針對(duì)油品儲(chǔ)運(yùn)(儲(chǔ)罐呼吸氣、裝卸車/船廢氣)的廢氣冷凝回收工藝,這是一種高效、環(huán)保的油氣回收技術(shù),旨在回收有價(jià)值的油品組分(VOCs),減少VOCs排放和安全隱患,并符合日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)。以下是該工藝的詳細(xì)說明:
一、工藝原理
核心是利用低溫冷凝技術(shù),將廢氣中的油氣(主要是輕烴組分)從氣態(tài)冷凝為液態(tài)回收。
降溫液化:將含油氣的廢氣降溫至其露點(diǎn)溫度以下。
組分差異:不同烴類組分具有不同的飽和蒸氣壓和沸點(diǎn)。在逐級(jí)降溫過程中,高沸點(diǎn)(重組分)油氣先冷凝(如汽油組分在-35℃到-75℃區(qū)間),低沸點(diǎn)(輕組分)油氣后冷凝(如石腦油、部分溶劑組分需要更低溫度)。
氣液分離:冷凝下來的液態(tài)油品通過氣液分離器與不凝氣(主要是空氣、氮?dú)饧吧倭繕O輕烴)分離。
回收與排放:液態(tài)油品收集后返回儲(chǔ)罐或處理系統(tǒng)再利用;達(dá)標(biāo)的不凝氣(主要含少量VOCs)排入大氣或進(jìn)入后續(xù)處理單元(如吸附、催化氧化等)進(jìn)行深度凈化。
二、核心工藝單元
預(yù)處理單元:
目的:保護(hù)后續(xù)冷凝單元(尤其換熱器和壓縮機(jī)),提高效率,保障安全。
關(guān)鍵設(shè)備/步驟:
緩沖罐/均壓罐:平衡儲(chǔ)罐呼吸氣或裝卸操作帶來的流量波動(dòng)和壓力波動(dòng)。
除霧器/氣液分離器:去除廢氣中夾帶的液滴、水霧和較大顆粒物。
阻火器:防止火焰?zhèn)鞑セ貜U氣源,確保系統(tǒng)安全。
壓力調(diào)節(jié):維持進(jìn)入冷凝單元的氣體壓力穩(wěn)定。
(可選)除濕/干燥:對(duì)于濕度特別高的廢氣(如某些碼頭環(huán)境),可能需要預(yù)冷除水或干燥劑除濕,防止后續(xù)深冷時(shí)結(jié)冰堵塞。
壓縮單元(可選但常用):
目的:提高廢氣壓力,從而提高烴類組分的露點(diǎn)溫度,使它們?cè)谙鄬?duì)較高的溫度下冷凝,降低后續(xù)制冷負(fù)荷和深度。
關(guān)鍵設(shè)備:防爆型壓縮機(jī)(如螺桿壓縮機(jī)、液環(huán)壓縮機(jī))。選擇時(shí)需考慮氣體特性(含液、易燃)、壓縮比、流量范圍。
預(yù)冷單元:
目的:初步降溫,回收部分冷量,降低深冷單元負(fù)荷,并可能冷凝出部分重?zé)N和水(如果存在)。
關(guān)鍵設(shè)備:
預(yù)冷冷凝器:通常使用較經(jīng)濟(jì)的制冷方式(如乙二醇水溶液/冷凍水冷卻),將氣體冷卻至0℃~5℃左右。
預(yù)冷級(jí)氣液分離器:分離預(yù)冷段冷凝下來的液體(油和水)。
深度冷凝單元:
目的:將氣體進(jìn)一步深度降溫至目標(biāo)溫度(通常-35℃至-110℃),使絕大部分油氣組分冷凝液化。
關(guān)鍵設(shè)備:
深冷冷凝器:核心設(shè)備。采用制冷劑(如R404a,R507a,R23,R508b,或混合制冷劑、復(fù)疊系統(tǒng))通過板翅式換熱器或管殼式換熱器提供冷量。
制冷機(jī)組:為深冷冷凝器提供冷源。根據(jù)目標(biāo)冷凝溫度和回收率要求,可選擇:
單級(jí)壓縮制冷:適用于較高冷凝溫度(如-35℃~-45℃)。
復(fù)疊式制冷:使用兩種或多種制冷劑的循環(huán)組合,可達(dá)-70℃至-110℃甚至更低,用于要求高回收率或處理含輕組分多的廢氣。
自復(fù)疊/混合制冷劑制冷:優(yōu)化系統(tǒng),減少設(shè)備數(shù)量。
深冷級(jí)氣液分離器:分離深度冷凝下來的液態(tài)油品。
制冷劑循環(huán)系統(tǒng):
組成:壓縮機(jī)、冷凝器(風(fēng)冷或水冷)、節(jié)流膨脹裝置(如膨脹閥)、蒸發(fā)器(即深冷冷凝器)、儲(chǔ)液器等。
關(guān)鍵:高效、穩(wěn)定、適應(yīng)變工況運(yùn)行。防爆設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
回收單元:
目的:收集、儲(chǔ)存和回用冷凝下來的液態(tài)油品。
