CN108926974A - 一种用于VOCs治理技术的安全防护工艺 - Google Patents

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曹德舜
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Abstract

本发明涉及一种用于VOCs治理技术的安全防护工艺，包括如下步骤：(1)实时监控有机废气的入口浓度；(2)均化罐吸附、脱硫；(3)空气、氮气稀释；(4)采用缓冲罐进行缓冲；(5)安装快速切断阀。本发明所述安全防护工艺通过多种安全防护措施，能够有效监测并阻止爆炸浓度范围内的有机废气进入下游的VOCs销毁法工艺装置的高温或高压放电设备中，确保系统的安全运行。

Description

一种用于VOCs治理技术的安全防护工艺
技术领域
本发明涉及安全防护处理技术，具体地说，涉及一种用于VOCs有机废气在进入催化氧化或低温等离子体处理装置的主反应设备之前所使用的安全防护工艺。
背景技术
目前，挥发性有机物(VOCs)的治理技术主要有两类：一类是回收技术，一类是销毁技术。回收技术是通过物理的方法，例如改变温度、压力或采取选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法富集分离有机气相污染物的方法，主要有吸附技术、吸收技术、冷凝技术及膜分离技术。销毁技术主要通过化学或生化反应，用热、光、催化剂和微生物将有机化合物转变为二氧化碳和水等无毒害或低毒害的无机小分子化合物，主要有直接燃烧法、催化燃烧、生物氧化、光催化氧化、等离子破坏等。
回收技术主要针对浓度较高或经济价值高的VOCs气体进行回收，在某些领域能够满足国家环保标准的要求直接排入大气中。而销毁技术主要是针对回收技术无法达到标准要求时而采取的VOCs治理技术。《大气污染物综合排放标准》要求非甲烷总烃排放浓度≤120mg/m3，一些地区地方标准要求非甲烷总烃排放浓度≤80mg/m3，《石油化学工业污染物排放标准》等意见征求稿要求苯排放指标≤1mg/m3，要达到以上标准，仅仅依靠回收技术是难以实现的，需要进一步结合销毁技术才能达标。
然而目前的销毁技术中直接燃烧法操作温度高达800℃，且设备成本高，在炼制企业应用过程中存在安全隐患；大部分催化燃烧技术不适用于高浓度的有机污染物场合，需进行预处理，且因催化剂工作温度基本在400℃左右，高于大部分有机物起燃温度，在使用上也存在爆炸的危险。若对有机污染物进行稀释预处理，则对空气的加热升温需要耗费大量的热能(电加热或者燃料加热)，在大风量/低浓度的VOCs治理中运行成本过高，造成能源浪费。
在空气净化领域中，利用回收或直接燃烧的方法处理低浓度的有机废气(一般在25g/m3以下)是不经济的。目前研究人员一般采用催化氧化法或低温等离子法等破坏法实现。然而该类破坏处理方法在处于低浓度有机废气时因废气浓度可能处于爆炸极限范围内，且存在高温或高压放电等爆炸条件，从而易导致爆炸等危险因素产生，也是限制催化氧化等破坏法处理VOCs工艺使用的重要影响因素。在实际工业项目中也存在较多应用案例因监控措施不到位、工艺设计不合理等原因导致破坏法工艺装置爆炸的事故时有发生。
发明内容
针对以上VOCs破坏法工艺装置存在安全爆炸隐患的问题，本发明提供一种用于VOCs治理技术的安全防护工艺，该防护工艺通过多种安全防护措施，能够有效监测并阻止爆炸浓度范围内的有机废气进入VOCs销毁法工艺装置的高温或高压放电设备中，确保系统的安全运行。
为实现上述目的，本发明提供一种用于VOCs治理技术的安全防护工艺，包括如下步骤：
(1)实时监控有机废气的入口浓度
