甲醇灌裝站VOCs治理措施及效果評(píng)價(jià)

段勤國(guó)

（陜西潤(rùn)中清潔能源有限公司，陜西 長(zhǎng)武 713600）

0 引 言

陜西潤(rùn)中清潔能源有限公司（簡(jiǎn)稱陜西潤(rùn)中）甲醇裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)能為600 kt／a，甲醇灌裝站共有10個(gè)灌裝鶴位，其中9個(gè)灌裝甲醇產(chǎn)品、1個(gè)灌裝副產(chǎn)品雜醇油，主要用于給汽車罐車灌裝。甲醇灌裝站的設(shè)計(jì)灌裝能力為4 000 t／d，實(shí)際每天灌裝約70車2 000 t，每車灌裝33 t，每車凈灌裝時(shí)間為40～60 min，即可灌裝完當(dāng)日的甲醇產(chǎn)量。在甲醇灌裝過程中，將鶴管插入罐車后，固定好卡子，用密封帽壓緊罐車口，連接好廢氣排放支管（DN50），將罐車內(nèi)的空氣和甲醇蒸氣（揮發(fā)性有機(jī)物）引入集氣總管（DN150），在最末端10＃灌裝鶴位處對(duì)空排放。

原設(shè)計(jì)甲醇灌裝站排放的甲醇蒸氣（揮發(fā)性有機(jī)物）無處理設(shè)施，直接排入大氣中，甲醇排放濃度達(dá)8%，對(duì)照《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31571—2015）——甲醇排放濃度限值50 mg／m3、非甲烷總烴排放濃度限值120 mg／m3，排氣中甲醇濃度嚴(yán)重超標(biāo)、非甲烷總烴含量合格；并且，甲醇罐車采用上裝方式，灌裝口大小不一，與鶴管密封不嚴(yán)，甲醇蒸氣（VOCs）還會(huì)直接從灌裝口處逸散，造成灌裝站周邊甲醇?xì)馕遁^濃，污染嚴(yán)重。近年來，大氣污染防治政策日趨嚴(yán)厲，VOCs治理已成為化工企業(yè)的必然選擇。

1 VOCs治理工藝

目前，國(guó)內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）治理工藝主要有催化、吸附、燃燒、深冷、水洗等工藝。催化工藝須使用催化劑，吸附工藝須使用吸附劑，使用后的催化劑和吸附劑均屬危險(xiǎn)廢物，須在環(huán)保部門的監(jiān)管平臺(tái)上辦理危廢轉(zhuǎn)移聯(lián)單，經(jīng)由有資質(zhì)的第三方單位進(jìn)行處置；燃燒工藝中，送火炬焚燒時(shí)會(huì)吸入大量空氣（O2），存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)；深冷工藝需要大量冷源，包括制冷設(shè)備和制冷劑，運(yùn)行成本也較高；因甲醇與水能以任意比例互溶，選擇水洗方式，簡(jiǎn)單易行、安全可靠，故陜西潤(rùn)中決定選用水洗工藝治理甲醇灌裝站排放的甲醇蒸氣。

陜西潤(rùn)中甲醇灌裝站VOCs治理裝置由中國(guó)啟源工程設(shè)計(jì)研究院有限公司設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)甲醇蒸氣處理量為500 m3／h，采用脫鹽水在2臺(tái)串聯(lián)的吸收塔內(nèi)逆流洗滌吸收甲醇灌裝產(chǎn)生的甲醇蒸氣，從而實(shí)現(xiàn)尾氣的達(dá)標(biāo)排放。具體工藝流程：采用專用密封設(shè)施將每臺(tái)甲醇罐車灌裝口與鶴管之間的縫隙封閉后，在負(fù)壓作用下由防爆型引風(fēng)機(jī)將罐內(nèi)空氣和甲醇蒸氣抽引至帶防爆轟型阻火器的集氣總管內(nèi)，與來自低溫甲醇洗系統(tǒng)的CO2氣充分混合后，進(jìn)入1＃吸收塔底部，與塔頂噴淋下來的脫鹽水在填料層逆流接觸，經(jīng)第1次洗滌吸收后，氣相從塔頂排出并進(jìn)入2＃吸收塔底部，經(jīng)第2次洗滌吸收后，在2＃吸收塔頂通過防爆型引風(fēng)機(jī)引出送至高15 m的煙囪達(dá)標(biāo)排放；來自脫鹽水站的脫鹽水補(bǔ)充至2＃吸收塔內(nèi)，由2＃循環(huán)泵打循環(huán)噴淋洗滌吸收甲醇蒸氣，并利用高位差溢流進(jìn)入1＃吸收塔內(nèi)，由1＃循環(huán)泵再次進(jìn)行打循環(huán)吸收，直至循環(huán)液中甲醇濃度≥2%，之后循環(huán)液送入甲醇廢液緩沖槽，最終由排液泵送至低溫甲醇洗系統(tǒng)予以回收利用。

