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煤化工行業甲醇儲罐冷凝回收及蒸汽平衡系統解決方案

2018-03-09  VOC減排工作站

煤化工是指以煤為原料，經化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體燃料以及化學品的過程。化工行業">煤化工行業主要分布在產煤地區，傳統煤化工涉及焦炭、電石、合成氨等領域，新型煤化工通常指煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚、煤制烯烴、煤制乙二醇等等。

現在我們主要分享煤制甲醇工段中，甲醇儲罐的VOCs治理。主要包含兩個部分：

1)儲罐管線及除呼吸閥外的動靜密封點，主要包含儲罐附屬靜密封點和與儲罐相連的泵的機械密封為代表的動密封點，這些點位需要建立LDAR體系，控制無組織的VOCs的過程排放。該部分工作量小，需要和煤制甲醇的其他工段如低甲洗，甲醇精餾等工段一起實施，一套裝置密封點大致在幾千點級別(具體情況具體分析)。

2)第二大塊為本文主講內容，重點為如何將甲醇儲罐的大小呼吸及與儲罐連接的裝車系統這兩部分的VOCs管控起來。水洗+活性炭或等基礎工藝是否可達標，且其一次性投資、運行成本相對如何需要企業慎重考慮后選擇，另將儲罐排出的甲醇尾氣通入企業內部鍋爐系統其安全性要慎重評估，對應設計院在出具圖紙時更應多設備安全保證措施，并建議與當地安監局溝通確認。

二、甲醇儲罐及裝車基本情況

需要收集企業甲醇儲罐的類型、流量等基礎數據，內浮頂的甲醇儲罐(其實大部分是內浮頂)需要面臨罐頂改造，具體規范可參考《石油化工儲運區VOCs治理項目油氣聯通工藝實施方案及安全措施指導意見》(需要全文的可瀏覽本站歷史文章)出具的127號函里的技術要求，排放標準可參考GB31571或當地地標。此步驟確定好冷凝回收設備處理量及蒸汽平衡系統設計。

三、冷凝回收管路及蒸汽平衡系統設計圖

甲醇罐區VOCs治理主要針對油品儲運罐區按相關規范或規定需要治理的儲罐無組織排放的罐頂油氣進行集中收集并治理。實施方法是在儲罐罐頂安裝密閉氣相管路，將呼出排放的甲醇氣匯集，輸送到按照排放流量設計制造的甲醇氣冷凝回收處理設備，回收處理排放的甲醇氣，處理設備尾氣達標排放，排放限值為甲醇氣<50mg/Nm3;非甲烷總烴排放濃度<100mg/Nm3。處理效率可大于97%。

對于裝車時油罐車排放的甲醇氣，則按照127號函并參考國家標準《揮發性有機物無組織排放控制標準》(征求意見稿)對裝車操作過程的VOCs排放，采用“蒸氣平衡系統”的規定，“在裝載設施與儲罐之間設置的氣相連通系統，該系統收集裝載作業產生的蒸氣返回至發料儲罐或與發料儲罐蒸氣空間連通的其它儲罐，實現與出料體積的平衡。”的方法。

四、甲醇冷凝溫度計算確認

 甲醇的相關物理化學性質整理如下：

根據安托因方程，核算不同冷凝溫度下的甲醇飽和蒸汽濃度，確定冷凝重點溫度。

根據計算，溫度可選-70℃至-80℃之間，推薦后者，此時飽和蒸汽濃度為35mg。

五、冷凝回收工藝流程圖

根據計算得出甲醇蒸氣在不同溫度條件下飽和蒸氣壓及濃度表，甲醇蒸氣在-80℃時的殘留濃度為35mg/m³。因此本項目冷凝單元設置為3℃、-35℃、-80℃三段冷凝溫度，基本流程見下圖：

冷凝單元設置分段冷凝的換熱器，由前置級、第1級淺冷級、第2級中冷級和第3級深冷級組成。前置級將第3級深冷級冷凝后的余氣冷量與進入油氣回收處理裝置的常溫油氣進行熱量交換，使油氣降低5～10℃左右。第1級淺冷級，將油氣溫度從環境溫度降至3℃左右，第2級中冷級，從3℃左右降到-35℃，第3級深冷級，從-35℃降溫至-80℃，使97%的甲醇得到冷凝液化。后經富集吸附單元(略)，即使工況波動可完全保證達標排放。技術指標及配置需依照具體項目具體確定。

六、控制系統流程描述

1)甲醇儲罐進料時排放的甲醇氣，經過接管呼吸閥呼出方向的管路，當管路上壓力變送器感應到100Pa，自動開啟密閉氣相管路排氣方向的閥門，儲罐排放甲醇氣輸送到回收設備，冷凝回收處理;

2)油罐車裝車排放甲醇氣的蒸氣平衡系統，當油罐車灌裝甲醇時，儲罐內液態甲醇經過裝車泵抽吸，輸送往裝車鶴管，儲罐內液位降低，儲罐空間壓力出現負壓值，當管路上壓力變送器感應到-100Pa壓力，自動開啟密閉氣相管路吸氣方向的閥門，油罐車排出的甲醇氣沿吸氣管路送回儲罐，實現蒸氣平衡，同時做到零排放;

3)甲醇氣回收設備冷凝單元的運行流程：從密閉氣相管路輸出的甲醇氣，傳輸回收處理設備前端，壓差感應器感應到管路壓力100pa時，啟動引風機，甲醇氣依次進入冷凝單元一級、二級、三級凝結器，分段冷凝液化，余氣達標進入富集(吸附)單元;

4)甲醇氣回收設備富集單元的運行流程：儲罐系統靜止排放的甲醇氣，是隨氣溫升高。罐內液態氣體體積膨脹所排放的甲醇氣，此時回收設備不在運行狀態，甲醇氣經過冷凝單元通道，直接進入富集單元的吸附床，甲醇組分被吸附劑吸附，空氣達標;

5)回收裝置整體能耗低、絕大多數為電耗，因煤化工甲醇儲罐較小，處理量小電耗少，相對于水洗+活性炭等傳統工藝一次投資及運行經濟更有優勢，并有安全保證。

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