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生態環保產業作為支撐生態文明建設和高質量發展的關鍵力量，正面臨著轉型升級的迫切需求。環保新質生產力，正成為推動產業向前發展的核心力量。本欄目將聚焦生態環保產業的新技術、新裝備、新材料、新模式，深入宣傳推廣科技創新成果，及時發布環境技術進步獎項，全面介紹行業內的實用技術裝備和示范工程，引導行業持續創新，加快數字、智慧、科技的融合賦能，為經濟社會全面綠色轉型貢獻力量。
生態環境保護實用技術
2023-J-25
申報單位
江蘇省環境工程技術有限公司
南京都樂制冷設備有限公司
江蘇鐘山新材料有限公司
推薦單位
江蘇省環境保護產業協會
一、技術簡介
適用范圍
石化裝置及儲運、化工裝置及儲運、制藥裝置及儲運與油品儲運等高濃度揮發性有機廢氣治理。
技術原理
化工行業高濃度有機廢氣深冷回收及催化氧化成套技術，其中深冷為冷凝法，其原理是：根據物質在不同溫度下具有不同的飽和蒸汽壓，借降溫或升壓，使廢氣中有機組分的分壓等于該溫度下的飽和蒸汽壓，則有機組分冷凝成液體而從氣相中分離出來；其中催化氧化是將含有機化合物的廢氣，在較低溫度下(220~400℃)利用催化劑作用將廢氣中有機物氧化為二氧化碳和水。
工藝路線
高濃度有機廢氣深冷回收及催化氧化成套技術分冷凝單元與催化氧化單元兩部分，廢氣先進入冷凝單元，再經過催化氧化單元而達標排放。具體工藝過程：經預冷器被冷卻至5℃，冷凝出部分物料和水，然后進入一級、二級冷凝箱被分別被冷卻至-25℃、-75℃左右，再析出一部分物料，至此絕大部分烴類組分被分離出來，分離后的低溫氣體再依次回到第一級冷凝箱、預冷器進行熱量交換，溫度回升到5℃左右，濃度降低到安全濃度(~5000mg/m3)后進入催化氧化單元，催化氧化核心單元包括換熱-加熱-催化氧化反應器三部分。反應尾氣經過預熱達到反應溫度后通過催化劑層，在催化劑的作用下在反應室內進行氧化反應，將有機物轉化為二氧化碳和水，并放出熱量，反應后的尾氣通過熱回收區回收熱量后排出系統。
裝備性能參數及執行標準
三級冷凝最低冷場溫度-75℃，系統阻力15kpa，單壓縮機控制雙路冷場系統。催化氧化催化段設置兩級催化，催化劑選用150*150*100mm，孔道為300目的催化劑規格，催化反應溫度為280~400℃，空速為15000~25000h-1，標況流速為0.8~1.2m/s，廢氣停留時間>0.17s。廢氣處理后滿足《石油化學工業污染物排放標準》(GB 31571-2015)、《江蘇省化學工業揮發性有機物排放標準》(DB32/3151-2016)、《江蘇省大氣污染物綜合排放標準》(DB 32/4041-2021)及《揮發性有機物無組織排放控制標準》(GB 37822-2019)等標準。設備滿足《固定式壓力容器安全技術監察規程》(TSG 21-2016)、《壓力容器》(GB/T 150.1~150.4-2011)、《熱交換器》(GB/T 151-2014)等相關標準要求。
應用效果
廢氣經過高濃度有機廢氣深冷回收及催化氧化成套技術處理后冷凝單元回收效率大于90%，催化氧化處理效率大于99%，非甲烷總烴濃度小于5 mg/m3，廢氣排放滿足《石油化學工業污染物排放標準》GB 31571-2015、《江蘇省化學工業揮發性有機物排放標準》(DB 32/3151-2016)、《江蘇省大氣污染物綜合排放標準》(DB 32/4041-2021)及《揮發性有機物無組織排放控制標準》(GB 37822-2019)等標準的要求。
項目實施后可回收大量物料用于工業生產，不僅減少了VOCs的排放、改善區域環境，而且幫助企業創造了較高的經濟效益，具有較好的環境效益和社會效益。
研發背景
本技術適用于石化、化工、制藥及油品儲運銷等行業高濃度揮發性有機廢氣治理，這些行業內污染治理需求很多。
行業情況如下：行業內很多項目處理技術能耗太高，預處理設施處理效率太低或穩定性不足，導致出口濃度過高，無法滿足催化氧化或其他焚燒工藝運行需要，無法滿足達標排放。
技術難點如下：解決雙通道冷凝式深冷回收存在難以穩定化霜，配電功率過大，能耗過高的問題；解決催化氧化進氣不穩定，催化氧化運行不穩定，揮發性有機廢氣去除率偏低的問題。