在有机废气的入口管线上依次安装浓度分析仪和紧急放空管线，浓度分析仪实时监控有机废气的入口浓度，若气体浓度在允许的范围内，则进入硫化罐，若气体浓度超过设定值，位于紧急放空管线上的紧急放空阀会快速打开，有机废气通过紧急放空管线进入放空烟囱排入大气中；
(2)均化罐吸附、脱硫
均化罐内装有吸附剂和脱硫剂，经过浓度分析仪分析后的有机废气进入均化罐吸附、脱硫处理后，浓度得到进一步的降低和稳定；
(3)空气、氮气稀释
在均化罐的出口管路上依次安装空气稀释管路和氮气稀释管路，空气稀释管路由空气引风机和比例调节阀门组成，正常工作情况下，比例调节阀门打开，补充稀释空气，同时与可燃气体分析仪实时监控有机废气的浓度；当浓度超过爆炸极限值时，比例调节阀门的开度比例随之调节增大，有效降低有机废气的浓度；
氮气稀释管路上安装有开关电磁阀，在空气稀释管路失效的情况下，氮气稀释管路的入口开关电磁阀迅速打开，补入氮气，有效降低有机废气的浓度；
(4)采用缓冲罐进行缓冲
设置缓冲罐，缓冲罐的入口与均化罐的出口通过管线连接，减缓有机废气进入下游主反应器的速度；
(5)安装快速切断阀
缓冲罐的出口管线上设置快速切断阀，故障条件下阀门快速切断，确保有机废气不能继续进入下游的主反应器。
优选地，步骤(3)所述空气稀释管路上安装有空气引风机和比例调节阀，当浓度超过爆炸极限值时，比例调节阀门的开度增大。
优选地，步骤(3)所述氮气稀释管路上安装有开关电磁阀，在空气稀释管路失效的情况下，氮气稀释管路的入口开关电磁阀打开，补入氮气。
优选地，在有机废气经过步骤(5)所述快速切断阀之后的管线上安装防爆轰型阻火器，防爆轰型阻火器可有效阻止气体爆炸发生时火焰的传播。
优选地，步骤(3)所述空气稀释管路上的比例调节阀门在正常工作情况下的开度最小为20％。
优选地，步骤(3)所述氮气稀释管路所提供的氮气压力为0.4-0.6MPa。
优选地，步骤(5)所述快速切断阀的关断时间≤2s。
优选地，所述快速切断阀采用电液储能式快速切断阀。
上述安全防护工艺所用的安全防护装置包括浓度分析仪、均化罐、空气稀释管路、氮气稀释管路、缓冲罐、快速切断阀和防爆轰型阻火器，其中浓度分析仪与均化罐的入口连接，均化罐的出口与缓冲罐的入口通过管线连接，且该管线分别与空气稀释管路和氮气稀释管路连接，缓冲罐的出口管线上装有快速切断阀和防爆轰型阻火器。
具体地说，在本发明所述技术方案中，有机废气进入催化氧化工艺或低温等离子体工艺装置的主反应设备之前主要采取了下面几项安全防护措施：
(1)使用浓度分析仪实时监控有机废气的入口浓度
浓度分析仪可以实施监控有机废气的入口浓度，若入口浓度过高并超过设定值时，则快速切断阀快速关断(关断时间≤2s)，同时紧急放空阀快速打开，有机废气则通过紧急放空管线进入放空烟囱排入大气中；
(2)设置均化罐：
均化罐可以稳定有机废气的浓度，均化罐内填充有高效吸附有机废气的活性炭等吸附剂，有机废气首先经过均化罐的均化作用，使进入主反应设备之前的有机废气的浓度平稳，不出现较大浓度波动，从而使有机废气在主反应设备内反应效率稳定，出口净化指标处于稳定达标范围内；
均化罐可以使有机废气的浓度降低到爆炸极限以下，例如，如果有机废气的平均浓度在25g/m3左右，经均化罐处理后，其平均浓度就会达到10g/m3左右，有效降低有机气体的浓度，使其在安全爆炸极限下限值的50％LEL之下，安全性能提高；
均化罐可以均化有机废气的浓度，由于均化罐内吸附脱附是动态平衡的过程，若有机气体浓度偶尔高于正常值时，则有机废气通过均化罐后，有机气体的浓度会有所下降；若有机气体的浓度值偶尔低于正常值时，则有机废气经过均化罐处理后浓度会有所升高；从而起到浓度均化的效果；
