CN106823696A - 基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置及方法。针对VOCs回收系统中能源消耗大、回收率低等问题，开发出一种集二级吸收、三步冷凝于一体的高效集成、高度节能的回收装置和方法，并提出了利用柴油吸收VOCs废气，它来源方便，价格便宜，吸收效果好。该回收装置中涉及两个吸收塔和三个换热器，预吸收塔吸收少量的VOCs，主吸收塔起重要作用，保证吸收效率高；换热器的使用则充分利用能源，提高能源利用率。基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收方法回收效果稳定，安全性好，工艺流程简单，易于操作和维修。

Description

基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置及方法
技术领域
本发明涉及VOCs废气回收技术领域，涉及一种冷凝吸收的VOCs废气回收系统，特别涉及到一种用柴油做吸收剂的二级吸收、三步冷凝的高度集成和高度节能的高效VOCs废气回收装置及方法。
背景技术
石油炼化过程中会排放出大量的VOCs废气。该气体若直接排放到大气中，不仅造成环境污染和能源浪费，还给人民生命财产安全带来隐患。VOCs对人体有很多直接的危害，对人体的影响主要为气味、感官、黏膜刺激和其他系统毒性导致的病态及基因毒性和致癌性。大多数VOCs带有恶臭等刺激性气味，当在环境中达到一定浓度时，短时间内可使人感到头痛、恶心、呕吐，严重时会抽搐、昏迷，并可能造成记忆力衰退，伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统。部分VOCs已被列为致癌物，特别是苯、甲苯及甲醛，会对人体造成很大的伤害。苯类化合物会损害人的中枢神经，造成神经系统障碍，也会危及血液和造血器官，严重时，会有出血症状或感染败血症。卤代烃物质能引起神经衰弱征候群及血小板减少、肝功能下降、肝脾肿大等病变，还可能导致癌症。采用二级吸收、三步冷凝的VOCs废气回收处理方法回收后，97％以上的VOCs被回收，大大降低了VOCs的排放量，很好的改善了工作环境，甚至大气环境，减少了对人类造成的危害。
传统上末端控制VOCs排放的方法有两大类：销毁法和回收法，其中销毁法又包括生物法、等离子法、光催化法、燃烧法；回收法包括吸收法、吸附法、冷凝法和膜法。传统方法虽然原理简单，实施容易，但都具有一定的缺陷和局限性。吸附法对于吸附剂具有较大的选择性和依赖性，且大多数吸附剂在多次长时间使用后会逐步失去活性，因此必须每三到五年更换一次，而且处理设备庞大，吸附剂再生和运行的费用高。催化燃烧法虽然燃烧温度低，能量消耗少，但是催化剂的费用高，具有一定的寿命，而且VOCs成分复杂且燃烧温度各不相同，通入空气量过多导致燃料消耗大，同时降低炉温造成燃烧不充分，极易对环境造成二次污染。目前已公开的专利如CN00123973.2有机废气净化装置，CN01274679.7有机废气净化处理系统，CN02284062.1有机废气净化处理设备，上述方法大都为吸附法。CN200920075323.1有机废气热氧化装置，CN200910138879.5有机废气处理装置采用的方法为燃烧法。这些专利与本方法相比存在一定的差异，在原理、设备及流程上都存在较大差异并且存在一定的不足，能源消耗大，回收率低。
发明内容
本发明为解决VOCs废气回收系统中能源消耗大、回收率低问题，开发出一种集二级吸收、三步冷凝于一体的高效集成、高度节能的回收装置和方法，并提出了利用柴油吸收VOCs废气。
(1)本发明的技术方案如下：
基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置，其包括：引风机、预吸收塔、主吸收塔、吸收泵、回收泵、冷凝机组、预换热器、一级换热器、二级换热器、液位计、球阀、压力传感器、温度传感器以及管道配件。
①所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的引风机为变频防爆风机，根据进气压力大小，通过压力传感器来变频调节风机转速，从而控制风机引风量，一般设定进气压力不低于-500Pa(表压)。
②所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的预吸收塔的主体内可布置管式分布器、槽式分布器或管槽式分布器，预吸收塔主体上沿吸收塔高度方向布置了液位计、温度传感器和压力传感器。
进一步，所述的预吸收塔高度根据处理量而定，一般为1～17m，直径为0.5～2.5m。
进一步，所述的预吸收塔内的吸收剂为柴油，其流量为100～200m3/h。
进一步，所述的预吸收塔内填料层的高度为5～9m。
进一步，所述的预吸收塔内VOCs的温度为25～35℃，流量为2000～5000m3/h，浓度为200～500g/m3。
进一步，所述的液位计的液位来控制柴油的流量，从而使保证喷淋有效适中。
