石油煉制企業(yè)含油污水預(yù)處理站VOCs處理工程設(shè)計(jì)

李天偉， 欒新曉， 鄒茂榮

（中石油華東設(shè)計(jì)院有限公司， 山東 青島 266071）

石油煉制企業(yè)排放的含油污水種類(lèi)多， 主要污染物成分是石油類(lèi)， 具有污染物濃度高， 成分復(fù)雜， 水量水質(zhì)波動(dòng)大的特點(diǎn)［1］。 近年來(lái)， 隨著原油高酸、 高硫、 高稠劣質(zhì)化的煉化趨勢(shì)， 原油加工帶來(lái)更加復(fù)雜的含油污水［2］。 相關(guān)污水處理設(shè)施中含油污水通過(guò)揮發(fā)集聚大量揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs），石油煉制企業(yè)污水處理系統(tǒng)已成為重要的VOCs 排放源， 若未進(jìn)行統(tǒng)一收集處理直接排入大氣， 將造成工藝裝置區(qū)域空氣重污染。 GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》嚴(yán)禁VOCs 進(jìn)行無(wú)組織排放。 因此， 對(duì)含油污水預(yù)處理站內(nèi)VOCs 進(jìn)行處理勢(shì)在必行。 本文介紹了某石化公司含油污水預(yù)處理站內(nèi)廢氣處理工程的處理流程、 主要處理單元和設(shè)計(jì)參數(shù)， 以期為同類(lèi)企業(yè)廢氣處理提供參考。

1 工程概況

某石化公司一聯(lián)合裝置現(xiàn)有1 座含油污水提升池， 池頂加蓋并設(shè)置通氣管和呼吸閥。 含油污水提升池內(nèi)廢氣主要含非甲烷總烴、 苯、 甲苯和二甲苯等有機(jī)污染物。 工程對(duì)池體進(jìn)行密封后統(tǒng)一收集至廢氣處理設(shè)備， 經(jīng)過(guò)處理后的廢氣， 排放指標(biāo)達(dá)到GB 31570—2015 中表3 的大氣污染物排放限值。

2 設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)出廢氣指標(biāo)

2.1 設(shè)計(jì)規(guī)模

污水預(yù)處理站主要構(gòu)筑物的VOCs 廢氣統(tǒng)計(jì)量見(jiàn)表1。

表1 廢氣統(tǒng)計(jì)量Tab. 1 Gas volume

由表1 可知， 污水預(yù)處理站廢氣處理規(guī)模折合連續(xù)流量為1 m3／h， 年操作時(shí)數(shù)為8 760 h。 處理后廢氣的排放指標(biāo)達(dá)到GB 31570—2015 中表3 的大氣污染物排放限值， 具體數(shù)值見(jiàn)表2。

表2 廢氣排放限值Tab. 2 Emission limit of gas mg·m-3

2.2 廢氣組分

對(duì)含油污水池排放的廢氣進(jìn)行檢測(cè)分析， 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表3。

表3 VOCs 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Tab. 3 Monitoring data of VOCs mg·m-3

3 廢氣處理工藝

3.1 廢氣處理工藝選擇

近年來(lái)， 國(guó)內(nèi)外對(duì)污水處理系統(tǒng)廢氣的處理展開(kāi)了大量的研究和應(yīng)用， 處理方法有堿洗法、 生物法、 吸附法、 催化燃燒法等。 堿洗法以堿液為吸收劑， 洗滌脫除廢氣中的水（堿）溶性污染物［3］， 適用于濃度較高的酸性氣體， 如硫化氫、 氯化氫、 二氧化碳等氣體。 生物法原理是過(guò)濾器中的多孔填料表面覆蓋有生物膜， 廢氣流經(jīng)填料床時(shí)， VOCs 被吸附在填料介質(zhì)表面， 被微生物分解成CO2、 H2O 和中性無(wú)機(jī)鹽， 適用于處理流量大于17 000 m3／h 的VOCs 氣體［4-5］。 吸附法是利用多孔性固體吸附劑處理流體混合物， 使其中所含的一種或數(shù)種組分濃縮于固體表面上， 以達(dá)到分離的目的［4］。 催化燃燒法是利用VOCs 的易燃性， 在鉑、 鎳、 鈀等催化劑的作用下進(jìn)行燃燒。

