武登忠,馬書(shū)毅,劉少卿
(中國(guó)寰球工程公司,北京 100012)
專題綜論
石油化工企業(yè)VOCs減排治理項(xiàng)目設(shè)計(jì)要點(diǎn)及管理政策
武登忠,馬書(shū)毅,劉少卿
(中國(guó)寰球工程公司,北京 100012)
隨著國(guó)內(nèi)環(huán)境污染程度的逐步加劇,石油化工企業(yè)對(duì)VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物)加強(qiáng)治理,建設(shè)VOCs減排治理工程越來(lái)越多。為做好該類項(xiàng)目的咨詢及工程設(shè)計(jì),本文將目前可以采用的幾種回收技術(shù)作了介紹,并就工程設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié),希望結(jié)合各地管理政策的實(shí)施,逐步改善我們所生存的環(huán)境質(zhì)量。
VOCs;設(shè)計(jì);要點(diǎn);政策
doi:10.3969/j.issn.1004-8901.2016.05.001
當(dāng)前,我國(guó)環(huán)境污染嚴(yán)重,各地均面臨極大的環(huán)境壓力。而石油化工企業(yè),包括化工、煤化工等企業(yè)均為VOCs的主要排污源。而VOCs的排放又是加劇環(huán)境污染的主要因素,必須采取有效的措施加以回收利用,減少直接排放到大氣中的VOCs,逐步改善各地環(huán)境質(zhì)量。
首先,VOCs(Volatile Organic Compounds)就是揮發(fā)性有機(jī)物的英文縮寫(xiě)。根據(jù)GB31570標(biāo)準(zhǔn)第3.14條款,VOCs被定義為“參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物,或者根據(jù)規(guī)定的方法測(cè)量或核算確定的有機(jī)化合物”。而天津市地方標(biāo)準(zhǔn)中,VOCs則被定義為“在20℃條件下蒸氣壓大于或等于10 Pa,或者特定適用條件下具有相應(yīng)揮發(fā)性的全部有機(jī)化合物(不包括甲烷)”。目前還沒(méi)有統(tǒng)一的VOCs定義[1]。
VOCs主要包括非甲烷總烴(烷烴、烯烴、炔烴和芳香烴)、含氧有機(jī)化合物(醇、醚、醛、酮等)、鹵代烴、含氮化合物、含硫化合物等,它不僅是PM2.5的前體物,也會(huì)通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致臭氧產(chǎn)生。
換句話說(shuō),揮發(fā)性有機(jī)物一方面會(huì)導(dǎo)致細(xì)粒子的產(chǎn)生,形成現(xiàn)在國(guó)內(nèi)城市很普遍的灰霾;另一方面,揮發(fā)性有機(jī)物也會(huì)導(dǎo)致近地面臭氧濃度增高,使得光化學(xué)煙霧污染加重。要想控制住灰霾和臭氧,必須先控制好揮發(fā)性有機(jī)物。
其次,污染當(dāng)量值表示了不同污染物或污染排放量之間的污染危害和處理費(fèi)用的相對(duì)關(guān)系。
就水污染來(lái)說(shuō),以污水中1 kg最主要污染物化學(xué)需氧量(COD)為基準(zhǔn),對(duì)其他污染物的有害程度、生物體的毒性以及處理的費(fèi)用等進(jìn)行研究和測(cè)算,結(jié)果是排放1 kg COD,4 kg SS,0.5 g汞時(shí)所產(chǎn)生的污染危害和相應(yīng)的處理費(fèi)用基本相等,也就是污水中COD的污染當(dāng)量值是1 kg,SS污染當(dāng)量值是4 kg,汞污染當(dāng)量值是0.000 5 kg。廢氣是以大氣中主要污染物煙塵、二氧化硫?yàn)榛鶞?zhǔn),按照上述類似方法得出其他污染物的污染當(dāng)量值。污染當(dāng)量概念主要在水污染收費(fèi)和大氣污染收費(fèi)中采用。
某污染物的污染當(dāng)量數(shù)=該污染物的排放量(kg)/該污染物的污染當(dāng)量值(kg)。
二氧化硫、氮氧化物污染當(dāng)量值為0.95 kg,由于VOCs對(duì)環(huán)境損害程度與二氧化硫、氮氧化物等廢氣中主要污染物大體相當(dāng),所以其污染當(dāng)量值同為0.95 kg。
最后,由于環(huán)境污染壓力,必須進(jìn)行VOCs的減排治理工作。為獎(jiǎng)優(yōu)罰劣,鼓勵(lì)深度治理,并在多省(含直轄市)實(shí)行差別化收費(fèi)政策。
目前,在VOCs項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中執(zhí)行的主要標(biāo)準(zhǔn)是《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB31570)、《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB31571),并且聯(lián)合執(zhí)行成為主流。
在相關(guān)行業(yè)具體污染物排放標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)前,煤化工、化工項(xiàng)目均應(yīng)參照?qǐng)?zhí)行上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
