挥发性有机物（VOCs）作为O3生成的重要前体物，其部分组分具有强烈的致癌性。近些年，中国的环境空气中O3浓度呈现逐年升高的趋势，O3污染问题日益凸显，这与大量的VOCs排放有着密不可分的关系。我国众多VOCs污染源中，焦化生产是重要污染源之一。焦化生产过程中，涉VOCs废气的排放问题较为突出，具有多排放源、多污染物及高毒性、无组织排放为主等特点，对大气环境的污染严重。针对焦化VOCs废气的治理，国内相关企业进行了尝试和探索，比较常见的有“三级洗涤+吸（脱）附”工艺，三级洗涤+RTO工艺、氮封+负压回收工艺，废气回炉燃烧等治理工艺。随着《工业企业挥发性有机物排放控制标准》《炼焦化学工业污染物排放标准》等政策的发布，焦化VOCs治理已进入深水区，针对不同工序VOCs废气特点开展深度治理，实现持续稳定达标是企业迫切需要解决的问题。
1 焦化行业VOCs的主要来源分析
焦化行业VOCs的主要来源于化产回收工序：冷鼓工段主要污染源为焦油、氨水等储槽的放散管等，主要产生苯并[a]芘、氰化氢、酚类、萘、非甲烷总烃、氨、硫化氢等；脱硫工段主要污染源为脱硫再生设施及各储槽的放散管等，主要以氨、硫化氢为主；硫铵工段主要污染源为硫铵干燥设施及各硫铵溶液、氨水储罐等，主要产生颗粒物、氨等；洗苯工段主要污染源为粗苯精馏装置、各油槽分离器放散管、精苯加工及焦油加工等，主要产生苯及苯系物、烃类等；这些VOCs还有有毒有害、易燃易爆的特征。
由于炼焦工业工序长且复杂，导致VOCs成分具有多样性，收集治理难度大等特点。通常密闭性较好，含氧量低的储槽采用负压回收平衡工艺采；放散性气体因其含氧量较高无法进入煤气回收系统，多采用分散收集集中回焦炉焚烧或其他氧化法焚烧的工艺进行治理；长距离输送VOCs废气存在压力低、废气中的萘易结晶堵塞管道等问题，此时宜单独建设焚烧炉。
２ 晨晰环保VOCs治理解决方案
在整个炼焦工艺过程中、化产回收是VOCs产生最多的车间，尤其在回收区域更为严重，因此对于焦化厂的VOCs治理主要集中在回收区域。回收区域涉及的设备众多，各种罐体的放散气直接连通大气，产生的异味严重。氨水、焦油、萘、酚、氰化物、甲烷烃类等物质会逸散到大气中，特别是苯、硫化氢等物质，更是具有强烈的毒性，污染环境，严重影响环境和周围职工的身体健康。
北京晨晰环保工程有限公司开发的VOCs综合治理解决方案，是根据焦化企业炼焦、煤气净化和化产回收、产品存储、酚氰废水处理不同工序VOCs特点及的排放场所不同，将化产系统排放的VOCs治理工艺分成全负压回收平衡、废气回炉燃烧、RTO旋转蓄热焚烧技术用以满足不同含氧量，不同浓度，多种应用场景的VOCs深度治理解决方案。
2.1、全负压回收平衡工艺（低氧废气）
将冷鼓工段、洗脱苯工段和油库工段等密闭性较好、含氧量低、附加值高的收集气经各个区域油洗塔处理后，采用氮气密封然后全负压返回煤气系统的处理工艺。此工艺需要槽体的密封效果好，这样空气不容易进入负压区，可以更好地控制煤气的含氧量。
2.11工作原理
首先对封闭式槽体安装开闭式氮封装置，当槽体进出料作业时，氮封阀进行供氮与泄氮作业，泄氮时部分尾气随氮气排出。将封闭式槽体放散阀接入负压系统，在风机前安装一套微负压控氧装置，设定一定的压力，刚好将这些槽体排出的尾气吸入负压系统，而不至于在风机压力变化时将过多的氧气吸入到负压系统，从而产生安全隐患。
