1、环保与节能52|2023年04月1 概述我国现代煤化工产业正在蓬勃发展，煤制油、煤制乙二醇、煤制烯烃、煤制芳香烃、合成氨以及焦化等化工技术过程中都不可避免产生挥发性有机物(volatile organic compounds，VOCs)。挥发性有机物是指常温常压下容易挥发的有机化合物，主要包括非甲烷碳氢化合物、含氧有机化合物、含硫有机化合物、含氮有机化合物、卤代烃等几大类，其主要来源于煤化工、燃料涂料制造、石油化工、溶剂制造与使用等过程。多数 VOCs 气体具有刺激性气味，且有致毒性、致畸性和致癌性，VOCs是形成城市灰霾和光化学烟雾的重要前体物，许多 VOCs 经过大气化学反应之后被转化为不
2、挥发或半挥发的有机物，成为二次有机气溶胶，VOCs 与空气中氮氧化物及其他悬浮化学物质发生一系列化学反应，主要生成臭氧，对环境中臭氧污染以及雾霾污染具有重要的影响。大气中的 VOCs化合物浓度具有不可逆特征，如果没有有效的治理技术，势必会严重污染自然生态环境以及威胁人们的身心健康。因此，煤化工行业 VOCs 治理已迫在眉睫，实现我国新经济形态下的可持续发展道路，加快产业结构和能源结构优化，实现“双碳”目标，做到现代工业生产与自然环境的协调，进而为人们创造一个安全、健康的生活环境1-3。根据 VOCs 挥发性有机物治理途径研究来看，主要包括三个方面，即源头控制、过程控制以及末端控制。源头控制采用
3、清洁生产、原料替代以及工艺改进等技术，对技术要求较高，实际推广难度较大，资金投入较大；过程控制技术采用现代技术控制工业生产环节的 VOCs 产生及排放；末端控制技术将工业生产煤制乙二醇中挥发性有机气体回收系统设计王媛，宋智丽，李成科，孙武明(陕煤集团榆林化学有限责任公司，陕西 榆林 719000)摘要：在煤制乙二醇过程中产生的挥发性有机物 VOCs 气体成分复杂且有毒有害，为了避免煤制乙二醇过程中 VOCs废气对环境和人体健康产生危害。根据该项目的 VOCs 废气特性设计低温甲醇洗+碱洗+进废气焚烧的工艺路线，该工艺以低温甲醇洗为核心技术回收大部分 VOCs 资源，配以碱洗等预处理工艺技术，并
4、依托现有废气、废液焚烧装置进行深度净化，可以处理含甲醇、乙二醇、甲酸甲酯等 VOCs 废气，并回收部分甲醇和草酸二甲酯。文章从流程设计和安全保证措施上详细说明了设计过程，净化处理后的 VOCs 废气浓度10 000 mg/Nm3。本设计回收了废气中的甲醇和草酸二甲酯产品，增加了经济效益，促进了环境质量的改善，积极响应了国家“双炭”目标。关键词：煤制乙二醇；VOCs；甲醇洗；碱洗中图分类号：TQ53 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)12-0052-04DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.12.015Design of Volatile O
5、rganic Gas Recovery System in Coal to Ethylene GlycolWANG Yuan,SONG Zhi-li,LI Cheng-ke,SUN Wu-ming(Shaanxi Coal Group Yulin Chemical Co.,Ltd.,Yulin 719000,China)Abstract:Volatile organic compounds(VOCs)produced in coal to ethylene glycol processes are complex,toxic and harmfulIn order to avoid the h
6、arm of VOCs and its photochemical in coal chemical industry to the environment and human health.According to the VOCs gas characteristics of this project,the process route of low-temperature methanol washing+alkaline washing+inlet waste gas incineration was designed.The process uses low-temperature
7、methanol washing as the core technology to recover most of VOCs resources,with alkaline washing and other pretreatment process technologies,and relies on the existing waste gas and waste liquid incineration device for deep purification,which can treat VOCs waste gas containing methanol,ethylene glyc
8、ol,methyl formate,etc.And recover part of methanol and dimethyl oxalate.The design process is detailed from the process design and safety assurance measures,and the VOCs exhaust gas concentration after purification treatment 10 000 mg/Nm3.This design not only improves the amount of product recycling
9、,enhances economic benefits,but also greatly improves the ambient air quality and actively responds to national policies.Keywords:coal to ethylene glycol;VOCs;methanol wash;alkaline washing2023年04月|53环节所产生的 VOCs 挥发性有机物废气收集，利用先进的技术在工艺末端进行治理。末端控制技术是目前 VOCs 挥发性有机物治理技术应用最为普及，也是取得效果最佳的途径，主要包括溶剂吸收法、低温冷凝法、
10、可再生吸附法、膜分离法、催化氧化、紫外光氧 化等4-5。2 VOCs 治理技术2.1 项目概况本项目装置 VOCs 主要来源如表 1 所示，废气量达到 4 300 Nm3/h，温度在 4090，VOCs 废气主要由氨气、氮气、水、甲醇、甲酸甲酯、草酸二甲酯、二甲氧基甲烷、碳酸二甲酯、亚硝酸甲酯、二甲醚、乙二醇等组成，VOCs 浓度340 000 mg/Nm3。选用低温甲醇洗+碱洗+进废气焚烧的工艺路线，该工艺以低温甲醇洗为核心技术回收大部分 VOCs 资源，配以碱洗等预处理工艺技术，并依托现有废气、废液焚烧装置进行深度净化，可以处理含甲醇、乙二醇、甲酸甲酯、等 VOCs 废气，同时回收部分甲醇
11、和草酸二甲酯。主要设备包括洗涤塔、缓冲罐、换热器、引风机、输送泵、阻火器等。表1 VOCs废气储罐一览表编号介质来源主要废气其余组分设计流量/(m3/h)设计浓度/(mg/m3)容积/m3V-001DMO 废气自DMO 主装置碳酸二甲酯、草酸二甲酯、甲醇、甲酸甲酯等氮气200414 8960.76V-002DMO 废气自DMO 中间罐区氮气1 432596 0419.8V-003甲醇废气自DMO 主装置甲醇、碳酸二甲酯、甲酸甲酯、二甲氧基甲烷氮气183655 7830.76V-004甲醇废气自DMO 中间罐区氮气1 235123 6295.6V-005酸性废气酸碱罐区硝酸、二氧化氮氮气800.
