碳九芳烃储罐废气处理工艺能效思考范文

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摘要：本文针对化工行业中小风量高浓度VOCs治理过程中，与催化氧化工艺（CO）、冷凝回收工艺的运行费用和经济效益进行分析研究，结果表明，在碳九芳烃储罐工况条件下，冷凝回收治理工艺的能效比高。

关键词：VOCs；催化氧化；冷凝回收

化工企业储罐中存在“大呼吸”、“小呼吸”现象，这些气体被排放储罐外部，不仅污染环境和危害人体健康，而且也对企业造成经济损失。本文针对某化工企业的碳九芳烃污染物特征进行选型治理比较。

1项目概况

1.1废气情况

该化工企业中碳九芳烃储罐的主要物质是偏三甲苯、乙烯基甲苯和甲乙苯。“大呼吸”排放量计算公式为:LB0.191Mx(/(100910P))DHTFPCKcP.681.730..051045=×-×××△×××（1）式中LB—固定顶罐的呼吸排放量（kg/a）；M—储罐内蒸气的分子量；P—在大量液体状态下，真实的蒸气压力（Pa）；D—罐的直径（m）；H—平均蒸气空间高度（m）；△T—一天之内的平均温度差（℃）；FP—涂层因子（无量纲），根据油漆状况取值在1～1.5之间，1.25；C—用于小直径罐的调节因子（无量纲），直径在0～9m之间的罐体，C=1-0.0123(D-9)2，罐径大于9m的C=1；KC—产品因子（石油原油KC取0.65，其他的液体取1.0）。“小呼吸”排放量计算公式为：LW4.18810MPxKcN7=××××-（2）式中LW—固定顶罐的工作损失（kg/m3投入量），KN—周转因子（无量纲），取值按年周转次数（K，约12次）确定。K≤36，KN=136<K≤220,KN=11.467×K-0.7026K>220，KN=0.26，其他的同上式。通过以上计算公式，核算某化工厂的储罐挥发量为：偏三甲苯15.8t/a，乙烯基甲苯5.5t/a，甲乙苯11.6t/a。根据排放量和浓度核算风量：偏三甲苯储罐64m3/h，乙烯基甲苯储罐40m3/h，甲乙苯储罐40m3/h。

1.2验收标准

排放要求按照江苏省《DB32-4041-2021江苏省大气污染物综合排放标准》中表1设计。

2研究方案

2.1工艺设计

2.1.1冷凝回收工艺

由于储罐的废气浓度比较高，风量小可直接考虑冷凝回收工艺，储罐废气混合后，高于25%爆炸下限，为了防止产生静电爆炸危险，需要补新风以降低浓度，直接进入冷凝器，经冷冻水冷却后进入凝液罐，凝液罐中的液体进入液体回收罐中，冷凝器中的少量不凝气排至炭床，达排放标准排至烟囱，如图1所示。本工艺设计冷凝系统设备包括：预过滤单元、冷凝器单元、内部清洁功能、仪表和控制系统、二级围堰盘及漏夜监测系统、冷凝液的液位显示系统及接收和输送泵、管道系统等。功能需求本系统设备对于工艺有机废气污染物的去除效率在90%以上及处理后废气含水率在20%以下。其中回收技术系统控制主要包括阀门及压力控制、温度控制、氧气量控制等。

2.1.2催化燃烧（CO）工艺

废气经过补新风稀释后进换热器升温至350℃，经CO炉进行氧化处理，处理后的高温废气进换热器降温后可达到166℃，再进入冷却塔降温除湿后进炭床处理，达标后进烟囱直排，如图2所示。本工艺设计的催化氧化工艺的催化氧化设备由电加热室、催化室、热交换器、阻火器、温度探测器、和相应的气动阀门、保温管道组成。催化燃烧的预热废气热由电控箱自动控制，当废气温度低于温度时(可设定)电热管会自动接通电源给废气加热,当废气温度高于温度时(可设定)电热管会自动断开多组或全部电源以节约电能及达到运行。当气体中的废气浓度达到4000mg/m3左右，基本可以实现热量的自平衡，不需要开启电加热，达到节约能源的目的。

