某甲醇罐区VOCs治理工程案例

目前，国内外VOCs治理方法有两大类:破坏性法和非破坏性法。破坏性法如燃烧法、光解催化氧化法等，是通过将VOCs转化成CO2和H2O达到去除VOCs的目的;非破坏法主要包括吸收技术、冷凝技术、活性炭吸附技术等，是通过采用改变温度、压力等物理方法达到去除VOCs的目的。

具体而言，国内在进行VOCs治理时，需根据有机废气的性质、成分、浓度等因素来选择不同的VOCs治理方式，现阶段VOCs治理方法主要分为物理治理、化学治理及生物治理。一般来说，化学燃烧法可彻底解决任何VOCs的排放;物理治理与VOCs的组分性质有较大关系，需有配套措施。由于VOCs污染排放的复杂性，多数情况下采用单一的治理技术既达不到治理要求，又不经济，因此需采取多技术组合的治理手段。据化工装置各VOCs治理点的组分浓度及其水溶性，可采取的治理方案如图1。

公司甲醇罐区废气属于量小、高浓度的废气，通过对多种VOCs治理技术的比较，结合罐区废气的特点，确定采用“冷凝回收+活性炭吸附+蒸汽脱附再生”组合工艺治理甲醇罐区废气。

废气处理装置工艺流程为，各储罐排出的废气经收集系统收集后，由风机送入废气处理装置，废气经冷凝系统(三级冷凝)后大部分液相被冷凝下来，冷凝液由冷凝液泵送入甲醇罐区重组分槽予以回收;冷凝系统气相经管道送入吸附再生系统，由活性炭吸附剩余有机物之后经放空管达标排放。废气处理装置各系统的工艺方案设计如下。

4.1废气处理装置负荷的确定

     4.1.1甲醇罐区最大废气量的核算

甲醇罐区废气主要源自各储罐运行过程中维持压力平衡呼出的气体。据石化储运系统罐区设计的有关规定，储罐的呼出量包含:液体进罐时罐内呼出的气体量和因环境温升罐内气体膨胀呼出的气体量，即甲醇罐区最大废气量主要指这两种情况下的呼出气量。

目前甲醇罐区内1#、3#甲醇储罐甲醇最大进液量均为32t/h，折合25.34m3/h;由于甲醇的闪点低于45℃，2台甲醇储罐液体进罐时的气体呼出量分别为最大进液量的2.14倍［据《石油化工储运系统罐区设计规范》(SH/T3007—2014)关于储罐附件选用的有关规定］，即54.23m3/h。甲醇罐区内3#DMF储罐的DMF进液量为11.3t/h，折合10.72m3/h;由于DMF的闪点高于45℃，3#DMF储罐液体进罐时的气体呼出量为最大进液量的1.07倍(据SH/T3007—2014关于储罐附件选用的有关规定)，即11.47m3/h。

1#甲醇储罐容积为1000m3、3#甲醇储罐容积为200m3、3#DMF储罐容积为10000m3，由储罐容积据表2确定1#甲醇储罐、3#甲醇储罐、3#DMF储罐因环境温升罐内气体膨胀呼出的气体量分别为169m3/h、33.8m3/h、726m3/h。表2不同容量下储罐因温度变化呼出(吸入)气体量

综上，甲醇罐区废气最大量为

54.23×2+11.47+169+33.8+726=1048.73m3/h，以此确定甲醇罐区废气处理装置冷凝系统和吸附系统的处理规模。

4.1.2废气治理风机入口管径的核算

据管道设计规范，一般低压气体流速(v)为8～15m/s，取v=12m/s，由于风机入口一直补充氮气以确保风机入口压力稳定，管道及管件导致的压降不考虑，甲醇罐区最大废气量(qv)为1048.73m3/h，据流量计算公式qv=vS计算得风机入口管道口径D=2Ｒ=175mm，圆整后风机入口总管规格为DN200(外径为219mm)。

4.2废气收集系统

为避免各储罐之间窜气，同时增加各单元的安全性，各储罐罐顶呼吸阀与储罐相连的部分增加三通引出储罐呼出气体，同时在各引出的支路上加装控制阀和单向阀，单向阀打开压力低于储罐呼吸阀呼出气体压力，当大、小呼吸阀产生废气时，储罐气体优先从支路的单向阀通过进入主管路，主管路上安装有压力传感器，压力传感器感应到管路压力达到设定值时，系统风机开启(间断运行)，储罐内排出的废气进入废气处理装置进行处理。