2 VOCs治理裝置的主要設(shè)備

（1）1＃吸收塔、2＃吸收塔各1臺(tái)。2臺(tái)吸收塔規(guī)格相同——φ800 mm／φ1 200 mm×7 103 mm，有效容積為4.8 m3，均為立式填料塔，殼體材質(zhì)304不銹鋼，250Y型填料材質(zhì)為PP；操作溫度為-20～40℃，操作壓力-3 000 Pa。

（2）1＃循環(huán)泵、2＃循環(huán)泵各1臺(tái)。2臺(tái)循環(huán)泵規(guī)格相同——Q=10 m3／h、H=16 m，均為輕型立式多級(jí)離心泵，主體材質(zhì)為普通碳鋼；配套電機(jī)型號(hào)為YB3-801-2、功率為0.75 kW。

（3）廢液緩沖槽1臺(tái)。廢液緩沖槽規(guī)格為φ1 400 mm×1 794 mm，有效容積為2.8 m3，材質(zhì)為普通碳鋼；操作溫度為-20～40℃，操作壓力為常壓。

（4）排液泵1臺(tái)。排液泵Q=12 m3／h、H=107 m，為輕型立式多級(jí)離心泵，主體材質(zhì)為普通碳鋼；配套電機(jī)型號(hào)為YB3-160M1-2、功率為11 kW。

（5）防爆型引風(fēng)機(jī)1臺(tái)。引風(fēng)風(fēng)量為1 300 m3／h、風(fēng)壓為3.2 kPa，主體材質(zhì)為普通碳鋼；配套電機(jī)型號(hào)為YBX3-100L-2。

（6）CO2管道。CO2管道規(guī)格DN200、長(zhǎng)約350 m，材質(zhì)為304不銹鋼。

3 自控設(shè)施

（1）在進(jìn)入VOCs集氣總管前的CO2氣管路上設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥，鶴管灌裝操作時(shí)，當(dāng)鶴管CO2流量變化時(shí)，該調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)整以平衡CO2進(jìn)氣量，要求CO2氣壓力穩(wěn)定、供氣連續(xù)。

（2）最末端10＃鶴位鶴管集氣支管為本系統(tǒng)最不利負(fù)壓點(diǎn)，在此設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥，與防爆風(fēng)機(jī)變頻器進(jìn)行閉環(huán)聯(lián)鎖，該處壓力設(shè)定為-25～-100 Pa，當(dāng)檢測(cè)其負(fù)壓偏大或偏小時(shí)，由防爆風(fēng)機(jī)變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)保持該處壓力始終處于設(shè)定指標(biāo)范圍之內(nèi)，以保證鶴管集氣效果良好。

（3）在CO2氣匯入后的VOCs集氣總管上，設(shè)置O2濃度和甲醇蒸氣濃度在線分析／安全監(jiān)測(cè)儀表，以便實(shí)時(shí)分析檢測(cè)O2濃度和甲醇蒸氣濃度并遠(yuǎn)傳至中心控制室DCS系統(tǒng)，一旦在線監(jiān)測(cè)結(jié)果異常，聲光報(bào)警器立即實(shí)時(shí)報(bào)警。

（4）在來自脫鹽水站的脫鹽水管道上設(shè)置流量計(jì)和自調(diào)閥，并聯(lián)鎖報(bào)警，據(jù)運(yùn)行需要，由自調(diào)閥控制和調(diào)節(jié)進(jìn)入2＃吸收塔的脫鹽水流量。

（5）2＃循環(huán)泵出口自調(diào)閥與2＃吸收塔帶遠(yuǎn)傳功能的磁翻板液位計(jì)信號(hào)聯(lián)鎖，控制2＃循環(huán)泵的啟停：開車前，2＃吸收塔建立一定液位后，2＃循環(huán)泵開啟。

（6）1＃循環(huán)泵出口自調(diào)閥與1＃吸收塔帶遠(yuǎn)傳功能的磁翻板液位計(jì)信號(hào)聯(lián)鎖，控制1＃循環(huán)泵的啟停：當(dāng)1＃吸收塔液位高于上限時(shí)，自調(diào)閥打開，廢液進(jìn)入甲醇廢液緩沖槽；當(dāng)1＃吸收塔液位低于下限時(shí)，自調(diào)閥關(guān)閉。