2.2材料选型

催化燃烧工艺所选用的催化剂采用堇青石基材的贵金属催化剂，贵金属含量400g/m3，空速10000h-1。其冷凝器中丝网除雾器：99%@10um/2组，表冷器：制冷功率22.92kW/1套/SUS316，烛式滤芯：99%@0.5um/4支（Kimre）。

2.3能效计算说明

根据设计及验收标准，氧化装置按98%的氧化效率，冷凝器按91%净化效率，涉及的燃烧热计算公式：CQMWJi=××Σ（3）式中W释放—有机物燃烧释放热，kJ/h；C—进入氧化装置的废气浓度，mg/m3；Q—进入氧化装置的废气量，m3/h；J—有机物燃烧释放热，kJ/mol；Pi—第i种有机物的占比；M—对应有机物的分子量，g/mol。涉及冷凝制冷计算公式：L=△T×m/t×Cm×K（4）式中L—制冷量kcal/h；△T—温差，℃；m—重量，kg；t—时间，h；Cm—比热，kcal/(kg•℃)；K—安全系数。相关的环境经济效应计算:=C×QBE×η×（5）=E-USN+（6）式中E—环境经济效应，元/a；C—进入治理设施的废气浓度，mg/m3；Q—进入治理设施的废气量，m3/h；η—治理设施净化率；B—处理单位VOCs的排污费，元/kg；N—综合经济效益，元/a；U—治理设施年运行费用，元/a，S—产品回收效益，元。

3结果与分析

3.1运行参数对比

由式（3）和式（4）参与的工艺计算，可以得出重要的能效参数对比详见表1。表1治理工艺能效参数对比运行参数催化燃烧（CO）冷凝回收单位压损<2200<3800pa配套电加热功率/制冷功率5544kW占地面积1316m2涉及风机总功率1.751.75kW由表1可以看出，运行过程中，核心设备的压损：催化燃烧<冷凝回收；配套电加热功率/制冷功率：催化燃烧>冷凝回收;占地面积：催化燃烧<冷凝回收；涉及风机总功率：催化燃烧=冷凝回收。

3.2环境经济效益对比

由于储罐废气的排放量相等，故环境经济效益为固定值，每削减1kgVOCs按20元计，由于两种治理工艺的净化效率不一，则环境经济效益（E）不同，催化燃烧为533952元/a，冷凝回收为532224元/a。设备投入运行后，不同治理工艺的综合经济效益（N）为：CO67617元/a，冷凝回收487114元/a；运行费用占环境效益比例具体值分别为催化燃烧87.34%，冷凝回收43.15%，详见表2。表2相关费用对比费用类型单位催化燃烧冷凝回收备注总电费元322335229680运行费用催化剂费用元1440000环境经济效益（E）元533952532224—回收产品费用（S）元0184570查询碳九芳烃市场均价为7.5元/kg综合经济效益（N）元67617487114

4结语

本文针对某项目中的碳九芳烃的废气参数作为选型依据，通过对氧化装置及冷凝装置的选型、运行费用，综合经济效益的对比分析，得出如下结论。①根据碳九芳烃的理化性质、选型治理工艺，在达标排放的情况下，能效比最优的是冷凝回收。②催化燃烧工艺的运行费用较高，可通过换热技术提升能量利用率，防止热量损失。③在碳中和、碳达峰目标要求下，冷凝回收工艺对于挥发性较弱的，有经济价值的VOCs具有研究前景。

参考文献

[1]王炳华.储罐及污水池废气治理技术在石化企业的应用[J].石油化工技术与经济,2021,37(1):47-51.

作者：夏扬开 单位：北京优信永科检测技术有限公司