甲醇灌装站VOCs治理措施及效果评价

段勤国

（陕西润中清洁能源有限公司，陕西 长武 713600）

0 引 言

陕西润中清洁能源有限公司（简称陕西润中）甲醇装置设计产能为600 kt／a，甲醇灌装站共有10个灌装鹤位，其中9个灌装甲醇产品、1个灌装副产品杂醇油，主要用于给汽车罐车灌装。甲醇灌装站的设计灌装能力为4 000 t／d，实际每天灌装约70车2 000 t，每车灌装33 t，每车净灌装时间为40～60 min，即可灌装完当日的甲醇产量。在甲醇灌装过程中，将鹤管插入罐车后，固定好卡子，用密封帽压紧罐车口，连接好废气排放支管（DN50），将罐车内的空气和甲醇蒸气（挥发性有机物）引入集气总管（DN150），在最末端10＃灌装鹤位处对空排放。

原设计甲醇灌装站排放的甲醇蒸气（挥发性有机物）无处理设施，直接排入大气中，甲醇排放浓度达8%，对照《石油化学工业污染物排放标准》（GB 31571—2015）——甲醇排放浓度限值50 mg／m3、非甲烷总烃排放浓度限值120 mg／m3，排气中甲醇浓度严重超标、非甲烷总烃含量合格；并且，甲醇罐车采用上装方式，灌装口大小不一，与鹤管密封不严，甲醇蒸气（VOCs）还会直接从灌装口处逸散，造成灌装站周边甲醇气味较浓，污染严重。近年来，大气污染防治政策日趋严厉，VOCs治理已成为化工企业的必然选择。

1 VOCs治理工艺

目前，国内挥发性有机物（VOCs）治理工艺主要有催化、吸附、燃烧、深冷、水洗等工艺。催化工艺须使用催化剂，吸附工艺须使用吸附剂，使用后的催化剂和吸附剂均属危险废物，须在环保部门的监管平台上办理危废转移联单，经由有资质的第三方单位进行处置；燃烧工艺中，送火炬焚烧时会吸入大量空气（O2），存在爆炸风险；深冷工艺需要大量冷源，包括制冷设备和制冷剂，运行成本也较高；因甲醇与水能以任意比例互溶，选择水洗方式，简单易行、安全可靠，故陕西润中决定选用水洗工艺治理甲醇灌装站排放的甲醇蒸气。

陕西润中甲醇灌装站VOCs治理装置由中国启源工程设计研究院有限公司设计，设计甲醇蒸气处理量为500 m3／h，采用脱盐水在2台串联的吸收塔内逆流洗涤吸收甲醇灌装产生的甲醇蒸气，从而实现尾气的达标排放。具体工艺流程：采用专用密封设施将每台甲醇罐车灌装口与鹤管之间的缝隙封闭后，在负压作用下由防爆型引风机将罐内空气和甲醇蒸气抽引至带防爆轰型阻火器的集气总管内，与来自低温甲醇洗系统的CO2气充分混合后，进入1＃吸收塔底部，与塔顶喷淋下来的脱盐水在填料层逆流接触，经第1次洗涤吸收后，气相从塔顶排出并进入2＃吸收塔底部，经第2次洗涤吸收后，在2＃吸收塔顶通过防爆型引风机引出送至高15 m的烟囱达标排放；来自脱盐水站的脱盐水补充至2＃吸收塔内，由2＃循环泵打循环喷淋洗涤吸收甲醇蒸气，并利用高位差溢流进入1＃吸收塔内，由1＃循环泵再次进行打循环吸收，直至循环液中甲醇浓度≥2%，之后循环液送入甲醇废液缓冲槽，最终由排液泵送至低温甲醇洗系统予以回收利用。

2 VOCs治理装置的主要设备

（1）1＃吸收塔、2＃吸收塔各1台。2台吸收塔规格相同——φ800 mm／φ1 200 mm×7 103 mm，有效容积为4.8 m3，均为立式填料塔，壳体材质304不锈钢，250Y型填料材质为PP；操作温度为-20～40℃，操作压力-3 000 Pa。

（2）1＃循环泵、2＃循环泵各1台。2台循环泵规格相同——Q=10 m3／h、H=16 m，均为轻型立式多级离心泵，主体材质为普通碳钢；配套电机型号为YB3-801-2、功率为0.75 kW。