關(guān)鍵設(shè)備:
集液罐:收集各冷凝級(jí)分離下來的液體。
油水分離器(若需要):分離冷凝液中的油和水(主要來自預(yù)冷段)。
回收泵/自流:將純凈的冷凝油品輸送回儲(chǔ)罐(如同種油品儲(chǔ)罐或?qū)iT的回收集罐)。
不凝氣處理單元:
目的:處理經(jīng)過冷凝回收后仍含有少量VOCs的不凝氣,使其達(dá)標(biāo)排放。
處理方式:
直接排放:當(dāng)不凝氣VOCs濃度和排放速率滿足當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)要求時(shí)(較少見,尤其對(duì)高要求地區(qū))。
后續(xù)處理:最常見的選擇。將不凝氣送入:
吸附單元(如活性炭吸附、碳纖維吸附):進(jìn)一步吸附殘余VOCs,吸附飽和后進(jìn)行脫附再生(蒸汽、熱氮?dú)狻⒄婵盏龋?,脫附出的高濃度油氣可返回冷凝單元入口或單?dú)處理。
催化氧化/熱力氧化單元:將殘余VOCs徹底氧化分解為CO?和H?O。
膜分離單元:選擇性分離殘余烴類(較少單獨(dú)用于此場(chǎng)景,常與其他技術(shù)組合)。
控制系統(tǒng):
目的:實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、安全、高效運(yùn)行。
功能:
監(jiān)控關(guān)鍵參數(shù)(溫度、壓力、流量、液位、VOCs濃度、氧含量)。
控制制冷系統(tǒng)、壓縮機(jī)、閥門等設(shè)備啟停和運(yùn)行。
實(shí)現(xiàn)安全聯(lián)鎖(超溫、超壓、氧含量超標(biāo)、火焰檢測(cè)等)。
數(shù)據(jù)記錄和遠(yuǎn)程監(jiān)控。
三、工藝特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)
高回收率:深度冷凝(-75℃以下)可達(dá)到95%甚至更高的油氣回收率。
直接回收液體油品:回收產(chǎn)物是液態(tài)油,可直接回用于生產(chǎn)系統(tǒng)或銷售,經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。
無二次污染:避免了吸附劑、吸收劑等消耗品的更換和處理問題(純冷凝工藝本身)。
操作相對(duì)穩(wěn)定:工藝過程主要是物理相變,操作參數(shù)相對(duì)容易控制。
安全性較高:系統(tǒng)通常在密閉、低溫、常壓或微負(fù)壓/微正壓下運(yùn)行,且可有效控制氧含量(尤其在裝卸船時(shí)),降低燃爆風(fēng)險(xiǎn)(需配合良好的設(shè)計(jì)、惰化和控制)。
處理負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng):可通過變頻、多級(jí)組合等方式適應(yīng)流量波動(dòng)。
總結(jié):
冷凝回收工藝是處理油品儲(chǔ)運(yùn)廢氣(呼吸氣、裝卸廢氣)的一種高效、可靠、能直接回收高價(jià)值油品的技術(shù),特別適用于追求高回收率和回收經(jīng)濟(jì)價(jià)值的場(chǎng)合。其核心在于深度制冷和高效氣液分離。盡管面臨能耗和設(shè)備投資的挑戰(zhàn),但通過優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)(預(yù)處理、制冷循環(huán)、換熱)、嚴(yán)格的安全控制(惰化、防爆、氧含量監(jiān)測(cè))以及與后續(xù)處理技術(shù)(如吸附)的組合應(yīng)用,能夠滿足嚴(yán)格的環(huán)保要求并實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。在方案選擇時(shí),需詳細(xì)分析廢氣特性(組分、濃度、流量、溫濕度)和具體項(xiàng)目要求(回收率目標(biāo)、投資預(yù)算、運(yùn)行成本、場(chǎng)地限制、法規(guī)要求)進(jìn)行綜合評(píng)估和設(shè)計(jì)。
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