本期主題:空氣污染

發行人 :高志明

總編輯 :習良孝

編輯主任委員 :習良孝

編輯副主任委員:丁力行

本期主編   :張能復

編輯工作小組:王志遠、曠永銓、

郭子豪、盧彥廷、張翰青、陳昶均、

林益正、葉珈綺、陳婉寧

105年11月

六輕工業園區推動排燃燒塔廢氣回收及促進循環經濟之成效檢討

吳宗進 / 台塑關係企業總管理處安衛環中心 副總經理
吳宜展 / 台塑關係企業總管理處安衛環中心 處長

摘要

  台塑企業以石化為主,自創建以來,二位創辦人鑑於臺灣缺乏能源與資源,即本著「勤勞樸實、追根究柢」的精神,追求以最少的能源與資源生產物美價廉的製品,在六輕工業園區建廠設計,即以循環經濟之理念建置最佳製程與防制設備,並不斷推動各項源頭減廢及污染防制精進,除以優於國家標準及環評承諾嚴格管制各污染源的排放外,並進一步自主管理,針對揮發性有機物(Volatile Organic Compounds, VOCs)排放減量,自1999年起陸續推動各項設施的VOCs回收作業,在2004年起開始推動企業內能資源整合,逐年減少製程尾氣排放到燃燒塔處理。當環保署增訂不得使用燃燒塔處理常態排放之廢氣後,本企業依據多年推動循環經濟及污染防制之基礎,提前於2013年完成法規要求。經分析常態排放之製程尾氣全量回收對空污排放減量效益,在2013年的VOCs年排放量可減少847.2噸/年,CO2排放量亦可減少595,568噸/年,顯示推動製程尾氣全量回收,確實可節省燃料使用並同時減少VOCs及CO2排放的雙重效益。

關鍵字:六輕工業園區、循環經濟、燃燒塔、揮發性有機物

一、前言

  台塑企業以清潔生產與綠色生產力的方向發展,自六輕工業園區建廠設計階段,即考量上、中、下游製程充分整合,將上游製程之副產品及廢棄物循環再利用做為中、下游製程之原物料、燃料,由廠與廠間之廢氣、廢熱及與低階能源的充分整合再利用,發揮資源及能源之最佳使用效率,追求生產製造到再生利用的循環經濟模式。六輕工業園區以最佳可行技術(Best Available Techniques, BAT)及最佳可行控制技術(Best available control technology, BACT)的理念,採用最先進的製程及污染防制設備外,運轉以後更以優於國家標準及環評承諾嚴格管制各污染源的排放,並不斷地自主檢討,推動各項源頭減廢及污染防制的精進做法,減少對環境的衝擊。

  台塑企業瞭解石化產業戮力推動節能減碳、降低生產成本,自為維持競爭力的必要作為,六輕工業園區由1999年起以各廠自行執行製程節能及污染減量,例如排放管道、設備元件、儲槽與廢水處理場等多項VOCs減量作業(圖1),藉源頭的製程設備及操作條件精進,至尾端的污染防制設備效率提升等技術,惟由各廠自行針對製程能源使用減量、廢熱回收、設備效率提升及能源管理措施等進行改善,因沒有跨廠整合而無法發揮最大能源使用率;鑑此,在2004年推動企業內各公司間之能資源整合作業,除有效提高整體的能源效率,達到廢熱充分回收再利用及減碳的目的,亦可大幅減少VOCs排放及逸散,減少對環境的衝擊。


圖1. 六輕工業園區VOCs減量措施

  在燃燒塔的製程尾氣減量與回收部份,六輕工業園區共計有39座燃燒塔,其中7座於設置時僅供處理製程緊急排放尾氣時使用,其餘32座為處理常態排放之製程尾氣。但隨著環保意識的抬頭,法規亦逐年加嚴燃燒塔的使用規範,惟六輕工業園區在相關法規尚未實施前,即開始加強燃燒塔自主管理,初期由各公司自廠推行製程尾氣減量與回收,優先回收製程產生之高濃度有機尾氣。隨著推動循環經濟的經驗及相關工程科學的進展,在總裁王文淵指示「做好循環經濟」的政策下,於2004年起開始推動企業內能資源整合,除持續回收高濃度有機尾氣外,亦開始嘗試回收高流量之尾氣,以逐年減少製程尾氣排放到燃燒塔處理。當環保署於2008年公告增訂不得使用燃燒塔處理常態排放之廢氣草案,經回顧國外法規規定(1-3),美國南加州、德州至歐盟污染防制局,均無限制燃燒塔平日不得操作,多係要求廠商須提出自主減量措施以減少燃燒塔的使用,因此多次與環保署協商,不得使用燃燒塔處理常態排放之廢氣有其困難性。

