CN111023119A - VOCs废气的处理方法和处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种VOCs废气的处理方法和处理装置。所述处理方法包括以下步骤：单独收集含氢气的VOCs废气；燃烧所述含氢气的VOCs废气与助燃气的混合气体I，得热废气；将所述热废气与不含氢气的VOCs废气混合，得混合气体II，控制所述混合气体II温度，使其达到所述混合气体II的催化氧化起燃温度；将所述混合气体II送入催化氧化塔，使所述混合气体II中的VOCs催化氧化分解为二氧化碳和水，排出尾气。上述处理方法成功实现了以废治废，节约工艺运行成本，尾气达到环保排放标准，能源利用率高，安全系数高。
Description
技术领域
本发明涉及VOCs废气治理领域，特别是涉及VOCs废气的处理方法和处理装置。
背景技术
全球范围内挥发性有机物(VOCs)的排放量中天然源远高于人为源，但在我国一些工业密集区域的VOCs排放量人为源远高于天然源。近年来我国VOCs 排放总量逐年上升。已有相关人员采用排放因子法估算得到我国09年工业VOCs 排放量约1200万吨，按照年平均增长率11.5％估算，目前我国VOCs年排放总量已远超2000万吨。VOCs排放量大，危害大，不仅直接危害人体健康，还可在一定气象条件下与氮氧化物发生光化学反应，引起大气中臭氧浓度增加或与大气中的自由基反应形成二次气溶胶污染物，对大气中臭氧和灰霾等污染物的形成起到非常重要的作用。近年来随着VOCs排放量的递增及人们对其危害趋于更清晰的认识，我国对VOCs排放的管控正在不断加强。
石化业是VOCs管控的重点行业，其VOCs排放量巨大，对整个VOCs排放量的贡献显著。在石油炼制业，将原油转化为短链烃类以获得液体燃料和化工原料的过程中，常进行减压蒸馏、热裂化、催化裂化、加氢裂化、焦化、催化重整、异构化等工序，这些工序中都可能产生含氢气、甲烷、乙烷等VOCs 的尾气，且随着近年高含硫、含氮、含酸的原油重质化，加氢精制、加氢裂化等工序得到更广泛的应用，产生了大量含氢VOCs废气。在石油化学业，如合成氨、合成甲醇等合成工业，都会因使用氢气而产生含氢及其余碳氢化合物的废气。
氢气是一种有价的化学原料，目前关于氢气回收再利用技术有很多研究和应用，但针对氢气含量不高，又夹杂其他VOCs的排气，进行回收、提纯代价大，比如变压吸附(PSA)需要含氢量至少大于50％以上，如果含氢量低，那么回收的经济性不高。目前对于不具备回收价值的含氢废气要么就是作为低值燃料烧掉，如进入火炬进行燃烧，要么就是白白放空。但采用火炬燃烧，当含氢废气中含有较高浓度的VOCs废气时，火炬燃烧并不能完全去除掉其中的VOCs。例如：应用于石化项目的火炬，假设其燃尽率(DRE)均符合国家标准，达到98％，含氢VOCs废气中VOCs浓度按平均300g/m3计，则火炬燃烧后尾气中 VOCs浓度仍有6g/m3，远大于120mg/m3的环保排放标准。而且，火炬燃烧也会造成资源的浪费，例如：含氢VOCs废气中，假设氢气含量25％，VOCs浓度按平均200g/m3计，则废气热值已达2500kcal/m3以上，直接进火炬燃烧，热能不能回收利用，浪费资源。此外，有研究者对VOCs使用和排放量进监测和衡算发现，火炬的燃烧去除率实际仅为90％，当废气浓度出现波动时，去除率甚至降到80％，远达不到宣称的98％，当地行政部门已立法限制火炬使用时间，规定其仅作为应急处理装置。近年也逐渐加强对火炬排放的管理，比如南京，明确规定火炬应作为应急处置，而不得作为日常大气处理设施。受火炬燃尽率的限制和火炬检测监测的技术难度，几乎可以预见从国家到地方政府，会陆续出台相关政策对火炬燃烧进行管理控制，届时将火炬燃烧作为日常大气处理设施将不符合政策要求。
可见，目前石化业中，将火炬燃烧方法作为一种普遍地对氢气含量不高的含氢VOCs废气的处理方法，存在着很多弊端。
发明内容
基于此，本发明提供一种VOCs废气的处理方法，成功实现了以废治废，节约工艺运行成本，尾气达到环保排放标准，能源利用率高，安全系数高。
具体技术方案为：
一种VOCs废气的处理方法，包括以下步骤：
单独收集含氢气的VOCs废气；
