趙東風(fēng) 趙浩楠 廉金龍 李晶 孫慧

(1.中國石油大學(xué)(華東)化學(xué)工程學(xué)院 山東青島 266580； 2.中國石油長慶石化公司 陜西咸陽 712000；3.青島中石大環(huán)境與安全技術(shù)中心有限公司 山東青島 266580)

0 引言

石化行業(yè)作為我國重要的支柱產(chǎn)業(yè)，也是大氣污染物的主要貢獻源之一[1-3]。重污染天氣期間，減產(chǎn)或限產(chǎn)為其主要的應(yīng)急響應(yīng)措施，應(yīng)急響應(yīng)級別越高，減產(chǎn)或限產(chǎn)力度越大[4]。有專家指出，工業(yè)企業(yè)減產(chǎn)或限產(chǎn)可能造成大氣污染物增排。某市應(yīng)急減排方案要求鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工段限產(chǎn)，朱爍[5]提出，燒結(jié)環(huán)節(jié)開停機前后時段無法滿足脫硫設(shè)施運行條件，導(dǎo)致脫硫設(shè)施在開停機前后時段退出運行，燒結(jié)環(huán)節(jié)頻繁開停機，不但不能實現(xiàn)減排目標，甚至增加了污染物排放。本文選取我國西北某典型石化企業(yè)(以下簡稱A企業(yè))，收集A企業(yè)2018年和2019年大氣污染物排放數(shù)據(jù)，對比分析2018～2019年重污染天氣和正常生產(chǎn)期間SO2，NOX和顆粒物的有組織排放和VOCs無組織排放量變化，探究石化企業(yè)減產(chǎn)、限產(chǎn)對大氣污染物排放量的影響。

1 A企業(yè)生產(chǎn)情況

1992年投產(chǎn)至今，A企業(yè)已形成原油加工能力500萬t/a的生產(chǎn)規(guī)模。A企業(yè)共有主體生產(chǎn)裝置9套，以及動力系統(tǒng)、公用工程、儲運系統(tǒng)等，結(jié)合排污許可和重污染天氣管控要求，僅對SO2，NOX，顆粒物和VOCs排放量進行研究。

2 2018～2019年重污染天氣期間A企業(yè)應(yīng)急響應(yīng)情況

進入秋冬季后，A企業(yè)隨即將生產(chǎn)負荷下調(diào)為設(shè)計負荷的95%，重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)期間在此基礎(chǔ)上調(diào)整生產(chǎn)負荷。2018～2019年，A企業(yè)重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)起止時間為2018年11月27日～2019年3月28日，減產(chǎn)總時長76 d。2018～2019年A企業(yè)重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)調(diào)整如下表1所示。

表1 2018～2019年重污染天氣期間A企業(yè)應(yīng)急響應(yīng)調(diào)整

按照企業(yè)內(nèi)部《重污染天氣操作方案》要求，對應(yīng)不同重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)級別，A企業(yè)所采取的減產(chǎn)措施如下：III級響應(yīng)期間，減產(chǎn)5%，以設(shè)計負荷的90%生產(chǎn)；II級響應(yīng)期間，減產(chǎn)10%，以設(shè)計負荷的85%生產(chǎn)；I級響應(yīng)期間，減產(chǎn)15%，以設(shè)計負荷的80%生產(chǎn)。

3 2018～2019年重污染天氣期間大氣污染物排放數(shù)據(jù)分析

正常生產(chǎn)期間，A企業(yè)基本保持滿負荷運行，僅在部分時段根據(jù)產(chǎn)品需求對部分裝置進行生產(chǎn)調(diào)整，整體加工量不變。首先對比不同應(yīng)急響應(yīng)級別間污染物排放量，分析污染物排放量是否隨著減產(chǎn)力度的增加而逐漸減小。后任意選取與重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)時長相同的正常生產(chǎn)時段，對比正常生產(chǎn)和重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)期間污染物排放量，深入研究減產(chǎn)對大氣污染物排放量的影響。

