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      VOCs處理技術在煤制氣中使用總結

      文章出處:河北譜云科技有限公司 人氣:發表時間:2019-03-11 10:39

        VOCs是一類低沸點、易揮發的有機化合物,通常是指在20℃條件下,蒸汽壓大于或等于0.01kPa,或者在特定條件下具有相應揮發性的全部有機化合物的總稱。VOCs大多有毒性,嚴重危害人體健康,輕則刺激眼睛和呼吸系統,重則中毒,此外,VOC對大氣的危害還在于它與NOx在陽光下會產生光化學反應,在一定條件下生成臭氧、過氧乙酰硝酸酯(PAN)和醛類等光化學煙霧而造成二次污染。

      voc治理技術

        由于VOCs的危害,國家出臺了一系列法規,環保部印發的《石化行業揮發性有機物綜合整治方案》對VOC的排放作出了嚴格控制。煤化工行業是揮發性有機物排放重戶,但是企業對其認識及治理起步較晚,且排放的組分較復雜。鑒于目前對煤化工行業處理方案的報道較少,本文選取煤制氣行業的VOCs治理措施進行分析比較。

        1 VOCs處理技術

        1.1 VOCs處理技術分類

        目前VOCs處理方法按原理來分有回收技術和破壞技術兩類?;厥占夹g主要是采用物理方法回收氣體中的有價值溶劑,包括冷凝法、吸附法、吸收法和膜分離法;破壞技術主要是采用化學和生物方法將氣體中的有機物轉化為CO2、H2O等物質,包括直接燃燒法、蓄熱式燃燒法、催化燃燒法、生物降解法以及光催化降解、等離子體、電暈法等近年發展的新技術。

        1)冷凝法是將廢氣降溫至VOCs成分露點以下,使之凝結為液態后加以回收有價值的溶劑。主要適用于處理量較小且可冷凝物質的濃度相對較高的廢氣處理。

        2)吸收法是采用低揮發或不揮發液體作為吸收劑,利用VOCs各種組份在吸收劑中溶解度的差異而凈化廢氣。適用于高水溶性、小到中等廢氣量的處理。

        3)吸附法是吸附劑(多為多孔性固體)從廢氣中有選擇的吸附某些組分而去除VOCs的一種方法。適用于中低濃度的VOCs凈化。

        4)膜分離法是借助載體空氣和VOCs蒸氣不同的滲透能力,或膜對氣體混合物中分子的不同選擇性而使VOCs分子分離的技術。適用于較高濃度的VOCs分離與回收。

        5)生物降解法是在生物反應器中利用微生物對廢氣中的有機物進行消化代謝,將其分解成水、CO2及其他無機鹽類。主要用于低濃度,且以微生物可分解物質為主的廢氣處理[1-2]。

        6)燃燒技術是基于含VOCs廢氣具有可燃性的特點,通過燃燒將廢氣中的可氧化組分轉化為CO2和水等無害物質,包括直接燃燒、蓄熱式燃燒(RTO)和催化燃燒(RCO)。直接燃燒是將有機廢氣當做燃料來燃燒,主要是處理VOCs濃度很高且具有相對較高燃燒熱值的廢氣,燃燒溫度一般在1100℃;蓄熱式燃燒主要處理可燃物濃度較低的廢氣,無法著火或依靠自身來維持燃燒,是采用先進的熱交換設計技術和新型陶瓷蓄熱材料,把有機廢氣加熱到800℃左右,使VOCs氧化分解成CO2和水,燃燒后的尾氣除提供尾氣蓄熱升溫所需要的熱量,富余的熱量余熱回收副產蒸汽,保證凈化效果和熱量的有效回收;催化燃燒是利用催化劑的催化作用來降低氧化反應溫度和提高反應速率,可以在較低的溫度下進行氧化燃燒,使有機物轉化為無害物質[3]。

        1.2 幾種常用VOCs處理技術的比較及其選擇

        上述VOCs氣體處理技術是目前工業應用比較廣泛的幾種廢氣處理技術,而光催化技術、等離子體技術、電暈等方法是近年發展的新技術,工業應用較少,主要處于實驗室研究階段。

        1)環保政策、法規要求。處理后的廢氣必須達到排放標準要求(石化行業要求限值120ppm)。上述比較了目前應用廣泛的VOCs廢氣處理技術各自的優缺點,工業企業在選擇合理有效的處理方法時應從以下幾個方面進行考慮。

        2)技術條件。在對含VOCs廢氣處理工藝的選擇中,在技術領域應考慮如下因素:VOCs的去除效率;廢氣性質(廢氣中有機物的組成、VOCs含量、廢氣流量、氣味指標);可用建設面積;技術經濟使用期;必要的附屬設施建設(如水蒸氣生產設施);與原有治污設備的配套;有機溶劑的回收等。

        3)經濟因素。主要考慮投資、運行費用和財務風險。

        在滿足環保要求的前提下,根據廢氣的性質、流量、溫度、濃度等參數,企業應對幾種廢氣處理技術進行技術、經濟等方面的綜合分析比較,通過可行性論證后,做出適合企業運行的技術方案。

        2 煤制氣行業VOCs治理

        以某煤制天然氣項目可研報告為例進行分析。目前煤制天然氣行業多采用固定床碎煤加壓氣化、低溫甲醇洗酸性氣凈化、甲烷合成生成天然氣,根據工藝流程特點,VOCs主要排放點有四處分別為:低溫甲醇洗酸性氣凈化后排放尾氣、煤氣水常壓儲罐呼吸廢氣、污水處理裝置散發的惡臭氣體、油罐區儲罐呼吸廢氣。