燃烧所述含氢气的VOCs废气与助燃气的混合气体I，得热废气；
将所述热废气与不含氢气的VOCs废气混合，得混合气体II，控制所述混合气体II温度，使其达到所述混合气体II的催化氧化起燃温度；
将所述混合气体II送入催化氧化塔，使所述混合气体II中的VOCs催化氧化分解为二氧化碳和水，排出尾气。
本发明还提供一种VOCs废气的处理装置。
具体技术方案为：
一种VOCs废气的处理装置，包括燃烧补热炉和催化氧化塔，所述燃烧补热炉设置有燃烧区和混合区；
将含氢气的VOCs废气和助燃气输送至所述燃烧区，燃烧产生的热废气输送至所述混合区，与不含氢气的VOCs废气在所述混合区中混合，控温，再送入所述催化氧化塔。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
上述处理方法，单独将含氢气的一路VOCs废气抽出来做燃料，成功实现了以废治废。具体为：燃烧含氢气的VOCs废气，或燃烧所述含氢气的VOCs 废气与助燃气的混合气体I，将得到的热废气与不含氢气的VOCs废气混合得混合气体Ⅱ，利用燃烧产生的热量，将整个反应体系升温，同时，控制该体系的温度达到混合气体II的催化氧化起燃温度，将该温度下的混合气体II送入催化氧化塔中，使所述混合气体II中的VOCs被催化氧化为二氧化碳和水，排出尾气。
上述处理方法一方面，相比于现有的火炬燃烧技术，将燃烧产生的热能合理的利用起来，还能使尾气达到环保排放标准。另一方面，相比于常用电加热或天然气加热技术催化氧化处理VOCs废气的方法，本发明处理方法，单独收集含氢气的VOCs废气作燃料，在未燃烧之前，在管道中不与其余含氧气的废气混合，不容易发生火爆，增加系统的安全系数，同时以废治废，节约工艺运行成本，能源利用率高。
此外，可以将不含氢气的VOCs废气中的一部分，作为助燃剂，供给含氢气的VOCs废气燃烧，将燃烧产生的热废气与剩余部分的不含氢的VOCs废气混合，再送入催化氧化塔。采用这种方法，使不含氢气的VOCs废气通过燃烧也烧掉一部分的VOCs，减轻后续催化氧化的负荷，进而延长催化剂的使用寿命，降低工艺运行成本。
此外，如果催化氧化塔中排放的尾气温度较高，还可利用换热器对催化氧化塔中排放的尾气进行热能的回收，具体为：将尾气送入换热器与冷物流进行热交换，冷物流经换热器升温后用于生产或生活用热。
附图说明
图1为实施例1的处理流程示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种VOCs废气的处理方法，包括以下步骤：
单独收集含氢气的VOCs废气；
燃烧所述含氢气的VOCs废气与助燃气的混合气体I，得热废气；
将所述热废气与不含氢气的VOCs废气混合，得混合气体II，控制所述混合气体II温度，使其达到所述混合气体II的催化氧化起燃温度；
将所述混合气体II送入催化氧化塔，使所述混合气体II中的VOCs催化氧化分解为二氧化碳和水，排出尾气。
本发明所述的VOCs废气的处理方法，单独将含氢气的一路VOCs废气抽出来做燃料，成功实现了以废治废。
可以理解地，单独收集含氢气的VOCs废气，此处，所述含氢气的VOCs 废气的氢气含量不高或废气流量不高，不具备回收价值。
单独收集到的含氢气的VOCs废气不含氧气，在未燃烧之前，在管道中不与其他含氧废气混合。
燃烧所述含氢气的VOCs废气与助燃气的混合气体I，将得到的热废气与不含氢气的VOCs废气混合，利用燃烧产生的热量，将整个反应体系升温，同时，控制该体系的温度达到混合气体II的催化氧化起燃温度，将该温度下的混合气体II送入催化氧化塔中，使所述混合气体中的VOCs被催化氧化为二氧化碳和水，排出尾气。
在一个优选的实施例中，不含氢气的VOCs废气含有氧气，助燃气可以为不含氢气的VOCs废气中的一部分，将一部分不含氢气的VOCs废气作为助燃气引入燃烧区供给含氢气的VOCs废气燃烧，将燃烧产生的热废气与剩余部分的不含氢的VOCs废气混合，再送入催化氧化塔。采用这种方法，同时使不含氢气的VOCs废气通过燃烧也烧掉一部分的VOCs，减轻后续催化氧化的负荷，进而延长催化剂的使用寿命，降低工艺运行成本。
在一个优选的实施例中，助燃气为空气。可以为外界的新鲜空气。