3.1 各應(yīng)急響應(yīng)級別間污染物排放量對比

在線監(jiān)測數(shù)據(jù)詳細且精確，可精確至小時排放，故根據(jù)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析各應(yīng)急響應(yīng)級別間污染物排放量變化。A企業(yè)共2個裝置加熱爐排氣筒設(shè)置在線監(jiān)測，選取催化裂化催化劑再生煙氣排氣筒污染物排放數(shù)據(jù)進行分析。2018～2019年重污染天氣期間，該排氣筒SO2，NOX和顆粒物的排放量如下表2所示。

表2 催化裂化催化劑再生煙氣排氣筒污染物排放量

從上表可以看出，重污染天氣期間，SO2和NOX的日均排放量均為III級響應(yīng)>II級響應(yīng)>I級響應(yīng)，隨著減產(chǎn)力度的增大污染物排放量逐漸減小，與減排預(yù)期相符。顆粒物的日均排放量為III級響應(yīng)

3.2重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)與正常生產(chǎn)期間污染物排放量對比

A企業(yè)手工監(jiān)測排氣筒污染物排放量和VOCs排放量均為月均值，無法根據(jù)詳細應(yīng)急響應(yīng)日期區(qū)分污染物排放量，故以月為分析單位。選取2018年4月～2019年6月為數(shù)據(jù)分析區(qū)間，2018年11月～2019年3月為重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)時期，作圖分析各月污染物排放數(shù)據(jù)。

3.2.1SO2，NOX，顆粒物有組織排放數(shù)據(jù)分析

A企業(yè)共有13個手工監(jiān)測排氣筒，每月監(jiān)測4次，4次監(jiān)測數(shù)據(jù)計算取平均值即為該月污染物排放量。選取兩個典型裝置加熱爐排氣筒污染物排放數(shù)據(jù)進行詳細分析。

(1)常壓加熱爐排氣筒。2018年4月至2019年6月期間，根據(jù)常壓加熱爐排氣筒污染物排放監(jiān)測數(shù)據(jù)，作下圖1。

圖1 常壓加熱爐排氣筒污染物排放量

由圖1可以看出，2018年11月至2019年3月期間，3項污染物排放量變化趨勢均為先下降后上升，在2019年1月達到最低值。2019年3月企業(yè)限產(chǎn)力度、限產(chǎn)時長均較大，但3項污染物排放量均未隨之減少，污染物排放量不降反升，與預(yù)期減排目的不符。

分別計算重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)和正常生產(chǎn)期間污染物月均排放量，如下表3所示，可以看出重污染天氣期間SO2排放量有所下降，降幅達28%，NOX排放量基本無變化，顆粒物排放量則增加15%。3項污染物排放量變化差別較大，減產(chǎn)、限產(chǎn)后變化趨勢不同步，且其中兩項污染物排放量不會隨著減產(chǎn)限產(chǎn)而降低。

(2)催化原料預(yù)處理裝置瀝青相加熱爐排氣筒。2018年4月至2019年6月期間，根據(jù)催化原料預(yù)處理裝置瀝青相加熱爐排氣筒污染物排放監(jiān)測數(shù)據(jù)，作下圖2。

由圖2可以看出，2018年11月至2019年3月期間，NOX排放量波動較大，SO2排放量處于較低水平。2019年1月和3月企業(yè)減產(chǎn)限產(chǎn)力度較大，1月NOX和顆粒物排放量不降反升，與減排要求不符。

圖2 催化原料預(yù)處理裝置瀝青相加熱爐排氣筒污染物排放量

同時，觀察上圖發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)分析區(qū)間內(nèi)，NOX和顆粒物排放量變化趨勢較一致，與SO2排放量變化趨勢差別較大，3項污染物排放量變化不同步，A企業(yè)大多數(shù)加熱爐排氣筒污染物排放均存在此情況?？梢娡ㄟ^減產(chǎn)、限產(chǎn)，很難實現(xiàn)3項污染物的同時減排，需要根據(jù)污染物種類不同采取針對性減排措施。

