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(shù)，是在不同結(jié)構(gòu)的換熱器中，將VOCs有機(jī)氣體與通過不同方法制取得到的冷負(fù)荷進(jìn)行換熱，降低有機(jī)氣體的溫度，使有機(jī)氣體在低溫下產(chǎn)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(fù)荷的不同的方法。常用的方法主要有機(jī)械制冷、液氮制冷，運(yùn)用較多的是機(jī)械制冷方法，液氮制冷方法因成本方面原因，目前運(yùn)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(yīng)這兩種方法的運(yùn)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(shí)際屬于“機(jī)械制冷”與加壓結(jié)合的方法，也由于VOCs排放工

2、況的原因，推廣難度很大。機(jī)械制冷工作原理是熱力學(xué)第二定律。它是通過消耗機(jī)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(zhuǎn)換）給溫度高的物體（或物質(zhì)），從而使溫度高的物質(zhì)（如有機(jī)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(dá)到將VOCs氣體（如油氣或其他氣態(tài)有機(jī)物）變?yōu)橐簯B(tài)，實(shí)現(xiàn)凈化或回收的目的。機(jī)械制冷的主要配置為“四大件”，即，制冷壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、節(jié)流器（膨脹閥或毛細(xì)管）、冷凝器（有風(fēng)冷和水冷）機(jī)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(fù)荷?；驹砭褪茄h(huán)圖，如下：制冷蔡詞q大件判冷壓痍機(jī)、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(jīng)過壓縮機(jī)壓鐮或?yàn)楦邏海ㄅ鲹?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(xì)w、m、世齢叩|臥溫喘列加常他“故,-百璀丸冷：%旳也?。罕P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(xùn)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(yùn)用，在VOCs治理系統(tǒng)，包括油氣回收處理裝置，都設(shè)計(jì)為撬裝結(jié)構(gòu)，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(jī)作為制冷工具，制取冷量，給VOCs治理設(shè)備（油氣回收處理裝置）提供冷量，完成對有機(jī)廢氣的凈化治理和回收處理。膨脹機(jī)的工作原理：透平膨脹機(jī)是空氣分離設(shè)備及天然氣（石油氣）液化分離設(shè)備和低溫粉碎設(shè)備等獲取冷量所必需的關(guān)鍵部機(jī)，是保證整套設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)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(jī)內(nèi)進(jìn)行絕熱膨脹對外做功而消耗氣體本身的內(nèi)能，從而使氣體自身強(qiáng)烈地冷卻而達(dá)到制冷的目的。透平膨脹機(jī)輸出的能量由同軸的增壓機(jī)、發(fā)電機(jī)回收或制動(dòng)風(fēng)機(jī)、油等消耗。膨脹機(jī)主要是被用來生產(chǎn)冷量造成低溫，其工作的對象主要是氣體。當(dāng)氣體具有一定的壓力和溫度時(shí)。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(dòng)能。這兩種能量總稱為內(nèi)能，而膨脹機(jī)主要的作用是利用氣體通過膨脹機(jī)的過程中的內(nèi)能降低并對外輸出功。并由于氣體內(nèi)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(dá)到制冷與降溫的目的。膨脹機(jī)主要的工作是在噴咀及葉輪中完成。噴咀是一種由多個(gè)精心設(shè)計(jì)的葉片所組成的噴射通道（即噴咀流道）。當(dāng)高壓的氣體通過噴咀流道時(shí)，由于噴射作用使氣體的速度迅速上升并可達(dá)到音速。而氣體的壓力和溫度則很快下降。從而達(dá)到降溫的目的。（膨脹器和增壓機(jī)）經(jīng)壓縮、干燥、凈化的油氣混合氣推動(dòng)渦輪膨脹機(jī)工作，迅速等熵膨脹致冷。當(dāng)致冷溫度低于油氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，油氣被冷凝為液體，經(jīng)氣液分離器分離。膨脹制冷油氣回收設(shè)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(diǎn)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?dú)猓绻脩衄F(xiàn)場還可以利用氮?dú)猓倚枰颗c液氮?dú)饣繉?yīng)，用戶可以考慮接受此工藝。若氣化氮?dú)馀刹簧嫌猛?，用戶會感覺成本高而不考慮采用。氮?dú)庵评浞椒ǖ闹卫碓O(shè)備見下圖:液氮技術(shù)在金屬材料（冷）處理、制藥行業(yè)生產(chǎn)過程冷量取用方面有運(yùn)用。液氮冷凝溫度可以比機(jī)械壓縮式冷凝溫度更低，可以作為預(yù)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(dá)到更低的排放標(biāo)準(zhǔn)。VOCs深冷冷凝回收技術(shù)應(yīng)用中的幾個(gè)問題冷凝技術(shù)在VOCs治理系統(tǒng)的運(yùn)用，有記錄的已經(jīng)有快50年的歷史，我國引進(jìn)第一臺埃德華茲公司冷凝油氣回收設(shè)備，是開始運(yùn)用冷凝法油氣回收設(shè)備是標(biāo)志，從迎接奧運(yùn)會以治理大氣環(huán)境生態(tài)質(zhì)量為目的開展油氣回收（隨后提法為“VOCs治理”）至今，冷凝技術(shù)的運(yùn)用得以大力推廣。1，工況設(shè)計(jì)缺乏統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范和考核標(biāo)準(zhǔn)一個(gè)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(gè)項(xiàng)目、同一個(gè)處理規(guī)模（VOCs流量或油氣排放流量，m3/h），不同廠家競標(biāo)或提供技術(shù)方案，所配置的制冷壓縮機(jī)機(jī)組的型號和功率（甚至壓縮機(jī)臺數(shù)），卻有不一樣。還有分段冷凝的

8、工況溫度設(shè)置，有的廠家設(shè)置為3C、-35C、-75C，有的廠家設(shè)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(shè)備的配置功率只有30Kw左右，而有的廠家的設(shè)備的配置功率有50Kw左右。等等，其原因就是工況設(shè)計(jì)缺乏統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范和考核標(biāo)準(zhǔn)。2，冷凝系統(tǒng)主要的關(guān)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(jī)，第一段從常溫冷到3-4C，配置一套制冷機(jī)組，第二段從3C冷凝到-35C，配置一套制冷機(jī)組，第三段從-35C冷凝至I-75C，配置一套二元復(fù)疊制冷機(jī)組；但是，有的廠家配置制冷壓縮機(jī)，第一段從常溫冷到3-4C，配

9、置一套制冷機(jī)組，第二段從3C冷凝到-20C，沒有配置制冷機(jī)組，是從第三段二元復(fù)疊機(jī)組的高溫機(jī)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(fù)疊制冷機(jī)組等等問題。3，采用半封閉制冷壓縮機(jī)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(shù)的設(shè)備，關(guān)于安全防爆的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有GB3836、GB25285、GB25286系列國家標(biāo)準(zhǔn)，包括電氣設(shè)施和非電氣設(shè)施的防爆標(biāo)準(zhǔn)。制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備是制冷壓縮機(jī)。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(jī)按結(jié)構(gòu)分有三類，全封閉壓縮機(jī)、半封閉壓縮機(jī)、開啟式壓縮機(jī)。全封閉壓縮機(jī)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(shè)備（如，加油站的油氣排放處理裝置）采用。開啟式制冷壓縮機(jī)則由于其體積較大，也不采用。因此，半封閉制冷壓縮機(jī)成為VOCs治理系統(tǒng)冷凝工藝配置主要采用的機(jī)型。但是，半封閉制冷壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)，機(jī)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(fēng)防爆的方法，解決冷凝工藝配置的安全防爆措施。但