应当理解的是，含氢气的VOCs废气的氢含量和VOCs的浓度，决定了含氢气的VOCs废气的热值，而所述含氢气的VOCs废气的热值决定了含氢气的废气与不含氢气的VOCs废气的投料体积比。当助燃气为空气时，最优操作条件下，所述含氢气的VOCs废气的热值大于2000kcal，所述含氢气的VOCs废气与不含氢气的VOCs废气的投料体积比为1:15-1:70。此时，总烟气量不大，不需要额外补充热能，仅靠含氢废气的燃烧热就可以使体系的温度达到混合气体 II的催化氧化起燃温度。
在一个优选的实施例中，助燃气也可以是空气与一部分不含氢气的VOCs 废气的混合气体。即将一部分不含氢气的VOCs废气作为助燃气引入燃烧区供给含氢气的VOCs废气燃烧时，还可通入助燃空气。此时，一部分不含氢气的 VOCs废气的加入，缩减了从外环境引入助燃空气的量，进而减少总烟气量。
应当理解地，所述不含氢的VOCs废气中VOCs浓度小于25％LEL。
可以理解地，控制所述混合气体II温度的方法为：向所述混合气体II中通入环境空气或额外补充热能。
当含氢气的VOCs废气，或含有氢气的VOCs废气与助燃气的混合气体I 燃烧热不足以使反应体系达到催化氧化所需温度时，需要额外补充能源；当含氢气的VOCs废气，或含有氢气的VOCs废气与助燃气的混合气体I燃烧产生热量高于反应体系催化氧化所需温度时，可以通过混入环境空气的方法降低温度。
将达到其催化氧化起燃温度的混合气体II送入催化氧化塔，在所述催化氧化塔中，混合气体II中的VOCs被催化氧化为二氧化碳和水，排出尾气。
所述催化氧化塔中，所采用的催化剂可以选用市面上常用的催化剂，此处不做限制。
可以理解地，如果催化氧化塔中排放的尾气温度较高，还可利用换热器对催化氧化塔中排放的尾气进行热能的回收，具体为：将尾气送入换热器与冷物流进行热交换，冷物流经换热器升温后用于生产或生活用热。如果混合气体中 VOCs浓度降低，使得催化氧化升温不高时，经氧化分解的尾气可直接排放，而无需设置换热器。
上述处理以废治废。一方面，相比于现有的火炬燃烧技术，将燃烧产生的热能合理的利用起来，还能使尾气达到环保排放标准。另一方面，相比于常用电加热或天然气加热技术催化氧化处理VOCs废气的方法，本发明处理方法，单独收集含氢气的VOCs废气作燃料，在未燃烧之前，在管道中不与其余含氧气的废气混合，不容易发生火爆，增加系统的安全系数，同时以废治废，节约工艺运行成本，能源利用率高。
一种VOCs废气的处理装置，包括燃烧补热炉和催化氧化塔，所述燃烧补热炉设置有燃烧区和混合区；
将含氢气的VOCs废气和助燃气输送至所述燃烧区，燃烧产生的热废气输送至所述混合区，与不含氢气的VOCs废气在所述混合区中混合，控温，再送入所述催化氧化塔。
可以理解地，所述处理装置还包括第一引风机、第二引风机、第三引风机、第四引风机和额外热源中的一种或几种；
所述第一引风机用于将助燃气输送至所述燃烧区；
所述第二引风机用于将环境空气输送至所述混合区，以控制所述混合区的温度；
所述第三引风机用于将含氢气的VOCs废气输送至所述燃烧区；
所述第四引风机用于将不含氢气的VOCs废气输送至混合区。
可以理解地，额外热源可采用很多种形式，可根据不同情境做适应性的调整。比如：可以在燃烧炉后面设置一个电加热器；也可以在燃烧炉中通入适量的天然气。本发明不对额外热源的形式做特别限定。
可以理解地，所述处理装置还包括换热器，用于回收所述催化氧化塔中排放的尾气中的热能。
以下结合具体实施例作进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种VOCs废气的处理方法和处理装置，所述VOCs废气的处理流程如图1所示。
步骤一
单独收集石油化工行业中混有氢气的VOCs废气，此时含氢气的VOCs废气中不含氧气，在管道中也不与其他VOCs废气混合，此时，含氢气的VOCs 废气中各成分含量见表1。
表1
将上述含氢气的VOCs废气引入燃烧补热炉2的燃烧区，同时通过第一引风机1-1抽引外环境助燃空气进入燃烧补热炉2的燃烧区。
步骤二
含氢气的VOCs废气在助燃空气的氛围下，在燃烧补热炉2中的燃烧区进行充分燃烧，氢气和一部分VOCs均被燃烧分解，释放热量，产生热废气I，输送至燃烧补热炉中的混合区。
步骤三