由表3 可知， 該項(xiàng)目有機(jī)物濃度不穩(wěn)定， 且大部分工況為間斷流量， 廢氣量偏小。 若采用生物法和催化燃燒法， 處理流程復(fù)雜， 投資和運(yùn)行成本高。 吸附法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、 易于操作、 安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)， 是目前最廣泛使用的VOCs 處理工藝［6］。

項(xiàng)目一期采用“活性炭纖維吸附處理－在線(xiàn)蒸汽熱脫附”工藝， 并采用吸附罐后置風(fēng)機(jī)抽吸池內(nèi)廢氣。 設(shè)計(jì)2 套吸附罐， 其中1 套吸附廢氣時(shí)， 另1套進(jìn)行再生、 烘干及冷卻。 再生時(shí)產(chǎn)生的高濃度尾氣通過(guò)冷卻器冷凝后， 廢氣及凝結(jié)液一起排至隔油池處理。 運(yùn)行結(jié)果表明， 活性炭纖維吸附飽和時(shí)間短， 蒸汽脫附時(shí)間長(zhǎng)， 效果差， 高濃度尾氣冷凝效果差， 不能達(dá)標(biāo)排放。 對(duì)該工藝路線(xiàn)及運(yùn)行情況分析得知， 廢氣排放不達(dá)標(biāo)的原因主要有：

（1） 工藝采用風(fēng)機(jī)抽氣， 池內(nèi)上部空間時(shí)刻處于微負(fù)壓， 加劇了含油污水中有機(jī)污染物揮發(fā)， 廢氣濃度超出設(shè)計(jì)進(jìn)氣指標(biāo)， 風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行， 導(dǎo)致廢氣在活性炭纖維吸附罐內(nèi)停留時(shí)間短。

（2） 蒸汽通入吸附罐脫附時(shí)， 產(chǎn)生大量凝結(jié)水， 致使活性炭纖維不能有效再生或再生不徹底，影響活性炭纖維再生后的吸附效果。

（3） 再生后廢氣及凝結(jié)液排至隔油池， 有機(jī)物不能有效從系統(tǒng)中消除， 造成二次污染。

針對(duì)活性炭纖維蒸汽熱脫附效果差的問(wèn)題， 項(xiàng)目二期考慮采用熱氮?dú)饷摳剑?再生尾氣密閉進(jìn)入火炬系統(tǒng)。 火炬系統(tǒng)是全廠(chǎng)安全保障的最后一道系統(tǒng)， 負(fù)責(zé)接收裝置緊急事故狀態(tài)下排放的有毒有害可燃性氣體， 而再生尾氣為正常工況的連續(xù)排放廢氣， 從火炬系統(tǒng)的功能性考慮， 再生尾氣不建議排入火炬系統(tǒng)。 同時(shí)， 熱氮再生后的尾氣熱值不穩(wěn)定，可能會(huì)對(duì)全廠(chǎng)燃料氣系統(tǒng)帶來(lái)沖擊， 存在安全隱患。所以從安全性、 經(jīng)濟(jì)性角度考慮， 項(xiàng)目二期取消風(fēng)機(jī)和吸附劑再生系統(tǒng)， 吸附劑按周期更換設(shè)計(jì)， 吸附飽和后的吸附劑定期由專(zhuān)業(yè)公司回收處理。

