搜索
中国新时代国际工程公司（原机械工业部第七设计研究院）教授级高工苏建华二〇一六年三月二十九南京VOCs处理工艺系统的设计与应用问题探讨一、前言自我介绍各位老师、领导、专家、工程师和同行们，大家好！1、自我介绍，我是中国新时代国际工程公司（原机械工业部第七设计研究院）的一名从事大气污染治理的工程师，叫苏建华，从事VOCs废气设计与科研工作断断续续32年多，今天来这里，能够与大家一起针对在实际工作中所遇到的一些问题和想法，与大家进行探讨和交流；2、今天就有关“VOCs处理工艺系统的设计与应用问题探讨”题目，与在座的各位老师、专家、同行进行交流；在坐的各位许多在第一线工作，从经历、经验、学识水平、解决问题的能力等方面应该都是我的老师，所以也是给我一次向大家学习的机会，所讲内容只能算是抛砖引玉！3、所讲内容可能不一定有代表性，准确度有差异，错误也在所难免，因此恳请大家在交流之后，均可以及时给予指出。讲的不好的地方，也请大家谅解。4、为我们大家共同的目标，通过大家的努力，把我们国家VOCs废气治理的设计工艺技术和装备、材料技术提升到更高的水平。在此，先说一声，谢谢大家！现在开始讲一下我从事VOCs废气治理的设计工作的体会。一、前言交流的主要内容有以下几个部分一.前言二.VOCs处理工艺系统设计中的技术规范与标准三.VOCs催化燃烧反应器与净化系统的设计四.印刷VOCs处理回收处理工艺系统案例分析五.电子喷涂VOCs组合处理工艺系统案例分析六.结语二.VOCs处理工艺系统设计中的技术规范与标准1、从VOCS废气治理工程应用和设计应用角度来看，VOCs国家政策与排放标准方面，目前发布的技术政策，排放标准方面，有GB16297,GB14554-93、GB31570-2015（石油炼制工业污染物排放标准）行业（汽车、石化）、地方标准（上海、北京、广东等），对设计作为依据时较为详细。；（排放标准较多，数据要求理解容易）2、在VOCS工程应用与设计方面，目前涉及到能做为工程设计规范和导则使用的有以下标准可供参考：3、国家标准与环保规范：（主要作为设计技术选择的依据参考部分）（1）《涂装作业安全规程涂漆工艺安全及其通风净化》(GB6514—2008)；（涂装规范历史）（2）《大气污染治理工程技术导则》（HJ2000-2010）；（3）《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》(HJ2026-2013)；（三个有机废气技术规范条件历史）（4）《催化燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》(HJ2027-2013）；（5）《蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范(RTO)》（在编制中）二.VOCs处理工艺系统设计中的技术规范与标准（6）《环境保护产品技术要求湿法漆雾过滤净化装置》(HJ/T388-2007)；（7）《环境保护产品技术要求工业废气吸收净化装置》（HJ/T387-2007）；（8）《饮食业环境保护技术规范》（HJ554-2010）；（9）《煤质颗粒活性炭气相用煤质颗粒活性炭》（GB/T7701.1-2008）；（10）《蜂窝陶瓷》（GB/T25994-2010）（蜂窝陶瓷,蜂窝陶瓷蓄热体,堇青石蜂窝陶瓷,蜂窝陶瓷催化剂载体,蜂窝陶瓷载体，没有金属载体和其他载体的国家技术标准）4、各个行业环境保护设计规范与国家标准：（在行业环保设计规范中提到VOCs废气的处理要求，对不同行业VOCs废气处理设计时候参考部分）；（1）《机械工业环境保护设计技术规范》（GB50894-2013）；（2）《石油化工企业环境保护设计规范》（SH3024-1995）；（3）《炼油厂环境保护设计技术规定》（SYJ1001—81(试行)）；（4）《化工建设项目环境保护设计规范》（GB50483-2009）；（5）《石油化工企业燃料气体系统和可燃性气体排放系统设计规范》（SH3009-