利用LNG冷能处理含VOC尾气的方法与系统与流程

利用lng冷能处理含voc尾气的方法与系统
技术领域
1.本发明涉及voc处理领域，特别是涉及一种利用lng冷能处理含voc 尾气的方法与系统。
[0002][0003]
随着国内环保形势的日益严峻，国家对油气处理厂、化工厂的voc的处理要求日益严格。目前要求炼油企业的尾气中的油气含量低于25mg/m3。
[0004]
如果采用冷凝法进行油气回收需要耗费大量的电能，一些炼油企业由于企业内缺乏燃料，同时为了保证热量的平衡，采用lng作为燃料，在使用过程中需要气化，气化的冷量都散发到了空气中，没有得到充分的利用。
[0005]
如果利用lng的冷能作为冷源对油气进行冷凝回收，可以很容易的将尾气中的温度降低到
‑
120℃，即可以将尾气中的voc含量降低到10mg/nm3以下，同时不需要额外的电能消耗。


技术实现要素：

[0006]
本发明要解决的技术问题是提供一种利用lng冷能处理含voc尾气的方法与系统。
[0007]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的系统，包括：
[0008]
预冷换热器，与尾气输导管连接，用于对含有voc的尾气进行初步冷却降温，以使所述尾气中的水和重烃冷凝；
[0009]
第一油气分离器，用于使所述尾气中的冷凝的水和重烃分离出来，与所述预冷换热器通过管路连接；
[0010]
冻结式换热器，用于冷冻所述尾气至
‑
40℃，使所述尾气中的重烃冷凝，与第一油气分离器通过管路连接；
[0011]
第二油气分离器，用于使所述尾气中的冷凝的水和重烃分离出来，与所述冻结式换热器通过管路连接；
[0012]
三级冷凝器，用于进一步冷却所述尾气到
‑
70℃至
‑
90℃范围内，以使所述尾气中的c3冷凝，与第二油气分离器通过管路连接；
[0013]
四级冷凝器，用于进一步冷却所述尾气至
‑
125℃，以使所述尾气中的乙烷冷凝出来，与三级冷凝器通过管路连接；
[0014]
第三油气分离器，用于使所述尾气中的冷凝的乙烷分离出来，与四级冷凝器通过管道连接；混烃收集罐，与第三油气分离器通过管道连接；
[0015]
lng储藏装置，连接气化管路，所述气化管路依次通过四级冷凝器、三级冷凝器、预冷换热器，以分别为四级冷凝器、三级冷凝器、预冷换热器提供冷量；
[0016]
尾气增压机，所述尾气增压机安装于尾气输导管上，冻结式换热器通过解冻管路连接于所述尾气增压机与预冷换热器之间的尾气输导管上，以使一部分所述尾气被尾气增压机增压升温后输入冻结式换热器，为冻结式换热器解冻；
[0017]
三级冷凝器的再生气入口与尾气增压机的出口通过管路连接，三级冷凝器的再生
气出口与尾气增压机的入口通过管路连接，以利用尾气来进行三级冷凝器的再生处理。
[0018]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的系统，其中，还包括voc吸附塔，第三油气分离器的气相出口与气体输出管连接，气体输出管经过预冷换热器后与voc吸附塔连接，voc吸附塔的进口与气体输出管连接，voc吸附塔的出口通过出气管连接于尾气增压机的前端，出气管上安装真空泵。
[0019]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的系统，其中，所述冻结式换热器、第二油气分离器分别有两个，所述两个冻结式换热器的进口分别通过管路连接第一切换阀的两个出口，所述第一切换阀的进口与第一气液分离器的出气口连接，所述两个冻结式换热器的出口分别通过管路连接两个第二油气分离器的进口，所述两个第二油气分离器的出气口分别连接第二切换阀的两个进口，第二切换阀的出口连接三级冷凝器。
[0020]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的系统，其中，还包括冷剂循环系统，用于为冻结式换热器提供冷量，冷剂循环系统包括冷剂冷凝器以及冷剂储罐，冷剂冷凝器连接于气化管路上，以使气化管路中的lng为冷剂冷凝器提供冷量，所述冷剂冷凝器与冷剂储罐、两个冻结式换热器通过循环管路连接，以使载冷剂在冷剂冷凝器与冷剂储罐之间循环。