分別計算重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)和正常生產(chǎn)期間污染物月均排放量，如下表4所示，可以看出重污染天氣期間SO2排放量降低17%，NOX和顆粒物排放量分別升高13%和7%，減產(chǎn)雖降低SO2排放量，但同樣帶來NOX和顆粒物的增排。

表4 減壓加熱爐排氣筒污染物月均排放量對比

按照上述分析方法，分別計算全廠13個手工監(jiān)測排氣筒在重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)和正常生產(chǎn)期間污染物月均排放量，并對比重污染天氣期間污染物排放量降幅，如下表5所示。

表5 手工監(jiān)測排氣筒重污染天氣期間污染物排放量降幅

由上表可以看出，全廠13個手工監(jiān)測排氣筒中，僅有5個排氣筒在重污染天氣減產(chǎn)期間有污染物減排效果，8個排氣筒存在污染物增排情況。A企業(yè)3項常規(guī)污染物排放量均不穩(wěn)定，變化趨勢不一致且變化較大，減產(chǎn)、限產(chǎn)會在一定程度上導(dǎo)致其中1～3項污染物排放量增加。

3.2.2 設(shè)備動靜密封點VOCs泄漏數(shù)據(jù)分析

設(shè)備動靜密封點是石化企業(yè)VOCs排放量中占比較大的源項[6]，我國重污染天氣應(yīng)急管控要求也明確了減少大氣VOCs的排放。本文通過對A企業(yè)20個裝置、區(qū)域設(shè)備動靜密封點VOCs排放量數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)存在以下3種情況。

(1)設(shè)備動靜密封點VOCs排放量存在兩個穩(wěn)定排放階段，兩個階段排放量相差很大，在2018年12月至2019年1月排放量突降銜接了兩個階段。催化裂化裝置、罐區(qū)等9套裝置、區(qū)域存在此情況，如下圖3所示。

圖3 催化裂化裝置設(shè)備動靜密封點VOCs排放量

由圖3可以看出，2018年12月及以前VOCs排放量較高且排放穩(wěn)定，2019年1月排放量突降，隨后平穩(wěn)排放，排放量較低。2019年3月企業(yè)限產(chǎn)力度較大，但VOCs排放量變化很小，基本不受限產(chǎn)影響，同時，對比減產(chǎn)初期和減產(chǎn)開始前、減產(chǎn)末期和減產(chǎn)結(jié)束后VOCs排放量，排放量前后波動很小，不受減產(chǎn)限產(chǎn)影響。

(2)設(shè)備動靜密封點VOCs排放量在大部分時段平穩(wěn)排放，部分月份排放量異常，多為異常大值。如硫磺回收裝置、60萬t/a柴油加氫裝置等6套裝置、區(qū)域存在此情況。如下圖4所示。

由圖4可以看出，硫磺回收裝置設(shè)備動靜密封點VOCs在大部分時段均平穩(wěn)排放，僅在2019年4月～2019年6月有異常大值，但與減產(chǎn)限產(chǎn)無關(guān)。重污染天氣減產(chǎn)、限產(chǎn)期間，VOCs排放平穩(wěn)，基本不受減產(chǎn)、限產(chǎn)影響。

圖4 硫磺回收裝置設(shè)備動靜密封點VOCs排放量

(3)設(shè)備動靜密封點VOCs排放量波動很大，無規(guī)律可循，無法確定減產(chǎn)、限產(chǎn)對VOCs排放量的影響。常減壓裝置、氣體分餾裝置等5套裝置、區(qū)域存在此情況，如下圖5所示。

圖5 常減壓裝置設(shè)備動靜密封點VOCs排放量

由圖5可以看出，常減壓裝置設(shè)備動靜密封點VOCs排放量很不穩(wěn)定，無論在正常生產(chǎn)期間或減產(chǎn)期間排放量均無規(guī)律。2019年1月和2019年3月企業(yè)減產(chǎn)、限產(chǎn)力度較大。2019年1月VOCs排放量隨著減產(chǎn)力度增大而減小，但2019年3月VOCs排放量隨著減產(chǎn)力度的增大而增加。故難以確定減產(chǎn)、限產(chǎn)對此類裝置設(shè)備動靜密封點VOCs排放量是否存在影響及存在哪種影響。