（3）废液缓冲槽1台。废液缓冲槽规格为φ1 400 mm×1 794 mm，有效容积为2.8 m3，材质为普通碳钢；操作温度为-20～40℃，操作压力为常压。

（4）排液泵1台。排液泵Q=12 m3／h、H=107 m，为轻型立式多级离心泵，主体材质为普通碳钢；配套电机型号为YB3-160M1-2、功率为11 kW。

（5）防爆型引风机1台。引风风量为1 300 m3／h、风压为3.2 kPa，主体材质为普通碳钢；配套电机型号为YBX3-100L-2。

（6）CO2管道。CO2管道规格DN200、长约350 m，材质为304不锈钢。

3 自控设施

（1）在进入VOCs集气总管前的CO2气管路上设置流量调节阀，鹤管灌装操作时，当鹤管CO2流量变化时，该调节阀自动调整以平衡CO2进气量，要求CO2气压力稳定、供气连续。

（2）最末端10＃鹤位鹤管集气支管为本系统最不利负压点，在此设置压力调节阀，与防爆风机变频器进行闭环联锁，该处压力设定为-25～-100 Pa，当检测其负压偏大或偏小时，由防爆风机变频器自动调节保持该处压力始终处于设定指标范围之内，以保证鹤管集气效果良好。

（3）在CO2气汇入后的VOCs集气总管上，设置O2浓度和甲醇蒸气浓度在线分析／安全监测仪表，以便实时分析检测O2浓度和甲醇蒸气浓度并远传至中心控制室DCS系统，一旦在线监测结果异常，声光报警器立即实时报警。

（4）在来自脱盐水站的脱盐水管道上设置流量计和自调阀，并联锁报警，据运行需要，由自调阀控制和调节进入2＃吸收塔的脱盐水流量。

（5）2＃循环泵出口自调阀与2＃吸收塔带远传功能的磁翻板液位计信号联锁，控制2＃循环泵的启停：开车前，2＃吸收塔建立一定液位后，2＃循环泵开启。

（6）1＃循环泵出口自调阀与1＃吸收塔带远传功能的磁翻板液位计信号联锁，控制1＃循环泵的启停：当1＃吸收塔液位高于上限时，自调阀打开，废液进入甲醇废液缓冲槽；当1＃吸收塔液位低于下限时，自调阀关闭。

（7）甲醇废液缓冲槽也设置带远传功能的磁翻板液位计，与排液泵信号联锁，控制排液泵的启停：甲醇废液缓冲槽液位超过上限时，开启排液泵；甲醇废液缓冲槽液位低于下限时，关闭排液泵。

4 技改要点

（1）灌装站10个鹤管采用动态负压，统一收集甲醇蒸气，控制系统最不利压力点为稳定的负压状态，系统正常操作压力为-3 000 Pa，以满足不同装车负荷下的废气收集需求，并保证废气收集效果。

（2）鹤管与罐车灌装口接触位置采用专用密封设施进行密封，以保证灌装作业过程中排放的甲醇蒸气可通过末端集气管道有效汇集至吸收单元处理。

（3）汇入集气总管的甲醇蒸气，经防爆轰型阻火器与CO2汇合后，进入2台吸收塔及防爆风机，再经第2个防爆轰型阻火器进入排气管道，送至15 m高的尾气烟囱排放。

（4）来自低温甲醇洗系统的CO2气，引入甲醇灌装站VOCs治理装置区，经减压后进入CO2缓冲罐稳压，稳压后的出口气由涡街流量计计量后分为2路，一路送至各鹤管密封处后进入罐车内（其作用是稀释甲醇蒸气，以免形成爆炸性气体），另一路直接进入VOCs集气总管。

（5）甲醇蒸气的爆炸极限为6.0%～36.5%（体积分数），引入低温甲醇洗系统CO2气800 m3／h与甲醇蒸气混合的目的是避免形成爆炸性气体，确保混合气中甲醇浓度≤3%（体积分数，下同），因此，VOCs治理装置每次开车前，须先送来CO2气，再开启引风机。

（6）VOCs治理装置设置2台吸收塔，其配管可满足双塔运行，也可单塔运行；双塔可选择并联运行，也可选择串联运行，增大系统的操作弹性。陕西润中一直采用双塔串联运行的方式，以提高VOCs的去除率。