[0021]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的系统，其中，三级冷凝器有两个，所述两个三级冷凝器的进口分别通过管路连接第三切换阀的两个出口，所述第三切换阀的进口与第二切换阀的出口连接，所述两个三级冷凝器分别连接第四切换阀的两个进口，第四切换阀的出口连接四级冷凝器。
[0022]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的系统，其中，三级冷凝器上设置有集液包，所述两个三级冷凝器的集液包通过管路与混烃收集罐连接，以使由尾气中冷凝出的c3流入混烃收集罐。
[0023]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的方法，包括：
[0024]
对含有voc的尾气进行初步冷却降温，以使voc的尾气中的水和重烃冷凝；
[0025]
使冷凝的水和重烃分离出来；
[0026]
冷冻尾气至
‑
40℃，使尾气中的重烃冷凝；
[0027]
使冷凝的水和重烃分离出来；
[0028]
进一步冷却尾气到
‑
70℃至
‑
90℃范围内，以使尾气中的c3冷凝；
[0029]
进一步冷却尾气至
‑
125℃，以使尾气中的乙烷冷凝出来；
[0030]
使冷凝的乙烷分离出来；
[0031]
利用lng为含有voc的尾气的上述冷却步骤提供冷量。
[0032]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的方法，其中，还包括：
[0033]
利用voc吸附塔吸附分离乙烷之后的尾气；
[0034]
利用部分尾气增压升温后输入冻结式换热器，为冻结式换热器解冻。
[0035]
本发明的技术方案充分将lng气化装置和工厂的尾气处理装置进行热量的优化配置，利用lng低温液体气化热，将工厂内的含voc的尾气四级冷凝，将尾气温度降低至
‑
125℃，从而将尾气中的voc含量降低至2mg/nm3。本发明的技术方案将lng冷能充分的应用于尾气的处理，具有良好的环保和节能意义。
附图说明
[0036]
图1为本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的系统的结构示意图。
具体实施方式
[0037]
voc是挥发性有机化合物(volatile organic compounds)的英文缩写。普通意义上的voc就是指挥发性有机物；但是环保意义上的定义是指活泼的一类挥发性有机物，即会产生危害的那一类挥发性有机物。
[0038]
如图1所示，本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的系统，包括：
[0039]
预冷换热器1，与尾气输导管50连接，用于对含有voc的尾气进行初步冷却降温，以使所述尾气中的水和重烃冷凝；
[0040]
第一油气分离器2，用于使所述尾气中的冷凝的水和重烃分离出来，与所述预冷换热器通过管路连接；
[0041]
冻结式换热器3，用于冷冻所述尾气至
‑
40℃，使所述尾气中的重烃冷凝，与第一油气分离器通过管路连接；
[0042]
第二油气分离器4，用于使所述尾气中的冷凝的水和重烃分离出来，与所述冻结式换热器通过管路连接；
[0043]
三级冷凝器5，用于进一步冷却所述尾气到
‑
70℃至
‑
90℃范围内，以使所述尾气中的c3冷凝，与第二油气分离器通过管路连接；
[0044]
四级冷凝器6，用于进一步冷却所述尾气至
‑
125℃，以使所述尾气中的乙烷冷凝出来，与三级冷凝器通过管路连接；
[0045]
第三油气分离器7，用于使所述尾气中的冷凝的乙烷分离出来，与四级冷凝器通过管道连接；
[0046]
混烃收集罐8，与第三油气分离器通过管道连接；
[0047]
lng储藏装置9，连接气化管路41，所述气化管路依次通过四级冷凝器、三级冷凝器、预冷换热器，以分别为四级冷凝器、三级冷凝器、预冷换热器提供冷量。
[0048]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的系统，其中，还包括voc吸附塔10、尾气增压机25，第三油气分离器的气相出口与气体输出管42连接，气体输出管42经过预冷换热器后与voc吸附塔连接，所述尾气增压机安装于尾气输导管上，冻结式换热器通过解冻管路44连接于所述尾气增压机与预冷换热器之间的尾气输导管上，以使一部分所述尾气被尾气增压机增压升温后输入冻结式换热器，为冻结式换热器解冻。
