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工業有機廢氣排放及回收工藝

作者: 工業廢氣淨化 編輯: 工業廢氣淨化 來源: 工業廢氣淨化 發布日期: 2019.02.20

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       石油成品油中的輕質油,如汽油和溶劑油等具有容易蒸發的性質。汽油等輕質油從煉油廠到中轉油庫到加油站,直至加給汽車油箱的儲、運、銷過程中,會有4~5次裝卸,每次裝卸都有與汽油液體體積相等的飽和油蒸氣排放。中國2012年石油消耗量4.9億噸,我國依賴進口石油54.8%,要排放油氣約8億m³,每m³油氣中含碳氫化合物濃度1100-1380g/m³,因此會造成油品損失數量高達90-108萬噸。按照每噸0.9萬元計算,損失高達81~95億元。

儲存和運輸環節的VOCs 排放在整個工業中僅占8%,但這部分最容易控製,也最易實現減排,產生的經濟效益也很可觀。油氣屬於典型的揮發性有機物(VOCs),也是PM2.5的重要來源,對環境危害極大。在國家明確關注的12個VOCs重點行業,大部分都涉及石油及其產品。另外油氣揮發存在安全隱患問題也十分突出,國內石化企業統計資料顯示,在222例火災爆炸事故中,由散發油氣引起的就有101起,占到總數的45.50%。所以從保護環境、保護健康、節約能源角度油氣回收都勢在必行。

回收機理及主流方法優缺點
1油氣回收機理

        由於汽油的揮發性強,儲罐、油箱上部會充滿油氣。加油時,由於油箱液麵上升,上部的油氣需排出。否則會造成氣壓增大而加不進油的狀況。而油氣回收裝置就是通過各種方法回收利用這部分油氣。

2目前主流方法及優缺點

        吸收法:根據混合油氣中各組分在吸收劑中的溶解度的大小,來進行油氣和空氣的分離。該法回收率低,排放很難達標,現在已經很少單獨使用。

       吸附法:利用活性炭或者其它孔隙率較大的物質作為吸附劑,由此達到使油氣與空氣分離的目的。由於填裝技術、解吸技術以及活性炭本身質量等方麵存在的諸多問題,活性炭使用壽命短。同時,吸附法油氣回收裝置的轉動設備比較多,炭床需要進行頻繁解吸,因此維修量大。當環境濕度過大時,其吸附能力會有一定程度的降低。
       冷凝法:利用冷凝劑通過熱交換器冷凝油氣,大部分油蒸氣會被冷凝成液態,而空氣則可以通過通風口被排出,從而達到分離的目的。此法工藝簡單、安全性能好、造價相對低廉、占地麵積小、維護容易、運行費用小,回收的烴類液態不含雜質。
       膜分離法:利用特殊高分子膜對烴類有優先透過性的特點,讓油氣和空氣混合氣在一定壓力的推動下,使油氣分子優先透過高分子膜,而空氣組分則被截留排放,富集的油氣傳輸回油罐或用其他方法液化。優點是技術先進,工藝相對簡單;排放濃度低,回收率高。此法操作簡單,適用範圍廣,不存在環境二次汙染,但能耗高、價格高、投資大,經濟性不高。
       我國油氣回收猶在學步, 油氣回收技術起步於20 世紀60 年代,美國、日本早在20 世紀70 年代就已成功研製出了油氣回收裝置。油氣回收裝置在其加油站、油庫、煉廠等重要場所的使用率已經超過90%,體現出顯著的綜合效益。我國僅有30%煉油企業設置了油氣回收裝置,約10%的加油站建有油氣回收設施,而且技術先進性、標準吻合度、政策適應性、效益彰顯度、設備持久性等等方麵,都有值得研究、討論、優化、提升的空間。

