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VOCs深冷回收| “冷凝 吸附”与“吸附 吸收”两条工艺深度对比解析

2019-11-07 08:48:59来源:VOCs减排工作站 阅读量:7581

导读:“冷凝 吸附”与“吸附 吸收”两条工艺是我们经常碰到的工艺路线,本文就此两种工艺,在同一废气源情况下,从基本参数、流程和特点等进行对比,具体见下文。
  “冷凝+吸附”与“吸附+吸收”两条工艺是我们经常碰到的工艺路线,特别是针对高浓度有机废气,比如储罐中的大小呼吸废气或装车台中的废气,反应釜中高浓度低风量挥发气,此类有机废气特点是浓度高气量小。
 
  现在就此两种工艺,在同一废气源情况下进行对比:
 
  一【基本参数】
 
  1、废气源参数,流量600m³/h,浓度800g/m³,排放气体总量中含烃类480kg/h;
 
  2、吸附剂活性炭的吸附容量和使用寿命,吸附容量国产的按5%、进口的按10%(美德维实伟克),吸附寿命国产的按2 年、进口的按10 年(美德维实伟克承诺),价格国产的按1.5 万元/t、进口的按6 万元/t;
 
  3、电费按照0.8 元/kwh;
 
  4、冷凝工况及冷凝前后的油气浓度:三级冷凝工况,最低温度-70℃,冷凝后残余浓度80g/m³,(600m³冷凝后在第三级-70℃下的余气体积有321.1308m³,浓度79.3812g/m³。若让余气温度回升至35℃,体积增至488.4824m³,浓度只有52.1856g/m³),残余烃类25.5kg。
 
  二【不同工艺的流程和特点】
 
  1、冷凝+吸附:
 
  工艺流程:先对油气降温,使之90%冷凝液化。回收物为液化汽油,未回收的是低浓度余气,然后用吸附罐将余气中烃类物质吸附富集,让余气中空气排放。吸附富集的烃类组分脱附后返回冷凝级继续冷凝液化。
 
  冷凝+吸附工艺的配置,有冷凝和吸附两大单元。
 
  ①冷凝单元工况:设置三级冷凝,第一级从常温冷凝到3℃、第二级从3℃冷凝到-35℃、第三级从-35℃冷凝到-70℃。第三级的冷凝余气返回第一级前面的前置换热器,冷量回用,将进入油气回收处理装置的油气预冷,有节能效果。冷凝单元能够见到回收的液态汽油,在前端密闭保证、传输顺畅的情况下,回收率大于90%,对于600m³/h 的浓度为800g/m³的油气,液化回收的液态油为430kg/h 左右。冷凝单元单位耗电约0.2kwh/m³,处理600m³/h 油气电耗120kwh.,电费96元/h。
 
  ②吸附单元的配置:吸附单元配置吸附罐两只和脱附真空泵一台,以及用于切换吸附脱附的电动或气动阀门若干。真空泵还需要配备冷却系统。
 
  2、吸附+吸收
 
  ①吸附工艺的作用:是将废气中烃类物质吸附截留,让空气排放。对于低浓度有机气体,吸附的作用更表现为将有机气体和空气混合体中低浓度的有机物吸附截留,脱附得到高浓度的有机气体,称为富集提浓。吸附工艺将烃类组分富集提浓,但烃类组分的状态仍然是气态,只是从浓度低一些的气体富集为浓度高一些的气体。但是,人们进行有机气体治理的更多目的,是要将有机物回收利用。而从气态到气态,就达不到目的。所以,吸附工艺不能单独使用,要与其他能够将气体相变为液体的工艺方法组合运用。
 
  ②吸收法的作用:吸收法,就是用液体喷淋吸收气体的方法。吸收法对吸收剂的要求,是必须能够溶解吸收需要吸收的组分,如果吸收剂与被吸收的组分在压力、温度、浓度方面,不能满足将要吸收的组分溶解的目的,就会失去或降低吸收效果。
 