[0049]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的系统，其中，所述冻结式换热器、第二油气分离器分别有两个，所述两个冻结式换热器的进口分别通过管路连接第一切换阀11的两个出口，所述第一切换阀11的进口与第一气液分离器的出气口连接，所述两个冻结式换热器的出口分别通过管路连接两个第二油气分离器的进口，所述两个第二油气分离器的出气口分别连接第二切换阀12 的两个进口，第二切换阀12的出口连接三级冷凝器。
[0050]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的系统，其中，还包括冷剂循环系统，用于为冻结式换热器提供冷量，冷剂循环系统包括冷剂冷凝器20以及冷剂储罐21，冷剂冷凝器连接于气化管路41上，以使气化管路中的lng 为冷剂冷凝器提供冷量，所述冷剂冷凝器与冷剂储罐、两个冻结式换热器通过循环管路40连接，以使载冷剂在冷剂冷凝器与冷剂储罐之
间循环。
[0051]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的系统，其中，三级冷凝器有两个，所述两个三级冷凝器的进口分别通过管路连接第三切换阀13的两个出口，所述第三切换阀的进口与第二切换阀的出口连接，所述两个三级冷凝器的分别连接第四切换阀14的两个进口，第四切换阀14的出口连接四级冷凝器。
[0052]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的系统，其中，三级冷凝器上设置有集液包，所述两个三级冷凝器的集液包通过管路与混烃收集罐连接，以使由尾气中冷凝出的c3流入混烃收集罐8。
[0053]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的系统，其中，三级冷凝器的再生气入口与尾气增压机的出口通过管路连接，三级冷凝器的再生气出口与尾气增压机的入口通过管路连接，这样即利用尾气来进行三级冷凝器的再生处理。
[0054]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的系统，其中，voc吸附塔的进口与气体输出管42连接，voc吸附塔的出口通过出气管27连接于尾气增压机的前端，出气管27上安装真空泵26。
[0055]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的方法，包括：
[0056]
对含有voc的尾气进行初步冷却降温，以使voc的尾气中的水和重烃冷凝；
[0057]
使冷凝的水和重烃分离出来；
[0058]
冷冻尾气至
‑
40℃，使尾气中的重烃冷凝；
[0059]
使冷凝的水和重烃分离出来；
[0060]
进一步冷却尾气到
‑
70℃至
‑
90℃范围内，以使尾气中的c3冷凝；
[0061]
进一步冷却尾气至
‑
125℃，以使尾气中的乙烷冷凝出来；
[0062]
使冷凝的乙烷分离出来；
[0063]
利用lng为含有voc的尾气的上述冷却步骤提供冷量。
[0064]
本发明的利用lng冷能处理含voc尾气的方法，其中，还包括：
[0065]
利用voc吸附塔吸附分离乙烷之后的尾气；
[0066]
利用部分尾气增压升温后输入冻结式换热器，为冻结式换热器解冻。
[0067]
从炼油厂或者化工厂来的含有voc的尾气，通过管输进入尾气增压机，将尾气进行加压后温度升高至60℃，后分成两路，一路进入尾气的预冷换热器，通过与lng气化后的低温天然气和脱voc的低温尾气进行换热，将尾气的温度降低至3～5℃，同时脱voc尾气和低温天然气被复温成10℃以上，尾气中的水和重烃组分在低温下发生冷凝，进入气液分离器，将尾气中冷凝下来的游离态水脱除，分离器出的含有少量重烃的水送入到油水储罐，从分离器顶部出来的气体进入下游的冻结式换热器。另一路作为给冻结式换热器解冻的高温气体。
[0068]
在冻结式换热器中，尾气被冷冻至
‑
40℃，尾气中水分被冻结至换热器内部间隙，尾气中c4以上的重烃组分被冷凝为液体，进入油气分离器。
[0069]
冻结式换热器设置两台，冻结式换热器处于工作状态，尾气通过切换阀，进入冻结式换热器，在冻结式换热器中，尾气被冷冻至
‑
