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生态环保产业作为支撑生态文明建设和高质量发展的关键力量，正面临着转型升级的迫切需求。环保新质生产力，正成为推动产业向前发展的核心力量。本栏目将聚焦生态环保产业的新技术、新装备、新材料、新模式，深入宣传推广科技创新成果，及时发布环境技术进步奖项，全面介绍行业内的实用技术装备和示范工程，引导行业持续创新，加快数字、智慧、科技的融合赋能，为经济社会全面绿色转型贡献力量。
生态环境保护实用技术
2023-J-25
申报单位
江苏省环境工程技术有限公司
南京都乐制冷设备有限公司
江苏钟山新材料有限公司
推荐单位
江苏省环境保护产业协会
一、技术简介
适用范围
石化装置及储运、化工装置及储运、制药装置及储运与油品储运等高浓度挥发性有机废气治理。
技术原理
化工行业高浓度有机废气深冷回收及催化氧化成套技术，其中深冷为冷凝法，其原理是：根据物质在不同温度下具有不同的饱和蒸汽压，借降温或升压，使废气中有机组分的分压等于该温度下的饱和蒸汽压，则有机组分冷凝成液体而从气相中分离出来；其中催化氧化是将含有机化合物的废气，在较低温度下(220~400℃)利用催化剂作用将废气中有机物氧化为二氧化碳和水。
工艺路线
高浓度有机废气深冷回收及催化氧化成套技术分冷凝单元与催化氧化单元两部分，废气先进入冷凝单元，再经过催化氧化单元而达标排放。具体工艺过程：经预冷器被冷却至5℃，冷凝出部分物料和水，然后进入一级、二级冷凝箱被分别被冷却至-25℃、-75℃左右，再析出一部分物料，至此绝大部分烃类组分被分离出来，分离后的低温气体再依次回到第一级冷凝箱、预冷器进行热量交换，温度回升到5℃左右，浓度降低到安全浓度(~5000mg/m3)后进入催化氧化单元，催化氧化核心单元包括换热-加热-催化氧化反应器三部分。反应尾气经过预热达到反应温度后通过催化剂层，在催化剂的作用下在反应室内进行氧化反应，将有机物转化为二氧化碳和水，并放出热量，反应后的尾气通过热回收区回收热量后排出系统。
装备性能参数及执行标准
三级冷凝最低冷场温度-75℃，系统阻力15kpa，单压缩机控制双路冷场系统。催化氧化催化段设置两级催化，催化剂选用150*150*100mm，孔道为300目的催化剂规格，催化反应温度为280~400℃，空速为15000~25000h-1，标况流速为0.8~1.2m/s，废气停留时间>0.17s。废气处理后满足《石油化学工业污染物排放标准》(GB 31571-2015)、《江苏省化学工业挥发性有机物排放标准》(DB32/3151-2016)、《江苏省大气污染物综合排放标准》(DB 32/4041-2021)及《挥发性有机物无组织排放控制标准》(GB 37822-2019)等标准。设备满足《固定式压力容器安全技术监察规程》(TSG 21-2016)、《压力容器》(GB/T 150.1~150.4-2011)、《热交换器》(GB/T 151-2014)等相关标准要求。
应用效果
废气经过高浓度有机废气深冷回收及催化氧化成套技术处理后冷凝单元回收效率大于90%，催化氧化处理效率大于99%，非甲烷总烃浓度小于5 mg/m3，废气排放满足《石油化学工业污染物排放标准》GB 31571-2015、《江苏省化学工业挥发性有机物排放标准》(DB 32/3151-2016)、《江苏省大气污染物综合排放标准》(DB 32/4041-2021)及《挥发性有机物无组织排放控制标准》(GB 37822-2019)等标准的要求。
项目实施后可回收大量物料用于工业生产，不仅减少了VOCs的排放、改善区域环境，而且帮助企业创造了较高的经济效益，具有较好的环境效益和社会效益。
研发背景
本技术适用于石化、化工、制药及油品储运销等行业高浓度挥发性有机废气治理，这些行业内污染治理需求很多。
行业情况如下：行业内很多项目处理技术能耗太高，预处理设施处理效率太低或稳定性不足，导致出口浓度过高，无法满足催化氧化或其他焚烧工艺运行需要，无法满足达标排放。
技术难点如下：解决双通道冷凝式深冷回收存在难以稳定化霜，配电功率过大，能耗过高的问题；解决催化氧化进气不稳定，催化氧化运行不稳定，挥发性有机废气去除率偏低的问题。
