CN113996616A - 基于VOCs分离回收技术的涉危化品罐车绿色清洗装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于VOCs分离回收技术的涉危化品罐车绿色清洗装置及方法，包括氮气吹扫、冷凝回收、分子筛吸附、尾气排放、分子筛脱附，通过两个VOCs在线检测仪中数值来调整阀门的启闭，决定尾气进入循环系统进行循环还是进入催化氧化装置进行氧化处理排放，若罐车出口中VOCs浓度降低到0.2v%以下或者分子筛装置出口管路中VOCs浓度超过0.2v%以上，则尾气进入催化氧化装置，否则进入吹扫系统，进行循环吹扫。本发明可实现罐车的无水化清洗，减少有害固废液废的排放，同时回收油气车辆内难以处理的残余油品介质，既节能又环保，运行安全稳定。

Description

基于VOCs分离回收技术的涉危化品罐车绿色清洗装置及方法

技术领域

本发明涉及一种涉危化品罐车清洗装置及方法，具体涉及一种基于VOCs分离回收技术的涉危化品罐车绿色清洗装置及方法。

背景技术

在国家对安全和环保日益重视的情势下，对危化品罐车进行清洗一直是困扰行业多年的根本性难题。大多数油气罐车的使用单位仍然采取热水反复浸泡后空气置换的传统方式进行清洗，过程中不仅会产生大量的含油废水，还会产生VOCs ,对周边环境造成严重污染。

当前，油气储运装备的清洗方法主要有人工清洗、化学清洗和机械清洗等。针对固定式的油气储运设备，现已研制出专用的清洗系统和机器人。陕西石油化工学校李杜娟介绍了一种撬装式真空油罐清洗系统，该系统包括真空抽吸清洗系统、多功能油水固分离系统、清洗系统及保护系统4个模块，能实现油罐的高效清洗。然而对于移动式的油气储运设备如LPG罐车等，则没有高匹配度的专业清洗设备，目前主要采用排空置换后热水反复浸泡的方式进行清洗。LPG 罐车采用热水浸泡的清洗时不仅会产生大量的废水，还会附带逸散出大量可挥发性有机废气（VOCs),极易对周边环境造成严重污染和安全隐患。同时，罐车内残余物料无法进行回收，造成一定程度的资源浪费。

目前，常见的VOCs治理回收方法要有两类，一类是破坏性方法，主要有焚烧法、催化法、生物法等。焚烧法可将有机废气高效转化为二氧化碳和水，但该法涉及明火使用，应用场景受限，且不能回收有机物，也没有经济效益。催化法是借助催化剂，在200-300℃温度区间内，将VOCs转化为CO₂和H₂O.从安全性角度考虑，该方法目前只适用于小风量低浓度的场合，一般作为组合工艺中的末端单元。另一类为非破坏性方法，主要有冷凝法、吸附法、膜分离法等，或者是上述方法的组合。冷凝法是利用制冷技术将尾气的热量置换出来，实现不同组分从气相到液相的直接转换。该法工艺原理简单，安全性高，但能耗较高，而且当油气中混有水气时，易造成换热器结冰堵塞。膜分离法是一种新的高效分离方法，它具有高效、节能和不产生二次污染并能回收有机溶剂等优点，但是膜分离法设备投资大，价格昂贵，膜的寿命短，分离装置要求稳压稳流，操作要求高。吸附技术作为化工生产尾气有效处理方法的关键在于开发出具有吸附选择性高、吸附容量大、可再生等特点的新型高效吸附剂。目前活性炭是应用最广泛的吸附剂。它疏松多孔，比表面积大，孔隙体积大，但是活性炭存在可燃、吸附性能受水气影响较大等缺点，并且需要定期更换。分子筛是一种人工合成的沸石,是一类具有骨架结构的微孔水合硅铝酸盐晶体,沸石分子筛的孔尺寸通常小于1.0nm,由于其特有的规则孔道结构、选择性和高水热稳定性,被广泛应用在催化、分离等化学和石油化工领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于VOCs分离回收技术的涉危化品罐车绿色清洗装置，可实现罐车的无水化清洗，减少有害固废液废的排放，同时回收油气车辆内难以处理的残余油品介质，既节能又环保。