40℃，尾气中的水被冻结在冻结式换热器的管与管的间隙内，c4以上组分被冷凝，同脱水后的尾气一起进入油气分离器，c4以上的重烃组分在分离器中被冷凝分离后送入到下游三级冷凝器。另一台冻结式换热器进行加热再
生，再生气通过切换阀,进入冻结式换热器，再生气来自于尾气增压机出口，温度为60℃，再生气温度较高，进入冻结式换热器后，对冻结式换热器进行加温，在加温的过程中，冻结在换热管间隙中的冰霜进行融化成为液体，被再生尾气携带进入到油气分离器中，在油气分离器中，携带着融化液体的尾气进行气液分离，液体到达分离器的底部被定时排入油水收集罐，分离水后的再生气回到尾气增压机的出口调节阀后，冻结式换热器每隔30
‑
50min通过切换阀完成一次切换。
[0070]
冻结式换热器的冷量直接来源于冷剂制冷循环，冷剂制冷循环由冷剂冷凝器、冷剂储罐、冻结式换热器管程组成，内部充装入载冷剂，在冷剂冷凝器中，从三级冷凝器出口来的未被完全气化的lng与载冷剂进行换热，将载冷剂从气体凝结为液体，进入到冷剂储罐，冷剂储罐中载冷剂达到一定的液位后，自流进入到冻结式换热器的管程，在冻结式换热器内载冷剂被尾气加热，由液体蒸发为气体，送入冷剂冷凝器进行冷凝，从而可以精确的控制冻结式换热器的温度。
[0071]
从油气分离器来的脱水后尾气进入三级冷凝器，在三级冷凝器中，脱水后尾气通过与lng换热温度降低至
‑
70～
‑
90℃，尾气中的绝大部分c3在三级冷凝器冷凝，通过三级冷凝器换热器底部的集液包收集后，送入到混烃收集罐。
[0072]
冷凝分离后的尾气进入四级冷凝器。
[0073]
三级冷凝器也采用一用一备用的设置方式，主要是为了防止上游冻结式换热器的温度发生较大波动时，将水带入下游三级冷凝器，从而导致三级冷凝器堵塞，三级冷凝器进出口设置有压差表，可以通过观察压差表的读数来判断三级冷凝器是否存在冻堵，当压差表读数超过50kpa后，切换到另外一路三级冷凝器，对另外一台三级冷凝器进行加热解冻。加热解冻所需要的再生气同样来自于尾气增压机出口。三级冷凝器的切换通过切换阀完成。
[0074]
从三级冷凝器来的尾气进入到四级冷凝器，在换热器内尾气与来自lng 储罐出来的lng进行换热，将尾气的温度降低至
‑
125℃，在这个温度下大部分的乙烷被冷凝后，送入油气分离器进行分离，油气分离器底部液体直接送入混烃收集罐，气体中的残余voc降低至2g/nm3，如果达到当地的排放标准，则可直接进行排放。如果没有达到当地的控制指标，则进入voc吸附塔进行二次处理，达标后进入放空管。吸附塔采用真空泵，真空解析再生，产生的解析气直接送入尾气增压机入口。
[0075]
在油气分离器产生的油水混合物直接进入油水收集罐80，当油水收集罐 80液位达到一定的液位后，通过油水泵送出界区。在三级冷凝器、油水分离器中产生的混烃则送入混烃收集罐18，当混烃收集罐18中的液位到达一定液位后，通过混烃泵送出装置。
[0076]
本发明的技术方案充分将lng气化装置和工厂的尾气处理装置进行热量的优化配置，利用lng低温液体气化热，将工厂内的含voc的尾气四级冷凝，将尾气温度降低至
‑
125℃，从而将尾气中的voc含量降低至2mg/nm3。本发明的技术方案将lng冷能充分的应用于尾气的处理，具有良好的环保和节能意义。
[0077]
含有voc的尾气通过尾气增加机加压后，连接至预冷换热器将尾气温度降低至4℃左右，将尾气中的大部分水冷凝为液体，进入油气分离器分离后，送入到冻结式换热器进行二次冷凝，将尾气中的残余水和c5 以上进行冷凝后，送入到油气分离器分离后，送入到三级冷凝器，将尾气中温度降低至
ꢀ‑
80
‑
100℃，将尾气中的c3组分进行冷凝分离后，送入到四
级冷凝器，尾气通过和lng进行换热，将尾气温度降低至
‑
125℃，将尾气中voc含量降低至 2mg/nm3，后送入到活性炭吸附处理设备，保证最后尾气达标。整个换热过程所需要的低温能量均来自于lng气化潜热。
[0078]
尾气增压机可采用罗茨风机、螺杆压缩机或多级往复压缩机，经压缩后的尾气的压力在0.05mpa～0.6mpa之间，在压缩过程中，各级压缩后温度控制在 85℃以下，从而保证含voc气体温度在自燃点以内。
[0079]
尾气经过四级的冷凝，逐级的将尾气中的水、c5 、c3 、c2进行依次脱除。
[0080]