③所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的主吸收塔为规整填料吸收塔，其主体内可布置管式分布器、槽式分布器或管槽式分布器，主吸收塔主体上沿吸收塔高度方向布置了液位计、温度传感器和压力传感器。
进一步，所述的主吸收塔高度根据处理量而定，一般为1～15m，直径为0.5～2.5m。
进一步，所述的主吸收塔内的吸收剂为冷柴油，其流量为150～250m3/h。
进一步，所述的主吸收塔内填料层的高度为5～8m。
进一步，所述的液位计的液位来控制柴油流量，从而使保证喷淋有效适中。
进一步，所述的主吸收塔吸收率97％以上。
④所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的回收泵为油气回收泵。
⑤所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的吸收泵为单吸离心泵。
⑥所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的冷凝机组为制冷压缩冷凝机组。
进一步，所述的制冷压缩冷凝机组由制冷压缩机、油分离器、冷凝器组成。
⑦所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的一级换热器为管式换热器。
进一步，所述的一级换热器将柴油温度降到5～18℃。
⑧所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的二级换热器为管式换热器。
进一步，所述的换热器将柴油温度降到5～10℃。
⑨所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的预换热器为管式换热器。
进一步，所述的换热器将柴油温度降到-20～-30℃。
利用基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置可以实现99％以上的回收率。
(2)基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的回收方法为：
①现场来气(来自石油炼化过程产生的VOCs气体流量为2000～5000m3/h，温度为20～40℃，浓度为200～500g/m3)利用引风机引到集气管道，从预吸收塔下部气体进口进入预吸收塔，VOCs在预吸收塔内自下而上流动。同时，经冷却的吸收剂从预吸收塔顶部喷淋，自上而下与VOCs在预吸收塔内逆流接触进行吸收。
②从预吸收塔顶部出来的VOCs经管道到达主吸收塔下部的气体进口，从该进口进入主吸收塔，VOCs气体在主吸收塔内自下而上流动。同时，经冷凝机组冷却的吸收剂从主吸收塔顶部喷淋，自上而下与VOCs气体在主吸收塔内逆流接触进行吸收，大部分的VOCs被吸收剂吸收。
③从主吸收塔顶部出来的VOCs经过一级换热器与贫吸收剂换热后去催化氧化装置。从主吸收塔底部出来的富吸收剂经吸收泵到达二级换热器，与贫吸收剂换热后到达预吸收塔，在预吸收塔内进行预吸收后，从预吸收塔出来的富吸收剂从塔底流出经回收泵流向柴油罐区。
本发明的技术效果在于：
(1)本发明采用基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs有机废气回收方法，两种方法优势互补，回收效果稳定，安全性好，工艺流程简单，易于操作和维修，解决了VOCs有机废气排放浓度不达标的关键问题。
(2)本发明利用冷却柴油作为吸收剂吸收VOCs有机废气，来源方便，价格便宜，吸收效果好。
(3)本发明吸收塔设为两个，预吸收塔吸收少量的VOCs，主吸收塔起重要作用，保证吸收效率高。
(4)本发明换热器有三个，充分利用能源，提高能源的利用率(高度节能)。
(5)回收过程中浓度、温度和压力均进行在线采集，通过数据采集处理和气体分析工作站在线分析，来指导何时进行集气、吸收、冷却操作，并利用自动控制系统控制集气、吸收、冷却操作。
附图说明
附图1基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收工艺流程图
附图标记列示如下：
1—引风机，2、10—液位计，3、4、11、12—球阀，5—预吸收塔，6—回收泵，7、14、20—压力传感器，8、15—温度传感器，9—吸收泵，13—主吸收塔，16—预换热器，17—冷凝机组，18—二级换热器，19—一级换热器。
具体实施方式
以下结合附图1对本发明的实施例做进一步说明，但本发明不受实施例的限制：
现场来气(来自石油炼化过程产生的VOCs气体流量为3000m3/h，气体温度为环境温度，浓度为300g/m3)被回收，回收率达到97％以上。利用本发明技术方案对其进行回收。
利用附图1进行说明。
(1)基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置包括：引风机(1)，预吸收塔(3)，主吸收塔(13)，吸收泵(9)，回收泵(6)，冷凝机组(17)，预换热器(16)，一级换热器(19)，二级换热器(18)，液位计(2)、(10)，球阀(3)、(4)、(11)、(12)，压力传感器(7)、(14)、(20)，温度传感器(8)、(15)以及管道配件。