解决的关键问题如下：深冷技术重点解决了单制冷系统控制双通道问题，只需配置一套制冷量略大的制冷系统，解决了深冷回收难以稳定化霜、配电功率过大、能耗过高的问题。在制冷与融冰模式切换时，低温与高温制冷剂交替使用，温差大导致电磁阀故障率高，为保证制冷及融霜时大温差下零泄漏，重点解决了冷热交替时密封不严的问题。催化氧化技术解决了对挥发性有机废气去除率偏低的问题，通过对催化剂结构的调整、流场的优化、两级催化优化布置的方案，催化氧化处理效率高达99%以上。
国内外已有部分本技术运行案例，通过技术优化与改进，重点研究解决长周期稳定运行的问题。
技术特点
1、单制冷系统控制双通道。系统只需配置一套制冷量略大的制冷系统，一套工作时，另一套只需分出1/6的制冷量将其降温至设定温度，融冰过程直接引入压缩机排出的过热制冷剂，不需要增加能耗，因此配电及能耗更低，解决了深冷回收时存在难以稳定化霜、配电功率过大、能耗过高的问题。
2、系统选用特制低温专用控制阀，保证制冷及融霜时大温差下零泄漏。在制冷与融冰模式切换时低温与高温制冷剂交替，大温差导致出现电磁阀密封不严，线圈频繁烧坏等问题，需要改进。通过深入研究电磁阀损坏因素，为确保系统低温系统的长期稳定运行，系统选用特制低温专用控制阀，该阀采用波纹连杆及四氟垫，保证制冷及融霜时大温差下零泄漏，解决了长期制冷化霜冷热交替运行造成密封不严的问题。
3、设计三级深冷工艺并设置回热节能功能，节约了能源，回收了物料，经济效益良好，同时系统稳定了排气浓度，避免了废气处理的风险性，起到废气缓冲与稳定的作用。
4、催化氧化系统采用了撬装化设计，具有投资少、占地小、生产周期短等特点，通过对催化剂结构的调整、流场的优化，采用两级催化布置的方案，选用150*150*100mm、孔道为300目规格催化剂，解决了对挥发性有机废气去除率偏低问题，催化氧化处理效率高达99%以上。
二、典型应用案例
案例名称
江苏钟山新材料有限公司全厂VOCs治理改造工程
案例简介
江苏钟山新材料有限公司全厂VOCs治理工程项目中，需要处理的主要为PPG装置废气、联合装置废气、罐区废气、污水池废气及灌装废气，废气主要成分为环氧乙烷、环氧丙烷、苯乙烯、丙烯醇、苯酚等。本项目废气处理规模15000m3/h，废气处理技术采用江苏省环境工程技术有限公司开发的深冷+催化氧化成套技术。本项目废气收集部分包括罐区废气、污水池废气、灌装废气、PPG装置废气及联合装置废气等；废气处理部分包括PPG装置废气的深冷+吸收预处理系统、联合装置废气的深冷+吸收预处理系统、全厂吸收系统和催化氧化系统几部分。本项目由江苏省环境工程技术有限公司负责项目设计、关键设备供货、安装指导、现场技术服务等，已经完成验收，目前由江苏钟山新材料有限公司负责运维。
达到的标准或性能要求
废气处理规模15000m3/h，废气经处理后深冷回收效率大于90%，催化氧化处理效率大于99%。环氧丙烷浓度小于1 mg/m3，非甲烷总烃浓度小于5 mg/m3，废气排放满足《石油化学工业污染物排放标准》(GB 31571-2015)、《江苏省化学工业挥发性有机物排放标准》(DB 32/3151-2016)、《江苏省大气污染物综合排放标准》(DB 32/4041-2021)及《挥发性有机物无组织排放控制标准》(GB 37822-2019)等标准的要求。
业主单位
江苏钟山新材料有限公司
投运时间
2022年2月5日
工艺流程
本项目废气的收集包括罐区废气、污水池废气、灌装废气、PPG装置废气及联合装置废气等部分；工艺分冷凝单元与催化氧化单元两部分，废气先进入冷凝单元，再经过催化氧化单元而达标排放，具体工艺过程：经预冷器被冷却至5℃，冷凝出部分物料和水，然后进入一级、二级冷凝箱被分别被冷却至-25℃、-75℃左右，再析出一部分物料，至此绝大部分烃类组分被分离出来，分离后的低温气体再依次回到第一级冷凝箱、预冷器进行热量交换，温度回升到5℃左右，浓度降低到安全浓度(~5000mg/m3)后进入催化氧化单元，催化氧化核心单元包括换热-加热-催化氧化反应器三部分。反应尾气经过预热达到反应温度后通过催化剂层，在催化剂的作用下在反应室内进行氧化反应，将有机物转化为二氧化碳和水，并放出热量，反应后的尾气通过热回收区回收热量后排出系统。
运行情况
废气经过深冷回收及催化氧化处理技术处理后深冷回收效率大于90%，催化氧化处理效率大于99%。环氧丙烷浓度小于1mg/m3，非甲烷总烃浓度小于5 mg/m3，废气排放满足相关标准的要求。
技术应用产生的碳减排效果
项目实施后回收物料50吨/年并用于工业生产，降低了原材料消耗，减少碳排放。
原标题：环保新质生产力 | 化工行业高浓度有机废气深冷回收及催化氧化技术
