CN112807940A - 一种含轻质烷烃的VOCs废气处理方法 - Google Patents

一种含轻质烷烃的VOCs废气处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含轻质烷烃的VOCs的废气处理方法，包括以下步骤：(a)将柴油降温后自吸收塔的塔顶送入吸收塔，通过引风机将VOCs气体送入所述吸收塔，自吸收塔塔顶送入的柴油与自吸收塔中部送入的VOCs气体接触后吸附VOCs气体，与吸收塔塔底的出口连通的富油泵将吸附后的柴油送出吸收塔；(b)经过吸收塔吸收处理的VOCs气体自吸收塔送入吸附系统进行再次吸附处理，随后通过排气系统排出。本发明利用吸收塔、换热系统以及吸附系统，吸附原油汽油石脑油等VOCs中有机废气中含有乙烷丙烷等介质，确保装置出口60mg达标排放。

Description

一种含轻质烷烃的VOCs废气处理方法
技术领域
本发明涉及一种气体处理方法，特别涉及一种含轻质烷烃的VOCs废气处理方法。
背景技术
原油是石油炼化行业中的原料，汽油主要用于市面汽车用油，也是炼油厂的最重要的产品，石脑油为石油炼化行业中的主要产品之一，主要是大宗化工品如乙烯丙烯等的原料，其在运输、储存、生产和使用过程中挥发度极高，且挥发出来的油气主要是丁烷、戊烷及己烷，还有少量的甲烷、乙烷、丙烷。据检测，汽油从槽罐车挥发出来的油气中，有机溶剂体积分数高达30％左右。石脑油和汽油物化性质类似，特别是轻石脑油，其馏程为70℃～145℃，有些炼厂的轻石脑油比汽油挥发性还要强。原油和原油产地有关，如中东的南帕斯原油，其轻组分含量高，挥发度和汽油相差无几。
实用的VOCs末端治理技术众多，主要包括吸收、冷凝、吸附、燃烧、生物处理及其组合技术。各类技术都有其一定的使用范围，其对废气组成及浓度、温度、湿度、风量等因素有不同要求，因此企业在选用治理技术时，应从技术可行性和经济性多方面进行考虑。对于各大炼油厂来说，原油、汽油、石脑油为常见介质，挥发的VOCs浓度高达1000mg/m3，且含有乙烷和丙烷，一般首先采用冷凝或者吸收预处理，冷凝技术对乙烷和丙烷冷凝效果一般，特别是对乙烷基本没有效果，结合炼油厂内介质物料性质，采用催化柴油或者其他中间柴油油品作为吸收剂，并对柴油适度降温使用，采用吸收技术作为预处理最为合理，由于柴油为长链碳氢化合物，根据相似相容原理，对原油汽油石脑油等挥发的VOCs中乙烷和丙烷也有吸收效果，吸收过后的柴油富油返回炼油塔炼制回用，回收的乙烷丙烷丁烷从炼油塔顶部馏出，为炼厂气或者液化石油气。经过预处理后的尾气可以采用吸附技术达标，也可以采用焚烧系统，一般不采用生物处理，因为尾气成分不溶于水，且不易生物降解。焚烧系统由于工艺本身有一定的安全风险，且需要按明火设备布置，炼油企业出于安全考虑一般不会采用该技术。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种含轻质烷烃的VOCs废气处理方法，解决了现有技术中轻质烷烃吸附效果差的问题，提高了轻质烷烃(C2-C5)的吸附效率，使得含轻质烷烃的VOCs 60mg达标排放，且解决了轻质烷烃吸附过程中温升问题。
技术方案：本发明所述的一种含轻质烷烃的VOCs的废气处理方法，包括以下步骤：
(a)将柴油降温后自吸收塔的塔顶送入吸收塔，通过引风机将VOCs气体送入所述吸收塔，自吸收塔塔顶送入的柴油与自吸收塔中部送入的VOCs气体接触后吸附VOCs气体，与吸收塔塔底的出口连通的富油泵将吸附后的柴油送出吸收塔；