政策導向 大有可為

       國家對於VOCs的控製要求已經提高到前所未有的高度,VOCs的持續減排將成為我國“十三五”大氣汙染防控的重點工作。《揮發性有機物排汙收費試點辦法》及《環境保護稅法》的正式頒布並逐漸實施,油氣排放的內在機理及評定已經成為行業研究的重點和熱點。多地也開展了油氣回收現況全麵排查,
於此同時國內還建立了不少支持油氣回收的基金。如國家科技計劃體係項目中設立的科技型中小企業技術創新基金、國家重點新產品計劃、火炬計劃、國家科技支撐計劃(攻關計劃)、國家高新技術研究發展計劃、中央環境保護專項資金項目、國家鼓勵發展的環保產業設備(產品)目錄等幾十種。這些基金都將油氣回收處理、有機廢氣淨化產品作為優先扶持對象。也就是說,油氣回收企業有很多機會可以申報各種基金的無償資助,甚至可以同時申請到國家級和省級基金的無償支持。
VOC的回收技術:
       VOC的回收技術主要有冷凝法、吸附法、吸收法和膜分離法。根據VOC的物理和化學性質,選擇不同的回收方法或幾種方法的組合來回收VOC中的有機化合物,不僅可以減輕環境汙染,還會取得一定的經濟效益。
1、冷凝法
       冷凝法是最簡單的回收VOC的方法,它是利用物質在不同溫度下具有不同飽和蒸氣壓這一性質,將VOC通過冷凝器降低到有機物的沸點以下,使有機物冷凝成液滴,再靠重力作用落到凝結區下部的貯罐中,從而分離出來,通常使用的冷卻介質主要有冷水、冷凍鹽水和液氨。該技術對於高濃度(百分之幾)、較高沸點、須回收的VOC具有較好的經濟效益。
該方法所需設備和操作條件都比較簡單,所回收的VOC的純度比較高,其回收率與VOC初始濃度、沸點有關,VOC的初始濃度越大、沸點越高,回收率越高,但要獲得較高的回收率需采用較低溫度的冷凝介質或采用較高的壓力。所以在實際應用中,冷凝法常與壓縮、吸附、吸收等過程聯合使用,以吸收或吸附手段濃縮VOC、以冷凝法回收該有機物,達到經濟且回收率較高的目的。
2、吸附法
       吸附法已廣泛應用於淨化室內空氣、大氣汙染治理、石油化工等領域VOC的回收處理。它分為固定床吸附法、流動床吸附法和濃縮輪吸附法。其原理是利用具有密集的細孔結構、內表麵積比較大的粒狀活性炭、炭纖維、矽膠、人工沸石等吸附劑的多孔結構,將VOC組分吸附在固體表麵,利用吸附劑不斷吸附、脫附的循環,達到淨化回收目的。研究表明,活性炭吸附VOC性能最佳。吸附劑吸附VOC的效果除與吸附劑本身性質有關外還與VOC的種類、濃度、性質以及吸附係統的溫度、壓力有關,一般來說吸附劑對VOC的吸附能力隨氣體分子量的增加而增加,低分壓的氣體比高分壓氣體更易吸附。 吸附法適用於中低濃度、高通量VOC的回收,它具有去除效率高、淨化徹底、能耗低、工藝成熟、易於推廣實用等優點,表現出良好的環境和經濟效益。缺點是吸附劑的容量小,需要的吸附劑量大,設備龐大;吸附後的吸附劑不僅需要定期再生處理和更換,而且在此過程中,VOC有散逸的風險;由於全過程的複雜性,費用相對較高。
活性炭纖維是以有機化合物纖維(如聚丙烯、酚醛樹脂、 聚乙烯醇等)為基本原料經特殊加工製成的。它是一種很細的纖維狀物質, 具有巨大的比表麵積、外表麵積和非常發達的微孔結構, 纖維上有很多微孔可以直接與有機物接觸而不是象顆粒活性炭那樣要先通過大孔、過渡孔, 才能到達微孔, 因此, 活性炭纖維更易於吸附低濃度的VOC。與顆粒活性炭相比, 其吸附有機物的能力高出115~ 210 倍, 吸附速度也快3 倍左右。由於活性炭纖維的吸附能力強, 故吸附裝置可以小型化, 吸附劑的用量也可以少些, 降低處理費用。活性炭纖維VOC回收裝置以活性炭纖維(ACF)作為吸收劑,處理各類工廠或設備排放的含有有機溶劑(VOC)的廢氣,將其中的VOC變成液體進行分離,並進行回收再利用。

3、吸收法

       吸收法是根據有機物相似相溶的原理,采用低揮發或不揮發溶劑對VOC進行吸收,再利用VOC分子和吸收劑物理性質的差異進行分離的一種方法。通常使用的吸收劑是高沸點、低蒸氣壓的油類物質,吸收過程是在裝有填料的吸收塔中完成的,其吸收效果主要取決於吸收劑的吸收性能和吸收設備的結構特征。
該方法適用於大氣量、中等濃度VOC的處理,可用於回收有用成分,但吸收劑難以選取,吸收的範圍有限,而且吸收後的吸收溶液需進一步處理,有可能造成二次汙染,費用也較高。
4、 膜分離法
       膜分離法是在海水淡化研究中發現的一種新的高效分離方法,它與傳統的冷凝法、吸附法和吸收法相比,具有流程簡單,回收率高,能耗低,無二次汙染等優點,是一種非常有應用前景的分離方法。該方法適用於中高濃度VOC(含量高於1×10-3)的分離與回收。目前采用膜分離法可以回收脂肪和芳香族碳氫化合物、含氯溶劑、酮、醛、腈、醇、胺、酸等大部分VOC,且隨著高效分離膜的開發和價格的降低,膜技術的應用會越來越廣泛。
膜分離法是采用對有機化合物具有選擇性滲透的高分子膜,在一定壓力下使VOC滲透而達到分離的目的。一般采用中空纖維膜或板式膜。它分3步完成,首先將VOC和空氣混合物壓縮,再將壓縮的混合氣流輸入冷凝器中冷卻,然後進行膜蒸氣分離。當VOC氣體進入膜分離係統後,膜選擇性地讓VOC氣體通過而被富集,脫除了VOC的氣體留在未滲透側,可以達標排放;富集的VOC氣體可去冷凝回收係統進行有機溶劑的回收。

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