VOCs深冷回收之“冷凝+吸附”與“吸附+吸收”兩條工藝深度對(duì)比解析

“冷凝+吸附”與“吸附+吸收”兩條工藝是我們經(jīng)常碰到的工藝路線，特別是針對(duì)高濃度有機(jī)廢氣，比如儲(chǔ)罐中的大小呼吸廢氣或裝車臺(tái)中的廢氣，反應(yīng)釜中高濃度低風(fēng)量揮發(fā)氣，此類有機(jī)廢氣特點(diǎn)是濃度高氣量小。

現(xiàn)在就此兩種工藝，在同一廢氣源情況下進(jìn)行對(duì)比：
一【基本參數(shù)】
1、廢氣源參數(shù)，流量600m³/h，濃度800g/m³，排放氣體總量中含烴類480kg/h；
2、吸附劑活性炭的吸附容量和使用壽命，吸附容量國產(chǎn)的按5%、進(jìn)口的按10%（美德維實(shí)偉克），吸附壽命國產(chǎn)的按2 年、進(jìn)口的按10 年（美德維實(shí)偉克承諾），價(jià)格國產(chǎn)的按1.5 萬元/t、進(jìn)口的按6 萬元/t；
3、電費(fèi)按照0.8 元/kwh；
4、冷凝工況及冷凝前后的油氣濃度：三級(jí)冷凝工況，最低溫度-70℃，冷凝后殘余濃度80g/m³，（600m³冷凝后在第三級(jí)-70℃下的余氣體積有321.1308m³，濃度79.3812g/m³。若讓余氣溫度回升至35℃，體積增至488.4824m³，濃度只有52.1856g/m³），殘余烴類25.5kg。
二【不同工藝的流程和特點(diǎn)】

1、冷凝+吸附：
工藝流程：先對(duì)油氣降溫，使之90%冷凝液化?；厥瘴餅橐夯停椿厥盏氖堑蜐舛扔鄽?，然后用吸附罐將余氣中烴類物質(zhì)吸附富集，讓余氣中空氣排放。吸附富集的烴類組分脫附后返回冷凝級(jí)繼續(xù)冷凝液化。

冷凝+吸附工藝的配置，有冷凝和吸附兩大單元。

①冷凝單元工況：設(shè)置三級(jí)冷凝，第一級(jí)從常溫冷凝到3℃、第二級(jí)從3℃冷凝到-35℃、第三級(jí)從-35℃冷凝到-70℃。第三級(jí)的冷凝余氣返回第一級(jí)前面的前置換熱器，冷量回用，將進(jìn)入油氣回收處理裝置的油氣預(yù)冷，有節(jié)能效果。冷凝單元能夠見到回收的液態(tài)汽油，在前端密閉保證、傳輸順暢的情況下，回收率大于90%，對(duì)于600m³/h 的濃度為800g/m³的油氣，液化回收的液態(tài)油為430kg/h 左右。冷凝單元單位耗電約0.2kwh/m³，處理600m³/h 油氣電耗120kwh.，電費(fèi)96元/h。

②吸附單元的配置：吸附單元配置吸附罐兩只和脫附真空泵一臺(tái)，以及用于切換吸附脫附的電動(dòng)或氣動(dòng)閥門若干。真空泵還需要配備冷卻系統(tǒng)。