(b)经过吸收塔吸收处理的VOCs气体自吸收塔送入吸附系统进行再次吸附处理，随后通过排气系统排出。
步骤(a)中，送入所述吸收塔内的柴油经过换热系统降温。
步骤(a)中，所述吸收塔内的柴油温度控制在5～25℃。
步骤(a)中，所述吸收塔通过液位调节系统维持塔内柴油液位稳定。
步骤(b)中，经过所述吸收塔吸附的VOCs气体经过气液分离装置在送入吸附系统。
所述吸附系统为双塔变压吸附真空解析系统，所述吸附系统解析出的气体通过真空泵送入所述吸收塔。
所述换热系统包括用于送入所述吸收塔内的吸收剂换热的第一换热器、与所述第一换热器连通的用于吸收剂换热的第二换热器以及用于所述第二换热器内吸收剂降温的制冷机组。
所述制冷机组设置有用于将制冷剂送入所述真空泵的第一旁路。
所述吸附系统包括第一吸附塔以及与所述第一吸附塔连通的第二吸附塔。
所述第一吸附塔以及第二吸附塔内填充有烷烃吸附剂。
优选地，所述第一换热器为油油换热器，所述第二换热器为油水换热器，所述制冷机组选用的制冷剂为乙二醇水溶液，所述吸收塔内的吸收剂为柴油。
优选地，所述的烷烃吸附剂为竹质活性炭，在吸附剂底部装填的高度为200mm的瓷球，瓷球的直径优选为6mm。
有益效果：(1)本发明通过耦合吸附装置(包括吸收塔以及与吸收塔相连接的吸附系统)以及吸收剂柴油，吸附原油汽油石脑油等VOCs中有机废气中含有乙烷丙烷等介质，确保装置出口60mg达标排放；(2)本发明的吸附系统中解析出的尾气再次送入吸收塔进行吸附；(3)本发明通过换热系统降温送入吸收塔内的吸收剂柴油，保证吸收塔内的轻质烷烃蒸气分压处于较低值，更有利于吸收塔内吸收剂柴油对VOCs中轻质烷烃的吸收；(4)本发明通过第一旁路对送入吸收塔内的解析后的尾气进行降温，保证吸收塔内的吸收剂维持低温吸附；(5)本发明在吸收塔的出口设置气液分离装置，防止异常工况，导致吸收剂直接进入吸附系统，影响吸附剂使用寿命；(6)本发明通过液路系统，实现柴油吸收剂的稳定平进平出。
附图说明
图1为本发明的处理方法中采用的装置结构示意图。
具体实施方式
实施例1：本发明提供了一种含轻质烷烃的VOCs的废气处理方法，包括以下步骤：
步骤1：将柴油降温后自吸收塔1的塔顶送入吸收塔1，通过引风机2将VOCs气体送入吸收塔1，自吸收塔1塔顶送入的柴油与自吸收塔1中部送入的VOCs气体接触后吸附VOCs气体，吸收塔1内的柴油温度控制在5～25℃，与吸收塔1塔底的出口连通的富油泵3将吸附后的柴油送出吸收塔1；
步骤2：经过吸收塔1吸收处理的VOCs气体自吸收塔1送入吸附系统4进行再次吸附处理，随后通过排气系统5排出。
作为本实施例的一种优选方式：步骤1中，送入吸收塔1内的柴油经过换热系统6降温，换热系统6包括用于送入吸收塔1内的吸收剂换热的第一换热器61、与第一换热器61连通的用于吸收剂换热的第二换热器62以及用于第二换热器62内吸收剂降温的制冷机组63，且吸收塔1通过液位调节系统7维持塔内柴油液位稳定。
作为本实施例的一种优选方式：步骤2中，经过吸收塔1吸附的VOCs气体经过气液分离装置8在送入吸附系统4，吸附系统4为双塔变压吸附真空解析系统，吸附系统4包括第一吸附塔41以及与第一吸附塔41连通的第二吸附塔42，第一吸附塔41以及第二吸附塔42内填充有烷烃吸附剂，本实施例中，烷烃吸附剂选用竹质活性炭，吸附剂底部装填高度为200mm的瓷球，瓷球直径为6mm，吸附系统4解析出的气体通过真空泵9送入吸收塔1。