  環保署於2009年8月邀集研討六輕空氣污染自主管理減量工作研商會議,以提升空氣品質並督促業者減少製程尾氣送至燃燒塔處理,台塑企業經評估可行之減量措施下,於2010年8月向環保署提送「六輕空氣污染物減量自主管理計畫書」(4),並於2011年1月透過增設回收與防制設備及跨廠能資源整合,將原來送7座燃燒塔處理中,具經濟效益的製程尾氣回收再利用,包括高濃度有機尾氣及高流量尾氣,針對高含氮尾氣則透過加強製程改善以減少吹驅氣體產生。環保署遂於2011年2月增訂不得以廢氣燃燒塔處理常態性排放之廢氣(5),並規範業者須於2014年7月前完成改善,此管制措施迄今仍為國際上最嚴格之法規。鑑此,六輕工業園區依據多年推動循環經濟及污染防制之基礎上,除持續加強製程產生的高濃度有機尾氣及高流量尾氣之回收外,針對高含氮尾氣亦設置相關回收設備進行處理,提前於2013年完成法規要求。

二、製程尾氣回收再利用之案例說明

  以往國際間石化工業在建廠規劃時,因煉油業及石化製程上游製程特性,在原油煉製生產過程會產生流量變化大、濃度變化大、壓力不穩定的有機尾氣,如將這些尾氣導入鍋爐或廢氣焚化爐處理,會因為濃度、流量變化大造成操作不穩定產生黑煙及碳粒,增加鍋爐或焚化爐爐膛爆炸的風險,因此國際上多將這些有機尾氣導入燃燒塔予以燃燒後排放,包括常態排放下之高濃度尾氣及異常排放下之高流量尾氣,以維護石化製程之安全性並兼顧環境保護之處理設備(6)。我國石油化學工業之燃燒塔設計,多採用歐、美、日等先進國家之技術條件,台塑企業亦比照國外石化廠,將燃燒塔規劃於緊急程序及常態排放所使用,其中緊急程序係指處理非可預期之停電或其他不可抗力之製程異常,過程中將產生之高流量尾氣,非一般防制設備處理量可應對,而常態排放係為調節製程壓力、處理製程產生之高濃度有機尾氣及製程設備拆清維修之高含氮吹驅氣體,避免發生工安意外及環境污染之虞。以下係六輕工業園區如何回收及減少製程尾氣,送至到燃燒塔處理之案例說明,包括自廠回收高濃度有機尾氣、跨公司跨廠能資源整合回收製程尾氣、高含氮尾氣減量與回收以及異常排放管控。

(一)自廠回收高濃度有機尾氣

  在製程尾氣減量與回收作業初期,先從具有高熱值之製程尾氣回收到製程再利用為原則,無法回收到製程使用的尾氣則導引至加熱鍋爐作為替代燃料,若自廠內部回收仍有過剩之尾氣則由同公司進行跨廠整合,將A廠之尾氣轉為B廠之原料或能源。以B1廠回收精進作業為例(圖2),在精進前,預餾汽提塔(C011)之高濃度有機尾氣排放至燃燒塔處理;精進後,將高壓力的有機尾氣配管直接回收至加熱爐,而低壓力的有機尾氣則增設壓縮機加壓送至加熱爐,經妥善控管氣燃比,以避免工安意外及節省加熱爐之燃料氣使用。


圖2. 自廠製程尾氣回收案例

(二)跨公司跨廠能資源整合回收製程尾氣

  經初期各廠內部自行摸索至同公司內跨廠整合,發現尾氣及原物料回收再利用尚有提升空間,遂於2004年開始推行全企業跨公司跨廠能資源整合,由各公司內部跨廠整合之規模擴展至全企業,將過剩高濃度有機尾氣轉送下游廠回收使用,並依照高濃度有機尾氣回收方式,加強高流量尾氣之回收。以C公司製程尾氣回收利用為例(圖3),在自行回收使用後每日仍過剩燃料氣136噸,經跨公司跨廠能資源整合後,將製程尾氣回收供下游廠再利用,每年可節省大量燃料費。