氮封技术主要是应用于库区槽罐的密封，槽内液位下降或温度降低时利用氮气补充槽内气体空间。通过氮气充满槽内液位上方，阻止液体介质持续气化，抑制介质气化逸出。当槽体进料液位上升或温度升高造成槽内气体压力升高时，泄氮阀打开，氮气逸出，从而保持槽内压力平衡。储罐采用氮封后，有效的减少槽罐的尾气排放，罐内气体空间主要是可燃气体与氮气的混合物，不会形成爆炸性气体混合物，提高企业生产安全性，同时减少操作空间的有毒有害介质，有效的保护环境和维护职工的身心健康。同时，氮封处理引入煤气系统的废气量很少（最大量不到1000m3)，对煤气系统管道也不会产生不利影响。
2.12工艺流程
（1）设定微负压控氧装置前管道吸力为-100-200Pa，槽体放散口吸力为0~-50Pa，根据槽体至鼓风机前微负压控氧装置前的管道长度，管道长度不同，阻力不同，用槽体上阀门开度调节槽体放散口吸力为设定值；
（2）微负压控氧装置接入鼓风机回流管道上或者风机前管道上，通过调节阀调节微负压控氧装置的吸力在-1000~-5000Pa；
（3）微负压控氧装置内部特殊结构，由吸入管、限压水封舱、气体水封、真空舱、折流板、调节阀、回流管、真空计、溢流管、补水管等构成，进口管内气体在负压作用下，冲破水封进入真空部分，被吸入鼓风机煤气管道，水封高度随着吸力的变化而变化，回收尾气刚好能冲破水封进行真空系统，保持有害尾气管道吸力恒定，气体带走的水汽在折流板处被冷凝下来进入回流管，回到水封系统，有一部分水汽被气体带入煤气，这时需用补水管补充，保证水封的高度。全程无排放，无泄漏，安全可靠，真正实现了零排放治理化产尾气。
各槽体放散口吸力设定为-100~0Pa，根据管道长度、口径、阻力情况来设定各放散口吸力，槽体安装开闭式供氮阀、泄氮阀，用变频控制器调节风机转速，各点用调节阀调节吸力，保证气体不会逸散到大气中，同时，又能保证保持足够的吸力。
该工艺选用自动化程度较高的设备，信号接入化产中控室中控系统，由中控室人员操作，不再另增加操作人员。为防止管道堵塞，在废气收集管道上加装蒸汽清扫管道，定期进行蒸汽冲扫。
图1 工艺流程图
2.13 工艺优势
晨晰环保开发的VOCs负压平衡回收工艺具有不占地、投资运营成本低、治理彻底、零排放、VOC回收的焦油、氨以及苯等，通过洗苯塔等工序回收后，可变成其他产品，提高了回收率，极大地提高了工厂的经济效益。
2.2放散式有害尾气回炉燃烧工艺（高氧废气）
该工艺将脱硫工段和硫铵工段含氧量较高、附加值较低的VOCs废气经过收集、洗涤等过程引入焦炉的负压系统作为空气配风参与焦炉的燃烧将其中的VOCs组分彻底氧化分解。
2.2.1 工作原理
将化产回收工段含氧量较高、附加值较低的收集气经过酸洗塔、碱洗塔、水洗塔后，作为空气配风引入焦炉燃烧，以达到彻底氧化分解VOCs的目的。而目前大多焦化企业大部分已经安装了焦炉烟气脱硫脱硝装置，这部分的二氧化硫、氮氧化物会在脱硫脱硝装置中去除，可基本实现VOCs治理零排放。为保证安全，在废气进焦炉燃烧前设置可燃气体检测仪，可实时监测废气中易燃易爆的组分变化，并将信号输送至DCS控制系统。当组分浓度达到设置上限时，DCS报警，并自动打开配风阀门；当组分浓度达到设置上上限时，设置的入焦炉自动阀切断，确保生产安全。
图2 工艺流程图
2.22 工艺优势
（1）利用原有焦炉作为燃烧装置降低了建设投资费用；
（2）运行成本低，废气中的VOCs燃烧后的热能可回收利用，减少煤气消耗，减轻后端SCR的脱硝压力；