①所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的引风机(1)为变频防爆风机，引风机(1)根据进气压力大小，通过压力传感器(20)来变频调节风机转速，从而控制风机引风量，一般设定进气压力不低于-500Pa(表压)。
②所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的预吸收塔(5)的主体内布置管槽式分布器，预吸收塔(5)主体上沿吸收塔高度方向布置了液位计(2)，温度传感器(8)和压力传感器(7)。
进一步，所述的预吸收塔(5)高度根据处理量定为7m，直径为0.8m。
进一步，所述的预吸收塔(5)内的吸收剂为柴油，柴油的流量为150m3/h。
进一步，所述的预吸收塔(5)内填料层的高度为5m。
进一步，所述的预吸收塔(5)内VOCs的温度为30℃，流量3000m3/h，浓度300g/m3。
进一步，所述的液位计(2)的液位来控制柴油的流量，从而使保证喷淋有效适中。
③所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的主吸收塔(13)为规整填料吸收塔，其主体内布置管槽式分布器，主吸收塔(13)主体上沿吸收塔高度方向布置了液位计(10)，温度传感器(15)和压力传感器(14)。
进一步，所述的主吸收塔(13)高度根据处理量而定，一般为7m，直径为0.8m。
进一步，所述的主吸收塔(13)内的吸收剂为柴油，柴油的流量为150m3/h。
进一步，所述的主吸收塔(13)内填料层的高度为5m。
进一步，所述的液位计的液位(10)来控制柴油流量，从而使保证喷淋有效适中。
进一步，所述的主吸收(13)塔吸收率98％。
④所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的回收泵(6)为油气回收泵。
⑤所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的吸收泵(9)为单吸式离心泵。
⑥所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的冷凝机组(17)为制冷压缩冷凝机组。
进一步，所述的制冷压缩冷凝机组(17)由制冷压缩机、油分离器、冷凝器组成。
⑦所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的一级换热器(19)为管式换热器。
进一步，所述的一级换热器(19)将柴油温度降到10℃。
⑧所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的二级换热器(18)为管式换热器。
进一步，所述的二级换热器将柴油温度降到5℃。
⑨所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的预换热器(16)为管式换热器。
进一步，所述的预换热器(16)将柴油温度降到-30℃。
(2)基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置各设备连接描述如下：
①现场来气(来自石油炼化过程产生的VOCs气体)的集气管道与预吸收塔(5)主体下部的混合气进口连接。
②预吸收塔(5)底部的出口经回收泵(6)与柴油罐区的管道相连接。
③预吸收塔(5)顶盖的排气口与主吸收塔(13)主体下部的混合气体进口连接。
④主吸收塔(13)主体底部的排液口经吸收泵(9)与二级换热器(18)的进液口连接。
⑤二级换热器(18)的排液口与预吸收塔(5)主体上部的液体进口连接。
⑥主吸收塔(13)顶盖的排气口与一级换热器(19)的进气口相连接。
⑦一级换热器(19)的排气口与催化氧化装置的气体管道连接。
⑧柴油罐区来油的输油管道来油依次通过一级换热器(19)，二级换热器(18)，预换热器(16)，预换热器(16)液体出口与主吸收塔(13)主体上部的液体进口相连接。
⑨预换热器(16)与冷凝机组(17)相连接。
(3)基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的回收方法为：
①现场来气(来自石油炼化过程产生的VOCs气体流量为3000m3/h，常温，浓度为300g/m3)利用引风机(1)引到集气管道，从预吸收塔(5)下气体进口进入预吸收塔(5)，VOCs气体在预吸收塔(5)内自下而上流动。同时，经冷却的吸收剂从预吸收塔(5)顶部喷淋，自上而下与VOCs气体在预吸收塔(5)内逆流接触进行吸收。
②从预吸收塔(5)顶部出来的VOCs气体经管道到达主吸收塔(13)下的气体进口，从该进口进入主吸收塔(13)，VOCs气体在主吸收塔(13)内自下而上流动；同时，经冷凝机组(17)冷却的吸收剂从主吸收塔(13)顶部喷淋，自上而下与VOCs气体在主吸收塔(13)内逆流接触进行吸收，97％以上的VOCs被吸收剂吸收。