作为本实施例的一种优选方式：制冷机组63设置有用于将制冷剂送入真空泵9的第一旁路64。
本发明处理方法采用了如图1所述的耦合吸附装置，该吸附装置1包括吸收塔1、用于将VOCs气体送入吸收塔1的引风机2、用于将吸收剂送出吸收塔1的富油泵3、在吸收塔1的吸收剂进口设置的用于吸收剂降温的换热系统6、与吸收塔1的气体出口连通的吸附系统4以及与吸附系统的气体出口连通的排气系统5。
本实施例中，吸收塔1为两层规整填料塔，填料优选不锈钢板波纹填料，液体分布器优选二级槽式分布器。
引风机2在本实施例中选用防爆变频离心风机，与VOCs源头总管线的压力传感器联锁，离心风机的启停压力为500pa和0pa，目标压力为100pa，引风机2将含有轻质烷烃的VOCs送入吸收塔1内，具体地，含有轻质烷烃的VOCs通过设置在吸收塔1塔身中部的气体进口送入吸收塔1内，吸收塔1内含有温度为5～25℃的柴油作为吸收剂，吸附含有轻质烷烃的VOCs，特别是吸附VOCs中的轻质烷烃。
吸收塔1的塔底设置有吸收剂柴油的出口，具体地，富油泵3为定频油泵，富油泵3的进口与设置在吸收塔1塔底的吸收剂出口连接，通过富油泵3将吸附剂柴油送出吸收塔1，吸收塔1的塔底通过液位调节系统7控制富油泵3出口调节阀稳定液位，形成柴油的平进平出的液路系统，在本实施例中，液位调节系统7为液位计，液位计连锁控制富油泵3出口的调节阀31，维持吸收塔1内的柴油液位保持不变。
本实施例中位于吸收塔1内的柴油需要进行提前降温，随后将降温后的吸收剂送入吸收塔1内，VOCs中轻质烷烃如乙烷丙烷丁烷等被低温吸收剂柴油在吸收塔1内实现气液充分接触，通过相似相容原理将VOCs中的乙烷丙烷丁烷等轻质烷烃带走，故在吸收塔1的吸收剂进口设置有用于吸收剂降温的换热系统6，换热系统6包括用于送入吸收塔1内的吸收剂换热的第一换热器61、与第一换热器61连通的用于吸收剂换热的第二换热器62以及与第二换热器62内吸收剂降温的制冷机组3。
在本实施例中，制冷机组3采用乙二醇水溶液载冷控温系统，载冷剂温度稳定控制在0～10℃，防止在第二换热器62(油水换热器)中局部过冷引起柴油粘度骤增影响传热和传质，且乙二醇水溶液载冷剂可以为吸附系统4出口处设置的真空泵9的冷凝提供冷量。
为了进一步地提高系统能量的应用，本实施例中，将从富油泵3的出口与第一换热器61的进口连通，使得从富油泵3出口送出的经过吸收的柴油(温度为30-35℃)首先经过第一换热器61与从第一换热器61进口送入的柴油(温度为40-55℃)换热后经过第一换热器61的出口送出，在本实施例中，第一换热器61为油油换热器。
吸收塔1的气体出口设置有气液分离装置8，在本实施例中气液分离装置8为气液分离器，防止异常工况，导致柴油直接进入吸附系统4，影响吸收系统5内的吸附剂使用寿命。
气液分离装置8的出口与吸附系统4的气体进口连通，将VOCs气体送入吸附系统4，本实施例中，吸附系统4为双塔变压吸附真空解析系统，包括串联设置的第一吸附塔41和第二吸附塔42，第一吸附塔41的气体出口与第二吸附塔42的气体进口连通。
作为本发明的一种优选方式，所述含轻质烷烃的VOCs处理方法包括以下步骤：
步骤1：自富油泵3出口送出的柴油在第一换热器61内与吸收塔1塔底送出的吸收剂柴油进行换热，吸收剂柴油实现初步降温，随后吸收剂柴油进入第二换热器62内与制冷机组3进行换热，实现再次降温，使得吸收剂柴油温度降至5～25℃后，自吸收塔1塔顶引入吸收塔1，柴油自上而下送入吸收塔1，引风机2将含有轻质烷烃的VOCs与自吸收塔1中部送入，VOCs气体在吸收塔1内与柴油充分接触。