（7）甲醇廢液緩沖槽也設(shè)置帶遠(yuǎn)傳功能的磁翻板液位計(jì)，與排液泵信號(hào)聯(lián)鎖，控制排液泵的啟停：甲醇廢液緩沖槽液位超過上限時(shí)，開啟排液泵；甲醇廢液緩沖槽液位低于下限時(shí)，關(guān)閉排液泵。

4 技改要點(diǎn)

（1）灌裝站10個(gè)鶴管采用動(dòng)態(tài)負(fù)壓，統(tǒng)一收集甲醇蒸氣，控制系統(tǒng)最不利壓力點(diǎn)為穩(wěn)定的負(fù)壓狀態(tài)，系統(tǒng)正常操作壓力為-3 000 Pa，以滿足不同裝車負(fù)荷下的廢氣收集需求，并保證廢氣收集效果。

（2）鶴管與罐車灌裝口接觸位置采用專用密封設(shè)施進(jìn)行密封，以保證灌裝作業(yè)過程中排放的甲醇蒸氣可通過末端集氣管道有效匯集至吸收單元處理。

（3）匯入集氣總管的甲醇蒸氣，經(jīng)防爆轟型阻火器與CO2匯合后，進(jìn)入2臺(tái)吸收塔及防爆風(fēng)機(jī)，再經(jīng)第2個(gè)防爆轟型阻火器進(jìn)入排氣管道，送至15 m高的尾氣煙囪排放。

（4）來自低溫甲醇洗系統(tǒng)的CO2氣，引入甲醇灌裝站VOCs治理裝置區(qū)，經(jīng)減壓后進(jìn)入CO2緩沖罐穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后的出口氣由渦街流量計(jì)計(jì)量后分為2路，一路送至各鶴管密封處后進(jìn)入罐車內(nèi)（其作用是稀釋甲醇蒸氣，以免形成爆炸性氣體），另一路直接進(jìn)入VOCs集氣總管。

（5）甲醇蒸氣的爆炸極限為6.0%～36.5%（體積分?jǐn)?shù)），引入低溫甲醇洗系統(tǒng)CO2氣800 m3／h與甲醇蒸氣混合的目的是避免形成爆炸性氣體，確保混合氣中甲醇濃度≤3%（體積分?jǐn)?shù)，下同），因此，VOCs治理裝置每次開車前，須先送來CO2氣，再開啟引風(fēng)機(jī)。

（6）VOCs治理裝置設(shè)置2臺(tái)吸收塔，其配管可滿足雙塔運(yùn)行，也可單塔運(yùn)行；雙塔可選擇并聯(lián)運(yùn)行，也可選擇串聯(lián)運(yùn)行，增大系統(tǒng)的操作彈性。陜西潤(rùn)中一直采用雙塔串聯(lián)運(yùn)行的方式，以提高VOCs的去除率。

（7）為防止甲醇廢液泄漏進(jìn)入雨水管網(wǎng)而造成污染，專門設(shè)置有寬度為120 mm、高度為200 mm的防護(hù)圍堰。

（8）VOCs治理裝置設(shè)置在甲醇灌裝站旁邊空地上，占地面積較少，僅100 m2，甲醇灌裝站周圍的消防設(shè)施完全可將其覆蓋，按要求配備適量的滅火器即可。

5 操作要點(diǎn)

（1）據(jù)集氣總管上O2濃度和甲醇蒸氣濃度在線分析／安全監(jiān)測(cè)儀表的反饋情況，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)整CO2氣流量，確保與甲醇蒸氣的混合氣中的CO2濃度≥35%、O2濃度≤5%、甲醇濃度≤3%。

（2）及時(shí)調(diào)整集氣總管末端10＃鶴位處最不利點(diǎn)的壓力，通過關(guān)小或開大防爆風(fēng)機(jī)出口蝶閥保持10＃鶴位處壓力在-25～-100 Pa之間。

（3）聯(lián)動(dòng)試車或每次原始開車前，均應(yīng)采用甲醇灌裝站原配備的氮?dú)鈱?duì)整個(gè)VOCs治理裝置包括所有設(shè)備、管路和閥門進(jìn)行置換，以保證系統(tǒng)內(nèi)O2濃度≤0.5%。