        2.1 低溫甲醇洗排放氣

        低溫甲醇洗排放的廢氣(由三股氣混合)量為2X192000Nm3/h,VOCs濃度大約5000ppm,總硫濃度2.4ppm。

        由于選用的氣化工藝為魯奇爐固定床氣化工藝,VOCs不是單一組分,含有甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、甲醇等物質,很難回收,如果想達到能再利用的純度,在經濟上幾乎無法承受,因此只能采用破壞方法,即將VOCs轉化為無害物質后再排入大氣。而且廢氣流量大,濃度低,不易采用直接燃燒法。RTO和RCO的投資費用大致相當,由于RCO的燃燒溫度要低于RTO,故RCO操作費用要省,但由于此股廢氣中含有硫會導致催化劑中毒失活而不能再生,故選用RTO較易。通過蓄熱式氧化,有機廢氣去除率可以達到98%以上滿足環保要求,而且熱效率能達到95%以上,高的熱回收率使補充燃料的使用量顯著減少,從而節約運行費用。RTO裝置目前常用的是閥門切換式,一般有氧化室、多個蓄熱式組成,通過切換閥門來達到改變氣流方向的目的,因此操作彈性較大,能在較大范圍內適應廢氣流量和濃度的波動。

        應注意的是,選用燃燒處理技術,燃燒反應后排出的SO2可能會導致硫超標,廢氣的燃燒過程可能會伴隨有NOx的生成造成二次污染。為避免此種情況的發生,可以考慮廢氣處理技術的結合。在氣體進燃燒裝置之前,先用吸附或者是吸收法對廢氣進行預處理,采用吸附濃縮+燃燒工藝或堿洗吸收+燃燒工藝。

        CO2是溫室氣體大量排放會加重環境負擔,而且未來如果征收碳稅,將為煤化工企業帶來一定的經濟負擔,經過燃燒處理后排出的廢氣主要含有CO2和N2,經過初步分離后CO2純度較高,結合企業自身及當地特點,便于作進一步的處理應用。CO2加氫合成制甲醇反應各國研究者正在重點攻關催化劑的研究;碳捕捉與封存技術的“二氧化碳驅采水”技術也在積極嘗試,對處于西北缺水比較嚴重地區的煤化工來說此項技術擁有巨大潛能。

        由于蓄熱式燃燒裝置投資費用相對較高,為避免投資損失,建議項目人員在初期可研、設計時,要對工藝數據進行嚴格核算,在確保滿足環保標準的前提下,節省投資。例如,經測算燃燒處理后的廢氣硫含量不超標,且通過控制燃燒條件將NOx的生成控制在規定限值之內,則可以省去預處理裝置單獨選用RTO或RCO裝置。需注意的另一問題是廢氣在進蓄熱爐前需補充足夠的空氣,因此空氣過量系數的選取很重要,既要防止達到混合氣體爆炸極限范圍內造成安全隱患,又要避免過多的空氣量造成投資增加帶來經濟上的損失。

        2.2 煤氣水儲罐呼吸氣

        煤氣水儲罐呼吸廢氣主要是儲罐呼吸閥排出的無組織廢氣,以硫化氫和氨為主,VOCs濃度大約為500ppm,由于受到環境溫度等的影響,流量和濃度波動較大。此股氣體不具回收價值,可以考慮采用RTO直接燃燒處理。在壓降滿足的前提下,可以將此股氣體通過管道輸送到低溫甲醇洗RTO裝置進行處理,節省設備的投資。

        2.3 污水處理裝置廢氣

        污水處理裝置廢氣一類廢氣是在預處理單元的調節池、勻質罐、隔油池、酸化水解池等裝置的散發氣體,氣量和濃度波動范圍較大,VOCs含量較高;另一類是曝氣池、污泥脫水間的氣體,惡臭氣味明顯,主要以硫化物、揮發酚類物質為主。兩類氣體的組分有差別,但都處于污水生化處理裝置區,可以依托生化處理既有裝置、人員的技術、操作條件,選擇生物降解法,通過微生物將廢氣中所含有的有機物降解為CO2和水。而且生化法也可除去硫、氮等無機組分。

        2.4 油罐區排放氣

        油罐區儲罐排放氣。廢氣主要是儲罐的呼吸閥排出氣,以及裝車過程中產生的有機廢氣。罐頂呼吸廢氣分別經過水封槽后可以通過管道聯通與裝車廢氣合并在一起集中處理。由于此股排放氣含有有機溶劑,回收利用價值較高,且儲罐儲存石腦油、焦油等物質,排出的廢氣與石化行業相似,可以考慮采用石化行業比較成熟的處理技術即油氣回收技術,例如冷凝+膜技術+吸附、吸附+吸收等回收方法的組合工藝。一方面可以減少有機廢氣的排放,降低對環境的影響;另一方面可以回收有機廢氣中的油組分,提高經濟性。

        對VOCs的污染防治應遵循源頭、過程控制與末端治理相結合的綜合防治原則。采用LDAR(氣體泄漏與檢測技術)對無組織排放源進行定性、定量檢測,改進生產技術和工藝裝備,從源頭減少VOCs泄漏環節。末端治理方面采取高效的有機廢氣回收處理技術,滿足環境質量要求。

        3 VOC處理結論

        揮發性有機物對環境的危害和環保政策的要求,除了從源頭上控制排放,在末端治理方面企業應根據具體的狀況,選擇相應的治理技術,以期能達到投資少、操作方便、效率高的處理效果。

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      此文關鍵字:VOCs處理技術,VOCs處理,VOCs,VOC處理
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