碳九芳烴儲罐廢氣處理工藝能效思考范文

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摘要：本文針對化工行業中小風量高濃度VOCs治理過程中，與催化氧化工藝（CO）、冷凝回收工藝的運行費用和經濟效益進行分析研究，結果表明，在碳九芳烴儲罐工況條件下，冷凝回收治理工藝的能效比高。

關鍵詞：VOCs；催化氧化；冷凝回收

化工企業儲罐中存在“大呼吸”、“小呼吸”現象，這些氣體被排放儲罐外部，不僅污染環境和危害人體健康，而且也對企業造成經濟損失。本文針對某化工企業的碳九芳烴污染物特征進行選型治理比較。

1項目概況

1.1廢氣情況

該化工企業中碳九芳烴儲罐的主要物質是偏三甲苯、乙烯基甲苯和甲乙苯。“大呼吸”排放量計算公式為:LB0.191Mx(/(100910P))DHTFPCKcP.681.730..051045=×-×××△×××（1）式中LB—固定頂罐的呼吸排放量（kg/a）；M—儲罐內蒸氣的分子量；P—在大量液體狀態下，真實的蒸氣壓力（Pa）；D—罐的直徑（m）；H—平均蒸氣空間高度（m）；△T—一天之內的平均溫度差（℃）；FP—涂層因子（無量綱），根據油漆狀況取值在1～1.5之間，1.25；C—用于小直徑罐的調節因子（無量綱），直徑在0～9m之間的罐體，C=1-0.0123(D-9)2，罐徑大于9m的C=1；KC—產品因子（石油原油KC取0.65，其他的液體取1.0）。“小呼吸”排放量計算公式為：LW4.18810MPxKcN7=××××-（2）式中LW—固定頂罐的工作損失（kg/m3投入量），KN—周轉因子（無量綱），取值按年周轉次數（K，約12次）確定。K≤36，KN=136<K≤220,KN=11.467×K-0.7026K>220，KN=0.26，其他的同上式。通過以上計算公式，核算某化工廠的儲罐揮發量為：偏三甲苯15.8t/a，乙烯基甲苯5.5t/a，甲乙苯11.6t/a。根據排放量和濃度核算風量：偏三甲苯儲罐64m3/h，乙烯基甲苯儲罐40m3/h，甲乙苯儲罐40m3/h。

1.2驗收標準

排放要求按照江蘇省《DB32-4041-2021江蘇省大氣污染物綜合排放標準》中表1設計。

2研究方案

2.1工藝設計

2.1.1冷凝回收工藝

由于儲罐的廢氣濃度比較高，風量小可直接考慮冷凝回收工藝，儲罐廢氣混合后，高于25%爆炸下限，為了防止產生靜電爆炸危險，需要補新風以降低濃度，直接進入冷凝器，經冷凍水冷卻后進入凝液罐，凝液罐中的液體進入液體回收罐中，冷凝器中的少量不凝氣排至炭床，達排放標準排至煙囪，如圖1所示。本工藝設計冷凝系統設備包括：預過濾單元、冷凝器單元、內部清潔功能、儀表和控制系統、二級圍堰盤及漏夜監測系統、冷凝液的液位顯示系統及接收和輸送泵、管道系統等。功能需求本系統設備對于工藝有機廢氣污染物的去除效率在90%以上及處理后廢氣含水率在20%以下。其中回收技術系統控制主要包括閥門及壓力控制、溫度控制、氧氣量控制等。

2.1.2催化燃燒（CO）工藝

廢氣經過補新風稀釋后進換熱器升溫至350℃，經CO爐進行氧化處理，處理后的高溫廢氣進換熱器降溫后可達到166℃，再進入冷卻塔降溫除濕后進炭床處理，達標后進煙囪直排，如圖2所示。本工藝設計的催化氧化工藝的催化氧化設備由電加熱室、催化室、熱交換器、阻火器、溫度探測器、和相應的氣動閥門、保溫管道組成。催化燃燒的預熱廢氣熱由電控箱自動控制，當廢氣溫度低于溫度時(可設定)電熱管會自動接通電源給廢氣加熱,當廢氣溫度高于溫度時(可設定)電熱管會自動斷開多組或全部電源以節約電能及達到運行。當氣體中的廢氣濃度達到4000mg/m3左右，基本可以實現熱量的自平衡，不需要開啟電加熱，達到節約能源的目的。

