石化企业VOCs的收集和输送方法以及集中处理系统

摘要

本发明属于工业尾气治理技术领域，涉及一种石化企业VOCs的收集和输送方法以及集中处理系统。本发明提供的石化企业VOCs的收集和输送方法，将VOCs浓度≤25000mg/m3的气体通过收集管线输送至混合器中；将VOCs浓度＞25000mg/m3，且VOCs浓度≤50000mg/m3的气体经过稀释管线稀释后输送至混合器中；将VOCs浓度＞50000mg/m3的气体经过预处理装置处理后输送至混合器中；VOCs排放点的输出端通过所述收集管线与所述混合器的输入端连通，所述的收集管线上设置VOCs浓度监测仪和阻火器。本发明能够确保石化企业在收集、输送以及处理VOCs的过程中的安全性，有利于统一集中处理。

说明书

技术领域

本发明属于工业尾气治理技术领域，涉及VOCs气体的收集和输送方法，具体涉及一种石化企业VOCs的收集和输送方法以及集中处理系统。

背景技术

VOCs(Volatile Organic Compounds)指的是挥发性有机物，主要包括烃类、芳烃类、醇类、醛类、酮类、脂类、胺类和有机酸等，具有强挥发、特殊气味、刺激性及毒性等特点，不仅会恶劣影响生态环境，还会对人体健康造成严重危害。工业排放是主要的VOCs污染来源，例如典型石化企业的VOCs排放源主要有：①原油、成品油装卸区和罐区排放气；②污水处理场废气；③液化气脱硫醇及焦化装置尾气；④酸性水处理废气；⑤化工产品苯、甲苯、二甲苯等三苯罐区；⑥乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等烯烃区；⑦环氧乙烷、环氧丙烷等基础化工原料区等。各排放源VOCs的浓度不同，组成性质各异，若采用分散收集再统一治理的VOCs处理方法，如何将不同排放点的VOCs安全收集并输送至装置进行统一处理，已成为石化企业VOCs治理的关键技术之一。

目前石化企业的VOCs收集与治理的措施原则是各个击破，即对不同的排放源，根据其VOCs排放的种类与浓度不同而采用不同的方法进行收集和处理，主要是分散治理和统一收集治理两类。前者在VOCs排放点附近，建立处理设施，就地进行处理，一般多采用吸收法、吸附法等技术实现VOCs的脱除，还可以与其他技术结合，脱除排放气中的H₂S、RSH、CS₂等含硫物质，如采用低温柴油洗+碱液脱硫或低温柴油洗+膜分离技术等，从而有效脱除排放气中的大部分VOCs和含硫化合物。但分散治理存在以下缺点：1)在排放点多而分散的情况下，就地处理设施的建设周期长，投资大，增加了的企业VOCs处理成本；2)石化企业的一些VOCs排放点如油品罐区、酸性水罐区和液化气脱硫醇单元等，VOCs的排放浓度高、浓度波动范围大，现有的处理设施往往难以有效脱除此种情况下的VOCs，处理后的尾气中VOCs浓度依然偏高，无法达到排放标准。统一治理是先将各主要排放点的VOCs通过管道统一收集，然后再集中处理。目前一般多采用催化氧化法、蓄热氧化法(RTO)、热力燃烧法和焚烧法等技术，其最大的优点在于VOCs脱除率高，能够适应排放气中VOCs浓度的波动，实现达标排放，而且如果利用企业已有的装置处理VOCs，则可以大大降低处理VOCs的投资成本和运行成本，提高企业的经济效益。

由于石化企业所排放的VOCs一般是各种烃类化合物，有的排放气中还含有少量的氢气、氧气和硫化物等，因此采用统一治理技术时，在统一收集、输送和处理过程中的安全性是需要首先考虑的重要因素。从而，研究开发出一种VOCs安全的收集和输送方法，对确保企业各个排放点的VOCs在收集、输送和处理过程中的安全性具有重要的意义。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种石化企业VOCs的收集和输送方法，该方法安全有效，能够确保企业在收集、输送以及处理VOCs的过程中的安全性，有利于统一集中处理。

