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        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)

        2021-05-12 14:13:48李天偉欒新曉鄒茂榮
        工業(yè)用水與廢水 2021年2期

        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多, 主要污染物成分是石油類, 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, 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, 國內(nèi)外對(duì)污水處理系統(tǒng)廢氣的處理展開了大量的研究和應(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, 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)全廠燃料氣系統(tǒng)帶來沖擊, 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業(yè)公司回收處理。

        3.2 廢氣處理工藝流程

        當(dāng)上游來水時(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)過罐內(nèi)級(jí)配活性炭+活性炭纖維吸附后, 通過排氣筒達(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, 可通過操作吸附罐A 和B 進(jìn)出口管道閥門, 使2 套吸附罐串聯(lián)運(yùn)行, 延長停留時(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, 通過壓力變送器自動(dòng)開啟電動(dòng)閥, 避免池內(nèi)壓力過高或過低。 工藝流程見圖1。

        圖1 無動(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)果見表4。

        6 工藝特點(diǎn)

        (1) 無動(dòng)力設(shè)計(jì), 運(yùn)行成本低。 整套設(shè)備采用無動(dòng)力設(shè)計(jì), 依靠上游來水壓力, 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, 緊急情況下可通過手動(dòng)閥門的切換, 使2 套吸附罐串聯(lián)運(yùn)行, 延長停留時(shí)間,從而提高去除效果, 確保尾氣達(dá)標(biāo)排放。

        7 結(jié)語

        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、操作簡單、 管理方便。

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