（3）安全性高，自动化程度高，可实现无人值守；
（4）废气燃烧后生成的氮氧化物和二氧化硫可直接利用焦炉烟气脱硫脱硝装置脱除，没有传统燃烧法的各种弊端。
2.3、旋转式蓄热独立燃烧工艺（RTO）
燃烧法是目前净化有机废气(VOCs)较彻底的工艺，得到各行业的充分认可。RTO（Regenerative Thermal Oxidizer,简称RTO），再生热氧化分解器，又称蓄热式焚烧器。该技术属于燃烧法的一种，将蓄热、热氧化集成为一体的VOCs净化技术。
2.31 工作原理
利用管路及引风机，就近收集逸散尾气，各个工序废气分类进行洗涤预处理，废气中的NH3在酸洗塔内被吸收液洗涤并与吸收液中的H2SO4发生反应，酸洗塔内的吸收液排至硫铵段母液槽；在碱洗塔内采用NaOH溶液对废气中的H2S、HCN等酸性气体进行吸收，碱洗塔内的吸收液排入机械化澄清槽；提盐工段废气经过洗涤后，洗涤废气中的盐颗粒；废气经过洗涤后汇集到废气总管，再由中继风机送入气液分离器进行气液分离，后经过程中一系列的浓度在线检测、压力/流量控制，由主引风机送入旋转式蓄热独立燃烧器（RTO）内进行废气净化处理，并最终实现无害排放。
图3 VOSc废气 RTO 焚烧流程示意图
2.32 工艺优势
（1）废气处理系统与焦炉生产系统互不影响，相互独立且运行成本低，无需消耗焦炉煤气；
（2）VOCs净化率≥97%(最高可达99.5%)，对管道风压影响小(±25Pa，运行稳定)，综合热回收率≥95%；
（3）不对焦炉本体产生影响，避免回炉废气长期对焦炉的侵害影响；
（4）拥有比回炉燃烧更高的废气净化效率，满足未来更高的排放要求；
（5）旋转阀式RTO系统设置了30项安全措施，从根源上杜绝了安全隐患；
（6）自动化程度高，整套系统可实现全自动运行，无人值守。
3 VOCs治理案例与部分业绩
中煤旭阳化产车间废气治理项目
河北中煤旭阳能源有限公司化产车间脱硫、硫铵及提盐岗位的废气原处理方式为统一收集后进入酸洗和碱洗塔进行洗涤，洗涤后送往焦炉掺配燃烧。鉴于日益严峻的环保形势，原有的治理工艺已经日益无法满足VOCs深度治理的需求。遂河北中煤旭阳经过多轮论证与考察后，最终委托北京晨晰环保对化产车间的废气系统进行提标改造。
北京晨晰环保在充分利旧的基础上，采用多级洗涤+气液分离+旋转式蓄热独立燃烧技术（RTO）的组合式工艺路线。利用管路及引风机，就近收集逸散尾气，各个工序废气分类进行洗涤预处理，废气中的NH3在酸洗塔内被吸收液洗涤并与吸收液中的H2SO4发生反应，酸洗塔内的吸收液排至硫铵段母液槽；在碱洗塔内采用NaOH溶液对废气中的H2S、HCN等酸性气体进行吸收，碱洗塔内的吸收液排入机械化澄清槽；提盐工段废气经过洗涤后，洗涤废气中的盐颗粒；废气经过洗涤后汇集到废气总管，再由中继风机送入气液分离器进行气液分离，后经过程中一系列的浓度在线检测、压力/流量控制，由主引风机送入旋转式蓄热独立燃烧器（RTO）内进行废气净化处理。改造后VOCs≤20mg/Nm3（非甲烷总烃）；NOx≤35mg/Nm3;SO2≤15mg/Nm3;颗粒物≤10mg/Nm3；NH3≤5mg/Nm3；H2S≤0.5mg/Nm3；HCN≤0.5mg/Nm3，完全满足《工业企业挥发性有机物排放控制标准》《炼焦化学工业污染物排放标准》和污染物超超低排放的相关要求，且具有脱除效率高、建设运营成本低、安全可靠等优势。
晨晰环保部分VOCs业绩表