此外，均化罐内填充的吸附材料包含有效吸附脱除硫化物的吸附材料，从而有效避免主反应器内催化剂的中毒失活；
(3)安装空气稀释管路：
经均化罐均化处理后的有机废气则经过至少一条稀释管线的稀释作用。其中空气稀释管线由空气引风机和比例调节阀门组成。正常工作情况下，比例调节阀门开度最小20％，补充稀释空气；同时与可燃气体分析仪实时监控有机废气的浓度，当浓度超过25％LEL的爆炸极限值时，稀释阀门比例随之调节增大，使有机气体的浓度值降低，从而有效保证系统安全；
(4)安装氮气稀释管路：
氮气稀释管路由界外供氮气及入口开关电磁阀组成。在空气稀释管路失效的情况下，例如风机出现故障或调节阀门出现故障导致稀释空气无法正常补足的条件下，氮气稀释管路的入口开关电磁阀迅速打开，补入氮气，从而有效降低有机废气的浓度，有效保证系统的安全；
(5)缓冲罐
由于可燃气体分析仪或浓度分析仪测量有机废气浓度值原理的限制，市场上提供的分析仪表分析时间一般在15s左右，而气体流速较快，从而无法做到实时快速的对有机气体的浓度进行预警。设置缓冲罐，有效减缓高于爆炸极限值50％LEL的有机废气进入主反应器的速度，为快速切断阀留出足够的反应时间，从而有效提高系统的安全性；
(6)安装快速切断阀
有机废气进入主反应器之前，需单独设立快速切断阀门，快速切断阀反应时间越小越好，例如，快速切断阀采用电液储能式快速切断阀或故障关模式，在失电情况下快速切断阀亦能快速切断确保高浓度有机废气继续进入主反应器；主反应器进出口设置防爆轰型阻火器，防爆轰型阻火器的性能需符合ISO16852国际标准要求,有效阻止气体爆炸发生时火焰的传播；主反应器本身设计压力高于有机废气最大爆炸能量值，同时主反应器上设有低于有机废气爆炸最小能量值的泄压阀，从而有效降低主反应器因爆炸产生的人身伤害，提高系统的安全性,从而使系统趋于本质安全。
本发明的有益效果：
(1)本发明能够有效监测并阻止爆炸浓度范围内的有机废气进入VOCs销毁法工艺装置的高温或高压放电核心设备，从而该核心设备产生爆炸的可能条件，从而做到工艺装置的安全有效；
(2)本发明针对高温或高压放电设备极端条件下即使存在爆炸的可能性，也能够有效杜绝设备本身的爆炸及爆炸危害范围的扩大化，从而做到本质安全。
附图说明
图1为本发明所述一种用于VOCs治理技术的安全防护工艺的流程示意图。
标号说明：
1-有机废气；2-浓度分析仪；3-紧急排空阀；4-均化罐；
5-紧急放空管线；6-放空烟囱；7-废气主管线；8-防爆轰型阻火器；
9-后续工艺设备；10-空气；11-防爆风机；12-氮气；
13-电磁阀；14-调节阀；15-空气稀释管线；16-氮气稀释管线；
17-可燃气体分析仪；18-缓冲罐；19-快速切断阀；20-防爆轰型阻火器；
21-主反应器(高温反应或高压放电设备)；22-泄压阀。
具体实施方式
下面结合图1对本发明作进一步的详细说明。
取某炼化企业供排水装置的有机废气(具体成分主要为非甲烷总烃、苯系物等)进行试验。
实施例1
如图1所示，有机废气(浓度约25g/m3左右)通过浓度分析仪2的实时分析监控后，经主管路进入均化罐4；若进口浓度过高或偏离设定值较大，则快速切断阀19关闭，紧急排空阀3开启，之后有机废气不进入后续处理装置，直接进入紧急放空管线5排入到放空烟囱6中，这是对有机废气的第一次安全预处理。
反之，有机废气则通过主管路7进入均化罐4，均化罐4内填充吸附剂AGY-1、脱硫剂AGY-2，经过吸附均化后，有机废气内的少量硫化物被脱除，同时均化罐出口的有机废气浓度得到均化平衡，有利于后续主反应设备进行净化处理。
然后，在空气稀释系统的辅助作用下，有机废气的浓度进一步降低，使其浓度降低至有机废气安全爆炸极限下限值25％LEL以下，从而对有机废气的浓度做到第二次安全预处理。