VOCs密閉回收目標(biāo),應(yīng)達(dá)到95%或97%以上的回收率(區(qū)分不同地區(qū)),并滿足64個(gè)有機(jī)特征污染物排放指標(biāo)。
雖然,VOCs回收工作開(kāi)展較晚,但回收技術(shù)是比較成熟的,國(guó)內(nèi)工程實(shí)踐也不少。但如何劃分好VOCs氣體收集系統(tǒng)、選擇合適的復(fù)合工藝技術(shù)還需要認(rèn)真研究、探討。
2.1 新建還是技術(shù)改造項(xiàng)目
由于新建生產(chǎn)裝置、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施、裝卸設(shè)施等與現(xiàn)有企業(yè)的生產(chǎn)裝置、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施、裝卸設(shè)施等的技術(shù)改造,在總圖布置、生產(chǎn)技術(shù)水平、公用工程配套條件等方面,存在較大差異,應(yīng)結(jié)合具體項(xiàng)目,差別對(duì)待,才能因地制宜地設(shè)計(jì)出切合實(shí)際的VOCs減排治理項(xiàng)目。
2.2 VOCs回收系統(tǒng)劃分
主要根據(jù)所回收的物料性質(zhì)、總圖布置遠(yuǎn)近來(lái)劃分,合并設(shè)置可減少回收系統(tǒng)套數(shù),達(dá)到減少投資,降低運(yùn)行費(fèi)用的目的。
2.3 VOCs回收規(guī)模確定
在確定VOCs回收規(guī)模時(shí),應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,在滿足安全和生產(chǎn)運(yùn)行要求的前提下,做到盡可能縮小回收規(guī)模。因?yàn)橥顿Y與設(shè)計(jì)規(guī)模是相關(guān)的。儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施在靜止儲(chǔ)存和收發(fā)作業(yè)時(shí),由于蒸發(fā)損耗產(chǎn)生VOCs,據(jù)統(tǒng)計(jì)占VOCs排放總量的7%左右,是石油化工企業(yè)的VOCs排放大戶[2]。
生產(chǎn)原料進(jìn)廠卸車以及產(chǎn)品出廠裝車的不均衡性和年用量及運(yùn)輸條件的差異、上游生產(chǎn)裝置外排流量和溫度、同類儲(chǔ)罐之間的倒罐泵流量、當(dāng)?shù)貧夂驐l件以及儲(chǔ)罐類型的不同,均可產(chǎn)生不同的回收能力需求。
設(shè)計(jì)能力取有關(guān)罐組各儲(chǔ)罐的熱呼氣總量、倒罐的流量、來(lái)自裝置區(qū)的熱物料進(jìn)料呼氣量三者中的最大值。其中熱物料進(jìn)料呼氣量計(jì)算方法根據(jù)SH/T 3007《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.1.6條。
2.4 回收工藝技術(shù)選擇
目前,使用最多的回收工藝包括:吸附技術(shù)、吸收技術(shù)、冷凝技術(shù)、膜分離技術(shù),以及上述技術(shù)的復(fù)合技術(shù)[3,4]。
去除技術(shù)有:熱力氧化焚燒技術(shù)(TO)、催化氧化技術(shù)(CO)、蓄熱式氧化焚燒技術(shù)(RTO)、蓄熱式催化氧化技術(shù)(RCO)。
具體選擇哪種技術(shù)最好,需要結(jié)合項(xiàng)目條件、資金寬裕程度、運(yùn)行費(fèi)用、公用工程條件統(tǒng)籌考慮。
2.5 吸收劑的選擇
最好的吸收劑是本物料液體,如柴油吸收柴油罐VOCs、汽油吸收汽油罐VOCs等。減少系統(tǒng)物料種類,也是該考慮的因素之一。
2.6 吸附、膜材料的二次污染
本來(lái),建設(shè)VOCs項(xiàng)目的目的是減少污染排放。如果在選擇回收技術(shù)方面,又產(chǎn)生新的污染物,就得不償失。并且應(yīng)該考慮耗材的易得性,活性炭適用于多種回收系統(tǒng),宜選用。
2.7 注意對(duì)現(xiàn)有設(shè)施的影響
不論怎樣,建設(shè)VOCs減排治理系統(tǒng),增加了現(xiàn)有設(shè)施的復(fù)雜性,改變了操作人員的操作習(xí)慣,對(duì)安全生產(chǎn)造成一定壓力。因此,必須在設(shè)計(jì)中增加一些安全措施,避免發(fā)生安全事故。如在收集系統(tǒng)總管上配置100%×2可切換的雙安全閥、專用的呼吸閥、阻火器、止逆閥等等管件。阻火器依據(jù)物料及混合物的MESG特性(最大試驗(yàn)安全間隙)進(jìn)行選型。
應(yīng)核算新增受力對(duì)儲(chǔ)罐剛度的影響,考慮新增管線對(duì)原管廊的負(fù)荷增加是否在原設(shè)計(jì)裕度內(nèi)。
2.8 氮?dú)鈿夥獗Wo(hù)的選擇
根據(jù)GB 50160《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》,充氮保護(hù)的固定頂罐視同內(nèi)浮頂罐。通??梢圆换厥誚OCs氣體,但有些特殊用戶也要求回收,更有特例對(duì)內(nèi)浮頂罐也采用了氮封措施,并進(jìn)行VOCs回收,不能作為一般設(shè)計(jì)原則。