将如下表2所述的B路、C路和D路废气混合，得不含有氢气的VOCs废气，冷凝回收有用化学品后，输送至燃烧补热炉混合区，与步骤二中燃烧产生的热废气I混合得混合气体Ⅱ，含氢气与不含氢气VOCs废气两者的体积比为 1:18，再通过第二引风机1-2抽引外环境空气进入燃烧补热炉2的混合区，调节外环境空气的流量来控制混合区废气的温度在300℃，即混合气体Ⅱ的催化氧化起燃温度附近，得到温度为300℃的混合气体。
表2
步骤四
将温度为300℃的混合气体Ⅱ送入催化氧化塔3，使所述混合气体Ⅱ中的 VOCs催化氧化分解为二氧化碳和水，排出尾气。
步骤五
经催化氧化塔出来的尾气温度较高，送入换热器4与冷物流进行热交换，回收热能。经换热器出来的尾气送入排气烟囱排放，冷物流经换热器换热升温后回用于生产或生活用热。
上述处理以废治废，灵活调整处理策略。一方面，相比于现有的火炬燃烧技术，将燃烧产生的热能合理的利用起来，还能使尾气达到环保排放标准。另一方面，相比于常用电加热或天然气加热技术催化氧化处理VOCs废气的方法，本发明处理方法，单独收集含氢气的VOCs废气作燃料，在未燃烧之前，在管道中不与其余含氧气的废气混合，不容易发生火爆，增加系统的安全系数，同时以废治废，节约工艺运行成本，能源利用率高。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种VOCs废气的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
单独收集含氢气的VOCs废气；
燃烧所述含氢气的VOCs废气与助燃气的混合气体I，得热废气；
将所述热废气与不含氢气的VOCs废气混合，得混合气体II，控制所述混合气体II温度，使其达到所述混合气体II的催化氧化起燃温度；
将所述混合气体II送入催化氧化塔，使所述混合气体II中的VOCs催化氧化分解为二氧化碳和水，排出尾气。
2.根据权利要求1所述的VOCs废气的处理方法，其特征在于，所述助燃气为空气和/或一部分所述不含氢的VOCs废气。
3.根据权利要求2所述的VOCs废气的处理方法，其特征在于，燃烧所述含氢气的VOCs废气和一部分所述不含氢的VOCs废气的混合气体I，或燃烧所述含氢气的VOCs废气、一部分所述不含氢的VOCs废气和空气的混合气体I，得热废气，将所述热废气与剩余部分所述不含氢气的VOCs废气混合，得混合气体II。
4.根据权利要求1所述的VOCs废气的处理方法，其特征在于，所述含氢气的VOCs废气的热值大于2000kcal，所述含氢气的VOCs废气与不含氢气的VOCs废气的投料体积比为1:15-1:70。
5.根据权利要求1-4任一项所述的VOCs废气的处理方法，其特征在于，控制所述混合气体II温度的方法为：向所述混合气体II中通入环境空气或额外补充热能。
6.根据权利要求1-4任一项所述的VOCs废气的处理方法，其特征在于，所述不含氢的VOCs废气中VOCs浓度小于25％LEL；
及/或，所述含氢气的VOCs废气不含氧气。
7.根据权利要求1-4任一项所述的VOCs废气的处理方法，其特征在于，所述处理方法还包括利用换热器回收所述尾气中的热能的步骤。
8.一种VOCs废气的处理装置，其特征在于，包括燃烧补热炉和催化氧化塔，所述燃烧补热炉设置有燃烧区和混合区；
将含氢气的VOCs废气和助燃气输送至所述燃烧区，燃烧产生的热废气输送至所述混合区，与不含氢气的VOCs废气在所述混合区中混合，控温，再送入所述催化氧化塔。
9.根据权利要求8所述的VOCs废气的处理装置，其特征在于，所述处理装置还包括第一引风机、第二引风机、第三引风机、第四引风机和额外热源中的一种或几种；
所述第一引风机用于将助燃气输送至所述燃烧区；
所述第二引风机用于将环境空气输送至所述混合区，以控制所述混合区的温度；
所述第三引风机用于将含氢气的VOCs废气输送至所述燃烧区；
所述第四引风机用于将不含氢气的VOCs废气输送至混合区。
10.根据权利要求8或9所述的VOCs废气的处理装置，其特征在于，所述处理装置还包括换热器，用于回收所述催化氧化塔中排放的尾气中的热能。
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