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化工原料罐氮封裝置VOCs優(yōu)化方案

VOCs是揮發(fā)性有機化合物，指常溫下飽和蒸汽壓大于70 Pa、常壓下沸點在260℃以下的有機化合物，或在20℃條件下蒸汽壓大于等于10 Pa具有相應揮發(fā)性的全部有機化合物。其主要危害有對神經(jīng)、腎臟及肝臟都具有毒性，長期接觸對人體的皮膚、眼睛、鼻等具有刺激作用，會誘發(fā)免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)及造血系統(tǒng)疾病，甚至致癌。在太陽光的照射下，會與其它物質(zhì)如氮氧化物、硫氧化物發(fā)生光化學反應，形成2次污染，危害區(qū)域環(huán)境；部分VOCs易燃易爆，存在較大的安全隱患。

1 化工原料罐氮封裝置VOCs優(yōu)化方案罐區(qū)VOCs來源

儲罐在收油時，由于罐內(nèi)油品體積不斷增加，罐內(nèi)頂部氣體壓力不斷增加，當儲罐內(nèi)壓力增大至罐頂呼吸閥壓力極，呼吸閥就會自動開啟將儲罐內(nèi)的油氣體排至空氣中。儲罐中靜止存放的油品，在白天受太陽持續(xù)照射使油品溫度升高，造成油罐內(nèi)氣體空間的油氣膨脹，加上油品受熱蒸發(fā)速度變快，罐內(nèi)壓力不斷升高，當壓力達到呼吸閥高，油氣就會排出罐外造成大氣污染。

       儲罐內(nèi)壓力升高至設定壓力時，快速泄放閥迅速開啟，將罐內(nèi)多余壓力泄放。微壓調(diào)節(jié)閥在儲罐內(nèi)壓力降低時，開啟閥門，向罐內(nèi)充注氮氣。因微壓調(diào)節(jié)閥必須使用在壓力為0.1Mpa壓力以下，現(xiàn)場壓力較高，必須安裝ZZYP型壓力調(diào)節(jié)閥將壓力調(diào)節(jié)閥將壓力降低至0.1Mpa以下才可使用。公稱壓力0.1Mpa，壓力可按分段設定，從0.5Kpa 至66 Kpa以下，介質(zhì)溫度溫度≤80℃。

化工原料罐氮封裝置VOCs優(yōu)化方案性能特點

1、無需外加能源，能在無電、無氣的場合工作，既方便又節(jié)約能源，降低成本。

2、氮封裝置供氮，泄氮壓力設定方便，可在連續(xù)經(jīng)營的條件下進行。

3、壓力檢測膜片有效面積大，設定彈簧剛度小、動作靈敏、裝置工作平衡。

4、采用無填料設計，閥桿所受磨擦力小、反應迅速、控制精度高。

5、供氮裝置采用指揮器操作，減壓比可達100:1，減壓效果好、控制精度高。

6、氮氣壓力設定范圍廣，低至0.5Kpa高至1000Kpa，比值達高；

7、調(diào)節(jié)調(diào)壓力檢測膜片有效面積大，設定彈簧剛度小，動作極靈敏。

2 VOCs治理的方法

石油化工行業(yè)根據(jù)工藝和存儲介質(zhì)特性可采用不同的治理方法，目前廣泛采取的方法有冷凝法、吸收法、直接燃燒法、催化燃燒法、吸附法。

2.1 冷凝法

冷凝法是將產(chǎn)生的油氣直接引入到冷凝器中，經(jīng)過冷凝器降溫，將溫度直接降到油氣中大部分物質(zhì)的沸點以下，使其直接變?yōu)橐簯B(tài)并回收。優(yōu)點是能使絕大部分物質(zhì)被回收；缺點是降到氣態(tài)物質(zhì)的沸點以下，需要的能耗較大。

2.2 吸收法

吸收法是將油氣引入吸收劑中進行吸收凈化，吸收液飽和后進行處理、回收。優(yōu)點是投資成本較低，工藝簡單；缺點是吸收劑需經(jīng)常剛換，吸收劑也具有揮發(fā)性，不能達到預期效果。