为解决上述技术问题，本发明基于VOCs分离回收技术的涉危化品罐车绿色清洗装置，包括吹扫程序控制、联锁控制和液氮罐，氮气输送管路通过第一风机、第一电加热器连接至罐车，罐车出口连接真空泵、第一VOCs在线检测仪至缓冲罐；氮气的加热温度为50-80℃，真空泵的压力为5000-10000Pa；缓冲罐通过压缩机连接至冷凝器，通过冷凝器温度被降至0-5℃，冷凝器出口分别连接至集液罐和分子筛分离装置,分子筛分离装置的出口连接第二VOCs在线检测仪和第二风机至换热器，换热器连接第二电加热器至催化氧化装置的入口，催化氧化装置的出口分别与分子筛分离装置和换热器的入口连接，在第一风机和第一电加热器间、第二VOCs在线检测仪和第二风机间由管道连接。

本发明还提供一种基于VOCs分离回收技术的涉危化品罐车绿色清洗方法，依次按以下步骤进行：

第一步骤是氮气吹扫步骤；液氮罐中的氮气通过第一风机进入第一电加热器进行加热，加热到50-80℃后进入罐车内进行充分吹扫，将罐车内的VOCs充分挥发混合，罐车内的气体通过真空泵进行抽取，进入缓冲罐,在罐车中进行VOCs在线监测，VOCs成分检测小于0.2%，方可停止吹扫；

第二步骤是冷凝回收；将第一步骤中缓冲罐内的气体通过压缩机进行压缩后，进入冷凝器，在冷凝器中温度被降至0-10℃，冷凝后重组分液化后通过集液罐进行回收，轻组分通过第二风机进入分子筛分离装置；

第三步骤是分子筛吸附；未能回收的VOCs进入分子筛分离装置，对残余的VOCs进行有效吸附，降低尾气中的挥发性有机物的含量，分离后残余VOCs浓度降低至0.2v%以下，其尾气去往第二风机前段的氮气吹扫系统，在系统中循环利用，降低氮气使用量；

第四步骤是尾气排放；罐车内的VOCs成分降低到目标要求后，关闭循环系统的阀门，打开分子筛分离装置通往催化氧化装置的阀门，将系统内的气体排入催化氧化装置处理，对管路的气体进行在线检测，VOCs浓度≤80mg/m³后进行排放；

第五步骤是分子筛脱附；当分子筛吸附有机物达到饱和状态后，通过催化氧化装置吹入高温气体使得有机物从分子筛中解脱，分子筛恢复活性，从分子筛中解脱的气体，经过催化氧化装置进行处理，达到分子筛循环利用。

本发明第一步骤是无水化吹扫子系统设计，包含吹扫喷头、VOCs浓度在线监测、惰性气体加热器、吹扫程序控制和联锁控制等。子系统可在短时间内显著降低 LPG罐中VOCs介质的浓度，确保人员能够进入罐内安全作业；

第二步骤是废油气回收再利用子系统设计,包含罐内残余介质蒸发后随氮气进入缓冲罐，再经压缩机压缩后进入气液分离罐。罐顶的气体进入冷凝单元，使得油气中的有机组分大部分被液化收集；

第三步骤是VOCs净化系统设计，包含分子筛吸附装置和催化氧化装置，未完全冷凝的VOCs进入分子筛吸附装置，进行吸附，少量未被吸附的VOCs进入催化氧化装置，彻底净化，达到环保排放标准要求;

第四步骤是氮气循环利用系统，被分子筛吸附装置净化后的氮气，重新通过吹扫系统进入LPG罐车内进行循环利用；

第五步骤是分子筛脱附系统，分子筛吸附饱和后，通过尾部催化氧化装置加热的空气，进入分子筛吸附装置，进行高温脱附，脱附后的VOCs气体进入催化氧化装置，进行催化氧化，达到分子筛循环利用。

