VOCs深冷冷凝回收工艺原理及问题

1、VOCs治理系统采用的冷凝技术，是在不同结构的换热器中，将VOCs有机气体与通过不同方法制取得到的冷负荷进行换热，降低有机气体的温度，使有机气体在低温下产生相变，从气态到液态，得到液态回收物。我们所说的不同冷凝方法，主要指取得冷负荷的不同的方法。常用的方法主要有机械制冷、液氮制冷，运用较多的是机械制冷方法，液氮制冷方法因成本方面原因，目前运用推广速度受到影响。其他制冷方法还有膨胀制冷、余热制冷，但VOCs的排放工况不大适应这两种方法的运行工况，因此膨胀制冷和余热制冷方法的推广受到限制。在VOCs治理方法中还有一种称为“压缩冷凝”的方法，实际属于“机械制冷”与加压结合的方法，也由于VOCs排放工

2、况的原因，推广难度很大。机械制冷工作原理是热力学第二定律。它是通过消耗机械能改变制冷剂的状态，在制冷剂循环状态变化过程，将热量从温度低的环境（或物体）传递（转换）给温度高的物体（或物质），从而使温度高的物质（如有机气体）减低温度，相态发生变化（从气态变为液态），达到将VOCs气体（如油气或其他气态有机物）变为液态，实现净化或回收的目的。机械制冷的主要配置为“四大件”，即，制冷压缩机、蒸发器、节流器（膨胀阀或毛细管）、冷凝器（有风冷和水冷）机械制冷，也称为循环制冷，是指制冷剂循环过程制取冷负荷。基本原理就是循环图，如下：制冷蔡詞q大件判冷压痍机、坯发髀、膨艦問.蹲凝馨1枸成循环回蹄，制律剂的循环

3、过程相态涯磁I见下图至过程）【高压（带沮）液态烧过謄1K阖廢压形战低压（低fi）液态“低压JS杏蒸笈吸搭成为低压（相气态；低搖0HB吒蕊经过压縮机压镰或为高压（坯据）弋态I高压（高魁态掩凝宓为高压（常脈液态J(SrSfSS吸热,PJ故热旳匚碱裤工作站细w、m、世齢叩|卧温喘列加常他“故,-百璀丸冷：%旳也小：盘温；F，-詡在VOCs治理系统（包括油气回收系统）中，四大件”及原理示意图:訓喰11a_i高压高温气休制冷錢桥匿商層（庭北管）4低压低温气体也L.H13低压低温液藤匚渤排工作站冷凝法运用，在VOCs治理系统，包括油气回收处理装置，都设计为撬装结构，四大件都集成安装在撬块上，如下图：膨胀制

4、冷就是利用透平膨胀机作为制冷工具，制取冷量，给VOCs治理设备（油气回收处理装置）提供冷量，完成对有机废气的净化治理和回收处理。膨胀机的工作原理：透平膨胀机是空气分离设备及天然气（石油气）液化分离设备和低温粉碎设备等获取冷量所必需的关键部机，是保证整套设备稳定运行的心心脏。其主要原理是利用有一定压力的气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，从而使气体自身强烈地冷却而达到制冷的目的。透平膨胀机输出的能量由同轴的增压机、发电机回收或制动风机、油等消耗。膨胀机主要是被用来生产冷量造成低温，其工作的对象主要是气体。当气体具有一定的压力和温度时。就具有一定的能量，即由压力而体现的势能

5、与由温度所体现的动能。这两种能量总称为内能，而膨胀机主要的作用是利用气体通过膨胀机的过程中的内能降低并对外输出功。并由于气体内能的降低并对外输出功使气体的压力和温度大幅度降低从而达到制冷与降温的目的。膨胀机主要的工作是在喷咀及叶轮中完成。喷咀是一种由多个精心设计的叶片所组成的喷射通道（即喷咀流道）。当高压的气体通过喷咀流道时，由于喷射作用使气体的速度迅速上升并可达到音速。而气体的压力和温度则很快下降。从而达到降温的目的。（膨胀器和增压机）经压缩、干燥、净化的油气混合气推动涡轮膨胀机工作，迅速等熵膨胀致冷。当致冷温度低于油气的露点温度时，油气被冷凝为液体，经气液分离器分离。膨胀制冷油气回收设备流