具体地说，空气稀释系统工作过程如下：
系统正常运行后，调节阀14开启最小开度，风机11根据程序设定值以一定的工作频率引入干净空气进入主管路7；调节阀14根据可燃气体分析仪17的实时分析反馈调节开度大小。若气体浓度超过安全爆炸极限下限值的25％LEL，则阀门调节比例增大；若浓度超过安全爆炸极限值下限的50％LEL，则说明空气稀释管路无法进一步起到稀释调节的作用，则紧急切断阀门需快速关闭，同时紧急放空阀门开启。
在空气稀释系统失效的前提下，氮气稀释系统作为备用系统启用。
具体地说，氮气稀释系统工作过程如下：
氮气稀释管路由界外供给0.6Mpa的氮气，氮气稀释管路的入口开关电磁阀13迅速打开，补入氮气，从而有效降低有机废气的浓度。
经稀释后的有机废气进入缓冲罐18，由于可燃气体分析仪17的分析时间一般在15s左右。若有机废气浓度突然大幅度升高，则缓冲罐主要作用用于降低高浓度有机废气进入主反应器21的速度，从而起到第三次安全防护的作用。
在极端情况下，爆炸范围内的有机废气(有一定的氧含量)进入主反应器21内，同时主反应器具备高温超过有机废气的自燃点时或高压放电状态下，主反应器21内具备爆炸条件，有机废气在主反应器内发生爆炸。因主反应器设计压力高于爆炸气体的最大爆炸能量值，同时主反应器进口的阻爆轰型阻火器能够有效杜绝爆炸范围的扩大，从而做到系统的本质安全。

Claims (8)

1.一种用于VOCs治理技术的安全防护工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)实时监控有机废气的入口浓度
在有机废气的入口管线上依次安装浓度分析仪和紧急放空管线，浓度分析仪实时监控有机废气的入口浓度，当气体浓度超过设定值时，位于紧急放空管线上的紧急放空阀打开；
(2)均化罐吸附、脱硫
均化罐内装有吸附剂和脱硫剂，经过浓度分析仪分析后的有机废气进入均化罐进行吸附、脱硫处理；
(3)空气、氮气稀释
在均化罐的出口管线上依次安装空气稀释管路和氮气稀释管路，分别采用空气和氮气对有机废气进行稀释处理；
(4)采用缓冲罐进行缓冲
经步骤(3)稀释后的有机废气进入缓冲罐进行缓冲；
(5)安装快速切断阀
缓冲罐的出口管线上设置快速切断阀，故障条件下阀门快速切断，确保有机废气不能继续进入下游的主反应器。
2.根据权利要求1所述的一种用于VOCs治理技术的安全防护工艺，其特征在于，步骤(3)所述空气稀释管路上安装有空气引风机和比例调节阀，当浓度超过爆炸极限值时，比例调节阀的开度增大。
3.根据权利要求1所述的一种用于VOCs治理技术的安全防护工艺，其特征在于，步骤(3)所述氮气稀释管路上安装有开关电磁阀，在空气稀释管路失效的情况下，氮气稀释管路的入口开关电磁阀打开，补入氮气。
4.根据权利要求1所述的一种用于VOCs治理技术的安全防护工艺，其特征在于，在有机废气经过步骤(5)所述快速切断阀之后的管线上安装防爆轰型阻火器。
5.根据权利要求1所述的一种用于VOCs治理技术的安全防护工艺，其特征在于，步骤(3)所述空气稀释管路上的比例调节阀门在正常工作情况下的开度最小为20％。
6.根据权利要求1所述的一种用于VOCs治理技术的安全防护工艺，其特征在于，步骤(3)所述氮气稀释管路所提供的氮气压力为0.4-0.6MPa。
7.根据权利要求1所述的一种用于VOCs治理技术的安全防护工艺，其特征在于，步骤(5)所述快速切断阀的关断时间≤2s。
8.根据权利要求1所述的一种用于VOCs治理技术的安全防护工艺，其特征在于，步骤(5)所述快速切断阀采用电液储能式快速切断阀。
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