2001）；二.VOCs处理工艺系统设计中的技术规范与标准（6）《医药工业环境保护设计规范》（GB51133-2015）；（7）《钢铁工业环境保护设计规范》（GB50406-2007）；（在6.8节，金属制品涂层彩印有害气体净化）；（8）《港口工程环境保护设计规范》（JTS149-1-2007）（油品装卸工艺设计应有减少和防治油气污染的措施）；（9）《汽车加油加气站设计与施工规范》（GB50156-2012）（10）《环境标志产品技术要求印刷第一部分:平版印刷》（HJ2503-2012）；（11）《环境标志产品技术要求印刷第二部分:商业票据印刷》（HJ2530-2013）；（12）《环境标志产品技术要求印刷第三部分:凹版印刷》（HJ2539-2014）；目前在工程设计中可能涉及到做为工程设计规范使用的大概是这些，收集的不一定全面，GB涂装废气处理与安全规程有一些可参照的参数条件，环保行业技术条件要求中对催化、吸收、吸附数据有一些可参考；对行业环保设计规范中：如机械、石油、化工、医药、港口、钢铁等，都提到VOCs废气净化，但对工程设计应用方面技术条件参数相对较少，原则宏观的多，所以在实际工作中除了参考这个外，还需要了解其他的设计手册、和试验报告、装置与产品说明书的参数；关于材料方面，只有新华GAC标准的溶剂回收用气体GAC国标，主要是纯溶剂回收，对于VOCs气体工业方面的应用也是不足，仅碘值、苯值等，对于其他溶剂和混合气体不同的无从选择。而对ACF、分子筛、催化剂、载体、蓄热体等方面的选择就显得更加缺少规范性的依据（权威性的规范依据）。二.VOCs处理工艺系统设计中的技术规范与标准5、理解和学习规范的目的（1）主要探讨一下在VOCs废气治理中的设计依据如何确定，设计和实践中发现的问题如何，解决问题的技术措施与参数来源，能否熟练掌握在今后工程应用作为代表性依据，选择具备一定的先进、实用、可参考起作用的技术条件，需熟读规范，这方面内容理解与大家交流，不一定对，错的请指正。（2）工业VOCs废气处理工艺系统设计输入输出条件、参数的选择方法及依据；在工艺系统设计时确实能准确应用，如催化剂在处理不同溶剂废气的起燃温度、空速、活性、寿命、防中毒、更换再生。CAT、GAC与ACF的应用参数，不同溶剂的物理化学参数等。还要了解哪些参数确实缺少，如还有哪些重要参数很缺乏，如吸附剂填装量、催化剂装量、床的厚度、孔数、速度、时间等（参考不同行业环保规范与设计手册、产品说明书等，另外在方案设计、图纸设计深度方面，各个行业要求也不一致，能否有相对统一一点的要求，也有必要熟读规范。）（3）工业VOCs废气回收法设计条件的选择及确定，参考吸附规范、行业规范、吸附材料规范；（4）燃烧法处理VOCs气体、吸附回收法、吸附浓缩—催化（燃烧）法工程的安全控制技术，除了参考行业规范外，还要参考化工安全规范，消防规范，自动控制规范等，确保工艺系统技术条件设计、运行的安全。如VOCs废气处理工程中的阻火器、防爆装置、防燃烧措施、灭火装置、废气浓度与温度检测传感器的设计选择等。（5）燃烧法与催化燃烧法处理VOCs气体中高效换热元件的设计选择等。（6）另外不同行业对工艺系统的设备、材料、仪器的配置等级档次要求也不完全一致。（行业规范不同）二.VOCs处理工艺系统设计中的技术规范与标准6、介绍几本工艺设计时可以用的书和手册三.VOCs催化燃烧反应器与净化系统的设计1.催化燃烧反应器与净化系统的设计1.1催化燃烧反应器(装置)的设计（这是目前实际应用较多的一种净化工艺，生产设备工厂也较多）催化燃烧反应器的设计,主要根据VOCs废气的特性，以及催化剂的性能参数，选择合适的反应温度、空速、停留时间，设计合理的催化反应器（装置），对催化剂床层的结构、温度与浓度的分布的检测点进行设计，另外对反应器（装置）的材料、保温方式，安全(阻火防火防爆)控制系统进行设计选择，设计出符合工程所需要的反应器。催化燃烧反应器，一般为方形或者圆形筒体，内设格栅板支撑结构，在其上面均匀放置催化剂。