2.9 回收系統(tǒng)的操作壓力
由于大多數(shù)VOCs排放工況為微正壓工況,設(shè)備設(shè)計(jì)壓力一般為微負(fù)壓/微正壓,為安全起見(jiàn),VOCs收集管網(wǎng)及回收橇塊系統(tǒng)宜采取微負(fù)壓操作為好,同時(shí)也可減少VOCs泄漏,有利于回收操作。
2.10 VOCs收集系統(tǒng)管道材料選擇
參照GB 50759《油品裝載系統(tǒng)油氣回收設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.0.10條款,管道宜采用碳鋼、合金鋼、不銹鋼無(wú)縫鋼管,鋼制閥門、管件壓力等級(jí)與所連管道一致。
不建議采用非金屬管道,其耐久性、剛度等不足,例如玻璃鋼等。
2.11 UPS供電的必要性
雖然,VOCs回收系統(tǒng)遇停電工況,不會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失和安全事故,但為了全廠生產(chǎn)設(shè)施的安全,建議對(duì)控制系統(tǒng)提供UPS供電。
2.12 移動(dòng)式VOCs處理設(shè)施的必要性
上述設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要針對(duì)固定式VOCs減排治理設(shè)施的工程設(shè)計(jì)問(wèn)題。而某些VOCs排放場(chǎng)合,無(wú)法采取固定式或使用頻率較低的,就需要采用移動(dòng)式VOCs處理設(shè)施。
移動(dòng)式VOCs處理設(shè)施主要應(yīng)用于壓力罐區(qū)、常壓罐區(qū)清罐、現(xiàn)有固定式油氣回收系統(tǒng)故障、事故現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的快速修復(fù)、生產(chǎn)設(shè)備以及工藝管道清掃前加快置換、現(xiàn)有罐區(qū)沒(méi)有位置布置固定式回收設(shè)施等等工況。
移動(dòng)式VOCs處理設(shè)施已在美國(guó)石油化工企業(yè)廣泛應(yīng)用,是早期VOCs回收的主要措施。相信將來(lái)隨著管理越來(lái)越嚴(yán)格,在國(guó)內(nèi)會(huì)得到廣泛采用。
在《關(guān)于揮發(fā)性有機(jī)物排污收費(fèi)試點(diǎn)有關(guān)具體工作的通知》環(huán)境保護(hù)部辦公廳函(環(huán)辦環(huán)監(jiān)函[2016]113號(hào))中指出:根據(jù)《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃的通知》(國(guó)發(fā)〔2013〕37號(hào))中“將揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)納入排污費(fèi)征收范圍”的要求,財(cái)政部、發(fā)展改革委、環(huán)境保護(hù)部先后出臺(tái)了《關(guān)于印發(fā)〈揮發(fā)性有機(jī)物排污收費(fèi)試點(diǎn)辦法〉的通知》(財(cái)稅〔2015〕71號(hào),以下簡(jiǎn)稱71號(hào)文件)和《關(guān)于制定石油化工及包裝印刷等試點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)問(wèn)題的通知》(發(fā)改價(jià)格〔2015〕2185號(hào)),決定自2015年10月1日起,在石油化工、包裝印刷行業(yè)開(kāi)展揮發(fā)性有機(jī)物排污收費(fèi)試點(diǎn)工作。
石油化工企業(yè)要按71號(hào)文件附件2規(guī)定的核算周期(以年計(jì))和計(jì)算辦法,向地方環(huán)境監(jiān)察機(jī)構(gòu)報(bào)送本通知所附的揮發(fā)性有機(jī)物排放信息申報(bào)表,申報(bào)揮發(fā)性有機(jī)物排放量和相關(guān)信息,并對(duì)申報(bào)材料的真實(shí)性、有效性、完整性負(fù)責(zé)。
石油化工企業(yè)申報(bào)的各污染源項(xiàng)中涉及排放揮發(fā)性有機(jī)物的設(shè)備動(dòng)靜密封點(diǎn)、生產(chǎn)裝置、儲(chǔ)罐、裝卸站臺(tái)、燃燒設(shè)備、工藝有組織廢氣排放源、火炬、揮發(fā)性有機(jī)物處理設(shè)施等數(shù)量,必須與核算期內(nèi)其生產(chǎn)在用的數(shù)量相等;各污染源項(xiàng)揮發(fā)性有機(jī)物排放量及污染當(dāng)量數(shù)之和與總排放量及總污染當(dāng)量數(shù)相等。
揮發(fā)性有機(jī)物排污收費(fèi)試點(diǎn)征收管理系統(tǒng),將采用云計(jì)算方式部署在環(huán)境保護(hù)部云平臺(tái)上,供石油化工和包裝印刷企業(yè)申報(bào)、地方環(huán)保部門征收排污費(fèi)時(shí)使用。
我國(guó)VOCs的污染防治工作起步較晚,與VOCs的污染防治工作有關(guān)的政策法規(guī)和管理制度體系不健全,嚴(yán)重制約了VOCs污染治理產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