2.2材料選型

催化燃燒工藝所選用的催化劑采用堇青石基材的貴金屬催化劑，貴金屬含量400g/m3，空速10000h-1。其冷凝器中絲網除霧器：99%@10um/2組，表冷器：制冷功率22.92kW/1套/SUS316，燭式濾芯：99%@0.5um/4支（Kimre）。

2.3能效計算說明

根據設計及驗收標準，氧化裝置按98%的氧化效率，冷凝器按91%凈化效率，涉及的燃燒熱計算公式：CQMWJi=××Σ（3）式中W釋放—有機物燃燒釋放熱，kJ/h；C—進入氧化裝置的廢氣濃度，mg/m3；Q—進入氧化裝置的廢氣量，m3/h；J—有機物燃燒釋放熱，kJ/mol；Pi—第i種有機物的占比；M—對應有機物的分子量，g/mol。涉及冷凝制冷計算公式：L=△T×m/t×Cm×K（4）式中L—制冷量kcal/h；△T—溫差，℃；m—重量，kg；t—時間，h；Cm—比熱，kcal/(kg•℃)；K—安全系數。相關的環境經濟效應計算:=C×QBE×η×（5）=E-USN+（6）式中E—環境經濟效應，元/a；C—進入治理設施的廢氣濃度，mg/m3；Q—進入治理設施的廢氣量，m3/h；η—治理設施凈化率；B—處理單位VOCs的排污費，元/kg；N—綜合經濟效益，元/a；U—治理設施年運行費用，元/a，S—產品回收效益，元。

3結果與分析

3.1運行參數對比

由式（3）和式（4）參與的工藝計算，可以得出重要的能效參數對比詳見表1。表1治理工藝能效參數對比運行參數催化燃燒（CO）冷凝回收單位壓損<2200<3800pa配套電加熱功率/制冷功率5544kW占地面積1316m2涉及風機總功率1.751.75kW由表1可以看出，運行過程中，核心設備的壓損：催化燃燒<冷凝回收；配套電加熱功率/制冷功率：催化燃燒>冷凝回收;占地面積：催化燃燒<冷凝回收；涉及風機總功率：催化燃燒=冷凝回收。

3.2環境經濟效益對比

由于儲罐廢氣的排放量相等，故環境經濟效益為固定值，每削減1kgVOCs按20元計，由于兩種治理工藝的凈化效率不一，則環境經濟效益（E）不同，催化燃燒為533952元/a，冷凝回收為532224元/a。設備投入運行后，不同治理工藝的綜合經濟效益（N）為：CO67617元/a，冷凝回收487114元/a；運行費用占環境效益比例具體值分別為催化燃燒87.34%，冷凝回收43.15%，詳見表2。表2相關費用對比費用類型單位催化燃燒冷凝回收備注總電費元322335229680運行費用催化劑費用元1440000環境經濟效益（E）元533952532224—回收產品費用（S）元0184570查詢碳九芳烴市場均價為7.5元/kg綜合經濟效益（N）元67617487114

4結語

本文針對某項目中的碳九芳烴的廢氣參數作為選型依據，通過對氧化裝置及冷凝裝置的選型、運行費用，綜合經濟效益的對比分析，得出如下結論。①根據碳九芳烴的理化性質、選型治理工藝，在達標排放的情況下，能效比最優的是冷凝回收。②催化燃燒工藝的運行費用較高，可通過換熱技術提升能量利用率，防止熱量損失。③在碳中和、碳達峰目標要求下，冷凝回收工藝對于揮發性較弱的，有經濟價值的VOCs具有研究前景。

參考文獻

[1]王炳華.儲罐及污水池廢氣治理技術在石化企業的應用[J].石油化工技術與經濟,2021,37(1):47-51.

作者：夏揚開 單位：北京優信永科檢測技術有限公司