CN221076487U - 酸性水储罐VOCs气体处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及废气处理技术领域，具体为一种酸性水储罐VOCs气体处理装置。所述的酸性水储罐VOCs气体处理装置，包括酸性水储罐，酸性水储罐通过进正压水封罐管道与正压水封罐相连，正压水封罐通过进变频水环泵管道与变频水环泵相连，变频水环泵通过进分离罐管道与分离罐相连，分离罐上连接有气相出料管道和液相出料管道。该装置流程简洁，安全可靠，不会发生***危险，操作和维护简单，投资和运行费用低，能耗低，VOCs废气治理彻底。
Description
技术领域
本实用新型涉及废气处理技术领域，具体为一种酸性水储罐VOCs气体处理装置。
背景技术
炼油企业中，催化裂化、常减压、延迟焦化、加氢裂化等生产装置在石油加工过程中会产生大量的酸性水，酸性水需要经过酸性水汽提装置处理达到一定标准后才能回用或者排放到污水处理厂进一步处理。各装置产生的酸性水在汽提处理前需要在酸性水储罐中缓冲、沉降和分油，酸性水储罐属于常压容器，罐体通常采用呼吸阀或水封罐密封。酸性水拱顶罐夜间吸气，白天排气，废气主要成分为N2、O2、H2O、CO2、H2S、NH3、有机硫化物、油气，水蒸气。根据中国石油化工集团公司《中国石化炼化企业VOCs综合治理技术指南》提供的数据，酸性水拱顶罐排放废气中有毒有害物质和浓度如下：H2S：1000～100000mg/m3、NH3：400～5000mg/m3、有机硫化物：50～2000mg/m3、油气：100000～800000mg/m3，苯系物：500～40000mg/m3，臭气浓度：12700000mg/m3。它们从水封罐或呼吸阀进入大气造成恶臭，严重恶化了现场的操作环境和周围的大气环境，不满足环境保护法和大气污染治理的要求，环境和社会影响比较恶劣。《中华人民共和国大气污染防治法（2021年版）》规定：产生含挥发性有机物废气的生产活动，应当在密闭空间或设备中进行，并按照规定安装、使用污染防治设施；无法密闭的，应采取措施减少废气排放。而且随着原油硫含量的不断增加，酸性水汽提装置的酸性水储罐挥发气体的恶臭程度越来越严重，这些恶臭气体不仅恶化了现场的操作条件，影响人们的身体健康，而且加剧了罐顶及附近设备的腐蚀，是炼油装置一个重要的污染源，不满足职业卫生条件的要求。为此，许多科研单位都在进行此恶臭气体治理的研究，并应用于工业生产。目前，炼油厂中恶臭治理方法主要有水洗法、吸附法、吸收法、催化氧化法、燃烧法、活性炭法等等，但效果都不是很理想，如何有效的处理酸性水汽提装置原料水储罐中的恶臭气体成为摆在大家面前的难题，在某炼油装置同一套酸性水装置中几乎用遍了以上的方法。
常见脱臭方法的比较如下：
在所有的VOCs废气处理工艺中，焚烧法是最彻底的工艺方法，但是焚烧法投资最大，能耗高。本实用新型结合硫回收装置克劳斯制硫炉和尾气炉，将酸性水大罐的VOCs恶臭气体引至炉子焚烧，彻底解决了用焚烧法投资高的缺陷，还使其成为所有酸性水大罐VOCs恶臭气体投资最少，操作最简单，最安全，能耗最低的方法。具体思路和方案如下：
酸性水汽提装置采用单塔汽提或者双塔汽提的工艺，处理炼油装置的污水，净化水回用或者输送到污水处理装置深度处理；汽提出的酸性气管输到硫回收装置处理，为了便于酸性气的输送，酸性水汽提装置基本上和硫回收装置联合集中布置，汽提塔顶的酸性气管输至硫回收装置制硫炉焚烧处理，在制硫炉内发生高温克劳斯反应，转化为工业原料硫磺，变废为宝，汽提出的烃类物质，焚烧成二氧化碳，NH3分解为N2和H2O，总之，在硫回收装置，酸性水汽提装置汽提出来的有害物质均在硫回收装置处理掉了，变废为宝，回收了工业原料硫磺，回收了反应产生的热量，硫回收装置就是个废气处理的环保装置。原料水储罐释放出来的恶臭气体与汽提塔顶汽提出来的气体的成分基本一致，因此将酸性水装置原料水罐的恶臭气体输送到硫回收装置焚烧处理，既不额外消耗燃料气，又能够处理恶臭气体，将恶臭气体中的硫化合物转换为工业原料硫，烃类燃烧后回收能量。由于目前硫回收装置尾气炉烟气排放大气之前，大部分装置设置了钠碱湿法深度脱硫装置，尾气炉压力约20KPa左右，酸性水大罐VOCs恶臭气体中大部分是氮气，引至尾气炉焚烧法能耗更低。
