治水平；2019年5月24日，生态环境部与国家市场监督管理总局联合发布了《挥发性有机物无组织排放控制标准》（GB 37822—2019），要求现有企业于2020年7月1日起正式执行本标准，进一步加强了挥发性有机物（VOCs）无组织排放的控制和管理。面对日益严峻的VOCs治理要求与排放标准，焦化企业应当选择先进、成熟、稳定、可靠的治理技术实施改造。
1 技改背景
山西焦化股份有限公司（简称山西焦化）现有JN60型焦炉6座，设计产能3 600 kt/a焦炭。炼焦生产中，焦炉炭化室内产生的挥发物送到化产车间，化产车间的主要任务是净化处理炼焦生产中产生的荒煤气：荒煤气经循环氨水、高压氨水冷却后进入气液分离器，分离掉焦油及煤气后经初冷器冷却进入电捕焦油器除去焦油，焦油作为焦油深加工的原料送往粗苯焦油加工厂；除去焦油的煤气经鼓风机加压送硫铵工段饱和器，煤气中的氨与硫酸反应生成硫铵，硫铵作为产品外销；经饱和器脱氨后的煤气送往脱硫工段脱除煤气中的苯和硫化氢，生产合格的熔融硫，同时将富含苯族烃的富油送往粗苯工序蒸硫脱苯并对部分脱硫液进行提盐，净化后的煤气送往甲醇厂、锅炉、管式炉等用户。
当前化产车间煤气冷凝鼓风区域的放散气已收集至排气洗净塔进行处理，脱硫、硫铵区域的放散气仍处于无组织放散状态；而排气洗净塔的废气排放浓度为苯并芘≤1 μg/m3、氰化氢≤5 mg/m3、酚类物≤100 mg/m3、非甲烷总烃≤200 mg/m3、氨≤50 mg/m3、硫化氢≤10 mg/m3、苯≤30 mg/m3，不能满足环保达标排放要求。
此外，现阶段山西焦化焦炉烟气NOX浓度基本在800 mg/m3左右，国家排放标准为基准氧含量为8%、NOX含量≤130 mg/m3，脱硫脱硝系统负荷较重。
2 技改设想及目标
焦化企业化产系统不可回收VOCs放散气治理主要有活性炭吸附低温催化燃烧技术、焚烧技术。其中，焚烧技术根据焦化企业自身工艺情况又分为进锅炉焚烧与进焦炉焚烧，进焦炉焚烧有成熟的双管技术及刚起步的单管技术。目前，焦炉废气循环优化加热技术在业内开始应用，其原理是通过将焦炉烟气引入焦炉开闭器替代部分空气进行燃烧，从而降低焦炉烟气的NOX排放量。
在对化产车间不可回收VOCs放散气进行系统性治理的同时，鉴于焦炉烟囱废气循环优化加热技术可降低焦炉烟气NOX浓度、减少焦炉脱硫脱硝系统氨耗等优点，以及单座焦炉废气循环优化加热与VOCs放散气治理同时实施比只实施不可回收VOCs放散气治理仅增加投资约70万元，且煤气、液氨、催化剂等方面节约的费用与新增废气循环风机用电费用抵消后年可节约费用约84.72万元的效益测算，拟将焦炉废气循环优化加热技术应用与化产车间VOCs放散气治理同步实施。本项技改需达到如下目标。
（1）据《临汾市2019年钢铁、焦化行业深度减排实施方案》要求，主要无组织排放源周边1 m处VOCs（非甲烷总烃）浓度＜5 mg/m3。
（2）将回收的放散气全部引入焦炉进行燃烧，不影响焦炉的正常加热和安全生产，并对焦炉使用寿命无影响。
（3）焦炉实现源头控硝，使焦炉烟气NOX浓度控制在500 mg/m3以下，经脱硫脱硝系统处理后，达NOX超低排放要求，并优化焦炉加热。
3 技改方案比选
结合业内不可回收VOCs放散气治理技术及山西焦化生产实际，经技术论证确定了VOCs放散气预处理及最终处理工艺路线，具体如下。
3.1 不可回收VOCs放散气预处理
化产车间不可回收VOCs放散气预处理系统工艺流程为：各区域（冷鼓、硫铵、脱硫）放散气收集→酸洗→碱洗→气液分离器。VOCs放散气经酸洗、碱洗后的控制指标见表1。
3.2 VOCs放散气最终处理工艺技术路线比选
3.2.1 活性炭吸附+低温催化燃烧
活性炭吸附+低温催化燃烧系统主要包括气体吸附流程、气体脱附流程及其控制系统。
（1）气体吸附流程。预处理后的放散气进入活性炭吸附床，其中的有机物被吸附，气体得以净化，净化后的尾气通过风机排入大气。
（2）气体脱附流程。当活性炭吸附床吸附饱和后，系统切换到备用吸附床（一开一备）运行。启动脱附风机对饱和的吸附床进行脱附，脱附气依次经催化床中的换热器、预热器电加热升温至300 ℃左右，有机物在催化剂的作用下催化燃烧，被氧化分解为CO2和H2O，同时放出大量反应热，气体温度进一步提高，该高温气体再次通过换热器与冷风换热回收一部分热量；从换热器出来的气体分为两部分，一部分直接放空，另一部分进入吸附床对活性炭进行脱附。当脱附温度过高时，启动补冷风机进行补冷，使脱附气体温度稳定在适宜区间；活性炭吸附床内温度超过报警值时，自动启用火灾应急自动喷淋系统。
活性炭吸附+低温催化燃烧工艺的不足之处：① 活性炭吸附饱和周期短，每周需脱附一次，活性炭使用寿命短，运行成本较高；② 大量失效的活性炭需纳入危险固废处理与管理，存在环境风险；③ 脱附气催化燃烧存在较大安全风险，安全管理难度大；④ 增加了对空排放点位及在线监测点位，存在较大的环境风险，不利于环保管理。
更多内容详见《中氮肥》2021年第4期