本发明的第二目的在于提供一种石化企业VOCs的收集和输送系统，该系统安全性好，运行稳定可靠，结构简单，成本低，实用性强。

本发明的第三目的在于提供一种石化企业VOCs集中处理系统，该系统能够充分保证不同的VOCs排放点在收集、输送以及处理VOCs的过程中的安全性，运行稳定可靠，结构简单，成本低，实用性强。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

根据本发明的一个方面，本发明提供一种石化企业VOCs的收集和输送方法，该方法是将VOCs浓度≤25000mg/m³的气体通过收集管线输送至混合器中；

将VOCs浓度＞25000mg/m³，且VOCs浓度≤50000mg/m³的气体经过稀释管线稀释后输送至混合器中；

将VOCs浓度＞50000mg/m³的气体经过预处理装置处理后输送至混合器中；

VOCs排放点的输出端通过所述收集管线与所述混合器的输入端连通，所述的收集管线上设置VOCs浓度监测仪和阻火器。

作为进一步优选技术方案，将VOCs浓度≤10000mg/m³的气体通过收集管线输送至混合器中；优选为将VOCs浓度≤8000mg/m³的气体通过收集管线输送至混合器中；

优选地，将含有硫化物的VOCs气体经硫化物处理装置处理至硫化物的含量＜0.03v％，VOCs浓度≤25000mg/m³时，通过收集管线输送至混合器中，优选为硫化物的含量＜0.02v％，VOCs浓度≤10000mg/m³，进一步优选为硫化物的含量＜0.01v％，VOCs浓度≤8000mg/m³。

作为进一步优选技术方案，所述的收集管线上设置两条支线，分别为氮气吹扫管线和空气稀释管线；或者所述的收集管线上设置一条空气稀释管线支线，该条支线上并联一条副管线，所述的副管线和支线上均设置有阀门；

优选地，所述的支线或空气稀释管线上设置有流量计；

优选地，采用空气稀释管线稀释VOCs过程中，VOCs的压力高于空气压力2.0kPa以上。

作为进一步优选技术方案，VOCs收集和输送过程中气体中氧气的含量≤3％，优选为氧气的含量≤1.5％，进一步优选为氧气的含量≤0.5％。

优选地，VOCs气体收集和输送过程中压力为微正压或微负压；

更优选地，VOCs气体收集和输送过程中压力范围为－20kPa～－0.1kPa或0.1kPa～20kPa，优选为－10kPa～－0.5kPa或0.5kPa～10kPa，进一步优选为－5kPa～－1kPa或1kPa～5kPa。

作为进一步优选技术方案，所述混合器的输出端输出的VOCs浓度≤25000mg/m³，优选为≤10000mg/m³，进一步优选为≤8000mg/m³。

作为进一步优选技术方案，所述混合器的输出端通过压缩机与VOCs处理装置连接，VOCs经压缩机压缩后的压力为0.1MPa～0.6MPa，优选为0.2MPa～0.5MPa，进一步优选为0.4MPa～0.5MPa；

优选地，所述压缩机的前后均设置阻火器；

优选地，所述混合器与所述压缩机之间设置缓冲罐。

作为进一步优选技术方案，进入VOCs处理装置之前的VOCs气体温度≤200℃，当VOCs气体温度＞200℃时，采用常温空气稀释降温至VOCs气体温度≤200℃。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种石化企业VOCs的收集和输送系统，包括至少一个VOCs排放点和混合器；

所述VOCs排放点的输出端通过收集管线与所述混合器的输入端连通，所述的收集管线上设置VOCs浓度监测仪和阻火器；

所述的收集管线上设有至少一条支线，所述支线包括稀释管线；

所述的收集管线与预处理装置连接。

作为进一步优选技术方案，所述的收集管线还与硫化物处理装置连接；

优选地，所述的收集管线上设置两条支线，分别为氮气吹扫管线和空气稀释管线；或者所述的收集管线上设置一条空气稀释管线支线，该条支线上并联一条副管线，所述的副管线和支线上均设置有阀门；