2.3 直接燃燒法

直接燃燒法是將排出的油氣直接點燃，其中有害物質(zhì)在高溫燃燒下轉(zhuǎn)變成無害的H2O和CO2。優(yōu)點是工藝簡單；缺點是存在安全隱患。

2.4 催化燃燒法

催化燃燒法是對排出的油氣加熱，在催化劑的作用下燃燒后轉(zhuǎn)變成CO2和H2O。優(yōu)點是比直接燃燒法安全，操作溫度低、效率高、能耗低、操作安全等。缺點是若氣體濃度大則存在安全隱患。

2.5 吸附法

吸附法是使有害氣體與多孔性固體接觸，使其被吸附在固體表面上的處理方法。優(yōu)點是處理效率和回收率高；缺點是更換吸附劑成本較高。

化工原料罐氮封裝置VOCs優(yōu)化方案主要技術參數(shù)及性能指標:

 自力式氮封閥主要零件材料：

3 化工原料罐氮封裝置VOCs優(yōu)化方案工藝設計

首先對帶有呼吸窗的常壓輕質(zhì)油儲罐進行改造，將原有呼吸窗進行焊接封堵，再給這些儲罐增加氮封系統(tǒng)，儲罐頂部裝設2臺呼吸閥、1個泄壓閥。氮封系統(tǒng)的設計是：往儲罐頂部通入DN80的氮氣管線，在罐頂?shù)牡獨夤芫€上增設2道閘閥，閘閥中部設置1個調(diào)節(jié)閥，開啟壓力為200 Pa，呼吸閥的正壓為1 600 Pa，負壓為-300 Pa，泄壓閥的開啟壓力為1 800 Pa。氮封系統(tǒng)儲罐壓力低于調(diào)節(jié)閥開啟壓力200 Pa時，調(diào)節(jié)閥會通過控制器傳輸?shù)?～20 mA的電流來控制閥給儲罐沖壓，當壓力達到200 Pa以上，調(diào)節(jié)閥自動關閉。儲罐內(nèi)壓力達到呼吸閥最大開啟壓力1 600 Pa以上，呼吸閥打開進行泄壓，若壓力持續(xù)升高至1 800 Pa以上，泄壓閥會開啟進行泄壓。由此可知，儲罐內(nèi)壓力過高時會有油氣被排至大氣中，需對其進行處理。

通過對不同治理方法的分析，為滿足環(huán)境保護及安全衛(wèi)生的要求，對VOCs治理可采用：低溫柴油回收+堿液吸收+催化氧化3條合成工藝路線。

3.1 低溫柴油吸收

創(chuàng)造低溫環(huán)境，讓吸收劑在低溫下吸收，可以使部分高沸點有機物直接冷凝為液體。在VOCs中有機硫主要組分為硫醇、硫醚、等有機硫化物，其中甲硫醇沸點5.9℃，二甲二硫沸點109.6℃，易溶于醇、醚、烴類等，不溶于水，由于有機硫分子中的巰基與難于與水分子形成氫鍵，因此，有機硫難以溶于水。但有機硫化物親油性較強，30℃時二甲二硫的蒸氣壓為4 600 Pa，在5℃時，其蒸氣壓1 170 Pa，從通過降低溫度，可減少有機硫化物的揮發(fā)濃度，另外有機硫化物更易溶于油品，針對有機硫化物性質(zhì)特點，通過降低吸收油品溫度到0～15℃，在高效吸收塔內(nèi)，可將廢氣中的有機硫化物吸收，從而能夠脫除油氣有機硫。

3.2 堿液吸收：

經(jīng)過低溫柴油吸收后的油氣進入堿液吸收，目的是吸收無機物硫化氫，其沸點為-60.4℃，在柴油吸收塔中的吸收效果不理想，硫化氫不僅危害人身健康，而且污染環(huán)境。所以經(jīng)低溫柴油處理后的尾氣再通過堿液吸收，來脫除硫化氫。

3.3 催化氧化

被低溫柴油吸收和堿液吸收工藝路線處理后，VOCs氣體中仍然有部分結(jié)構(gòu)復雜的物質(zhì)不能被處理，需對其采用催化氧化處理。為了降低油氣濃度，氣體進入反應器前補入空氣進行稀釋。進入催化氧化反應器中，油氣中剩余有機物在催化劑作用下，與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應，生成無污染的H2O和CO2，并釋放出大量的反應熱。