步骤2：经过吸附塔1吸附的VOCs气体经过气液分离装置8后，VOCs气体依次通过第一吸附塔41和第二吸附塔42后，随后送入与第二吸附塔42气体出口连通的排气系统5，完成原油汽油石脑油等含轻质烷烃VOCs的60mg达标排放。
步骤3：第一吸附塔41和第二吸附塔42解析出的高浓度烷烃VOCs气体再次通过真空泵9进入吸收塔1内，被吸收塔1内的吸收剂柴油带走，为了维持送入吸收塔1内的VOCs气体流量维持稳定，真空泵9解析的高浓度VOCs气体与引风机2出口并联。
步骤4：与制冷机组3连通的第一旁路44，将制冷机组3内的制冷剂送入真空泵9用于真空泵9内气体降温，第一旁路44包括将制冷机组3内乙二醇水溶液送出的管路以及将真空泵9内的制冷剂送回制冷机组3的管路，即真空泵9冷凝采用制冷机组3的乙二醇水溶液载冷剂。
作为本实施例中的一种优选方式，通过以下方法处理含轻质烷烃的VOCs：(1)将业主提供的柴油(炼油企业公共工程条件中间柴油)通过换热系统6中的换热器和制冷机组3，减低柴油温度至5～25℃后，引入吸收塔1，吸收塔1的塔底通过液位调节系统7的液位计连锁控制富油泵3出口的调节阀稳定液位，形成柴油的平进平出的液路系统，保持吸收塔1内的柴油液位稳定：(2)将高浓度原油汽油石脑油等含轻质烷烃VOCs通过变频的引风机2引入吸收塔1，VOCs中轻质烷烃如乙烷丙烷丁烷等被低温吸收剂柴油在吸收塔1内实现气液充分接触，通过相似相容原理将VOCs中的乙烷丙烷丁烷等轻质烷烃带走；(3)吸收过后的低痕量浓度乙烷丙烷丁烷VOCs气体进入吸附系统4，吸附系统4采用双塔变压吸附-真空解析系统，完成原油汽油石脑油等含轻质烷烃VOCs的60mg达标排放；(4)自吸附系统4内解析出的高浓度烷烃VOCs气体经过真空泵8再次进入吸收塔1，被吸收塔1内的吸收剂柴油带走；(5)吸收塔1内经过吸附后的柴油经过第一换热器61进一步与送入的柴油换热后送出。
应用例1：将该设备用于处理南帕斯原油装船VOCs气量3500Nm3/h。
首先从业主出引入含有柴油的吸收塔1，通过控制富油泵3出口的调节阀大小维持吸收塔的液位，实现柴油吸收剂的稳定平进平出，控制吸收塔1内的吸附剂温度为15℃，并通过液位计将吸收塔1内的柴油液位高度控制在吸收塔1最大液位的60％，其中富油泵3为定频油泵，然后开启制冷机组3及第一旁路44，至此含有低温柴油的吸收塔1开启，然后启动吸附系统4，然后通过引风机2引入VOCs气体，系统稳定运行，在排气筒处取样气冷却检测，结果非甲烷总烃浓度为34mg/m3，达标排放。
应用例2：将该设备用于处理汽油装车及灌顶VOCs气量2500Nm3/h。
采用应用例1的参数，首先从业主出引入吸收塔1，通过控制富油泵5出口的调节阀大小维持吸收塔1的液位，实现柴油吸收剂的稳定平进平出，其中富油泵为定频油泵，然后开启制冷系统及乙二醇水溶液循环系统，至此低温柴油吸收系统开启，然后启动吸附系统，然后通过变频引风机引入VOCs气体，系统稳定运行，在排气筒处取样气冷却检测，结果为非甲烷总烃浓度为46mg/m3，达标排放。
应用例3：将该设备用于处理石脑油装车VOCs气量1600Nm3/h。
采用应用例1的参数，首先从业主出引入吸收塔1，通过控制富油泵5出口的调节阀大小维持吸收塔的液位，实现柴油吸收剂的稳定平进平出，其中富油泵为定频油泵，然后开启制冷系统及乙二醇水溶液循环系统，至此低温柴油吸收系统开启，然后启动吸附系统，然后通过变频引风机引入VOCs气体，系统稳定运行，在排气筒处取样气冷却检测，结果为非甲烷总烃浓度为46mg/m3，达标排放。