解決的關鍵問題如下：深冷技術重點解決了單制冷系統控制雙通道問題，只需配置一套制冷量略大的制冷系統，解決了深冷回收難以穩定化霜、配電功率過大、能耗過高的問題。在制冷與融冰模式切換時，低溫與高溫制冷劑交替使用，溫差大導致電磁閥故障率高，為保證制冷及融霜時大溫差下零泄漏，重點解決了冷熱交替時密封不嚴的問題。催化氧化技術解決了對揮發性有機廢氣去除率偏低的問題，通過對催化劑結構的調整、流場的優化、兩級催化優化布置的方案，催化氧化處理效率高達99%以上。
國內外已有部分本技術運行案例，通過技術優化與改進，重點研究解決長周期穩定運行的問題。
技術特點
1、單制冷系統控制雙通道。系統只需配置一套制冷量略大的制冷系統，一套工作時，另一套只需分出1/6的制冷量將其降溫至設定溫度，融冰過程直接引入壓縮機排出的過熱制冷劑，不需要增加能耗，因此配電及能耗更低，解決了深冷回收時存在難以穩定化霜、配電功率過大、能耗過高的問題。
2、系統選用特制低溫專用控制閥，保證制冷及融霜時大溫差下零泄漏。在制冷與融冰模式切換時低溫與高溫制冷劑交替，大溫差導致出現電磁閥密封不嚴，線圈頻繁燒壞等問題，需要改進。通過深入研究電磁閥損壞因素，為確保系統低溫系統的長期穩定運行，系統選用特制低溫專用控制閥，該閥采用波紋連桿及四氟墊，保證制冷及融霜時大溫差下零泄漏，解決了長期制冷化霜冷熱交替運行造成密封不嚴的問題。
3、設計三級深冷工藝并設置回熱節能功能，節約了能源，回收了物料，經濟效益良好，同時系統穩定了排氣濃度，避免了廢氣處理的風險性，起到廢氣緩沖與穩定的作用。
4、催化氧化系統采用了撬裝化設計，具有投資少、占地小、生產周期短等特點，通過對催化劑結構的調整、流場的優化，采用兩級催化布置的方案，選用150*150*100mm、孔道為300目規格催化劑，解決了對揮發性有機廢氣去除率偏低問題，催化氧化處理效率高達99%以上。
二、典型應用案例
案例名稱
江蘇鐘山新材料有限公司全廠VOCs治理改造工程
案例簡介
江蘇鐘山新材料有限公司全廠VOCs治理工程項目中，需要處理的主要為PPG裝置廢氣、聯合裝置廢氣、罐區廢氣、污水池廢氣及灌裝廢氣，廢氣主要成分為環氧乙烷、環氧丙烷、苯乙烯、丙烯醇、苯酚等。本項目廢氣處理規模15000m3/h，廢氣處理技術采用江蘇省環境工程技術有限公司開發的深冷+催化氧化成套技術。本項目廢氣收集部分包括罐區廢氣、污水池廢氣、灌裝廢氣、PPG裝置廢氣及聯合裝置廢氣等；廢氣處理部分包括PPG裝置廢氣的深冷+吸收預處理系統、聯合裝置廢氣的深冷+吸收預處理系統、全廠吸收系統和催化氧化系統幾部分。本項目由江蘇省環境工程技術有限公司負責項目設計、關鍵設備供貨、安裝指導、現場技術服務等，已經完成驗收，目前由江蘇鐘山新材料有限公司負責運維。
達到的標準或性能要求
廢氣處理規模15000m3/h，廢氣經處理后深冷回收效率大于90%，催化氧化處理效率大于99%。環氧丙烷濃度小于1 mg/m3，非甲烷總烴濃度小于5 mg/m3，廢氣排放滿足《石油化學工業污染物排放標準》(GB 31571-2015)、《江蘇省化學工業揮發性有機物排放標準》(DB 32/3151-2016)、《江蘇省大氣污染物綜合排放標準》(DB 32/4041-2021)及《揮發性有機物無組織排放控制標準》(GB 37822-2019)等標準的要求。
業主單位
江蘇鐘山新材料有限公司
投運時間
2022年2月5日
工藝流程
本項目廢氣的收集包括罐區廢氣、污水池廢氣、灌裝廢氣、PPG裝置廢氣及聯合裝置廢氣等部分；工藝分冷凝單元與催化氧化單元兩部分，廢氣先進入冷凝單元，再經過催化氧化單元而達標排放，具體工藝過程：經預冷器被冷卻至5℃，冷凝出部分物料和水，然后進入一級、二級冷凝箱被分別被冷卻至-25℃、-75℃左右，再析出一部分物料，至此絕大部分烴類組分被分離出來，分離后的低溫氣體再依次回到第一級冷凝箱、預冷器進行熱量交換，溫度回升到5℃左右，濃度降低到安全濃度(~5000mg/m3)后進入催化氧化單元，催化氧化核心單元包括換熱-加熱-催化氧化反應器三部分。反應尾氣經過預熱達到反應溫度后通過催化劑層，在催化劑的作用下在反應室內進行氧化反應，將有機物轉化為二氧化碳和水，并放出熱量，反應后的尾氣通過熱回收區回收熱量后排出系統。
運行情況
廢氣經過深冷回收及催化氧化處理技術處理后深冷回收效率大于90%，催化氧化處理效率大于99%。環氧丙烷濃度小于1mg/m3，非甲烷總烴濃度小于5 mg/m3，廢氣排放滿足相關標準的要求。
技術應用產生的碳減排效果
項目實施后回收物料50噸/年并用于工業生產，降低了原材料消耗，減少碳排放。
原標題：環保新質生產力 | 化工行業高濃度有機廢氣深冷回收及催化氧化技術