12、76V-006甲醇废气自EG 主装置甲醇、乙二醇、二甲醚、丁二醇氮气155198 8985.6V-007甲醇废气自EG 中间罐区甲醇、乙二醇氮气1 007104 9861.172.2 工艺原理储罐在物料流转过程中产生的有机废气经密闭收集后，由风机增压送入下游净化装置。废气中VOCs 介质与甲醇吸收机理为低温冷凝和相似相容原理。低温冷凝是甲醇先经过乙二醇冷冻液预冷，VOCs 介质再经过低温甲醇冷却，使气相成分冷却至露点以下凝结为液相，并进行回收的技术。相似相溶的根本内容是极性相近的物质之间作用力比较强，形成的新体系相对来说较稳定，极性分子组成的溶质更易溶于极性分子组成的溶剂，非极性分子组成的溶质
13、易溶于非极性分子组成的溶剂。为增强治理效率，低温冷凝技术常搭配吸附、洗涤、焚烧等其他控制技术6-7。本项目先利用低温甲醇作为吸收剂与来自上游的废气接触，将其中的甲酸甲酯、二甲氧基甲烷、亚硝酸甲酯、二甲醚、乙二醇、碳酸二甲酯、草酸二甲酯等介质溶解从而达到脱除的目的。然后利用碱液作为吸收剂去除掉废气中的酸性介质和大部分甲醇。最后将未处理的 VOCs 废气输送至废气废液装置进行焚烧。由于项目 VOCs 废气来源含量较高，VOCs 装置回收后的甲醇和草酸二甲酯可作为产品出售，具有一定的经济价值。因此，来自不同装置内以及来自罐区的 VOCs 废气回收采用“冷凝+吸收+焚烧”组合工艺方法进行处理。2.3
14、工艺流程简述DMO 装置和 DMO 罐区的 DMO 排放气经外管输送至 VOCs 装置内，分别进入缓冲罐 V-101 和V-102，经废气引风机增压后送至甲醇洗涤塔。经-18 低温甲醇吸收处理后进入碱洗塔；DMO装置和 DMO 罐区的甲醇排放气经外管输送至 VOCs装置内，分别进入缓冲罐 V-103 和 V-104，经废气引风机增压后送至甲醇洗涤塔，-18 经低温甲醇吸收处理后进入碱洗塔。酸碱罐区的酸性废气经外管输送至 VOCs 装置内，进入缓冲罐 V-105，经废气引风机增压后与甲醇洗涤塔和甲醇洗涤塔出来的废气一并进入碱洗塔进行处理，处理后的低浓度废气送出界区至废气焚烧进行末端销毁处理。乙二
15、醇装置和乙二醇罐区的甲醇排放气经外管输送至 VOCs装置内，分别进入缓冲罐 V-106 和 V-107，经废气引风机增压后送至碱洗塔进行处理，处理后的低浓度废气送出界区至废气焚烧进行末端销毁处理。新鲜甲醇经外管输送至 VOCs 装置内，分别进入甲醇预冷器 A 和甲醇预冷器 B，与来自甲醇洗涤塔环保与节能54|2023年04月和甲醇洗涤塔的富甲醇进行换热预冷，预冷之后进入甲醇冷却器与乙二醇冷冻液进行换热，甲醇预冷器A 设计流量 7 t/h，新鲜甲醇进料温度 30，新鲜甲醇出料温度 11；甲醇预冷器 B 设计流量 5 t/h，新鲜甲醇进料温度 30，新鲜甲醇出料温度 11。冷却至-18 的新鲜甲醇
16、分别送至甲醇洗涤塔和甲醇洗涤塔，对废气中的 VOCs 介质进行吸收处理。甲醇洗涤塔的富甲醇，由富液输送泵送至甲醇预冷器 A 与新鲜甲醇换热回收冷量后，送出界区外至粗DMO储罐。甲醇洗涤塔设计气量1 650 Nm3/h，负荷范围 30%120%，VOCs 入口浓度600 g/Nm3，进口废气温度 7090，新鲜甲醇温度-18，富甲醇温度-11，出口非甲烷总烃浓度26 g/Nm3。来自甲醇洗涤塔的富甲醇，由富液输送泵送至甲醇预冷器 B 与新鲜甲醇换热回收冷量后，送出界区外至甲醇脱水塔给料罐。甲醇洗涤塔设计气量 1 400 Nm3/h，负荷范围 30%120%，VOCs 入口浓度200 g/Nm3，进口废气温度 4060，新鲜甲醇温度-18，富甲醇温度-11，出口非甲烷总烃浓度26 g/Nm3。碱洗塔的碱洗液在循环吸收达到饱和浓度之后，由碱洗塔循环泵送出界区外至甲醇脱水塔给料罐。碱洗塔设计气量 2 200 Nm3/h，负荷范围30%120%，VOCs 入口浓度26 g/Nm3，进口废气温度 1730，吸收液温度10，出口非甲烷总烃浓度26 g/Nm3。碱洗塔的碱洗液在循环吸收达到饱和浓度之后