6、程图：液氮制冷液氮制冷原理简单，利用液态氮在气化（相变）过程吸收热量（或说释放冷量）的原理，将VOCs气体降温液化。基本原理示意如下：这种工艺方法简单，氮的沸点温度很低（-195.8C），可以制取深低温温度。但是液氮利用是一次性的，气化以后就是氮气，如果用户现场还可以利用氮气，而且需要量与液氮气化量对应，用户可以考虑接受此工艺。若气化氮气派不上用途，用户会感觉成本高而不考虑采用。氮气制冷方法的治理设备见下图:液氮技术在金属材料（冷）处理、制药行业生产过程冷量取用方面有运用。液氮冷凝温度可以比机械压缩式冷凝温度更低，可以作为预处理工艺，将大多数的油气冷凝回收，后续配套热力燃烧、催化燃烧或吸附工艺

7、，从而达到更低的排放标准。VOCs深冷冷凝回收技术应用中的几个问题冷凝技术在VOCs治理系统的运用，有记录的已经有快50年的历史，我国引进第一台埃德华兹公司冷凝油气回收设备，是开始运用冷凝法油气回收设备是标志，从迎接奥运会以治理大气环境生态质量为目的开展油气回收（随后提法为“VOCs治理”）至今，冷凝技术的运用得以大力推广。1，工况设计缺乏统一技术规范和考核标准一个普遍现象是，同样的采用冷凝工艺（或冷凝+吸附组合工艺）、同一个项目、同一个处理规模（VOCs流量或油气排放流量，m3/h），不同厂家竞标或提供技术方案，所配置的制冷压缩机机组的型号和功率（甚至压缩机台数），却有不一样。还有分段冷凝的

8、工况温度设置，有的厂家设置为3C、-35C、-75C，有的厂家设置为4C、-20C、-70C。配置功率的差异，以200m3/h处理能力的油气回收处理装置为例，同样采用冷凝工艺，有的厂家的设备的配置功率只有30Kw左右，而有的厂家的设备的配置功率有50Kw左右。等等，其原因就是工况设计缺乏统一技术规范和考核标准。2，冷凝系统主要的关键的配置不统一不完善以三段冷凝为例，有的厂家配置制冷压缩机，第一段从常温冷到3-4C，配置一套制冷机组，第二段从3C冷凝到-35C，配置一套制冷机组，第三段从-35C冷凝至I-75C，配置一套二元复疊制冷机组；但是，有的厂家配置制冷压缩机，第一段从常温冷到3-4C，配

9、置一套制冷机组，第二段从3C冷凝到-20C，没有配置制冷机组，是从第三段二元复疊机组的高温机组中取出-20C的“抽头”温度，第三段从-20C冷凝到-70C，配置一套二元复疊制冷机组等等问题。3，采用半封闭制冷压缩机组装装置的安全防爆措施不规范涉及到VOCs治理系统采用冷凝技术的设备，关于安全防爆的相关技术标准有GB3836、GB25285、GB25286系列国家标准，包括电气设施和非电气设施的防爆标准。制冷系统的主要设备是制冷压缩机。由于VOCs治理系统的处理规模要求，通常配置功率都在30-300KW。制冷压缩机按结构分有三类，全封闭压缩机、半封闭压缩机、开启式压缩机。全封闭压缩机由于其功率较小（通常都在1OHP以下），不能满足VOCs治理系统的配置需求，因此，只在小型VOCs治理设备（如，加油站的油气排放处理装置）采用。开启式制冷压缩机则由于其体积较大，也不采用。因此，半封闭制冷压缩机成为VOCs治理系统冷凝工艺配置主要采用的机型。但是，半封闭制冷压缩机的设计，机组本身不具备要求，正确的方法是采用正压防爆或正压通风防爆的方法，解决冷凝工艺配置的安全防爆措施。但