面向加油站的油气回收处理装置及其关键技术.pdf

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以上所讨论的因接触而产生的静电力产生在粉 尘粒子与收尘极板之间, 在粉尘粒子之间也存在这种 静电力。因为对大多数粉尘粒子而言, 尽管粒子内部 的性质是相似的, 但其表面的逸出功却很可能不一 样,所以每个粒子表面的逸出功是不均匀的。也就是 说,粒子间也存在接触电位差 。显然, 这种电位差的 存在是有利于粒子间的凝并, 有利于提高振打效果 。 3 结语 在此仅从静电力的方面定性讨论了沉积在收尘 极板上的粉尘粒子的力学性质 。实际上 ,影响沉积粉 尘层粘结力的因素很多, 很有必要对这方面的问题进 行定性定量的分析研究, 以深化人们对这一问题的认 识,并指导人们的实践。 参考文献 [ 1] Tang Minkang , Cai Sijing. Coherence Properties of Precipitated Dust Layer in Electrostatic Precipitator. Proc . of the 2004International Symposium on Safety Science and Technology , Shanghai, 2004, 1309 - 1311. [ 2] 管义夫. 静电手册 中译本 . 北京 科学出版社, 1981 23 -48. [ 3] 杨有启. 静电安全技术, 北京; 化学工业出版社, 1983 79 -98. 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W. Baker 等人采用压缩、冷 凝与气体膜分离集成系统回收废气中的VOCs。基本 工艺流程如图 2 所示, 含有 VOCs 的废气经压缩后进 入冷凝器, 冷凝液中含有大量的 VOCs, 剩余气体进入 膜组件 , 透余气直接排放到大气中; 渗透气中富含 VOCs, 将其循环至压缩机的进口。由于VOCs 在系统 中的循环, 回路中 VOCs 的浓度迅速上升, 当进入冷 凝器的压缩气达到凝结浓度时 ,VOCs会被冷凝下来。 采用该工艺回收的VOCs 包括苯 、 甲苯、丙酮 、三氯乙 烯等 20种 。 图2 回收 VOCs 废气的压缩、冷凝与膜分离集成工艺流程 2 国外加油站油气回收处理装置简介 2. 1 美国OPW 公司的油气封存冷凝系统 图3 OPW 公司的油气封存冷凝系统VaporsaverTM 内部结构及总体示意图 美国OPW 公司在加油机与地下储油罐之间采用 分散式油气回收系统 。而在地下储油罐与压力真空 阀之间采用油气封存冷凝系统 Vaporsaver TM 。分散 式油气回收系统的真空泵转速随加油机流速而改变, 能保证最合适的 A L 值; Vaporsaver TM 能有效地进行 油气 空气混合物的分离处理 ,使地下储油罐处于低 负压状态, 从而控制油气的排放。 如图 3 所示, Vaporsaver TM由小型真空泵 、小型压缩机、带有冷却散 热片 风扇的冷凝 处理单元以及连接管路组成。使 用1 台电机同时带动真空泵 、压缩机和冷却风扇, 通 过1 个油气浓度传感器和压力开关对系统进行控制; 过压阀安装在系统管路中 ,并在油气管线的入口和出 口安装了阻火器。整个系统利用钢架固联安装在一 个箱体内, 工作过程中监控系统密切监视地下储油罐 内的油气压力值 ,当油气压力达到启动值 25. 4 Pa 时, 系统开始启动, 油气经压缩机压缩后进入冷凝装置, 将部分油气冷凝为液态油 ,未被完全液化的油气被送 入膜分离组件, 将混合气体中的VOCs 与空气进行分 离,分离后的高浓度油气被回收至地下储油罐, 清洁 43 环 境 工 程 2007年 2 月第25 卷第1 期 的空气排放到大气中 ; 当地下储油罐内的油气压力降 至127 Pa 时, 系统将停止运行而恢复至静态监测状 态。当油罐压力又达到启动压力值时, 系统将再次启 动。该系统还在空气排放口配有油气浓度监测装置, 一旦油气浓度超标, 系统将自动报警 [ 13] 。 以美国某加油站所安装的 Vaporsaver T M 为例 , 其 压缩 机的排量 为 100 L min, 该站平 均每天 运行 747 min,相当于每天处理和回收了 7. 47 万 L 油气。 实际运行表明 , 该系统可将 99 以上的油气完全处 理后变为液态油和高浓度油气回到地下储油罐中 ; 同 时对地下储油罐内的压力监测表明 ,未安装该系统时 油罐内的压力波动较大, 而安装该系统后压力基本 稳定 。 2. 