本发明耦合了吸收技术(吸收塔)、冷凝技术(制冷机组)和吸附技术(吸附系统)的技术优点，原油汽油石脑油等VOCs中有机废气中含有乙烷丙烷等介质，充分考虑炼油企业公共工程条件中间柴油，根据相似相容原理采用低温柴油将乙烷丙烷等介质吸收带走，利用吸附技术提浓吸收后的尾气，提浓后的尾气再次进入低温柴油系统，第一次未被带走的乙烷丙烷提浓后被低温柴油吸收带走，确保装置出口60mg达标排放。

Claims (10)

1.一种含轻质烷烃的VOCs的废气处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)将柴油降温后自吸收塔(1)的塔顶送入吸收塔(1)，通过引风机(2)将VOCs气体送入所述吸收塔(1)，自吸收塔(1)塔顶送入的柴油与自吸收塔(1)中部送入的VOCs气体接触后吸附VOCs气体，与吸收塔(1)塔底的出口连通的富油泵(3)将吸附后的柴油送出吸收塔(1)；
(b)经过吸收塔(1)吸收处理的VOCs气体自吸收塔(1)送入吸附系统(4)进行再次吸附处理，随后通过排气系统(5)排出。
2.根据权利要求1所述的含轻质烷烃的VOCs废气处理方法，其特征在于，步骤(a)中，送入所述吸收塔(1)内的柴油经过换热系统(6)降温。
3.根据权利要求1所述的含轻质烷烃的VOCs废气处理方法，其特征在于，步骤(a)中，所述吸收塔(1)内的柴油温度控制在5～25℃。
4.根据权利要求1所述的含轻质烷烃的VOCs废气处理方法，其特征在于，步骤(a)中，所述吸收塔(1)通过液位调节系统(7)维持塔内柴油液位稳定。
5.根据权利要求1所述的含轻质烷烃的VOCs废气处理方法，其特征在于，步骤(b)中，经过所述吸收塔(1)吸附的VOCs气体经过气液分离装置(8)在送入吸附系统(4)。
6.根据权利要求5所述的含轻质烷烃的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述吸附系统(4)为双塔变压吸附真空解析系统，所述吸附系统(4)解析出的气体通过真空泵(9)送入所述吸收塔(1)。
7.根据权利要求2所述的含轻质烷烃的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述换热系统(6)包括用于送入所述吸收塔(1)内的吸收剂换热的第一换热器(61)、与所述第一换热器(61)连通的用于吸收剂换热的第二换热器(62)以及用于所述第二换热器(62)内吸收剂降温的制冷机组(63)。
8.根据权利要求7所述的含轻质烷烃的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述制冷机组(63)设置有用于将制冷剂送入所述真空泵(9)的第一旁路(64)。
9.根据权利要求6所述的含轻质烷烃的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述吸附系统(4)包括第一吸附塔(41)以及与所述第一吸附塔(41)连通的第二吸附塔(42)。
10.根据权利要求9所述的含轻质烷烃的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述第一吸附塔(41)以及第二吸附塔(42)内填充有烷烃吸附剂。
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