本发明解决了目前行业内涉危化品使用单位的移动罐车清洗难，清洗时废液废气排放不达标，缺乏有效工艺装备的共性难题。

本发明解决的关键技术问题是：（1)涉危化品罐车的传统清洗方式，容易产生大量的含油废水和VOCs,这些有害物质的直接排放会对环境造成严重污染；（2)清洗过程产生的VOCs不回收利用直接排放，不仅污染了环境，还造成了资源的极大浪费。

本发明开发的吹扫系统可以实现无水化清洗，清洗过程不产生含油污水和VOCs废气，且清洗速度快，清洗过程安全可靠。

本发明针对LPG罐车开发一种安全、绿色、可循环、低成本的绿色清洗工艺。通过将加热的氮气吹入油气储罐，使罐内残余介质蒸发后随氮气进入缓冲罐。罐顶的气体进入压缩冷凝单元，油气中的有机组分大部分被液化收集；少量轻组分则通过分子筛吸附装置分离，分离后残余的低浓度VOCs则通过催化氧化装置去除，实现尾气的达标排放。

本发明中，清洗罐车所产生的废气量较小（≤100Nm3/h)且非连续，而且含油废气中存在C4以下的组分，从设备安全性、稳定性、运行能耗、废气排放的达标性等多个维度考虑，本发明的绿色清洗处理系统中采用“氮气吹扫＋压缩浅冷＋分子筛吸附＋催化氧化”工艺。

本发明开发的 VOCs回收装置基于压缩冷凝－分子筛吸附工艺，运行安全稳定，确保尾气排放浓度满足地方和国家环保标准；同时，还能回收从危化品储运装置中吹扫出来的介质，实现了资源再利用。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，基于VOCs分离回收技术的涉危化品罐车绿色清洗装置，包括吹扫程序控制、联锁控制和液氮罐1，氮气输送管路通过第一风机2、第一电加热器3连接至罐车4，罐车4出口连接真空泵5、第一VOCs在线检测仪6至缓冲罐7；氮气的加热温度为50-80℃，真空泵5的压力为5000-10000Pa；缓冲罐7通过压缩机8连接至冷凝器9，通过冷凝器9温度被降至0-5℃，冷凝器9出口分别连接至集液罐10和分子筛分离装置11,分子筛分离装置11的出口连接第二VOCs在线检测仪12和第二风机13至换热器14，换热器14连接第二电加热器15至催化氧化装置16的入口，催化氧化装置16的出口分别与分子筛分离装置11和换热器14的入口连接，在第一风机2和第一电加热器3间、第二VOCs在线检测仪12和第二风机13间由管道连接。冷凝后的重组分液化后进入集液罐10，未被液化的轻组分进入分子筛分离装置11；分子筛材料为沸石分子筛，通过出口管路上的第二VOCs在线检测仪12和罐车出口管路中的第一VOCs在线检测仪5中数值来调整阀门的启闭，决定尾气进入循环系统进行循环还是进入催化氧化装置16进行氧化处理排放，若罐车出口中VOCs浓度降低到0.2v%以下或者分子筛装置出口管路中VOCs浓度超过0.2v%以上，则尾气进入催化氧化装置16，否则进入吹扫系统，进行循环吹扫；分子筛吸附饱和后，分子筛分离装置11后的尾气通过催化氧化装置16进行加热氧化处理，处理后气体通过阀门重新进入分子筛分离装置11，进行脱附循环，分子筛脱附温度220-300℃，通过管路中第二VOCs在线检测仪12，检测VOCs浓度≤80mg/m³后进行排放。

基于VOCs分离回收技术的涉危化品罐车绿色清洗方法，依次按以下步骤进行：

第一步骤是氮气吹扫步骤；液氮罐1中的氮气通过第一风机2进入第一电加热器3进行加热，加热到50-80℃后进入罐车4内进行充分吹扫，将LPG罐车4内的VOCs充分挥发混合，罐车4内的气体通过真空泵6进行抽取，进入缓冲罐7,在罐车4中进行VOCs在线监测，VOCs成分检测小于0.2%，方可停止吹扫；

第二步骤是冷凝回收；将第一步骤中缓冲罐7内的气体通过压缩机8进行压缩后，进入冷凝器9，在冷凝器9中温度被降至0-10℃，冷凝后重组分液化后通过集液罐11进行回收，轻组分通过第二风机13进入分子筛分离装置11；

