美国挥发性有机物监测及减排最佳管理技术 : 炼油厂案例分析

挥发性有机物（VOC）监测及减排最佳管理技术：炼油厂案例分析

I. 挥发性有机物与炼油厂概述

• 炼油厂和石化厂是美国及全球最大的VOC排放源，美国联邦环保署（USEPA）为其制定了详细的法规和标准。
• VOC指参与大气光化学反应的含碳化合物，美国EPA定义VOC除特定豁免化合物外，参与大气光化学反应的含碳化合物。
• 美国炼油厂VOC排放标准涵盖有机有害大气污染物（如苯、甲苯等）、还原性硫化物、无机有害大气污染物和金属类。
• 主要VOC排放源包括工艺排气、火炬、设备泄漏、储罐、废水处理和热交换系统。

II. 工艺排气

• 工艺排气指直接或经回收装置/大气污染防治设备处理后向大气排放的气流，含VOC和有害大气污染物。
• 原标准要求工艺排气导入火炬或其它大气污染防治设备，实现98%的有机有害大气污染物减排或20ppmv干基浓度以下。
• 新增监测和污染防治技术要求对设备启动、关闭、故障期间产生的排放（维护排气）作出规定，需导入污染防治设备或燃料气系统处理。

III. 火炬

• 火炬指无密封燃烧室，借助环境空气燃烧气体的燃烧装置，分为空气助燃、蒸汽助燃、压力助燃和非助燃三类。
• 原标准要求火炬保持运行，不产生可见排放，持续监测引燃火焰，并满足最低热含量或最大火炬头速度参数。
• 新增监测和污染防治技术要求：
  • 制定火炬管理计划，减少火炬使用，建立流率基线，执行根源分析。
  • 火炬绩效运行限值：
    • 引燃火焰存在：15分钟区间内消失超过1分钟即违规。
    • 可见排放：2小时区间内超过5分钟即违规，需每日监测。
    • 火炬头速度：与净热值相关，需连续监测，超过60英尺/秒需低于Vmax。
    • 燃烧区域净热值：15分钟区间平均高于或等于270 Btu/scf。
    • 周边空气助燃火炬稀释限值：净热值稀释参数高于或等于22 Btu/平方英尺。
  • 火炬紧急情况的管理规定：
    • 全时段执行燃烧区域净热值和稀释限值标准。
    • 明确无烟燃烧设计容量和泄压装置预防性措施。
    • 三年内紧急火炬事件不超过2次，第3次即违规。

IV. 设备泄漏

• 设备泄漏指从泵、阀门、泄压装置等释放工艺流体或蒸汽的现象。
• 原标准要求泄漏调查每季度执行一次，泄漏探测使用手持式仪器，泄漏修复15天内完成。
• 新增监测和污染防治技术要求：
  • 泄漏的定义和探测方法：考虑将光学气体成像等遥感技术列为替代方法。
  • 记录保存要求：完整记录设备组件监测读数的日期和时间。
  • 污染防治新技术：
    • 阀门和阀门盘根：使用低排放阀门盘根，如柔性石墨编织密封和工程套件。
    • 法兰：使用低排放“螺旋缠绕”垫圈。
    • 泵：使用双机械密封泵或磁力驱动泵等低排放泵。

V. 储罐

• 储罐用于储存液体和气体，VOC排放主要来自液体加注、排空和蒸发损失。
• 原标准根据储罐容量、蒸汽压力等制定大气污染防治要求，包括内浮顶、外浮顶、改造和封闭排气系统。
• 新增监测和污染防治技术要求：
  • 对浮顶储罐配件提出污染防治要求，如开口下缘位于液体表面以下，配备密封罩等。
  • 修订储罐规模和压力限值标准，降低炼油厂相关标准以与石化厂和有机化学品制造商保持一致。

VI. 废水系统

• 废水系统包括收集和处理系统，VOC排放主要来自开放式废水收集、处理和储存设备中的挥发。
• 原标准要求苯排放量低于10公吨/年的炼油厂对废水系统进行大气污染防治，提供两种合规执行选项：汽提塔或生物处理装置。
• 新增监测和污染防治技术要求：当前标准和要求被认为是合适的，无需进一步调整。

VII. 热交换系统

• 热交换系统将工艺热量传输至另一种流体，VOC排放主要来自工艺流体泄漏至冷却水中。
• 原标准未对热交换系统提出具体要求，有机化学品制造和石化行业需对冷却水进行采样分析。
• 新增监测和污染防治技术要求：
  • 采用汽提法分析冷却水中可汽提烃类总浓度，按月或季度执行。
  • 泄漏修复措施包括机械修复、隔离或撤除等，修复期限45天或120天。

VIII. 总体改善

• 边界监测要求：
  • 采用被动扩散管监测仪监测厂区四周苯浓度，每两周收集一次样本。
  • 监测仪布局根据炼油厂规模设置，小型炼油厂监测仪间距较大，大型炼油厂间距较小。
  • 监测频率和分析：每两周分析一次样本，确定每个监测点位的苯浓度。
  • 背景校正：允许企业对边界监测数据进行调整，排除外部排放源影响。
  • 实践要求：年平均Δc值达到或超过行动水平需执行根源分析和改正措施。
• 其它泄漏探测新方法：
  • 遥感设备：光学气体成像等可探测500英尺以外的泄漏。
  • 主动采样器：提供更好的时间分辨率，但成本更高。
  • 开放式监测仪：
    • UV-DOAS：可提供较精确的实时测量数据，但成本高。
    • FTIR：可测量更多污染物种类，但苯探测敏感度略差。
    • DIAL：可测量空间分辨率的2D污染物浓度数据，但成本高。
    • 红外掩日通量：测量空间分辨率好，但成本低于DIAL，需工作人员驾驶车辆运行。
• 紧急泄漏情况的管理规定：
  • 大气泄压装置需配备监测系统，采取三项额外防护措施。
  • 每三年内紧急泄漏事件不超过2次，第3次即违规。

IX. 参考资料与文献

• 列出相关研究报告、技术支持文档和美国联邦环保署法规文件。