预冷换热器采用多流道绕管式换热器或u型管换热器，预冷换热器中的冷介质采用脱voc尾气或者lng气化后低温天然气，或者同时利用两种。
[0081]
尾气经预冷换热器后脱除大部分水后，进入冻结式换热器，采用冷冻法脱除尾气中的水，冷冻过程中为了控制冷冻温度，采用烃类或环保制冷剂作为中间介质，采用单独的制冷循环进行换热。
[0082]
制冷循环由冷剂冷凝器、冷剂缓冲管、冻结式换热器的壳程组成。在冷剂冷凝器中lng与载冷剂冷凝换热，将lng的冷量传递给载冷剂，载冷剂进入冷剂储罐后，通过重力作用进入冻结式换热器的壳程蒸发，与尾气进行换热，将尾气降低至
‑
40℃。
[0083]
冻结式换热器采用绕管式换热器或者管壳式换热器，从而延长冻结式换热器的工作时间。
[0084]
冻结式换热器采用一用一备用，当一台冻结式换热器堵塞时，另一台冻结式换热器进行加热再生。
[0085]
冻结式换热器的再生气可采用尾气增压机后的高温尾气，也可以采用外来加热气体。
[0086]
再生气从冻结式换热器出来后，送入到尾气增压机入口或者增加机出口调节阀之后。
[0087]
从冻结式换热器出来尾气进入到三级冷凝器，三级冷凝器采用绕管式换热器或者u型管换热器。三级冷凝器的冷却介质是lng。
[0088]
三级冷凝器采用一用一备的设置模式，目的是防止当工艺波动或者工艺初期时有水进入到三级冷凝器从而造成冻结。
[0089]
四级冷凝器采用板式换热器、管壳换热器或板翅式换热器，尾气和lng 进行换热，将尾气温度降低至
‑
125℃以下，将尾气中的voc的含量降低至 2mg/nm3。
[0090]
从四级冷凝器出来的低温尾气，与尾气增压后的尾气进行换热，将低温尾气复温至常温后，送出系统，进入活性炭吸附工序。
[0091]
活性炭吸附采用真空再生，再生尾气送入到尾气增压机入口，从而保证最终的尾气中voc气体含量达标。
[0092]
山东某炼油厂，场内设置lng气化站一座，lng气化站的气化能力为 2000nm3/h，同时载炼油厂内凝析油储罐、产品油储罐、装卸车过程中会产生尾气，尾气中含有大量voc气体，如果直接排入大气一方面会污染环境，同时造成油气的损失。该厂尾气含量为1500nm3/h,具体组分为：
[0093]
组分甲烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊烷vol％0.00010.042324
组分正戊烷c
5
氮气氧气
ꢀꢀ
vol％536416.96
ꢀꢀ
[0094]
在实验中，尾气从收集后，通过入口罗茨鼓风机，将尾气增压至80kpa，温度升高至60℃后，出口设置出口调节阀，将尾气分成两股，大部分送至后面换热器进行冷凝，一股送入冻结式换热器进行再生。
[0095]
增压后的尾气通过预冷换热器，将温度降低至4
‑
6℃，尾气中大部分的水产生冷凝，在后面分离气中分离，预冷换热器采用的是三程绕管式换热器，换热的冷介质有两股，一股是来自于四级冷凝器后的低温尾气，一部分来自与 lng气化后低温气体。
[0096]
经过分水后的尾气进入冻结式换热器，将尾气温度降低至
‑
40℃，尾气中残余水被冷冻，黏附在换热器换热管外壁，尾气中c5 在换热器中被冷凝。
[0097]
冻结式换热器采用绕管换热器，冻结式换热器采用一用一备，切换时间为 30
‑
60min，当一台冻结式换热器处于脱水状态水，另外一台冻结式换热器处于加热解冻状态，通过自动三通切换阀进行周期型切换，从而保证换热器连续稳定运行。
[0098]
从冻结式换热器出来的尾气进入到三级冷凝器，通过与lng换热，将温度降低至
‑
70～
‑
90℃，将尾气中的c3 组分在换热器内产生冷凝，冷凝器被送至混烃收集罐。为了防止三级冷凝器冻堵，同时设置为一开一备，解冻采用的再生气来自于尾气增压风机。
[0099]
经过三级冷凝器后温度降低至
‑
90℃后，送入到后续四级冷凝器，尾气通过与来自于储罐lng进行热交换，将尾气温度降低至
‑
125℃，将尾气中的乙烷进行冷凝分离。最终尾气通过四级冷凝，将尾气中的voc降低至2mg./nm3。从四级冷凝器出来的尾气出口设置自动检测仪，实时监控尾气中voc含量，如果满足当地排放要求，直接进入放空管，如果不满足当地排放标准，则直接进入后续的活性炭吸附器，经过深度处理后排放。
[0100]
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。