揮發(fā)性氣體深冷冷凝回收系統(tǒng)設(shè)計

孟麗莉，裴玉慶

（山西陽煤化工工程有限公司，山西 太原 030021）

0 引 言

自2017 年以來，環(huán)保形勢日益嚴峻，國家將VOCs 納入《大氣污染防治法》監(jiān)管范圍，各級環(huán)保部門要求對VOCs 限期進行治理。

根據(jù)政府辦公廳下發(fā)的《2018 年大氣污染防治行動計劃通知》中提到加快推進重點行業(yè)VOCs綜合治理，全面完成《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合治理方案》。

某乙二醇廠的產(chǎn)品罐區(qū)未安裝揮發(fā)性有機氣體回收裝置，本文針對此廠區(qū)情況，為其設(shè)計揮發(fā)性有機氣體深冷冷凝回收裝置，此設(shè)計既提高了產(chǎn)品回收量，提升經(jīng)濟效益的同時，極大的改善了環(huán)境空氣質(zhì)量，積極響應(yīng)國家政策。

1 項目概況

本項目VOCs 主要來源于產(chǎn)品儲罐區(qū)，VOCs儲罐區(qū)一覽表見表1。

表1 VOCs 儲罐區(qū)一覽表Table 1 List of VOCs tank farm

根據(jù)生產(chǎn)工況確定本罐區(qū)所涉及的有機液體儲罐同時最大工作進料量為150 m3/h，兼顧罐區(qū)由溫差引起的小呼吸，綜合計算罐區(qū)回收量為180 m3/h，本設(shè)計回收裝置作業(yè)量為200 m3/h。

本罐區(qū)揮發(fā)的主要有機物為乙二醇和甲醇，甲醇在-80 ℃時，蒸汽濃度為35 mg/m3；乙二醇在-35 ℃時蒸汽濃度為26 mg/m3。

由于本廠的罐區(qū)廢氣中VOCs 含量較高，回收后可與原有的雜醇混合作為產(chǎn)品出售，具有一定的經(jīng)濟價值。

因此，本次罐區(qū)廢氣回收采用“冷凝+吸收”組合工藝進行處理。

2 工程設(shè)計

根據(jù)儲罐區(qū)VOCs 特性及排放流量，結(jié)合裝置的回收處理能力和安全性考慮，對儲罐區(qū)VOCs 的回收裝置采用冷凝+吸收組合工藝。收集的VOCs氣體直接輸送到回收處理裝置的冷凝單元，尚未液化的余氣進入吸收單元。冷凝單元由三級制冷機組及四段冷凝換熱器組成；吸收單元由2 臺吸收塔、閥門和循環(huán)泵等組成。

2.1 尾氣冷凝單元

根據(jù)尾氣空氣混合氣中各組分不同的飽和溫度、國家法規(guī)規(guī)定的回收率及尾氣排放濃度限值，確定冷凝工況的溫度，采用分段連續(xù)冷卻的方法降低有機尾氣溫度，使揮發(fā)的有機物組分達到從氣態(tài)到液態(tài)相變的過飽和狀態(tài)，從而直接得到回收的液態(tài)有機物。

尾氣冷凝單元設(shè)置分段冷凝的換熱器，由前置級、第一級淺冷級3 ℃、第二級中冷級-35 ℃和第三級深冷級-80 ℃4 個冷凝段組成。由引風機經(jīng)過密閉管道收集并輸送到回收處理裝置的揮發(fā)尾氣，首先經(jīng)前置換熱器，將第三級深冷級-80 ℃的冷箱排出的低溫余氣與進入裝置的常溫尾氣進行熱交換，使進入裝置的尾氣初步降溫5～10 ℃，該冷箱沒有設(shè)計制冷機組。然后進入第二個冷箱由第一級制冷機組提供冷量，將初步降溫的尾氣冷凝到3℃，大部分有機物和水氣降溫冷凝液化。未凝結(jié)的少量余氣進入與第二級制冷機組對應(yīng)的第三段冷凝箱，繼續(xù)降溫冷凝降溫到-35 ℃。最后，第三級深冷，從-35 ℃降到-80 ℃將大多數(shù)的有機物組分冷凝液化，冷凝殘留濃度達到標準規(guī)定排放限值范圍。

經(jīng)過多級冷凝之后尚未液化的余氣進入吸收單元的吸收塔，余氣中的有機氣組分被吸收塔中的吸收劑攔截，待吸收劑接近吸收平衡時，更換吸收劑為新鮮液體。吸收了有機物的吸收劑進入廢水處理系統(tǒng)。

針對乙二醇凝固點較高問題，本設(shè)計一是采用大片距（12 mm） 板式換熱器，大片距板式換熱器的結(jié)霜周期時間比普通換熱器多一倍。二是設(shè)置了氣道壓降控制的融霜設(shè)施，當氣道管路壓降＞2 500 Pa 時，啟動融霜系統(tǒng)快速融霜；當氣道壓降＞3 000 Pa 時，切換排氣熱量至換熱器內(nèi)，快速升溫融霜，完全可以避免通道堵塞問題。