4 化工原料罐氮封裝置VOCs優(yōu)化方案效果分析

通過對處理后的尾氣進行取樣分析和在線監(jiān)測，最終排放到大氣中的氣體苯不大于4 mg/m3、甲苯不大于15 mg/m3、二甲苯不大于20 mg/m3、非甲烷總烴不大于120 mg/m3。尾氣排放標準能夠達到《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》（GB31570-2015）的排放要求。另外根據(jù)儲罐排出氣體濃度進行粗略估算，全年能夠收集烴類物質(zhì)總量在400 t左右。

當儲罐內(nèi)壓力升高至設定壓力時，快速泄放閥迅速開啟，將罐內(nèi)多余壓力泄放。當微壓調(diào)節(jié)閥在儲罐內(nèi)壓力降低時，開啟閥門，向罐內(nèi)充注氮氣。因微壓調(diào)節(jié)閥必須使用在壓力為0.1Mpa壓力以下，現(xiàn)場壓力較高，必須安裝ZZYP型壓力調(diào)節(jié)閥將壓力調(diào)節(jié)閥將壓力降低至0.1Mpa以下才可使用。公稱壓力0.1Mpa，壓力可按分段設定，從0.5Kpa 至66 Kpa以下，介質(zhì)溫度溫度≤80℃。

氮封裝置由供氮裝置和泄氮裝置兩部分組成。供氮裝置由指揮器和主閥兩部分組成；泄氮裝置由內(nèi)反饋的壓開型微壓調(diào)節(jié)閥組成。氮氣壓力一般設為100mmH20，通過氮封裝置準確控制。

當儲罐進液閥開啟，向罐內(nèi)添加物料時，液面上升，氣相部分容積減小，壓力升高，當罐內(nèi)壓力升至高于泄氮裝置壓力設定值時，泄氮裝置打開，向外界釋放氮氣，使罐內(nèi)壓力下降，降至泄氯裝置壓力設定點時，泄氮裝置自動關閉。當儲罐出液閥開啟，用戶放料時，液面下降，氣相部分容積增大，罐內(nèi)壓力降低，供氮裝置開啟，向儲罐注入氮氣，使罐內(nèi)壓力上升，當罐內(nèi)壓力上升至供氮裝置自動關閉。

化工原料罐氮封裝置VOCs優(yōu)化方案工作原理

供氮裝置結(jié)構(gòu)，將設在罐頂?shù)娜狐c的介質(zhì)經(jīng)導壓管引入檢測機構(gòu)（7）、介質(zhì)在檢測元件上產(chǎn)生一個作用力與彈簧（8）、預緊力相平衡。當罐內(nèi)壓力降低至低于供氮裝置壓力設定點時，平衡破壞，使指揮器閥芯（6）打開，使閥前氣體經(jīng)減壓閥（5）、節(jié)流閥（4）、進入主閥執(zhí)行機構(gòu)（3）上、下膜室，打開主閥閥芯（2）、向罐內(nèi)充注氮氣；當罐內(nèi)壓力升至供氮裝置壓力設定點，由于預設彈簧力，關閉指揮器閥芯（6）、由于主閥執(zhí)行機構(gòu)中彈簧作用，關閉主閥，停止供氮。

泄氮裝置工作原理

泄氮裝置結(jié)構(gòu)，該裝置采用內(nèi)反饋結(jié)構(gòu)，介質(zhì)直接經(jīng)閥蓋進入檢測機構(gòu)（2)，介質(zhì)在檢測元件上產(chǎn)生一個作用力與預設彈簧（3）預緊力相平衡。當罐內(nèi)壓力升高至高于泄氮裝置壓力設定點時，平衡被破壞，使閥芯（1）上移，打開閥門，向外界泄放氮氣；當罐內(nèi)壓力降至泄氮裝置壓力設定點，由于預設彈簧力作用，關閉閥門。

5化工原料罐氮封裝置VOCs優(yōu)化方案 結(jié)束語

通過低溫柴油回收+堿液吸收+催化氧化處理工藝在煉油廠實際生產(chǎn)中的應用看出，該工藝處理完成后最后的排放物苯、甲苯、二甲苯及非甲烷總烴等污染物濃度均達到國家排放標準要求，可以對罐區(qū)產(chǎn)生的VOCs廢氣進行有效的綜合治理。