近年來(lái),隨著大氣污染形勢(shì)的加劇,國(guó)家越發(fā)重視對(duì)大氣環(huán)境的治理。目前,已有十一省市開(kāi)展VOCs排污費(fèi)征收工作(見(jiàn)表1),推行“容量有限、資源有價(jià)、使用有償”的理念。
表1 十一省市VOCs排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)
續(xù)表
VOCs作為大氣污染的主要污染物,成了各地治理的重點(diǎn),國(guó)家及地方VOCs排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的相繼出臺(tái),可見(jiàn)國(guó)家將會(huì)花大力氣在VOCs的污染防治工作上。
隨著《揮發(fā)性有機(jī)物排污收費(fèi)試點(diǎn)辦法》的實(shí)施和各地環(huán)保壓力的加劇,VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)不斷完善,排污收費(fèi)制度也將會(huì)隨著污染源清單的不斷更新完善而涉及到更多的行業(yè),VOCs治理項(xiàng)目會(huì)越來(lái)越多。
本文結(jié)合揮發(fā)性有機(jī)物VOCs減排治理項(xiàng)目在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題,并對(duì)回收技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹,對(duì)各省市排污收費(fèi)情況進(jìn)行了信息匯總,便于有關(guān)企業(yè)、工程公司以及管理機(jī)關(guān)在該類工程項(xiàng)目的前期規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)、管理等各階段有所借鑒。作為工程公司,為社會(huì)和業(yè)主提供高質(zhì)量的工程設(shè)計(jì)服務(wù)是其應(yīng)盡的義務(wù)。
[1]汪濤,竇秀冬.目前我國(guó)與VOCs有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及政策要求.2014年P(guān)M2.5及霧霾污染控制專題研討會(huì)[R].廣州:中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)行業(yè)分會(huì),2014年.
[2]辛梓弘,等.固定頂儲(chǔ)罐中VOCs的呼吸損耗估算[J].上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,34(6):70-75.
[3]曲茉莉.大氣中VOCs的污染現(xiàn)狀及治理技術(shù)研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2012,37(6):102-104.
[4]黃維秋,鐘泰.油氣回收技術(shù)分析與比較[J].化學(xué)工程,2005,33(5):53-56.
Design Essentials and Management Policies for VOCs Emission Reduction Control Project of Petrochemical Enterprises
WU Deng-zhong,MA Shu-yi,LIU Shao-qing
(China Huanqiu Contracting&Engineering Corp.,Beijing 100012 China)
With the ever-increasing domestic environment pollution,petroleum and chemical enterprises have strengthened the governance of VOCs(volatile organic matter)and established more and more VOCs emission reduction projects.For the consulting and engineering design of such projects,this paper introduces several present recycling technologies,and summarizes the problems in the process of engineering design.Moreover,it also hopes to improve our environmental quality by combining the implementation of local management policies.
VOCs;design;key points;policy
10.3969/j.issn.1004-8901.2016.05.001
X701
A
1004-8901(2016)05-0001-04
2016-05-27
武登忠(1960年-),男,河北張家口人,1982年畢業(yè)于華南理工大學(xué)無(wú)機(jī)化工專業(yè),教授級(jí)高級(jí)工程師,現(xiàn)主要從事石油化工工程設(shè)計(jì)咨詢等工作。