2 德国GKSS 的VACONOVENT VACONOVENT 膜法油气回收处理装置由德国 BORSIG 公司与德国 GKSS 研究中心合作研制开发, 并专门成立了生产回收有机蒸气的气体膜公司 GMT 公司。如图 4 所示, 该装置通过监测地下储油 1油气回收型加油枪; 2油气返回管线; 3地下储油罐; 4通风口; 5膜组件; 6真空泵 压力开关控制 ; 7尾气阀; 8进气阀; 9排气阀; 10呼吸管。 图4 VACONOVENT 膜法油气回收装置流程示意图 罐的油气压力来控制系统的间歇式自动操作 。 当地下 储油罐内的油气压力升高到一定值时, 膜分离装置自 动启动。在真空泵的抽吸作用下, 地下储油罐内的油 气进入膜分离装置, 油气优先透过膜而其渗透侧富 集,再经真空泵返回地下储油罐; 脱除油气后的净化 空气则直接排入大气 ,地下储油罐油内的压力也随之 下降; 当地下储油罐内的压力降到设定的正常水平 后,装置将自动停止运行。如此往复, 完成油气回收 过程。采用膜分离回收装置可以将油气回收泵的 A L值提高到 1. 5, 油气回收效率增至 93以上 [ 14] 。 当对排放要求更高时 ,GKSS 研究中心采用汇集了压 缩 冷凝、吸收、膜分离、变压吸附等工艺原理的组合 流程 ,以充分发挥各技术的优点而避其缺点。 目前, 中石油上海灵广加油站和上中加油站采用 了VACONOVENT 膜法油气回收技术。灵广加油站共 有地下汽油储罐 4 只, 总容积为 80 m 3 , 汽油加油枪 6 把, 年汽油销售量约500 t 。油气浓度监测由在线油 气分析仪间隔 2 s 自动采样, 安装膜分离油气回收装 置后, 排放气中 的油气体 积分数降 至 1. 0 约 30 g m 3 以下 , 可以满足欧洲标准 。另经现场测试, 如果不采用膜法油气回收处理装置 ,从呼吸管直接排 入大气的油气体积分数可达 30. 5; 经膜法油气回 收处理装置后, 可将排放气的油气体积分数降至 0. 92, 并将渗透气提浓到 48. 8 体积分数 后返回 地下储油罐 ,该装置的回收率达98以上 [ 15] 。 3 加油站油气回收处理装置的关键问题 加油站发油环节的油气回收处理装置可以采用 单纯膜分离法和预冷凝-膜分离组合两大类工艺。就 现阶段国内的技术水平而言, 小排量防爆型真空泵、 高灵敏度的油气压力传感器以及在线油气浓度监测 仪都能够设法予以解决, 关键在于缺乏高渗透量并有 选择性的气体膜分离组件 ,这也是每个国外膜法油气 回收处理设备生产商都与一个专业气体膜分离公司 开展合作的原因 ,这里仅从膜分离材料和膜分离组件 两个方面略加阐述。 3. 1 膜分离材料 气体分离膜材料可分为高分子有机材料 、 无机材 料和有机-无机杂化材料等 3 大类 , 理想的气体膜分 离材料应该同时具有高的渗透性和良好的透气选择 性、 高的机械强度、优良的热和化学稳定性以及良好 的成膜加工性能 。 有机蒸气膜分离过程主要依靠不同气体分子在 膜中的溶解扩散性能的差异 ,可凝性有机蒸气 如烷 烃、 芳香烃 、 卤代烃等 与惰性气体 如氢气、氮气、甲 烷等 相比 ,被优先吸附渗透, 从而达到分离的目的。 目前常见的烃类 VOCs 分离用复合膜由三层结构组 成 底层为无纺布材料 , 如聚酯等 , 起支撑作用; 中间 为耐溶剂的多孔膜来增强分离层强度,由聚砜 PSF 、 聚醚亚酰胺 PEI 、 聚丙烯腈 PAN 树脂或聚偏氟乙 烯制成; 表皮涂覆一层橡胶高分子无孔材料作为分离 层。常用的分离涂层材料是聚二甲基硅氧烷 PDMS, 国内通常简称为硅橡胶 ,它对很多有机蒸气具有独 特的选择透过性 高选择性 和较高的通量 高渗透 44 环 境 工 程 2007年 2 月第25 卷第1 期 性 。对于一些特殊的分离任务, 也可以使用聚辛基 甲基硅氧烷 POMS ,POMS 有很高的选择性, 但渗透 通量较低。如德国GKSS 研究中心用于烃类 VOCs 分 离的是以硅橡胶为表皮层的复合膜 ,其硅橡胶涂层厚 度约为 1~ 2 μ m ,多孔支撑层用 PEI 或 PVDF 制成 ,厚 度为 40 μ m [ 8,16] ; 美国 MTR 公司则采用 PEI 硅橡胶 的复合方式。近年来对于采用 PDMS 有机复合膜作 为表面分离涂层的深入研究一直没有中断,涂层应用 方式也开始从平板式扩展到中空纤维式 [ 17-21] ; 另有部 分工作则致力于寻求分离性能更佳的有机复合膜 ,如 通过相转化法制得不对称聚醚亚酰胺 PEI 膜、用等 离子体接枝法在聚丙烯基膜上接枝六甲基二甲硅 醚等 [ 9] 。 