2、吸附+吸收
①吸附工藝的作用：是將廢氣中烴類物質(zhì)吸附截留，讓空氣排放。對(duì)于低濃度有機(jī)氣體，吸附的作用更表現(xiàn)為將有機(jī)氣體和空氣混合體中低濃度的有機(jī)物吸附截留，脫附得到高濃度的有機(jī)氣體，稱為富集提濃。吸附工藝將烴類組分富集提濃，但烴類組分的狀態(tài)仍然是氣態(tài)，只是從濃度低一些的氣體富集為濃度高一些的氣體。但是，人們進(jìn)行有機(jī)氣體治理的更多目的，是要將有機(jī)物回收利用。而從氣態(tài)到氣態(tài)，就達(dá)不到目的。所以，吸附工藝不能單獨(dú)使用，要與其他能夠?qū)怏w相變?yōu)橐后w的工藝方法組合運(yùn)用。
②吸收法的作用：吸收法，就是用液體噴淋吸收氣體的方法。吸收法對(duì)吸收劑的要求，是必須能夠溶解吸收需要吸收的組分，如果吸收劑與被吸收的組分在壓力、溫度、濃度方面，不能滿足將要吸收的組分溶解的目的，就會(huì)失去或降低吸收效果。
吸附+吸收的流程：油氣先進(jìn)入吸附罐中炭床，烴類組分被攔截吸附，空氣排放。炭床吸附到接近飽和量（不能到飽和狀態(tài)，處于飽和邊緣就會(huì)造成排放超標(biāo)），脫附進(jìn)入吸收塔，從汽油儲(chǔ)罐抽汽油對(duì)脫附氣體進(jìn)行噴淋吸收，回收物進(jìn)入吸收劑（汽油）。
三【差異及利弊】
兩種工藝均為組合工藝，但有不少差異。
①，關(guān)于活性炭用量：考量活性炭用量，首先要比較活性炭吸附容量指標(biāo)。目前，國產(chǎn)活性炭吸附容量不大于5%指標(biāo)，確定為國產(chǎn)的5%、進(jìn)口的10%。
【吸附+吸收工藝】：以600m³/h、含量480kg/h 為例，采用吸附+吸收工藝，直接吸附高濃度油氣，采用國產(chǎn)活性炭，需要9600kg，另為控制尾氣達(dá)標(biāo)要求炭床需要加30%活性炭，則需要12.5 噸活性炭，約30m³。兩個(gè)罐，各不小于15m³。切換時(shí)間不大于30min，體積龐大。有的廠家為了減小吸附劑量，在吸脫附周期上想辦法，如，將切換時(shí)間改為15min，吸附罐改為7.5m³。若采用進(jìn)口活性炭，以上數(shù)據(jù)相應(yīng)減少一半，活性炭6 噸、吸附罐8m³（進(jìn)口活性炭比重小于國產(chǎn)活性炭），體積仍然不小。
【冷凝+吸附工藝】：三級(jí)冷凝工況，最低溫度-70℃，冷凝后殘余濃度80g/m³，（600m³冷凝后在第三級(jí)-70℃下的余氣體積有321.1308m³，濃度79.3812g/m³。若讓余氣溫度回升至35℃，體積增至488.4824m³，濃度只有52.1856g/m³），殘余烴類25.5kg。由于冷凝余氣濃度低，殘余烴類25.5kg。采用國產(chǎn)活性炭，需要活性炭0.66 噸，吸附罐體積各1m³。采用進(jìn)口活性炭吸附，需要活性炭280kg，吸附罐2 只，每只0.5m³，其體積、所需鋼材、成本均相對(duì)小了很多。
②，關(guān)于真空泵配置功率：從吸附罐體積大小、活性炭用量多少的比較，采用真空泵大小的問題，也很明顯。需要配置真空泵的情況見下表：

③，關(guān)于用大儲(chǔ)罐做吸收劑帶來的其他問題
【吸收塔尾氣濃度較高】中石化環(huán)境監(jiān)測(cè)總站、中石化撫順石油研究院對(duì)華北地區(qū)采用貧油作為吸收劑噴淋的一套吸附法油氣回收裝置，進(jìn)行了吸收塔進(jìn)出口油氣濃度采樣檢測(cè)分析，得到如下數(shù)據(jù)：

從上面表格數(shù)據(jù)可見，噴淋塔出口濃度都在410g/m³以上，其意味著吸附油氣的
炭床，不但要吸附從發(fā)油鶴管處密閉收集來的油氣，同時(shí)還要吸附噴淋塔尾氣中濃度在410g/m³以上的油氣，后果則是活性碳吸附量增加、吸脫附啟動(dòng)頻繁、周期縮短；另一方面，活性碳在超負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，吸附率、使用壽命都會(huì)加速衰減。如果真空泵開始脫附的流量、壓力影響，噴淋塔發(fā)生“液泛”時(shí)，問題只會(huì)更加嚴(yán)重。
四【用大罐中汽油做吸收劑造成大罐儲(chǔ)存損耗增加】
噴淋吸收液是從汽油大罐抽取，噴淋之后送回汽油大罐。由于吸脫附切換頻繁、周期短、流量大，增加了液態(tài)油品進(jìn)出儲(chǔ)罐的頻率，相對(duì)于靜止存放的情況，液體內(nèi)部的被擾動(dòng)相似沸騰運(yùn)動(dòng)，會(huì)破壞液面靜止的封閉面，直接波及液面以上的大濃度層，削弱大濃度層對(duì)液面蒸發(fā)的抑制作用，加速液面的蒸發(fā)。汽油大罐會(huì)從靜止儲(chǔ)存狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉欠€(wěn)態(tài)儲(chǔ)存狀態(tài)，加劇汽油的蒸發(fā)損耗。
儲(chǔ)存容器的油品蒸發(fā)及油氣排放為非穩(wěn)態(tài)多變量系統(tǒng)，非穩(wěn)態(tài)儲(chǔ)存狀態(tài)會(huì)
增加儲(chǔ)存損耗。（請(qǐng)見《油氣回收基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用》黃維秋主編，P107）。如，廣州石化油庫管理人員說，大儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存損耗“比起安裝油氣回收之前，每天增加30—50kg”。
綜合以上分析，我們不難得到冷凝+變壓吸附/吸附+吸收技術(shù)的數(shù)據(jù)比較：

來源： VOCs減排工作站