3.2.3 儲罐VOCs排放數(shù)據(jù)分析

所選石化企業(yè)共有83個儲罐，其中33個固定頂罐，儲存物料包括汽油、柴油等輕組分，以及蠟油、渣油等重組分；37個內(nèi)浮頂罐，儲存物料包括汽油、輕石腦油等輕組分，MTBE等有機化學(xué)品以及重石腦油等重組分，大部分內(nèi)浮頂罐儲存物料為揮發(fā)性較大的輕液，主要原因為內(nèi)浮頂罐油品損耗最小，一般為固定頂罐的4%[7]；13個外浮頂罐，儲存物料包括原油，以及直餾石腦油、汽油、柴油輕組分中間品或產(chǎn)品。A企業(yè)全部儲存系統(tǒng)中，僅有一個儲存苯的外浮頂罐設(shè)置油氣回收設(shè)施回收處理VOCs，該部分VOCs排放量納入工藝有組織排放中，其余儲罐呼吸VOCs排放均直排入大氣中，排放量較大。

A企業(yè)2018年共投用60個常壓儲罐，2019年共投用64個常壓儲罐，計算2018年4月～2019年9月A企業(yè)全部投用儲罐VOCs排放量如下表6所示。

表6 2018年4月～2019年9月全部罐型儲罐VOCs排放量

根據(jù)以上數(shù)據(jù)作圖6。

圖6 全部儲罐VOCs排放量

由圖6可以看出，A企業(yè)儲罐VOCs排放量規(guī)律性較強，在2018年7月達到峰值后逐漸下降，在2019年1月達到最低值，后逐漸上升并在2019年7月達到峰值，隨后逐漸下降。在限產(chǎn)力度較大的3月份，VOCs排放量未隨之減少，VOCs排放量變化趨勢與減產(chǎn)、限產(chǎn)力度變化趨勢不完全一致。

3.3 數(shù)據(jù)分析結(jié)論

(1)減產(chǎn)、限產(chǎn)不一定實現(xiàn)污染物減排。數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，SO2，NOX和顆粒物的排放量變化趨勢不一致且差別較大，尤其是減產(chǎn)、限產(chǎn)后，3項污染物排放量變化各異，很難實現(xiàn)同時增加或同時減少。重污染天氣期間，常壓加熱爐排氣筒等4個排氣筒顆粒物排放量上升，加氫裂化脫丁烷塔底重沸爐排氣筒等4個排氣筒二氧化硫排放量上升，減壓加熱爐排氣筒等5個排氣筒氮氧化物排放量上升。在13個排氣筒中有8個排氣筒存在重污染天氣期間污染物排放量上升的情況，部分排氣筒污染物排放量變化幅度差別很大，最大差別可達105%，可見在不能保證污染物同步變化的情況下，減產(chǎn)造成污染物增排的可能性更大，減產(chǎn)、限產(chǎn)可能在一定程度上導(dǎo)致其中1～3項污染物的排放量增加。

(2)設(shè)備動靜密封點VOCs和儲罐VOCs排放基本不受減產(chǎn)、限產(chǎn)影響。通過分析20套裝置或區(qū)域設(shè)備動靜密封點VOCs排放量數(shù)據(jù)，共發(fā)現(xiàn)3種排放規(guī)律。其中15套裝置、區(qū)域VOCs排放量不受減產(chǎn)、限產(chǎn)影響，重污染天氣期間VOCs排放量基本無變化；5套裝置、區(qū)域設(shè)備動靜密封點VOSs排放量波動較大，VOCs排放量隨減產(chǎn)、限產(chǎn)力度增大而增加或減少的情況均有出現(xiàn)，難以確定減產(chǎn)、限產(chǎn)對其存在的影響。綜上，可初步判斷減產(chǎn)、限產(chǎn)對設(shè)備動靜密封點VOCs排放量基本無影響。