2.2 尾氣吸收單元

尾氣吸收單元由2 個吸收塔和3 臺循環(huán)泵組成。2 個吸收塔分別擔任一級吸收和二級吸收的操作。吸收塔塔頂氣最后經(jīng)過除霧器排放，使尾氣經(jīng)過多次處理后達標排放。

凈化處理后的尾氣，非甲烷總烴含量＜80 mg/m3，轉(zhuǎn)化率≥97%，甲醇含量＜50 mg/m3，乙二醇含量＜50 mg/m3。暫存罐內(nèi)的回收物達到設(shè)定液位時，抽出送回到混合醇儲罐中。

根據(jù)收集的VOCs 氣體特性，本設(shè)計所有收集VOCs 氣體的管道材質(zhì)選用0Cr18Ni9 不銹鋼管。

3 安全設(shè)施設(shè)計

（1） 本設(shè)計配置在現(xiàn)場的動設(shè)備、電氣、儀表、控制系統(tǒng)等選用防爆產(chǎn)品，防爆等級為EXdⅡCT4，防護等級≥IP65。對各相關(guān)設(shè)備及管道設(shè)置防雷及防靜電接地系統(tǒng)。

（2） VOCs 揮發(fā)氣回收處理裝置設(shè)計了以PLC控制器為控制核心的自控系統(tǒng)，可以根據(jù)設(shè)定的條件實現(xiàn)VOCs 揮發(fā)氣回收裝置自動開和停，無人值守。

（3） 根據(jù)儲運系統(tǒng)發(fā)油泵開啟的狀況或VOCs 揮發(fā)氣在輸送管路傳輸壓力變化狀態(tài)，選擇啟動與停機運行。設(shè)定控制值：當輸送管路傳輸壓力≥微正壓100 Pa 時引風機啟動，將VOCs 氣體增壓送入撬裝系統(tǒng)；當輸送管路傳輸壓力≤微正壓50 Pa 時引風機停機。

（4） 本設(shè)計裝置設(shè)置了報警和聯(lián)鎖裝置，當出現(xiàn)異常時，會立即報警，嚴重時自動聯(lián)鎖停機。裝置現(xiàn)場設(shè)有緊急停機按鈕，控制系統(tǒng)也可遙控緊急停機。

（5） 所有動設(shè)備均有常規(guī)保護配置，對過壓過流過熱狀態(tài)實時監(jiān)控，有異常情況會報警，同時控制系統(tǒng)會給出停機或呼喚信號。

（6） 制冷壓縮機排氣壓、回氣壓、油壓都有監(jiān)控儀表實時監(jiān)測，在設(shè)定值臨界（上下限） 給出控制動作（停機） 并報警。

（7） 吸收塔設(shè)置液位檢測和報警聯(lián)鎖、循環(huán)泵運行狀況監(jiān)控和聯(lián)鎖等多重控制，當1 臺泵出現(xiàn)故障報警后，切換到備用泵運行，故障泵維修后恢復(fù)運行狀態(tài)。

（8） 在每個儲罐的接出口處設(shè)置單呼閥和全天候防爆轟阻火器，使氣體只能呼出不能呼入，從而防止氣體倒流罐引發(fā)危險；在罐區(qū)油氣回收總管上設(shè)置在線氧分析儀，實時監(jiān)測排出氣體中的氧含量，氧含量≥3%時，就會進行聲光報警。凈化后的尾氣采用15 m 高空排放措施，并設(shè)置阻火器。

（9） 當系統(tǒng)停電時，系統(tǒng)內(nèi)所有電氣設(shè)備均停機。此時，進口電動閥自動關(guān)閉，壓力真空安全閥自動打開，將尾氣高空放散。

（10） 吸收塔吸收的是冷凝到-80 ℃后的低溫有機氣體，低溫下吸收處理更安全并能夠改善吸收工況，以規(guī)避吸收熱效應(yīng)帶來的安全隱患，提高吸收效率。

回收裝置工藝流程如圖1 所示。

圖1 回收裝置工藝流程Fig.1 Process flowchart of recovery unit

4 結(jié) 語

乙二醇儲罐區(qū)排放的有機氣體經(jīng)過“冷凝+吸收”組合技術(shù)處理后，終端尾氣通過高15 m 煙囪排放，排放尾氣中非甲烷總烴排放濃度≤80 mg/m3，處理效率≥97%。

甲醇排放濃度≤50 mg/m3，乙二醇排排放濃度≤50 mg/m3，可以滿足《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標準》 （GB31571-2015） 及 《VOCs 無組織排放控制標準》 （GB37822-2019） 要求，滿足環(huán)保部門排放限值要求。

本設(shè)計不僅提高了產(chǎn)品回收量，提升了經(jīng)濟效益，而且極大的改善了環(huán)境空氣質(zhì)量，積極響應(yīng)國家政策。