（7）为防止甲醇废液泄漏进入雨水管网而造成污染，专门设置有宽度为120 mm、高度为200 mm的防护围堰。

（8）VOCs治理装置设置在甲醇灌装站旁边空地上，占地面积较少，仅100 m2，甲醇灌装站周围的消防设施完全可将其覆盖，按要求配备适量的灭火器即可。

5 操作要点

（1）据集气总管上O2浓度和甲醇蒸气浓度在线分析／安全监测仪表的反馈情况，通过调节阀调整CO2气流量，确保与甲醇蒸气的混合气中的CO2浓度≥35%、O2浓度≤5%、甲醇浓度≤3%。

（2）及时调整集气总管末端10＃鹤位处最不利点的压力，通过关小或开大防爆风机出口蝶阀保持10＃鹤位处压力在-25～-100 Pa之间。

（3）联动试车或每次原始开车前，均应采用甲醇灌装站原配备的氮气对整个VOCs治理装置包括所有设备、管路和阀门进行置换，以保证系统内O2浓度≤0.5%。

（4）每次原始开车前，必须先送来CO2气，再开启防爆风机；长期停车时，先关闭防爆风机，再停止输送CO2气，以保证系统内甲醇浓度远远低于其爆炸下限。

（5）每次停车检修或清理前，系统内废液应排空放净，再用水进行洗涤，后用氮气彻底置换；系统废液全部送至低温甲醇洗系统，冲洗废水则送至污水处理站。

（6）除在线仪表监测VOCs排放口（烟囱）处的甲醇浓度外，还应定期手动检测，并根据检测结果及时调节2台循环泵的流量和补水量，以保证VOCs达标排放。

（7）甲醇灌装站及其VOCs治理装置均属间歇式运行，每天累计运行8～12 h，但要求CO2气输送不间断，即无论鹤管是否装车，均应保证适量CO2气从VOCs治理装置内穿过，以防形成爆炸性气体。

（8）职业卫生安全防护要求作业环境空气中甲醇最大允许浓度为50 mg／m3，故要求甲醇灌装站及其VOCs治理装置运行正常，无跑冒滴漏现象。

（9）甲醇灌装站及其VOCs治理装置区均为防火防爆区域，应加强安全管理，配置消防和安防器材，正确使用有关防护用品和作业工具。

6 运行状况与效果评价

2017年10月陕西润中开始组织甲醇罐装站VOCs治理项目的设计、施工和建设工作，2018年10月项目竣工并投入试运行，2019年6月尾气排放口在线设施开始实时监测并上传数据至咸阳市污染源在线监控平台。VOCs治理项目先后总计投资约250万元，投运后运行状况良好，具体情况如下。

（1）VOCs治理装置设备运转正常，系统运行稳定，操作指标可控，调节方便，VOCs治理装置启用与甲醇灌装站同步（均属间歇式运行），从未影响过甲醇罐车的灌装作业。

（2）正常运行中，排放口（烟囱）在线监测仪一直实时监测，一般甲醇浓度为10～20 mg／m3、O2浓度为1.0%～1.5%，达到控制指标要求，VOCs治理效果良好；若甲醇罐车灌装方式全部由上装方式改为下装方式，还会收到更好的VOCs治理效果。

（3）甲醇灌装站和VOCs治理装置区周边再无甲醇蒸气逸散，也嗅不到甲醇气味，检测作业环境空气中甲醇浓度在0.5 mg／m3以下。

（4）VOCs治理装置双塔串联运行的方式，VOCs去除率高，污染物减排幅度大，日减排甲醇蒸气约283 kg。

（5）第三方机构检测结果和在线设施长期检测结果均表明，尾气排放口甲醇浓度＜25 mg／m3、非甲烷总烃浓度＜10 mg／m3，均达到GB 31571—2015的要求。

（6）VOCs治理装置占地面积小，自动化程度高，运行方式灵活，操作安全可靠。

（7）VOCs治理装置投用以来，基本上未出现过设备故障，维护工作量少，维修费用低——即使两泵（1＃循环泵、2＃循环泵）一机（防爆型引风机）出现故障，也可利用停工时（间歇式运行）检修，不影响系统的正常运行。

（8）VOCs治理装置投运后，未增加操作工人，所用CO2气属废物利用，装置只需消耗少量的脱盐水、氮气和电，运行成本很低。