如何将酸性水储罐中的恶臭气体引入到硫回收装置的制硫炉是比较关键的问题。用引风机由于恶臭气体流量较小，无法选到适合的风机，且饱和水在增压的过程中析出，风机运行存在安全隐患。用抽空器抽送到硫回收装置的制硫炉，需要用蒸汽做动力，且入口压力不好控制，既对制硫炉炉头温度产生影响，也容易造成酸性水罐破水封，造成安全隐患。用水环泵增压输送至硫回收装置焚烧，变废为宝，治理酸性水大罐VOCs恶臭气体，最为彻底、投资少，简单、实用。但在实际实施过程中对酸性水大罐的VOCs恶臭气体的产生的机制和流量的不够准确，酸性水大罐的附属设施设置存在问题，酸性水大罐原有的设置需要根据最新的规范和指导意见执行。《中华人民共和国大气污染防治法（2021年版）》实施以来各企业对VOCs的治理高度重视，中国石化集团股份有限公司特制定了《石油化工储运罐区VOCs治理项目油气连通工艺实施方案及安全措施指导意见》，结合指导意见，对酸性水大罐VOCs恶臭气体用水环泵增压至硫回收装置以下改进和优化。
1. 酸性水罐应设置氮气密封***，根据《石油化工储运罐区VOCs治理项目油气连通工艺实施方案及安全措施指导意见》要求：氮气保护***包括氮气源、氮气管线、氮封装置、罐内压力检测等。储罐氮封的作用主要是为了防止储罐出现负压而从呼吸阀吸入空气，以保持罐内微正压；氮封阀正常压力设定值宜为0.2kPa～0.5kPa，设置压控阀的压力为0.3kPa。当罐内气体压力低于0.2kPa氮封阀开启压力时，氮封阀打开向罐内补入氮气； 当罐内气体压力达到0.5kPa氮封阀关闭压力时，氮封阀关闭停止向罐内补入氮气。这样节省了装置氮气的耗量，而且保持了酸性水罐的微正压。
2.部分酸性水罐密封不严，需要对酸性水罐密封处理，才能保持正压的情况下恶臭气体不外漏。部分氮封压控阀采用自力式调节阀，质量存在问题，导致氮气的量无法精确控制，需要更换质量较好的自力式压控阀，或者更换为压力调节阀，在酸性水大罐上，或者调节阀后管线上设置压力变送器。
3. 部分酸性水大罐上没有正压水封罐，水环泵入口与废气线直接相连，水环泵具有抽真空能力，为维持酸性水罐内微正压，导致氮气耗量较大，废气流量较大。在罐内压力为负压时，造成罐内较多的油气、氨、硫化氢等废气进入水环***，在泵入内形成铵盐结晶，导致水环泵不能正常运行。因此需要在水环泵上设置正压水封罐，通常正压水封的高度是70mm水柱，即0.7 kPa。
4．在酸性水罐设置正压水封罐，维持正压的情况下，酸性水罐的VOCs气体的流量变化是有规律的，在进出口流量保持恒定的情况下，通常情况下，夜间环境温度降低，罐内压力降低，需要补充氮气维持正压，第二天早上温度上升，罐内压力升高，突破正压水封进入水环泵增压，VOCs气体的流量是变化的，因此水环泵需要由选用变频防爆电机，而不是普通防爆电机。
5．通过调研，国内最大的酸性水罐组之一，罐区内共有5个5000m3的大罐，正常情况下，酸性水罐组的VOCs气体的流量在100m3/h左右，无限放大不可取。经计算，罐内气体从40℃，微正压增压到80 kPa（G）左右，温度约为90℃左右。将该气体降温至40℃，需要约2kg/h的，因此，水环泵入口无需设置循环水冷却器冷却水环泵水环循环水，省掉换热器和循环水，简化了设置和投资。水环泵机封和补水用除盐水或者自产净化水。缓冲罐设置液位控制阀，将多余的水外排至地下污水罐。
