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        罐區(qū)甲醇VOCs氣體治理分析研究

        2019-11-25 13:08:20張林趙向雨朱志平李為敏
        中國設(shè)備工程 2019年21期
        關(guān)鍵詞:模擬計(jì)算冷凝工藝流程

        張林,趙向雨 ,朱志平,李為敏

        (南京都樂制冷設(shè)備有限公司,江蘇 南京 211200)

        某制冷設(shè)備有限公司承接了某能源化工有限公司40萬噸/年合成氣制乙二醇項(xiàng)目中罐區(qū)甲醇VOCs廢氣回收處理成套工藝技術(shù)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、驗(yàn)收、運(yùn)輸和安裝,甲醇VOCs廢氣處理規(guī)模為1200Nm3/h,操作彈性范圍40%~110%。本文以實(shí)際應(yīng)用為例,分析和探討甲醇VOCs氣體治理的詳細(xì)過程,本文所闡述的治理方案對其他類型的VOCs治理過程具有一定的借鑒意義。

        1 甲醇VOCs治理技術(shù)

        目前國內(nèi)外甲醇VOCs治理技術(shù)主要有吸收法、冷凝+吸收法和冷凝+吸附法3種,其中組合法又有多種組合配比。

        1.1 吸收法

        吸收法利用醇類物質(zhì)易溶于水的特性,其工藝流程詳見圖1。

        圖1 吸收工藝流程圖

        吸收段DN700*16000,不銹鋼孔板波紋250Y填料,新鮮水量5t/h,吸收率達(dá)99%。此工藝產(chǎn)生了大量的廢水,且廢水中甲醇的含量為8%,將甲醇廢氣轉(zhuǎn)化成廢水的形式排放,同時(shí)為了確保吸收效率,吸收塔塔高提高至16m。對于儲運(yùn)系統(tǒng)基本沒有廢水治理工序,不合適,雖然該能源化工有限公司有廢水處理系統(tǒng),但是該企業(yè)地處西北,水資源很緊張,不是最優(yōu)方案。

        1.2 -75℃冷凝+吸附法

        冷凝法采用多級連續(xù)冷卻的方法,使甲醇VOCs氣體中的甲醇組分的溫度低于凝點(diǎn)從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài),除水蒸汽外空氣仍保持氣態(tài),從而實(shí)現(xiàn)甲醇?xì)馀c空氣的分離利用;吸附法是利用吸附劑對甲醇?xì)?空氣的吸附力不同來實(shí)現(xiàn)混合油氣的分離。冷凝預(yù)處理吸附深處理組合工藝,實(shí)現(xiàn)最后的50mg/m3達(dá)標(biāo)排放。其工藝流程詳見圖2。

        圖2 冷凝+吸附工藝流程圖

        此工藝完全滿足設(shè)計(jì)要求,但是甲醇吸附劑長期達(dá)標(biāo)存在隱患,一般2~3年吸附劑就需更換,本案需配吸附劑兩罐,每罐5噸,真空泵功率15kW,維護(hù)成本較大。

        1.3 -75℃冷凝+吸收法

        冷凝耦合吸收工藝流程見圖3。

        圖3 冷凝+吸收工藝流程圖

        查甲醇的物性可知,飽和濃度隨著溫度降低而降低,30℃時(shí)飽和濃度為310.8g/m3,-75℃時(shí)飽和濃度為52.1mg/m3,初步選取-75℃為最終冷凝溫度。采用ASPENPLUS模擬計(jì)算,物性方法采用NRTL。冷凝計(jì)算結(jié)果如表1。

        表1 冷凝模擬計(jì)算參數(shù)

        由以上模擬計(jì)算可知,將冷凝溫度鎖定在-75℃時(shí),甲醇出口濃度僅為39.17mg/m3,理論上直接達(dá)標(biāo)排放,若將冷凝溫度繼續(xù)下移,則制冷系統(tǒng)的COP減小,能耗增大。為確保達(dá)標(biāo),避免進(jìn)氣甲醇VOCs氣體中的甲醇濃度增加及氣量增加,制冷溫度波動,后級特增設(shè)一級吸收進(jìn)行深度處理。

        采用ASPENPLUS模擬計(jì)算,物性方法采用NRTL。吸收計(jì)算結(jié)果如表2。

        表2 吸收模擬計(jì)算參數(shù)

        通過前面對甲醇處理機(jī)組設(shè)計(jì)選型,根據(jù)用戶工藝要求選擇了BMCVR1200冷凝+吸收式油氣回收裝置。前級預(yù)處理采用風(fēng)冷三級復(fù)疊制冷將甲醇VOCs氣體溫度降到-75℃,制冷功率為136.1kW,吸收塔規(guī)格為DN600*4000,不銹鋼網(wǎng)波紋250Y填料,新鮮水量0.5t/h,吸收率達(dá)80%即可達(dá)標(biāo)排放。

        圖4 BMCVR1200冷凝+吸收式油氣回收裝置

        2 冷凝耦合吸收技術(shù)的優(yōu)勢

        冷凝預(yù)處理的特點(diǎn)是簡明直接,不需二次工藝處理,整個(gè)處理過程在一個(gè)密閉的管道及容器內(nèi)完成回收,且物理變化過程,安全性高,同時(shí)回收產(chǎn)品為高品質(zhì)的純質(zhì)物料。吸收深處理的特點(diǎn)是吸收率高,安全可靠。

        制冷技術(shù)的進(jìn)步、制冷設(shè)備關(guān)鍵零部件價(jià)格和整機(jī)制造成本的降低,使得冷凝工藝設(shè)備投資成本降低、應(yīng)用效率提高。阻力小,氣液分布均勻,效率高,通量大的規(guī)整填料出現(xiàn),使用吸收工藝設(shè)備投資降低、凈化率提高。

        冷凝耦合吸收處理工藝相比吸收和冷凝+吸附工藝,能耗低僅為0.127kW.h/m3,無二次污染,達(dá)標(biāo)排放穩(wěn)定、投資回報(bào)率高。

        3 結(jié)語

        通過甲醇?xì)怏w的治理的設(shè)計(jì)、選型、分析不難發(fā)現(xiàn):

        (1)甲醇尾氣直接采用水吸收,用水量大,產(chǎn)生污水量多,且污水中甲醇含量高(甲醇濃度約80000ppm),污水處理難度大。

        (2)甲醇尾氣采用冷凝+吸附工藝,吸附劑用量大,且用過的吸附劑為固廢中的危廢,處理難度大。

        (3)甲醇尾氣采用冷凝+吸收工藝,采用冷凝將尾氣中的甲醇冷凝回收,回收率高達(dá)99%以上,只有極少量的甲醇采用水吸收,用水量是直接水吸收的10%,且污水中甲醇含量低(甲醇濃度<50ppm),污水處理難度小,可直接進(jìn)入污水池做污水處理稀釋用水。也可以吸收工藝增設(shè)熱水或蒸汽再生系統(tǒng),即不存在二次污水。本案例甲醇VOCs氣體經(jīng)裝置處理后濃度實(shí)測為4.6mg/m3且整機(jī)防爆,防爆等級Ex dⅡBT4 Gb。

        (4)另外通過設(shè)計(jì)延伸, 甲醇的治理有多種方案,應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境、公用工程和要求量身訂制,不可生搬硬套。

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