圖3. 跨公司跨廠能資源整合案例

(三)高含氮尾氣減量與回收

  針對高含氮尾氣亦設置相關回收設備(如熱氧化、觸媒氧化、內燃機燃燒、冷凝、吸收、吸附、薄膜回收等),不再送至燃燒塔處理。以A1廠及A2廠為例(圖4),在精進前該製程尾氣(主要為90%氮氣)排放至燃燒塔處理,需額外補充低壓蒸汽(1.8 噸/時)輔助充份燃燒;經規劃增設一座高溫氧化器(TO),將原先製程尾氣導入該設備處理下,除可節省原先低壓蒸氣之使用外,亦同時回收熱能產製低壓蒸汽(4.8 噸/時)。


圖4. 高含氮尾氣回收案例

(四)異常排放減量措施

  台塑企業除加強管末之尾氣回收外,針對異常排放亦落實源頭減量,以減少燃燒塔為了維護製程安全的處理量,相關措施如下:

  1.採循序漸進並穩定操作之方式開車及停車,有效防範異常排放之發生。

    (1)歲修前一天採先隔離斷料或降量操作,將排空洩壓氣體送至反應器反應或改排至燃料
     氣系統回收,如此可降低殘餘量,減少釋放至燃燒塔之處理量。

    (2)歲修當天所有系統內原物料要求確實排空回收後才進行沖吹的動作或將排空之洩壓氣
     體改排至燃料氣系統回收,同時燃料氣系統降壓操作。

  2.積極推動設備自主檢查及維護保養,以維持製程穩定操作,減少因設備異常損壞停車之異
   常排放。

  3.加強原物料供應管理,確保正常供料,避免造成停車以減少異常排放。

  4.反應槽配有緊急終止劑,加入可立即終止反應,降低超壓排放情形。

  5.持續推動跨廠過剩燃料氣整合使用之可行性,以提升回收率。

(五)製程尾氣回收與減量成果

  經前述製程尾氣回收與減量過程,將原先常態排放之製程尾氣於2013年12月完成全量回收,不再送至32座燃燒塔處理;其中9座之製程尾氣以跨公司跨廠進行能源回收,17座採自廠回收作為替代燃料,另6座因含氮氣低熱值尾氣之回收效益低,則增設高溫氧化器予以焚化處理。經分析常態排放之製程尾氣全量回收對空污減排效益(表1),2013年VOCs排放量在回收前為881.8噸/年,經回收後可降為34.6噸/年(降幅達96.1%),減少排放量847.2噸/年,CO2排放量亦減少595,568噸/年;另統計歷年燃燒塔排放總量(圖5),排放總量2013年5月的3,180萬Nm3降至2016年7月的223.9萬Nm3(降幅達92%),顯示推動常態排放之製程尾氣回收確實有顯著成效。

表1. 六輕工業區2013年製程尾氣回收前後之空氣污染物減量彙總


圖5. 燃燒塔廢氣排放減量執行情形

  考量燃燒塔為石化製程上維護安全之必要設施,當製程有緊急處理或異常排放情形,非常態排放之製程尾氣仍須送至燃燒塔處理,以防止可能造成的工安及環境的影響。為減少燃燒塔的使用,台塑企業將持續探討如何降低在歲修停、開車期間產生的廢氣排放,共同維護台灣地區的環境品質。

三、結語

  台塑企業秉持經濟與環保並重理念,以「追根究柢、止於至善」之精神不斷檢討精進,提升能資源的使用效率,六輕工業園區已於2013年完成常態排放之製程尾氣全量回收,不僅可有效地節省燃料外,並同時減少VOCs及CO2 排放,減少對環境的衝擊。台塑企業將持續在現有的基礎上推動跨公司跨廠的能資源整合利用,並持續進行排放減量,建設低投入、高產量、低消耗、少排放、能循環、可持續之工業園區,以達到環境保護及經濟永續發展的雙贏目標。

參考文獻

1.台灣環保署(2006),「空氣品質分析及空品區空氣品質改善推動計畫」,
 EPA-95-FA11-03-A168。

2.BAAQMD (2006),「Rule 12 - Flares At Petroleum Refineries」。

3.European Commission (2003),「Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC) -
 Reference Document on Best Available Techniques in the Large Volume Organic
 Chemical Industry」。

4.台塑關係企業總管理處安衛環中心(2010),「六輕空氣污染物減量自主管理計畫書」。

5.台灣環保署(2013),「揮發性有機物空氣污染管制及排放標準」。

6.游太平(1990),「廢氣燃燒塔淺說」,環保(半年刊)第二期,中國石油公司出版。