VOCs深冷冷凝回收工藝原理及問題

1、VOCs治理系統(tǒng)采用的冷凝技術，是在不同結構的換熱器中，將VOCs有機氣體與通過不同方法制取得到的冷負荷進行換熱，降低有機氣體的溫度，使有機氣體在低溫下產生相變，從氣態(tài)到液態(tài)，得到液態(tài)回收物。我們所說的不同冷凝方法，主要指取得冷負荷的不同的方法。常用的方法主要有機械制冷、液氮制冷，運用較多的是機械制冷方法，液氮制冷方法因成本方面原因，目前運用推廣速度受到影響。其他制冷方法還有膨脹制冷、余熱制冷，但VOCs的排放工況不大適應這兩種方法的運行工況，因此膨脹制冷和余熱制冷方法的推廣受到限制。在VOCs治理方法中還有一種稱為“壓縮冷凝”的方法，實際屬于“機械制冷”與加壓結合的方法，也由于VOCs排放工

2、況的原因，推廣難度很大。機械制冷工作原理是熱力學第二定律。它是通過消耗機械能改變制冷劑的狀態(tài)，在制冷劑循環(huán)狀態(tài)變化過程，將熱量從溫度低的環(huán)境（或物體）傳遞（轉換）給溫度高的物體（或物質），從而使溫度高的物質（如有機氣體）減低溫度，相態(tài)發(fā)生變化（從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)），達到將VOCs氣體（如油氣或其他氣態(tài)有機物）變?yōu)橐簯B(tài)，實現(xiàn)凈化或回收的目的。機械制冷的主要配置為“四大件”，即，制冷壓縮機、蒸發(fā)器、節(jié)流器（膨脹閥或毛細管）、冷凝器（有風冷和水冷）機械制冷，也稱為循環(huán)制冷，是指制冷劑循環(huán)過程制取冷負荷?；驹砭褪茄h(huán)圖，如下：制冷蔡詞q大件判冷壓痍機、坯發(fā)髀、膨艦問.蹲凝馨1枸成循環(huán)回蹄，制律劑的循環(huán)

3、過程相態(tài)涯磁I見下圖至過程）【高壓（帶沮）液態(tài)燒過謄1K闔廢壓形戰(zhàn)低壓（低fi）液態(tài)“低壓JS杏蒸笈吸搭成為低壓（相氣態(tài)；低搖0HB吒蕊經過壓縮機壓鐮或為高壓（坯據(jù)）弋態(tài)I高壓（高魁態(tài)掩凝宓為高壓（常脈液態(tài)J(SrSfSS吸熱,PJ故熱旳匚堿褲工作站細w、m、世齢叩|臥溫喘列加常他“故,-百璀丸冷：%旳也小：盤溫；F，-詡在VOCs治理系統(tǒng)（包括油氣回收系統(tǒng)）中，四大件”及原理示意圖:訓喰11a_i高壓高溫氣休制冷錢橋匿商層（庭北管）4低壓低溫氣體也L.H13低壓低溫液藤匚渤排工作站冷凝法運用，在VOCs治理系統(tǒng)，包括油氣回收處理裝置，都設計為撬裝結構，四大件都集成安裝在撬塊上，如下圖：膨脹制

4、冷就是利用透平膨脹機作為制冷工具，制取冷量，給VOCs治理設備（油氣回收處理裝置）提供冷量，完成對有機廢氣的凈化治理和回收處理。膨脹機的工作原理：透平膨脹機是空氣分離設備及天然氣（石油氣）液化分離設備和低溫粉碎設備等獲取冷量所必需的關鍵部機，是保證整套設備穩(wěn)定運行的心心臟。其主要原理是利用有一定壓力的氣體在透平膨脹機內進行絕熱膨脹對外做功而消耗氣體本身的內能，從而使氣體自身強烈地冷卻而達到制冷的目的。透平膨脹機輸出的能量由同軸的增壓機、發(fā)電機回收或制動風機、油等消耗。膨脹機主要是被用來生產冷量造成低溫，其工作的對象主要是氣體。當氣體具有一定的壓力和溫度時。就具有一定的能量，即由壓力而體現(xiàn)的勢能

5、與由溫度所體現(xiàn)的動能。這兩種能量總稱為內能，而膨脹機主要的作用是利用氣體通過膨脹機的過程中的內能降低并對外輸出功。并由于氣體內能的降低并對外輸出功使氣體的壓力和溫度大幅度降低從而達到制冷與降溫的目的。膨脹機主要的工作是在噴咀及葉輪中完成。噴咀是一種由多個精心設計的葉片所組成的噴射通道（即噴咀流道）。當高壓的氣體通過噴咀流道時，由于噴射作用使氣體的速度迅速上升并可達到音速。而氣體的壓力和溫度則很快下降。從而達到降溫的目的。（膨脹器和增壓機）經壓縮、干燥、凈化的油氣混合氣推動渦輪膨脹機工作，迅速等熵膨脹致冷。當致冷溫度低于油氣的露點溫度時，油氣被冷凝為液體，經氣液分離器分離。膨脹制冷油氣回收設備流