6.设置正压水封罐后，水环泵的运行不影响罐内的微正压。水环泵入口设置压力变送器，给变频泵提供指令，考虑酸性水罐安全水封的设置为-0.5KPa～2KPa，水环泵压力范围设置为0～1KPa，超过1KPa时2台水环泵同时运行，低于0KPa时水环泵停用，缓冲罐压控阀气相出口管线上设置止回阀和连锁切断阀，水环泵停运，连锁阀关闭。水环泵设置自启动和自停机，节省运行费用。
7．缓冲罐的最高操作压力设置为0.09MPa（G），这样缓冲罐为非压力容器，罐顶设置压力高报警及连锁，压力高至0.09MPa（G）以上水环泵停机。检查沿途阀门和管路是否畅通。这样，水环泵采用变频泵，缓冲罐设置最高压力不超过0.1MPa（G），罐顶不用设置安全阀，水环泵不用设置入口低流量调节阀返回线，流程简洁明快，投资小。
8．安全水封和正压水封罐相当于阻火器，酸性水罐密闭操作后，外界的明火不会对酸性水罐造成火灾，酸性水罐微正压操作，可以有效防止酸性水罐抽瘪或者空气自安全水封进入酸性水罐引起罐内硫化亚铁的自然，导致酸性水罐闪爆。
综上所述，酸性水储罐用氮气保护***维持罐内微正压，设置正压水封罐，正压水封罐出口VOCs恶臭气体的用变频水环泵增压输送到硫回收装置制硫炉或者尾气炉焚烧处理设施，是酸性水大罐恶臭气体治理最彻底、最安全，投资最省的工艺处理设施。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种酸性水储罐VOCs气体处理装置，该装置流程简洁，安全可靠，不会发生***危险，操作和维护简单，投资和运行费用低，能耗低，VOCs废气治理彻底。
本实用新型是采用以下的技术方案实现的：
所述的酸性水储罐VOCs气体处理装置，包括酸性水储罐，酸性水储罐通过进正压水封罐管道与正压水封罐相连，正压水封罐通过进变频水环泵管道与变频水环泵相连，变频水环泵通过进分离罐管道与分离罐相连，分离罐上连接有气相出料管道和液相出料管道。
所述的酸性水储罐VOCs气体处理装置，还包括压力调节阀，压力调节阀通过氮气补压线与酸性水储罐相连，压力调节阀上连接有氮气进入管道。
所述的进正压水封罐管道通过进安全水封罐管道连接有安全水封罐，进变频水环泵管道上连接有废气管道。废气管道为其它多个酸性水储罐排出的废气。安全水封罐用于防止压力过大，避免危险的发生。
所述的进变频水环泵管道通过进备用泵管道连接有备用泵，备用泵通过连接管道与进分离罐管道相连。
所述的进分离罐管道通过管道连接有PV压控阀。
所述的分离罐通过循环水返回管道与变频水环泵相连，备用泵通过管道与循环水返回管道相连。
所述的分离罐上连接有排污管道，气相出料管道上连接有焚烧炉。
本实用新型的工作原理为：
酸性水储罐上设有氮气补压线，氮气线上设有压力调节阀，阀后压力约为30mm水柱，酸性水罐压力变化时，通过压力调节阀保持酸性水储罐的压力恒定。酸性水储罐顶设有正压水封罐和安全水封罐，多个罐组集中布置时，通常两个酸性水储罐共用1个正压水封和1个安全水封。正压水封罐的水封高度为70mm水柱，酸性水储罐内气相压力高于70mm水柱时，罐顶VOCs恶臭气体自正压水封罐溢出，由于大罐通常稳压在30mm水柱，正常情况下大罐不外排废气；安全水封罐通常设计是负压50mm水柱，正压200mm水柱，非正常工况下，当酸性水储罐负压低于50mm水柱时，从大气中吸入空气补充压力，防止储罐抽瘪，当大罐压力高于200mm水柱，为防止储罐超压，大罐内的废气外排至大气环境中，造成环境污染；当大罐压力高于70mm水柱时，酸性水大罐中的恶臭气体通过正压水封进入变频水环泵入口，变频水环泵在运行中，将废气吸入泵入口，气液通过变频水环泵增压后进入分离罐，进行气水分离，分离罐顶设有PV压控阀控制罐顶压力恒定，通常控制分离罐顶压力70KPa(G)。增压后的恶臭气体管输至硫回收装置焚烧炉中焚烧。引入制硫炉焚烧，恶臭气体中的含硫化合物在制硫炉反应生成工业硫磺，变废为宝，恶臭气体中的氨氮和烃类在制硫炉中焚烧转换成无色无味的N2和CO2，同时放出的热量可以通过制硫炉后的废热锅炉回收；引入尾气炉焚烧，由于现在的硫回收装置绝大部分分设置了后碱洗设施，焚烧后生成的SO2用碱液吸收，放出的热量通过尾气炉后的废热锅炉回收，气体进尾气炉焚烧处理时，分离罐顶的压力可以控制在30KPa(G)，变频水环泵的功率更小，能耗更低。