  吸附+吸收的流程:油气先进入吸附罐中炭床,烃类组分被拦截吸附,空气排放。炭床吸附到接近饱和量(不能到饱和状态,处于饱和边缘就会造成排放超标),脱附进入吸收塔,从汽油储罐抽汽油对脱附气体进行喷淋吸收,回收物进入吸收剂(汽油)。
 
  三【差异及利弊】
 
  两种工艺均为组合工艺,但有不少差异。
 
  ①,关于活性炭用量:考量活性炭用量,首先要比较活性炭吸附容量指标。目前,国产活性炭吸附容量不大于5%指标,确定为国产的5%、进口的10%。
 
  【吸附+吸收工艺】:以600m³/h、含量480kg/h 为例,采用吸附+吸收工艺,直接吸附高浓度油气,采用国产活性炭,需要9600kg,另为控制尾气达标要求炭床需要加30%活性炭,则需要12.5 吨活性炭,约30m³。两个罐,各不小于15m³。切换时间不大于30min,体积庞大。有的厂家为了减小吸附剂量,在吸脱附周期上想办法,如,将切换时间改为15min,吸附罐改为7.5m³。若采用进口活性炭,以上数据相应减少一半,活性炭6 吨、吸附罐8m³(进口活性炭比重小于国产活性炭),体积仍然不小。
 
  【冷凝+吸附工艺】:三级冷凝工况,最低温度-70℃,冷凝后残余浓度80g/m³,(600m³冷凝后在第三级-70℃下的余气体积有321.1308m³,浓度79.3812g/m³。若让余气温度回升至35℃,体积增至488.4824m³,浓度只有52.1856g/m³),残余烃类25.5kg。由于冷凝余气浓度低,残余烃类25.5kg。采用国产活性炭,需要活性炭0.66 吨,吸附罐体积各1m³。采用进口活性炭吸附,需要活性炭280kg,吸附罐2 只,每只0.5m³,其体积、所需钢材、成本均相对小了很多。
 
  ②,关于真空泵配置功率:从吸附罐体积大小、活性炭用量多少的比较,采用真空泵大小的问题,也很明显。需要配置真空泵的情况见下表:

 
  ③,关于用大储罐做吸收剂带来的其他问题
 
  【吸收塔尾气浓度较高】中石化环境监测总站、中石化抚顺石油研究院对华北地区采用贫油作为吸收剂喷淋的一套吸附法油气回收装置,进行了吸收塔进出口油气浓度采样检测分析,得到如下数据:

 
  从上面表格数据可见,喷淋塔出口浓度都在410g/m³以上,其意味着吸附油气的
 
  炭床,不但要吸附从发油鹤管处密闭收集来的油气,同时还要吸附喷淋塔尾气中浓度在410g/m³以上的油气,后果则是活性碳吸附量增加、吸脱附启动频繁、周期缩短;另一方面,活性碳在超负荷状态下运行,吸附率、使用寿命都会加速衰减。如果真空泵开始脱附的流量、压力影响,喷淋塔发生“液泛”时,问题只会更加严重。
 
  四【用大罐中汽油做吸收剂造成大罐储存损耗增加】
 
  喷淋吸收液是从汽油大罐抽取,喷淋之后送回汽油大罐。由于吸脱附切换频繁、周期短、流量大,增加了液态油品进出储罐的频率,相对于静止存放的情况,液体内部的被扰动相似沸腾运动,会破坏液面静止的封闭面,直接波及液面以上的大浓度层,削弱大浓度层对液面蒸发的抑制作用,加速液面的蒸发。汽油大罐会从静止储存状态转变为非稳态储存状态,加剧汽油的蒸发损耗。
 
  储存容器的油品蒸发及油气排放为非稳态多变量系统,非稳态储存状态会
 
  增加储存损耗。(请见《油气回收基础理论及其应用》黄维秋主编,P107)。如,广州石化油库管理人员说,大储罐的储存损耗“比起安装油气回收之前,每天增加30—50kg”。
 
  综合以上分析,我们不难得到冷凝+变压吸附/吸附+吸收技术的数据比较:

 
  原标题:VOCs深冷回收| “冷凝+吸附”与“吸附+吸收”两条工艺深度对比解析

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