通過對A企業(yè)儲罐VOCs排放數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)全部儲罐VOCs排放量變化趨勢基本一致，VOCs排放量在夏季7月份左右達到峰值后逐漸降低，在冬季1月份左右達到最低值后逐漸上升，此變化趨勢與減產(chǎn)、限產(chǎn)力度的變化趨勢不符。結(jié)合儲罐VOCs排放量計算方法，以及溫度對液體蒸汽壓的影響，發(fā)現(xiàn)儲罐VOCs排放量變化趨勢與環(huán)境溫度變化趨勢一致，故儲罐VOCs排放量變化趨勢受溫度影響較大，不受減產(chǎn)、限產(chǎn)影響。

綜上，減產(chǎn)、限產(chǎn)不能有效實現(xiàn)石化企業(yè)大氣污染物的減排。生產(chǎn)負荷的突然調(diào)整，生產(chǎn)出現(xiàn)波動，不僅易導(dǎo)致燃料燃燒不完全不充分，造成污染物排放量突增，加重污染；同時生產(chǎn)負荷突變，若裝置相關(guān)設(shè)備調(diào)整不及時，會影響裝置安全生產(chǎn)，嚴重時可能導(dǎo)致生產(chǎn)事故。

4 結(jié)語

考慮到石化企業(yè)生產(chǎn)裝置的特殊性，生產(chǎn)負荷突然降低出現(xiàn)“大馬拉小車”的情況，不僅可能影響裝置正常生產(chǎn)，導(dǎo)致污染物排放量的突增，甚至?xí)绊懓踩a(chǎn)。同時，部分企業(yè)大氣污染物治理設(shè)施較先進，部分污染物已實現(xiàn)“超低排放”[8]，減排彈性很小，很難實現(xiàn)污染物排放量隨著減產(chǎn)力度的增大而減小。重污染天氣期間，石化企業(yè)的減產(chǎn)、限產(chǎn)措施不可取，不僅無法實現(xiàn)大氣污染物的減排，甚至可能加重空氣污染，同時影響企業(yè)的安全生產(chǎn)和企業(yè)效益。重污染天氣期間石化企業(yè)減產(chǎn)、限產(chǎn)弊大于利。

建議石化企業(yè)適當增加污染物監(jiān)測頻次，尤其在裝置進行生產(chǎn)調(diào)整后，摸清各個裝置在不同生產(chǎn)條件下污染物排放量，以及各項污染物可實現(xiàn)的最低排放量。對于大氣有組織排放的SO2，NOX和顆粒物，可從源頭和末端治理角度出發(fā)采取重污染天氣應(yīng)急減排措施。使用清潔燃料從源頭減少污染物產(chǎn)生；適當調(diào)整加熱爐輔助設(shè)施，將爐內(nèi)燃燒條件控制在最適宜情況，避免因燃燒波動造成污染物增排；對于已產(chǎn)生的污染物，可通過增設(shè)污染治理設(shè)施的方式，使排入大氣的污染物排放量降至最低。數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)NOX排放量較高，可通過優(yōu)化污染治理設(shè)施運行條件、采用高效治理技術(shù)、增設(shè)多重治理設(shè)施的方式實現(xiàn)重污染天氣期間NOX的超低排放；重污染天氣期間增加巡查頻次，排查故障，避免因設(shè)備運行異常、零部件損壞等帶來的污染物增排。

對于設(shè)備動靜密封點VOC排放，“泄漏”是造成排放的原因，與減產(chǎn)、限產(chǎn)無關(guān)。重污染天氣期間，石化企業(yè)應(yīng)增加VOCs泄漏檢測與修復(fù)(Leak Detection and Repair，LDAR)頻次，通過LDAR檢測排查泄漏點位，及時修復(fù)，保證動靜密封點位的密封性，即可實現(xiàn)設(shè)備動靜密封點VOCs的減排甚至不排。對于儲罐VOCs排放，可從增設(shè)儲罐油氣回收設(shè)施、改進儲罐罐漆顏色等改進設(shè)備方面，以及減少儲罐倒罐次數(shù)，改用物料直輸方式等調(diào)整生產(chǎn)方面，有效減少儲罐VOCs排放。