1、酸性水储罐顶的VOCs需从正压水封罐出口引至变频水环泵，而非水封罐前。
2、酸性水储罐顶VOCs废气最大量在100Nm3/h左右，目前某大型炼化企业，5个5000m3大储罐，正常情况下废气量在100Nm3/h左右。
3、增压设施用变频水环泵相较于其它增压设施的优点是：酸性水大罐顶废气是饱和气体，增压时有饱和水析出，同时由于废气中有NH3和酸性气体介质，在设备内结晶，影响设备的正常运行；而且气体增压设备很少能满足如此小流量工况。
4、由于酸性水储罐的压力由自力式压控阀控制，通常压力稳定维持在30mm水柱。由于晚上温度较低，气相体积缩小，补充了较多的氮气，白天温度升高，罐内压力升高，当压力高于70mm水柱时，废气自正压水封罐溢出，进入变频水环泵。酸性水罐顶的气体流量不稳定，所以水环泵选用变频泵比较合理，既能降低能耗，也能稳定入口的压力在合理范围内。
5、变频水环泵入口废气线上压力变送器设置压力低低和压力高高报警，当入口压力低于0mm水柱时，远程关变频水环泵；当入口压力高于100mm水柱时，如果一个变频水环泵不足以降低压力，则启动2个变频水环泵。变频水环泵入口压力控制在50mm水柱左右，通过变频水环泵变频控制，无需设置入口压力低返回线，简化设计。
6、气体在增压时，理论上这种介质升压80KPa气体温度升高约90℃，用变频水环泵增压，气体温度几乎不变。由于气体热值比较低，加入少量的水就可以维持体系温度稳定，酸性水汽提装置自产净化水，加入2kg/h的净化水就能维持***温度平衡，变频水环泵入口的水环水无需设置循环水冷却器，简化了流程。但增加冷却器也在专利保护范围。
7、分离罐顶设置压力高高报警，当罐顶压力达到90KPa（G）的高高报警时，关闭变频水环泵和废气出口线上的开关阀，并检查管路上的阀门和管线是否畅通，将体系的压力设置在0.1MPa(G)以下，体系为非压力管道和非压力容器，报检和制造方便，投资更省，无需设置安全阀。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
采用本实用新型酸性水储罐VOCs气体处理装置，投资省，流程简单，操作简单，安全可靠，操作费用低；酸性水罐顶压力稳定，不会有恶臭气体释放到大气中，变频水环泵***气相出口压力可以根据需要调整，压力稳定；适用于各种恶臭气体的处理，操作弹性大；没有二次污染；占地面积小。
附图说明
图1为本实用新型酸性水储罐VOCs气体处理装置的结构示意图；
图中：1、酸性水储罐；2、氮气补压线；3、压力调节阀；4、正压水封罐；5、安全水封罐；6、变频水环泵；7、备用泵；8、分离罐；9、PV压控阀；10、气相出料管道；11、液相出料管道；12、氮气进入管道；13、废气管道；14、进变频水环泵管道；15、进备用泵管道；16、循环水返回管道；17、进分离罐管道；18、连接管道；19、排污管道；20、进安全水封罐管道；21、进正压水封罐管道；22、焚烧炉。
具体实施方式
为了使本实用新型目的、技术方案更加清楚明白，下面结合附图，对本实用新型作进一步的详细说明。
实施例1