优选地，所述阻火器与所述混合器之间设置有单向阀。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种石化企业VOCs集中处理系统，包括上述的石化企业VOCs的收集和输送系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的石化企业VOCs的收集和输送方法，适用于对VOCs有统一收集和输送要求的石化企业或与之相近的其他工业领域，该方法在VOCs气体收集和输送过程中有效控制VOCs的浓度，并有效控制着输送过程中存在着的爆炸、燃烧等安全风险，确保各个VOCs排放点的VOCs在收集和输送过程中的安全性，有利于统一治理，集成性强，成本低，能够有效地保护环境。

2、本发明提供的石化企业VOCs的收集和输送系统以及集中处理系统，是将各个VOCs排放点排放的VOCs利用管网收集并输送至混合器中充分混合，再送入VOCs处理装置中进行处理，整个过程确保VOCs在收集、输送以及处理过程中的安全性，运行稳定可靠，结构简单，易于操作，方便控制，成本低，实用性强，有利于环境保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的石化企业VOCs集中处理系统结构示意图。

图标：1－VOCs排放点；2－混合器；3－压缩机；4－催化裂化再生器；5－缓冲罐；6－阻火器；7－收集管线；8－空气稀释管线支线；9－氮气吹扫管线副管线；10－阀门；11－单向阀；12－流量计。

具体实施方式

下面将结合实施方式和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一方面，本实施方式提供一种石化企业VOCs的收集和输送方法，该方法是将VOCs浓度≤25000mg/m³的气体通过收集管线输送至混合器中；

将VOCs浓度＞25000mg/m³，且VOCs浓度≤50000mg/m³的气体经过稀释管线稀释后输送至混合器中；

将VOCs浓度＞50000mg/m³的气体经过预处理装置处理后输送至混合器中；

VOCs排放点的输出端通过所述收集管线与所述混合器的输入端连通，所述的收集管线上设置VOCs浓度监测仪和阻火器。

目前，对于石化企业VOCs的统一收集治理方式有多种，其中，将企业排放的VOCs送入催化裂化再生器中直接燃烧处理是一项全新的、高效且经济的VOCs处理技术，既能够快速有效地处理不同种类与浓度的VOCs，满足排放要求，又可大大降低石化企业VOCs处理的投资和运行成本，对提高企业的环境效益和经济效益具有重大意义。而将排放的VOCs送入催化裂化再生器直接燃烧处理的前提是对排放点的VOCs进行安全的收集和输送，鉴于此，本发明主要根据石化企业VOCs的排放特点，针对催化裂化再生器直接燃烧处理VOCs技术，而提出的一种安全的VOCs的收集和输送方法，将各个排放源的VOCs利用管网分别收集并输送至混合器充分混合，经压缩后再送入催化裂化再生器内直接燃烧处理，确保企业各个排放点的VOCs在收集、输送和处理过程中的安全性。此外，本发明不仅适用于石化企业VOCs进入催化裂化再生器直接燃烧处理工艺中，也适用于对VOCs有统一收集和输送要求的其他相近场合和工业领域。

由于石化企业所排放的VOCs一般是各种烃类化合物，有的排放气中还含有少量的氢气、氧气和硫化物等；并且石化企业VOCs排放源较多，VOCs组成中的烃类化合物性质差别较大，一般企业里的VOCs多是C₅及其以下的烃类，三苯生产及装卸区会有苯、甲苯、二甲苯等，在收集输送过程中存在着爆炸、燃烧等安全风险。因此在统一收集、输送和处理过程中的安全性是需要首先考虑的重要因素。本发明中，对VOCs收集和输送过程的安全性主要从三方面综合考虑，①VOCs组分/混合物的爆炸极限，②VOCs组分/混合物的燃点和自燃点，③温度和压力对爆炸极限的影响等。