6、程圖：液氮制冷液氮制冷原理簡單，利用液態(tài)氮在氣化（相變）過程吸收熱量（或說釋放冷量）的原理，將VOCs氣體降溫液化?；驹硎疽馊缦拢哼@種工藝方法簡單，氮的沸點溫度很低（-195.8C），可以制取深低溫溫度。但是液氮利用是一次性的，氣化以后就是氮氣，如果用戶現(xiàn)場還可以利用氮氣，而且需要量與液氮氣化量對應，用戶可以考慮接受此工藝。若氣化氮氣派不上用途，用戶會感覺成本高而不考慮采用。氮氣制冷方法的治理設備見下圖:液氮技術在金屬材料（冷）處理、制藥行業(yè)生產過程冷量取用方面有運用。液氮冷凝溫度可以比機械壓縮式冷凝溫度更低，可以作為預處理工藝，將大多數(shù)的油氣冷凝回收，后續(xù)配套熱力燃燒、催化燃燒或吸附工藝

7、，從而達到更低的排放標準。VOCs深冷冷凝回收技術應用中的幾個問題冷凝技術在VOCs治理系統(tǒng)的運用，有記錄的已經有快50年的歷史，我國引進第一臺埃德華茲公司冷凝油氣回收設備，是開始運用冷凝法油氣回收設備是標志，從迎接奧運會以治理大氣環(huán)境生態(tài)質量為目的開展油氣回收（隨后提法為“VOCs治理”）至今，冷凝技術的運用得以大力推廣。1，工況設計缺乏統(tǒng)一技術規(guī)范和考核標準一個普遍現(xiàn)象是，同樣的采用冷凝工藝（或冷凝+吸附組合工藝）、同一個項目、同一個處理規(guī)模（VOCs流量或油氣排放流量，m3/h），不同廠家競標或提供技術方案，所配置的制冷壓縮機機組的型號和功率（甚至壓縮機臺數(shù)），卻有不一樣。還有分段冷凝的

8、工況溫度設置，有的廠家設置為3C、-35C、-75C，有的廠家設置為4C、-20C、-70C。配置功率的差異，以200m3/h處理能力的油氣回收處理裝置為例，同樣采用冷凝工藝，有的廠家的設備的配置功率只有30Kw左右，而有的廠家的設備的配置功率有50Kw左右。等等，其原因就是工況設計缺乏統(tǒng)一技術規(guī)范和考核標準。2，冷凝系統(tǒng)主要的關鍵的配置不統(tǒng)一不完善以三段冷凝為例，有的廠家配置制冷壓縮機，第一段從常溫冷到3-4C，配置一套制冷機組，第二段從3C冷凝到-35C，配置一套制冷機組，第三段從-35C冷凝至I-75C，配置一套二元復疊制冷機組；但是，有的廠家配置制冷壓縮機，第一段從常溫冷到3-4C，配

9、置一套制冷機組，第二段從3C冷凝到-20C，沒有配置制冷機組，是從第三段二元復疊機組的高溫機組中取出-20C的“抽頭”溫度，第三段從-20C冷凝到-70C，配置一套二元復疊制冷機組等等問題。3，采用半封閉制冷壓縮機組裝裝置的安全防爆措施不規(guī)范涉及到VOCs治理系統(tǒng)采用冷凝技術的設備，關于安全防爆的相關技術標準有GB3836、GB25285、GB25286系列國家標準，包括電氣設施和非電氣設施的防爆標準。制冷系統(tǒng)的主要設備是制冷壓縮機。由于VOCs治理系統(tǒng)的處理規(guī)模要求，通常配置功率都在30-300KW。制冷壓縮機按結構分有三類，全封閉壓縮機、半封閉壓縮機、開啟式壓縮機。全封閉壓縮機由于其功率較?。ㄍǔ６荚?OHP以下），不能滿足VOCs治理系統(tǒng)的配置需求，因此，只在小型VOCs治理設備（如，加油站的油氣排放處理裝置）采用。開啟式制冷壓縮機則由于其體積較大，也不采用。因此，半封閉制冷壓縮機成為VOCs治理系統(tǒng)冷凝工藝配置主要采用的機型。但是，半封閉制冷壓縮機的設計，機組本身不具備要求，正確的方法是采用正壓防爆或正壓通風防爆的方法，解決冷凝工藝配置的安全防爆措施。但