（4）每次原始開車前，必須先送來CO2氣，再開啟防爆風(fēng)機(jī)；長(zhǎng)期停車時(shí)，先關(guān)閉防爆風(fēng)機(jī)，再停止輸送CO2氣，以保證系統(tǒng)內(nèi)甲醇濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其爆炸下限。

（5）每次停車檢修或清理前，系統(tǒng)內(nèi)廢液應(yīng)排空放凈，再用水進(jìn)行洗滌，后用氮?dú)鈴氐字脫Q；系統(tǒng)廢液全部送至低溫甲醇洗系統(tǒng)，沖洗廢水則送至污水處理站。

（6）除在線儀表監(jiān)測(cè)VOCs排放口（煙囪）處的甲醇濃度外，還應(yīng)定期手動(dòng)檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)節(jié)2臺(tái)循環(huán)泵的流量和補(bǔ)水量，以保證VOCs達(dá)標(biāo)排放。

（7）甲醇灌裝站及其VOCs治理裝置均屬間歇式運(yùn)行，每天累計(jì)運(yùn)行8～12 h，但要求CO2氣輸送不間斷，即無論?dān)Q管是否裝車，均應(yīng)保證適量CO2氣從VOCs治理裝置內(nèi)穿過，以防形成爆炸性氣體。

（8）職業(yè)衛(wèi)生安全防護(hù)要求作業(yè)環(huán)境空氣中甲醇最大允許濃度為50 mg／m3，故要求甲醇灌裝站及其VOCs治理裝置運(yùn)行正常，無跑冒滴漏現(xiàn)象。

（9）甲醇灌裝站及其VOCs治理裝置區(qū)均為防火防爆區(qū)域，應(yīng)加強(qiáng)安全管理，配置消防和安防器材，正確使用有關(guān)防護(hù)用品和作業(yè)工具。

6 運(yùn)行狀況與效果評(píng)價(jià)

2017年10月陜西潤(rùn)中開始組織甲醇罐裝站VOCs治理項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工和建設(shè)工作，2018年10月項(xiàng)目竣工并投入試運(yùn)行，2019年6月尾氣排放口在線設(shè)施開始實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并上傳數(shù)據(jù)至咸陽(yáng)市污染源在線監(jiān)控平臺(tái)。VOCs治理項(xiàng)目先后總計(jì)投資約250萬元，投運(yùn)后運(yùn)行狀況良好，具體情況如下。

（1）VOCs治理裝置設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作指標(biāo)可控，調(diào)節(jié)方便，VOCs治理裝置啟用與甲醇灌裝站同步（均屬間歇式運(yùn)行），從未影響過甲醇罐車的灌裝作業(yè)。

（2）正常運(yùn)行中，排放口（煙囪）在線監(jiān)測(cè)儀一直實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一般甲醇濃度為10～20 mg／m3、O2濃度為1.0%～1.5%，達(dá)到控制指標(biāo)要求，VOCs治理效果良好；若甲醇罐車灌裝方式全部由上裝方式改為下裝方式，還會(huì)收到更好的VOCs治理效果。

（3）甲醇灌裝站和VOCs治理裝置區(qū)周邊再無甲醇蒸氣逸散，也嗅不到甲醇?xì)馕叮瑱z測(cè)作業(yè)環(huán)境空氣中甲醇濃度在0.5 mg／m3以下。

（4）VOCs治理裝置雙塔串聯(lián)運(yùn)行的方式，VOCs去除率高，污染物減排幅度大，日減排甲醇蒸氣約283 kg。

（5）第三方機(jī)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果和在線設(shè)施長(zhǎng)期檢測(cè)結(jié)果均表明，尾氣排放口甲醇濃度＜25 mg／m3、非甲烷總烴濃度＜10 mg／m3，均達(dá)到GB 31571—2015的要求。

（6）VOCs治理裝置占地面積小，自動(dòng)化程度高，運(yùn)行方式靈活，操作安全可靠。

（7）VOCs治理裝置投用以來，基本上未出現(xiàn)過設(shè)備故障，維護(hù)工作量少，維修費(fèi)用低——即使兩泵（1＃循環(huán)泵、2＃循環(huán)泵）一機(jī)（防爆型引風(fēng)機(jī)）出現(xiàn)故障，也可利用停工時(shí)（間歇式運(yùn)行）檢修，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（8）VOCs治理裝置投運(yùn)后，未增加操作工人，所用CO2氣屬?gòu)U物利用，裝置只需消耗少量的脫鹽水、氮?dú)夂碗?，運(yùn)行成本很低。