因此，本发明通过对VOCs中各组分的爆炸极限、燃点及自燃点等因素进行严格控制而达到安全收集与输送的目的，采用远低于爆炸极限的浓度控制、低于自燃点的温度控制等方法确保其安全性。即，在VOCs收集和输送过程中有效控制VOCs的浓度，不同浓度的VOCs采用不同的方式处理，达到符合要求的浓度后，再送入混合器中进行混合以及后续的处理，从而充分保证VOCs在收集和输送过程中的安全性。

本发明中的VOCs浓度以非甲烷总烃(NMHC，单位mg/m³)表示。

进一步地，将VOCs浓度≤10000mg/m³的气体通过收集管线输送至混合器中；优选为将VOCs浓度≤8000mg/m³的气体通过收集管线输送至混合器中；

优选地，将含有硫化物的VOCs气体经硫化物处理装置处理至硫化物的含量＜0.03v％，VOCs浓度≤25000mg/m³时，通过收集管线输送至混合器中，优选为硫化物的含量＜0.02v％，VOCs浓度≤10000mg/m³，进一步优选为硫化物的含量＜0.01v％，VOCs浓度≤8000mg/m³。

本发明中，进入至混合器之前的VOCs浓度可以为≤25000mg/m³，优选为≤10000mg/m³，进一步优选为≤8000mg/m³，在此浓度范围内，能够保证收集和输送的安全性，可将其通过收集管线直接输送至混合器中。若VOCs浓度＞25000mg/m³，且≤50000mg/m³，则连锁打开稀释管线，将VOCs浓度稀释至≤25000mg/m³或8000mg/m³后，再经过收集管线输送至混合器中，稀释倍数视监测到的VOCs浓度而定；若VOCs浓度＞50000mg/m³，则需要进行预处理以回收大部分油气，预处理方法可以选择低温柴油吸收法、吸附法和膜分离法等，经预处理后的气体VOCs浓度≤25000mg/m³后，再经过收集管线输送至混合器中。

此外，各个VOCs排放点排放的气体中有的还会含有H₂S、RSH、CS₂等含硫物质，需要将含有硫化物的VOCs气体通过碱洗或其他方法进行预处理，以使其硫化物的含量＜0.03v％，优选为＜0.02v％，进一步优选为＜0.01v％，然后再输送至混合器中。

进一步地，所述的收集管线上设置两条支线，分别为氮气吹扫管线和空气稀释管线；或者所述的收集管线上设置一条空气稀释管线支线，该条支线上并联一条副管线，所述的副管线和支线上均设置有阀门；

优选地，所述的支线或空气稀释管线上设置有流量计；

优选地，采用空气稀释管线稀释VOCs过程中，VOCs的压力高于空气压力2.0kPa以上。

所述的副管线为氮气吹扫管线，设置氮气吹扫管线的作用是用于清洗管网，将管网内的残留物等杂质进行清除，防止易燃易爆的物质在管内残留。设置空气稀释管线的作用是稀释VOCs浓度，当VOCs浓度＞25000mg/m³，且≤50000mg/m³时，则连锁打开空气稀释管线，将VOCs通入空气稀释管线中，并确保稀释过程中，VOCs的压力高于空气压力2.0kPa以上。

进一步地，VOCs气体收集和输送过程中气体中氧气的含量≤3％，优选为氧气的含量≤1.5％，进一步优选为氧气的含量≤0.5％。

优选地，VOCs气体收集和输送过程中压力为微正压或微负压；

更优选地，VOCs气体收集和输送过程中压力范围为－20kPa～－0.1kPa或0.1kPa～20kPa，优选为－10kPa～－0.5kPa或0.5kPa～10kPa，进一步优选为－5kPa～－1kPa或1kPa～5kPa。