反应器设计的主要任务是：满足一定净化效率时候所需要的催化剂床层的高度、体积、反应器的数量、以及反应器的外形尺寸等。右图是目前比较典型的一种独立式催化燃烧装置组成示意。在设计时，首先要了解一下几点：（1）生产工艺与废气排放的参数，风量，成分，浓度，温度；不详细的还要自己或者请专业单位进行测试有关参数；（2）不同溶剂废气再所选择催化剂上的起燃温度等参数；（3）选择合适的标准、规范、手册、案例参考；三.VOCs催化燃烧反应器与净化系统的设计由于催化反应过程的热效应以及固体催化剂（目前工业VOCs废气净化都是用固体催化剂）与气相主体间的温差导致了催化剂与气相主体之间、催化剂表面的颗粒内部的热传递。整个体系内的质量传递、热量传递、反应、流体流动状态等，形成了一个相互影响的体系，同时，反应器与周围环境还有热量传递发生。因此，气固相催化反应器的设计计算涉及到物料衡算、热量衡算、反应动力学等复杂计算过程；实际计算中往往根据实际情况作某些简化。一般在碰到工业VOCs气体需要进行工艺设计时候，计算过程是简化的，这方面，对于不同单位，可能所总结的计算方法有差异。催化燃烧反应器的设计计算，分为数学模型法及经验法两大类。数学模型法是对反应器内传质、传热过程比较了解的基础上，用数学模型来描述反应器中进行的过程。数学模型法的可靠与模型的正确与否以及物性参数的准确与否密切相关。目前，在实际工作中对于处理大风量的大型反应器设计均采用CFD等模型为设计提供依据。（需要建立一定试验装置，也是在行业技术配置标准要求高的地方做的多些。）对于一般的行业，小风量VOCs废气催化燃烧反应器的设计，通常采用经验法，经验法是实验室、中试或者工厂生产中实际检测得到的数据，已有项目的成功案例，例如空间速度、平均停留时间、转化率、气体的流速、催化剂对于不同物质的转化效率的废气起燃温度等作为依据，并设法收集获得某些参数，例如催化剂的组成、制作方法、粒度、孔隙率、孔径、操作温度、压力、废气的组成等与原装置相近，进行设计计算。三.VOCs催化燃烧反应器与净化系统的设计由于经验法无需动力学等模型数据，因此计算简便，常在实际工作中得到应用，但是，由于缺乏对反应过程的真正了解，没有彻底把握住过程的实质，因而经验法计算有时候欠准确，对于处理大风量的大型反应器高倍数的放大存在困难。（需要在工作中在各种手册、规范、文献、说明书等把有用的参数和技术条件系统的收集记录，这样有助于设计工作的质量、准确和效率提高）下表所示是几种物质在贵金属催化剂上的起燃温度的比较：（右边照片就是一个典型的传统电热催化燃烧装置，旁边是燃烧催化剂的照片）三.VOCs催化燃烧反应器与净化系统的设计1.1.1催化燃烧反应器设计的经验法（1）空间速度、接触时间与停留时间空间速度Vsp表示单位时间内，单位催化剂床层体积处理的反应混合气体的体积，它反应了反应器的生产强度。例如Vsp=10h-1，表示每小时通过催化剂床层的体积10倍于催化剂床层的体积。由于混合气体的体积随操作条件（压力、温度）有不同，也随反应前后气体摩尔数变化而变化，故一般采用不含反应后生成物的混合物为基准来计算体积流量，称为初始体积流量，即Vsp′=V0/VR式中Vsp′——操作条件下的空间速度，Nm3*(m3催化床*h)-1；V0——操作条件下的体积流量，m3*h-1；VR——催化剂床层的体积，m3。为了便于比较计算，一般将操作条件下的反应混合气体的初始体积流量换算为标准状态（273K，101.3kPa）下的体积流量，即Vsp=VN0/VR式中Vsp——标准状态下的空间速度，m3*(m3催化床*h)-1；VN0——标准状态下的初始体积流量，m3*h-1；如果不按初始混合气体体积流量来计算空间速度，需要加以说明。在计算时候注意气体状态的统一。三.VOCs催化燃烧反应器与净化系统的设计空间速度的倒数称为接触时间，定义为：г=VR/V0上式中V0如果用标准状态下的体积流量VN0来计算，则得到标准接触时间гN0，同样，接触时间也反映了反应器的生产强度。停留时间表示在连续流动的反应器中，流体微元从反应器进口到出口经历的停留时间。一