由于高分子聚合物材料在耐化学侵蚀、 耐高温方 面性能较差 , 而由 Al2O3、TiO2、 SiO2等材料组成的无 机膜耐高温性独特 、 机械性能稳定, 因此研制适合烃 类VOCs 分离的有机 无机复合膜自然得到不少学者 的关注 [ 22] 。以 PDMS Al2O3复合膜为例 ,该复合膜以 PDMS 为分离层,Al2O3为支撑层, 既发挥了高分子膜 高选择性的优势 ,又解决了支撑层膜材料耐高温、抗 腐蚀的问题。目前该技术用于气体分离尚处于实验 室水平 ,研究工作停留在膜的制备、分离性能表征及 其传质机理等方面。 3. 2 膜组件 工业中常用的气体膜组件形式有板框式 、 螺旋卷 式、 中空纤维式 3 种。在膜法油气回收处理领域, 德 国GKSS 研究中心采用板框式结构, 美国MTR公司和 日东电工则采用卷式 。 3. 2. 1 板框式膜组件 德国 GKSS 研究中心所用板框式膜组件及其中 单个膜袋的结构如图 5 所示。在中间开孔的两张椭 圆形平板膜之间夹有间隔层, 周边经热压密封后组成 信封状膜叶。多个膜叶由多孔中心管连接组成膜堆, 固定于外壳中即成为分离器 。典型的分离器长约 0. 5m,直径 0. 32m , 有效膜面积为 8~ 10 m 2 。分离器 内设有多重挡板以增大气流速度并改变流动方向 ,使 气流与膜表面有效接触 [ 14] 。 板框式膜组件的优点是操作方便, 平板膜片容易 更换 ,而且无需粘合即可使用 。其缺点是装填密度较 低,例如德国 GKSS 研究中心, 平板式膜组件的装填 密度只有 200 m 2 m3 , 是螺旋卷式的 1 5, 是中空纤维 式的 1 15。 图 5 平板框式膜组件及其中单个膜袋的结构示意图 3. 2. 2 螺旋卷式膜组件 螺旋卷式膜组件也由平板膜制成,将 2 张平板膜 的三边密封 ,组成 1 个膜叶 。与板框式膜组件相似, 在其 2 片平板膜中夹入 1 层多孔支撑材料保持间隙 便于渗透气流过 。在膜叶上铺有隔网,用带有小孔的 多孔管卷绕依次放置的多层膜叶 , 形成膜卷 ; 最后将 膜卷装入圆筒形的外壳中 ,形成1 个完整的螺旋卷式 分离器 [ 23] 。1996 年美国MTR公司在VOCs 分离膜组 件的研究开发上取得突破 ,生产的卷式膜组件直径最 大可达203. 2mm 8″ ,膜面积达20 m 2 , 大大提高了膜 组件的处理能力 ,可在大型工业装置上使用 ,该公司 所制造的VOCs分离用卷式膜组件如图 6所示。 图 6 螺旋卷式膜组件结构示意图 使用时 ,高压侧原料气流过膜叶的外表面, 渗透 组分透过膜 ,流过膜叶内部 ,汇集于中心多孔管流出 分离器。膜叶愈长, 渗透气侧压降也愈大 。膜叶的长 度由渗透气侧允许压降所决定。在螺旋卷式膜组件 中,原料气与渗透气的流动既非逆流也非并流, 组件 内每一点处原料气与渗透气的流动方向互相垂直。 这一结构使膜组件的端面成为气流分布装置。膜组 45 环 境 工 程 2007年 2 月第25 卷第1 期 件的结构参数, 如支撑层膜厚度和中心管尺寸等, 能 影响组件内的流动特性。 螺旋卷式膜组件的主要优点是比板框式组件装 填密度高 1 000 m 2 m3 由于隔网的作用 ,气体分布 和交换效果良好 。其缺点是渗透气流程较长 ,膜必须 粘接且难以清洗等。 4 结论与建议 加油站的环境污染治理问题将会得到全面重视。 北京市目前的加油站数量已经达到1 100多座, 其中 约超过一半以上分布在四环以内 ; 一些过去属于“偏 远”地段的加油站也日益被新建的社区和商业区包 围,原有的加油站安全建设距离正被越来越多的功能 性建筑所挤占。因此搞好加油站的油气回收工作 ,对 于城市大气环境污染治理 、 城市居民的安全生活或生 产意义重大。 从西方发达国家已经商业化运营的加油站发油 环节膜法油气回收装置来看, 其关键技术在于膜分离 组件和灵敏可靠的机电控制系统。虽然中科院大连 化物所在有机蒸气膜分离材料的研究和工业化应用 方面率先在国内取得了一系列成果 ,但由于气体分离 对膜材料及制膜工艺的苛求, 目前国产化膜组件投入 大规模商业应用的仍然较少 [ 23] 。因此 , 对于有机蒸 气膜分离材料的研制 、 制膜工艺的改进和测试以及开 发利用等工作还需要努力 。 参考文献 [ 1] 陈家庆. 石油石化工业环保技术概论. 北京 中国石化出版社, 2005,10. 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[ 23] 曹义鸣, 左莉, 介兴明, 袁权. 有机蒸气膜分离过程. 化工进展, 2005,24 5 464 -470. 