③从主吸收塔(13)顶部出来的VOCs经过一级换热器(19)与贫吸收剂换热后去催化氧化装置，从主吸收塔(13)底部出来的富吸收剂经吸收泵(9)到达二级换热器(18)，与贫吸收剂换热后到达预吸收塔(5)，从预吸收塔(5)出来的富吸收剂从塔底流出经回收泵(6)流向柴油罐区。

Claims (7)

1.基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置，其特征在于：该系统由引风机(1)，预吸收塔(3)，主吸收塔(13)，吸收泵(9)，回收泵(6)，冷凝机组(17)，预换热器(16)，一级换热器(19)，二级换热器(18)，液位计(2)、(10)，球阀(3)、(4)、(11)、(12)，压力传感器(7)、(14)、(20)，温度传感器(8)、(15)以及管道配件组成。
2.根据权利要求1所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置，其特征在于：现场来气的集气管道与预吸收塔(5)主体下部的混合气进口连接；预吸收塔(5)底部的出口经回收泵(6)与苯罐区的管道相连接；预吸收塔(5)顶盖的排气口与主吸收塔(13)主体下部的混合气体进口连接；主吸收塔(13)主体底部的排液口经吸收泵(9)与二级换热器(18)的进液口连接；二级换热器(18)的排液口与预吸收塔(5)主体上部的液体进口连接；主吸收塔(13)顶盖的排气口与一级换热器(19)的进气口相连接；一级换热器(19)的排气口与催化氧化装置的气体管道连接；柴油罐区来油的输油管道来油依次通过一级换热器(19)，二级换热器(18)，预换热器(16)，预换热器(16)液体出口与主吸收塔(13)主体上部的液体进口相连接；预换热器(16)与冷凝机组(17)相连接。
3.根据权利要求1所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置，其特征在于：引风机(1)为变频防爆风机，引风机(1)根据进气压力大小，通过压力传感器(20)来变频调节风机转速，从而控制风机引风量，设定进气压力不低于-500Pa(表压)。
4.根据权利要求1所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置，其特征在于：预吸收塔(5)的主体内可布置管式分布器、槽式分布器或管槽式分布器，预吸收塔(5)主体上沿吸收塔高度方向布置了液位计(2)，温度传感器(8)和压力传感器(7)，预吸收塔(5)的高度根据处理量而定，一般为1～17m，直径为0.5～2.5m；预吸收塔(5)内的吸收剂为柴油，其流量为100～200m3/h，预吸收塔(5)内填料层的高度为5～9m，预吸收塔(5)内VOC的温度约为25～35℃，流量为2000～50003/h，浓度为200～500g/m3。
5.根据权利要求1所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置，其特征在于：主吸收塔(13)主体内可布置管式分布器、槽式分布器或管槽式分布器，主吸收塔(13)主体上沿吸收塔高度方向布置了液位计(10)，温度传感器(15)和压力传感器(14)；主吸收塔(13)高度根据处理量而定，一般为1～15m，直径为0.5～2.5m；主吸收塔(13)内的吸收剂为冷柴油；主吸收塔(13)内填料层的高度为5～8m。
6.根据权利要求1所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置，其特征在于：冷凝机组(17)为制冷压缩冷凝机组，制冷压缩冷凝机组由制冷压缩机、油分离器、冷凝器组成；一级换热器(19)为管式换热器，将柴油温度降到5～18℃；二级换热器(18)为管式换热器，将柴油温度降到5～10℃；预换热器(16)为管式换热器，将柴油温度降到-20～-30℃。
7.根据权利要求1所述的基于二级吸收、三步冷凝集成工艺的VOCs回收装置的回收方法，其特征在于：现场来气利用引风机(1)引到集气管道，从预吸收塔(5)下气体进口进入预吸收塔(5)，VOC气体在预吸收塔(5)内自下而上流动；同时，经冷却的吸收剂从预吸收塔(5)顶部喷淋，自上而下与VOC气体在预吸收塔(5)内逆流接触进行吸收，一部分的VOC被吸收剂吸收，从预吸收塔(5)顶部出来的VOC气体经管道到达主吸收塔(13)下的气体进口，从该进口进入主吸收塔(13)，VOC气体在主吸收塔(13)内自下而上流动；同时，经冷凝机组(17)冷却的吸收剂从主吸收塔(13)顶部喷淋，自上而下与VOC气体在主吸收塔(13)内逆流接触进行吸收，大部分的VOC被吸收剂吸收；从主吸收塔(13)顶部出来的VOC经过一级换热器(19)与贫吸收剂换热后去催化氧化装置，从主吸收塔(13)底部出来的富吸收剂经吸收泵(9)到达二级换热器(18)，与贫吸收剂换热后到达预吸收塔(5)，从预吸收塔(5)出来的富吸收剂从塔底流出经回收泵(6)流向柴油罐区。
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