4.3废气冷凝系统

经由变频风机送入废气处理装置的废气，首先进入回热交换器与冷凝处理后的气体(低温贫废气)进行回热交换，然后进入冷凝系统进行多级冷凝———预冷、中冷和深冷3个单元。预冷单元操作温度为3～10℃，废气中的绝大部分水分及尾气中大分子有机物(C9以上)液化，同时回收部分冷量后废气进入中冷单元;中冷单元采用半封闭制冷压缩机制冷系统将温度保持在－25～－30℃，尾气中的绝大部分C5以上组分冷凝液化，同时回收部分冷量后废气进入深冷单元;深冷单元操作温度为－60～－80℃，大部分油组分被冷凝液化析出，分离出油后的低温贫废气再回到回热交换器与系统进气进行回热交换，贫废气温度回升至接近常温，至此完成气路冷量的回收利用。废气冷凝系统设有冷凝液体输送泵，回收的冷凝液送至甲醇罐区重组分槽予以回收利用。

4.4废气吸附及再生系统

出废气冷凝系统的气相进入活性炭箱进行吸附，吸附后的气体经排放口排放。为防止非输送期间储罐内的物料倒流入回收设备，设置有防倒流系统(含双重防倒流设施)。废气处理装置设有气液分离系统，冷箱的出油通道一旦发生冰堵，液化出的物料可在风机的驱动下随尾气一起进入气液分离系统，被分离后能顺利进入集液罐，从而可防止液化物料进入下游吸附系统而造成吸附剂中毒。

(1)吸附剂的选择

据相似系统的实际操作运行数据，与吸附剂生产商进行交流，结合本废气吸附系统的特点，吸附剂选择型号为XF-1的4mm柱状活性炭。

(2)吸附器吸附床层半径

据废气处理装置处理气量，本次选取吸附器吸附床层气体流速v)为0.25m/s(一般气体流速不低于0.1m/s、不高于1.0m/s)，单台吸附器吸附床层处理气量(qv)按700m3/h设计，一组吸附系统含2台吸附器(一台吸附器吸附时另一台吸附器再生)，两组吸附系统并联运行，如此可保证全部废气得到处理，据流量计算公式qv=vS可得单台吸附器吸附床层截面积S=700÷3600÷0.25=0.778m2;则吸附器吸附床层半径

Ｒ=(0.778÷3.14)0.5=0.4978m，圆整后为0.5m。

(3)吸附器的活性炭装填量

考虑到吸附床层压降因素，床层高度一般不超过0.9m，取值范围在0.45～0.9m，据废气处理装置的处理气量及活性炭的性能，选取床层高度为0.6m，由此得出单台吸附器的活性炭装填量为0.471m3。

(4)确定吸附时间

一般吸附时间取值在1～12h，因废气处理装置设置两组吸附系统，最少的吸附时间应不小于另一吸附器床层再生的时间，再生周期包括加热、蒸汽吹净、冷却和干燥等步骤，总时长一般为1～2h，再生时间取2h，则吸附时间确定为8h。

(5)估算再生蒸汽耗量

再生蒸汽用量与活性炭吸附床的大小及负荷有关，一般1kg吸附物(VOCs)再生所需蒸汽量为1.5～6.0kg，高负荷大床层所需蒸汽量相对最少;另外，再生蒸汽用量与吸附的VOCs类型、所要求的再生程度以及其他因素有关，本再生系统初次估算1kg吸附物(VOCs)蒸汽耗量为3.5kg。

5.1改进罐顶呼吸阀以提升系统的安全性

本次改造将3台储罐呼出的气体汇总统一收集处理，其运行安全性较改造前标准要高，运行过程中不能出现窜气等问题，为此，本次分别对甲醇罐区需要VOCs治理的储罐呼吸阀进行改造———更换为集阻火器与呼吸阀为一体的HXF-V型全天候防爆阻火呼吸阀。此外，各储罐呼吸阀与储罐相连的部分增设三通引出储罐呼出气体，各引出支路上加装控制阀和单向阀，主管路上安装压力传感器，通过压力传感器感应管路压力来控制风机的启停，如此一来，既能保证废气处理装置的平稳运行，又可提高整个罐区的安全性。

5.2用组合工艺确保尾气达标排放

甲醇罐区所排放的废气主要成分为甲醇，甲醇罐区3台储罐排放气治理采用“冷凝+吸附”的组合工艺，通过三级冷凝的方式将大部分有机废气收集下来，其VOCs去除率可达95%以上，而且系统运行稳定、安全，操作中的集成化程度高;采用“冷凝+吸附”的组合工艺，借助吸附剂的多样性和多种类性，可根据污染物特征来优选吸附剂，组合工艺的适用性强。