作者通讯处 曹建树 102617 北京市大兴区 北京石油化工学院 机电工程系 2006- 07-22 收稿 46 环 境 工 程 2007年 2 月第25 卷第1 期 other sludges, such as urban and papermaking sludges etc. Keywords printing the faults and noise sources of the unit were determined based on the frequency spectrum and noise distribution and the project for eliminating faults and reducing noise was established according to vibration -acoustics analysis. And then a sound insulation cover was built by optimizing some parameters of the compound sound -absorbing structure. This can provide the reference for faults diagnosis and noise control of the large -scale units. Keywords chiller, vibration-acoustics analysis, noise control and sound-absorption structure THETECHNOLOGYOFLANDFILLLEACHATETREATMENTUSINGAGED -REFUSE BIOREACTORBian Bingxin Zhao Youcai Zhou Zheng et al 52 Abstract This paper isgoing to study the constituentsof aged -refuse less than 15 mm after being sieved and design aged -refuse bioreactors to treat landfill leachate with fillers of those constituents. It is shown that aged -refuse has larger adsorption specific surface area, biggish ion exchange capacity, higher contents of organic matter and considerable microorganism species groups both onvariety and quantity which are usedfor biodegradation. Thus it is a kindof excellent biomedium inwaste water treating. It is indicated in engineering applications that the total removal rate of CODCrand NH 4-N can be seperately high than 90 and 95 and the effluent can come up to the state landfill leachate discharging standard within the second grade or the third grade stably after being treated by three aged -refuse bioreactors in -line. Keywords aged-refuse, bioreactor and leachate STUDY ONAPPLICATION OF GEOCOMPOSITE IN LANDFILL XiaoHenglin Xiao Bin Zhang Suhang 56 Abstract The application of geocomposite drainage layers in landfill is introduced briefly. It was studied the permeability, shear strength, long -term reduction factors and other key inds of the material in deteail. T
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