将VOCs排放源分为两类：一类为低氧排放源，一般是有氮封的储罐，如酸性水罐、污油污水罐、原料罐及产品罐等，所排放的VOCs不含氧气或氧含量很低；另一类是高氧排放源，所排放的气体中氧含量较高，一般大于3％，如液化气脱硫醇尾气，恶臭气体治理尾气，污水处理场尾气等，油品装卸区和污水处理场排放的VOCs气体中氧含量更高，几乎全是空气。本发明中，根据排放源的不同，在VOCs收集和输送过程中采用不同的控制措施，确保安全性。若气体中氧含量大于3％，则在收集和输送过程中控制气体中氧气的含量≤3％，优选为≤1.5％，进一步优选为≤0.5％。若气体中氧含量＞3％，则控制VOCs浓度≤8000mg/m³。并且，在收集和输送过程中，还需控制气体进入混合器之前的管网的压力为微正压或微负压。

进一步地，所述混合器的输出端输出的VOCs浓度≤25000mg/m³，优选为≤10000mg/m³，进一步优选为≤8000mg/m³。

进一步地，所述混合器的输出端通过压缩机与VOCs处理装置连接，VOCs经压缩机压缩后的压力为0.1MPa～0.6MPa，优选为0.2MPa～0.5MPa，进一步优选为0.4MPa～0.5MPa；

优选地，所述压缩机的前后均设置阻火器；

优选地，所述混合器与所述压缩机之间设置缓冲罐。

进一步地，进入VOCs处理装置之前的VOCs气体温度≤200℃，当VOCs气体温度＞200℃时，采用常温空气稀释降温至VOCs气体温度≤200℃。

进一步地，压缩机与VOCs处理装置之间设置N₂旁路。

各个VOCs排放点排放的VOCs达到预定的浓度进入混合器充分混合后，再经压缩机进入VOCs处理装置(可以为催化裂化装置)中，压缩机前后均安装阻火器；若VOCs直接进入催化裂化装置，则当VOCs混合气温度＞200℃时，即刻用常温氮气稀释，阻火器启用，防止热量回传，当VOCs混合气压力低于设定值时，打开N₂旁路，补充N₂，维持一定压力防止物料回传；当VOCs浓度大于控制值时，打开N₂旁路，补充N₂，即保证在任何意外情况下，不影响催化裂化装置的正常运行。

第二方面，本实施方式提供一种石化企业VOCs的收集和输送系统，包括至少一个VOCs排放点和混合器；

所述VOCs排放点的输出端通过收集管线与所述混合器的输入端连通，所述的收集管线上设置VOCs浓度监测仪和阻火器；

所述的收集管线上设有至少一条支线，所述支线包括稀释管线；

所述的收集管线与预处理装置连接。

进一步地，所述的收集管线还与硫化物处理装置连接；

优选地，所述的收集管线上设置两条支线，分别为氮气吹扫管线和空气稀释管线；或者所述的收集管线上设置一条空气稀释管线支线，该条支线上并联一条副管线，所述的副管线和支线上均设置有阀门；

优选地，所述阻火器与所述混合器之间设置有单向阀。

进一步地，在收集管线上设置流量计，在空气稀释管线上设置流量计。

所述的VOCs浓度监测仪优选为VOCs在线分析仪，自动化程度高，方便操作控制。同时，通过阻火器的设置，能够进一步确保收集和输送的安全性，安全程度高。

第三方面，本实施方式提供一种石化企业VOCs集中处理系统，包括上述的石化企业VOCs的收集和输送系统。

本实施方式中的石化企业VOCs集中处理系统，包括石化企业VOCs的收集和输送系统，还包括压缩机和VOCs处理装置等，其中VOCs处理装置优选为催化裂化装置。需要说明的是，该石化企业VOCs集中处理系统，还可以包括其他的设备和管线，并且该系统涉及的其他设备均为现有设备。本实施方式中的关键在于该处理系统中包括了本发明的的石化企业VOCs的收集和输送系统。

下面结合具体实施例和附图，对本发明作进一步说明。

实施例1

一种石化企业VOCs的收集和输送方法，包括以下步骤：

(a)将炼厂一液化气脱硫醇装置所排放的VOCs进行收集，其VOCs浓度为89500mg/m³，流量为150m³/h，经低温柴油吸收和碱洗预处理后，VOCs浓度为12400mg/m³，尾气进入收集管线；