第三步骤是分子筛吸附；未能回收的VOCs进入分子筛分离装置11，对残余的VOCs进行有效吸附，降低尾气中的挥发性有机物的含量，分离后残余VOCs浓度降低至0.2v%以下，其尾气去往第二风机13前段的氮气吹扫系统，在系统中循环利用，降低氮气使用量；

第四步骤是尾气排放；罐车4内的VOCs成分降低到目标要求后，关闭循环系统的阀门，打开分子筛分离装置11通往催化氧化装置16的阀门，将系统内的气体排入催化氧化装置16处理，对管路的气体进行在线检测，VOCs浓度≤80mg/m³后进行排放；

第五步骤是分子筛脱附；当分子筛吸附有机物达到饱和状态后，通过催化氧化装置16吹入高温气体使得有机物从分子筛中解脱，分子筛恢复活性，从分子筛中解脱的气体，经过催化氧化装置16进行处理，达到分子筛循环利用。

催化氧化使用的催化剂为铂、铑等贵金属，在工作温度250-400 ℃时，可实现低温氧化废气中的 VOCs，实现环保达标排放，可直接购买使用。

Claims (2)

1.一种基于VOCs分离回收技术的涉危化品罐车绿色清洗装置，其特征是：包括吹扫程序控制、联锁控制和液氮罐（1），氮气输送管路通过第一风机（2）、第一电加热器（3）连接至罐车（4），罐车（4）出口连接真空泵（5）、第一VOCs在线检测仪（6）至缓冲罐（7）；缓冲罐（7）通过压缩机（8）连接至冷凝器（9），冷凝器（9）出口分别连接至集液罐（10）和分子筛分离装置（11）,分子筛分离装置（11）的出口连接第二VOCs在线检测仪（12）和第二风机（13）至换热器（14），换热器（14）连接第二电加热器（15）至催化氧化装置（16）的入口，催化氧化装置（16）的出口分别与分子筛分离装置（11）和换热器（14）的入口连接，在第一风机（2）和第一电加热器（3）间、第二VOCs在线检测仪（12）和第二风机（13）间由管道连接。

2.一种基于VOCs分离回收技术的涉危化品罐车绿色清洗方法，依次按以下步骤进行：

第一步骤是氮气吹扫步骤；液氮罐（1）中的氮气通过第一风机（2）进入第一电加热器（3）进行加热，加热到50-80℃后进入LPG罐车（4）内进行充分吹扫，将罐车4内的VOCs充分挥发混合，罐车（4）内的气体通过真空泵6进行抽取，进入缓冲罐（7）,在罐车（4）中进行VOCs在线监测，VOCs成分检测小于0.2%，方可停止吹扫；

第二步骤是冷凝回收；将第一步骤中缓冲罐（7）内的气体通过压缩机（8）进行压缩后，进入冷凝器（9），在冷凝器（9）中温度被降至0-10℃，冷凝后重组分液化后通过集液罐（11）进行回收，轻组分通过第二风机（13）进入分子筛分离装置（11）；

第三步骤是分子筛吸附；未能回收的VOCs进入分子筛分离装置（11），对残余的VOCs进行有效吸附，降低尾气中的挥发性有机物的含量，分离后残余VOCs浓度降低至0.2v%以下，其尾气去往第二风机（13）前段的氮气吹扫系统，在系统中循环利用，降低氮气使用量；

第四步骤是尾气排放；罐车（4）内的VOCs成分降低到目标要求后，关闭循环系统的阀门，打开分子筛分离装置（11）通往催化氧化装置（16）的阀门，将系统内的气体排入催化氧化装置（16）处理，对管路的气体进行在线检测，VOCs浓度≤80mg/m³后进行排放；

第五步骤是分子筛脱附；当分子筛吸附有机物达到饱和状态后，通过催化氧化装置（16）吹入高温气体使得有机物从分子筛中解脱，分子筛恢复活性，从分子筛中解脱的气体，经过催化氧化装置（16）进行处理，达到分子筛循环利用。

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