3.2 廢氣處理工藝流程

當(dāng)上游來(lái)水時(shí)， 池內(nèi)上部空間氣體產(chǎn)生微正壓， 迫使廢氣由玻璃鋼廢氣收集管道進(jìn)入吸附罐A， 經(jīng)過(guò)罐內(nèi)級(jí)配活性炭＋活性炭纖維吸附后， 通過(guò)排氣筒達(dá)標(biāo)排放。 在正常工況下吸附罐A 和B采用并聯(lián)運(yùn)行模式， 互為備用。 緊急情況下， 可通過(guò)操作吸附罐A 和B 進(jìn)出口管道閥門(mén)， 使2 套吸附罐串聯(lián)運(yùn)行， 延長(zhǎng)停留時(shí)間， 提高去除效果， 確保尾氣達(dá)標(biāo)排放。 當(dāng)吸附罐活性炭吸附飽和后， 吸附罐壓力損失增大， 使得污水池內(nèi)正、 負(fù)壓值變大， 通過(guò)壓力變送器自動(dòng)開(kāi)啟電動(dòng)閥， 避免池內(nèi)壓力過(guò)高或過(guò)低。 工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 無(wú)動(dòng)力活性炭吸附工藝流程Fig. 1 Process flow of unpowered activated carbon adsorption

4 吸附罐設(shè)計(jì)參數(shù)

“活性炭＋活性炭纖維”組合式吸附罐是該工藝流程的主處理設(shè)備。 組合式吸附罐采用SS304 不銹鋼材質(zhì)。 吸附罐直段外形尺寸為D × H ＝1 800 mm×7 000 mm。 吸附罐填料選用活性炭顆粒和活性炭纖維組合填料， 在吸附罐中分級(jí)配置。 活性炭顆粒粒徑為4 mm， 堆密度為0.454 g／cm3， 吸附值大于63%， 裝填量為10 m3， 裝填高度為5 m； 活性炭纖維比表面積大于或等于1 500 m2／g， 吸苯率為50% ～55%， 堆密度為0.06 ～0.07 g／cm3， 總孔容為0.8 ～0.9 cm3／g， 裝填量為0.25 m3， 裝填高度為0.1 m。

5 運(yùn)行結(jié)果

該工程運(yùn)行穩(wěn)定后， 排氣筒出口廢氣各有機(jī)物排放濃度均小于GB 31570—2015 中表3 的大氣污染物排放限值。 非甲烷總烴的去除率大于99.9%，排氣筒出口非甲烷總烴質(zhì)量濃度小于120 mg／m3；苯的去除率大于99.9%， 排氣筒出口苯質(zhì)量濃度小于4 mg／m3； 甲苯的去除率大于99.9%， 排氣筒出口甲苯質(zhì)量濃度小于15 mg／m3； 二甲苯的去除率大于99.9%， 排氣筒出口二甲苯質(zhì)量濃度小于20 mg／m3。 排氣筒出口處廢氣各有機(jī)物排放濃度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

6 工藝特點(diǎn)

（1） 無(wú)動(dòng)力設(shè)計(jì)， 運(yùn)行成本低。 整套設(shè)備采用無(wú)動(dòng)力設(shè)計(jì)， 依靠上游來(lái)水壓力， 使得池內(nèi)上部空間氣體產(chǎn)生微正壓走完處理流程， 節(jié)省能源。

表4 VOCs 排放濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Tab. 4 Monitoring data of discharged VOCs concentration mg·m-3

（2） 操作靈活性好。 針對(duì)石化行業(yè)廢氣組分復(fù)雜、 濃度不穩(wěn)定， 本項(xiàng)目中“活性炭＋活性炭纖維”組合式吸附罐采用級(jí)配活性炭＋活性炭纖維吸附填料， 在吸附罐中實(shí)現(xiàn)多級(jí)吸附， 有效地提高了廢氣去除率和系統(tǒng)的抗沖擊能力。 2 套吸附罐正常工況下采用并聯(lián)運(yùn)行模式， 緊急情況下可通過(guò)手動(dòng)閥門(mén)的切換， 使2 套吸附罐串聯(lián)運(yùn)行， 延長(zhǎng)停留時(shí)間，從而提高去除效果， 確保尾氣達(dá)標(biāo)排放。

7 結(jié)語(yǔ)

對(duì)石化行業(yè)中含油污水預(yù)處理站產(chǎn)生的高濃度、 小流量的廢氣采用“無(wú)動(dòng)力活性炭吸附工藝”進(jìn)行處理， VOCs 的去除率高， 對(duì)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的去除率接近100%。 處理設(shè)備占地面積小、 能耗低、操作簡(jiǎn)單、 管理方便。