(b)打开空气稀释管线，以2倍VOCs流量的空气进行稀释，即空气流量为300m³/h，稀释后的VOCs浓度为4133mg/m³；

(c)步骤(b)稀释后的VOCs气体进入混合器，从各排放点收集而来的VOCs在混合器中充分均匀，混合器及之前的管线内保持真空度为－1.0kPa；

(d)经混合器混合均匀后的VOCs加压至0.4～0.6MPa后，将其混入主风管线，然后一并进入催化裂化再生器内燃烧处理；

(e)经燃烧后的再生烟气中VOCs的浓度为15mg/m³，可直接排放。

实施例2

一种石化企业VOCs的收集和输送方法，与实施例1不同的是，步骤(b)，本实施例中省略步骤(b)。即，本实施例中，将步骤(a)中预处理后的浓度为12400mg/m³VOCs气体输送至入混合器中充分均匀，混合器及之前的管线内保持真空度为－3.0kPa。

实施例3

一种石化企业VOCs的收集和输送方法，包括以下步骤：

(a)将炼厂一油品罐区排放的VOCs进行收集，其VOCs浓度为67000mg/m³，流量为500m³/h；其中含有850ppm的SO₂和210ppm的NO_X；经过预处理后，尾气中VOCs浓度为4300mg/m³，进入收集管线；

(b)步骤(a)中经预处理后的VOCs气体进入混合器，从各排放点收集而来的VOCs在混合器中充分均匀，混合器及之前的管线内保持真空度为－1.5kPa；

(c)经混合器混合均匀后的VOCs加压至0.4～0.5MPa后，将其混入主风管线，然后进入催化裂化再生器焦烧罐燃烧处理；

(d)经燃烧后的再生烟气中VOCs的浓度为20mg/m³，但因其中含有SO₂和NO_X等，需经再生烟气处理系统进行脱硫与脱硝，最后净化后排放的烟气中，其NMHC、SO_X和NO_X等完全达标排放。

实施例4

一种石化企业VOCs的收集和输送方法，包括以下步骤：

(a)将炼厂一罐区恶臭气体治理设施出口排放的VOCs进行收集，其VOCs浓度为1030mg/m³，流量为200m³/h，气体中氧气含量为3.3v％；

(b)步骤(a)中的VOCs气体进入混合器，从各排放点收集而来的VOCs在混合器中充分均匀，混合器内VOCs的浓度为7300mg/m³，混合器及之前的管线内保持真空度为－1.0kPa；

(c)经混合器混合均匀后的VOCs加压至0.6MPa后，直接进入催化裂化再生器内燃烧处理；

(d)经燃烧后的再生烟气中VOCs的浓度为10mg/m³，可直接排放。

实施例5

如图1所示，本实施例提供一种石化企业VOCs集中处理系统，包括至少一个VOCs排放点1和混合器2，还包括压缩机3和催化裂化再生器4，本实施例以三个VOCs排放点1为例进行进一步的解释说明。

VOCs排放点1的输出端通过收集管线7与混合器2的输入端连通，混合器2的输出端通过压缩机3与催化裂化再生器4连接；收集管线7上设置VOCs浓度监测仪和阻火器6；收集管线7上设有至少一条支线，支线包括稀释管线；收集管线7与预处理装置(图中未示出)连接。

进一步地，收集管线7还与硫化物处理装置(图中未示出)连接。

进一步地，收集管线7上设置两条支线，分别为氮气吹扫管线和空气稀释管线；或者的收集管线7上设置一条空气稀释管线支线8，该条支线上并联一条氮气吹扫管线副管线9，氮气吹扫管线副管线9和空气稀释管线支线8上均设置有阀门10。

进一步地，阻火器6与混合器2之间设置有单向阀11。

进一步地，在空气稀释管线支线8上设置流量计12。

进一步地，压缩机3的前后均设置阻火器6。

进一步地，混合器2与压缩机3之间设置缓冲罐5。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。