如图1所示，酸性水储罐VOCs气体处理装置，包括酸性水储罐1，酸性水储罐1通过进正压水封罐管道21与正压水封罐4相连，正压水封罐4通过进变频水环泵管道14与变频水环泵6相连，变频水环泵6通过进分离罐管道17与分离罐8相连，分离罐8上连接有气相出料管道10和液相出料管道11。还包括PCV自力式压力调节阀3，PCV自力式压力调节阀3通过氮气补压线2与酸性水储罐1相连，PCV自力式压力调节阀3上连接有氮气进入管道12。进正压水封罐管道21通过进安全水封罐管道20连接有安全水封罐5，进变频水环泵管道14上连接有废气管道13。安全水封罐5用于防止压力过大，避免危险的发生。进变频水环泵管道14通过进备用泵管道15连接有备用泵7，备用泵7通过连接管道18与进分离罐管道17相连。进分离罐管道17通过管道连接有PV压控阀9。分离罐8通过循环水返回管道16与变频水环泵6相连，备用泵7通过管道与循环水返回管道16相连。分离罐8上连接有排污管道19，气相出料管道10上连接有焚烧炉22。
上述酸性水储罐VOCs气体处理装置，工作时，包括以下步骤：
（1）酸性水储罐1上设有氮气补压线2，氮气线上设有式压力调节阀3，阀后压力约为30mm水柱，酸性水储罐1压力变化时，通过压力调节阀3保持酸性水储罐1的压力恒定，酸性水储罐1顶设有正压水封罐4和安全水封罐5；（2）正压水封罐4的水封高度为70mm水柱，酸性水储罐1内气相压力高于70mm水柱时，罐顶VOCs恶臭气体自正压水封罐4逸出，由于酸性水储罐1通常稳压在30mm水柱，正常情况下酸性水储罐1不外排废气；安全水封罐5通常设计是负压50mm水柱，正压200mm水柱，非正常工况下，当酸性水储罐1负压低于50mm水柱时，从大气中吸入空气补充压力，防止储罐抽瘪；（3）当酸性水储罐1压力高于70mm水柱时，酸性水储罐1罐中的恶臭气体通过正压水封罐4进入变频水环泵6入口，变频水环泵6在运行中，将废气吸入泵入口，气液通过变频水环泵6增压后进入分离罐8，进行气水分离，分离罐顶设有PV压控阀9控制罐顶压力恒定，控制分离罐顶压力70KPa(G)，增压后的恶臭气体管输至焚烧炉22中焚烧。
Claims (7)
1.一种酸性水储罐VOCs气体处理装置，其特征在于，包括酸性水储罐(1)，酸性水储罐(1)通过进正压水封罐管道(21)与正压水封罐(4)相连，正压水封罐(4)通过进变频水环泵管道(14)与变频水环泵(6)相连，变频水环泵(6)通过进分离罐管道(17)与分离罐(8)相连，分离罐(8)上连接有气相出料管道(10)和液相出料管道(11)。
2.根据权利要求1所述的酸性水储罐VOCs气体处理装置，其特征在于，还包括压力调节阀(3)，压力调节阀(3)通过氮气补压线(2)与酸性水储罐(1)相连，压力调节阀(3)上连接有氮气进入管道(12)。
3.根据权利要求1所述的酸性水储罐VOCs气体处理装置，其特征在于，所述的进正压水封罐管道(21)通过进安全水封罐管道(20)连接有安全水封罐(5)，进变频水环泵管道(14)上连接有废气管道(13)。
4.根据权利要求1所述的酸性水储罐VOCs气体处理装置，其特征在于，所述的进变频水环泵管道(14)通过进备用泵管道(15)连接有备用泵(7)，备用泵(7)通过连接管道(18)与进分离罐管道(17)相连。
5.根据权利要求1所述的酸性水储罐VOCs气体处理装置，其特征在于，所述的进分离罐管道(17)通过管道连接有PV压控阀(9)。
6.根据权利要求4所述的酸性水储罐VOCs气体处理装置，其特征在于，所述的分离罐(8)通过循环水返回管道(16)与变频水环泵(6)相连，备用泵(7)通过管道与循环水返回管道(16)相连。
7.根据权利要求1所述的酸性水储罐VOCs气体处理装置，其特征在于，所述的分离罐(8)上连接有排污管道(19)，气相出料管道(10)上连接有焚烧炉(22)。
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