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船舶制造企业VOCs高效末端治理技术案例

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【摘要】:
为推动重点行业挥发性有机物深度治理工作,强化重点行业VOCs减排,江苏省环境科学研究院征集了VOCs先进治理技术典型案例,传递VOCs治理经验,为各地VOCs治理工作提供示范。

为推动重点行业挥发性有机物深度治理工作,强化重点行业VOCs减排,江苏省环境科学研究院征集了VOCs先进治理技术典型案例,VOCs治理经验,为各地VOCs治理工作提供示范。

项目概况

南通中远海运川崎船舶工程有限公司是中远海运重工有限公司与日本川崎重工业株式会社合资兴建的大型造船企业。企业主要制造大型船舶,设计生产能力为200万载重吨/年。

企业于2021年1月完成涂装生产线VOCs治理技术改造,建1套吸附+催化燃烧1套RTO有机废气治理设施,项目总投资预计1236万元。

VOCs废气治理技术路线

项目采用三级预过滤+沸石转轮浓缩+催化式燃烧工艺。采用连续吸附、间隙脱附的运行方式,即先吸附两天,第三天集中脱附,可有效地降低能耗,脱附温度为180—210℃。

因企业整个生产周期中VOCs产生的浓度波动性很大,最高浓度可达1400mg/m3左右,同时风机也是根据生产情况开与停。若是采用传统的蜂窝沸石浓缩转轮,在VOCs浓度波动很大的情况下,很难保证废气时刻都能达标排放,且设备运行能耗、运行维护代价增加,设备寿命降低,安全风险提高。为解决此问题,项目进行了工艺优化。

一是采用了颗粒沸石转轮代替传统的蜂窝沸石转轮,主要有如下优点:

(1) 单位体积内的颗粒分子筛重量远远大于蜂窝转轮,因而转轮抗浓度波动能力强,在高浓度下也能保持高效运行。

(2) 在整个喷涂生产周期内,炉子不开启,转轮处于静止状态,只起到吸附的作用。对于风机的开停,只需一个按钮,不需要复杂的开停炉过程,无安全风险,同时无能耗产生,运行维护简单。

(3) 不受风量减少的影响。

二是基于废气定性和定量分析,优化转轮设计

(1) VOCs定性分析:分子筛材料具有吸附选择性,所以VOCs中含有具体哪些有机物,对材料选择有重大影响,需对涂装工序产生的VOCs进行定性分析。对废气进行采样,用色谱质谱仪做定性分析,结果表明对(间)二甲苯、乙苯、邻二甲苯和甲苯的含量最高,分别占比40%、23%、15%和6%。

(2) VOCs定量分析:考虑到系统节能设计,如转轮可做到两道漆涂装作业时只吸附,最后单独脱附,则系统为最佳节能状态。所以,利用便携式FID,测出一周期的波峰与波谷,配合总量计算,配置吸附材料用量。

综上,根据相关数据计算,配置两台筒式颗粒转轮和一台5000m3/h的催化炉。两道漆涂装作业时,转轮有足够的吸附量,保证达标的前提下,无需脱附,从而达到消化波峰的目的。最后在二道漆结束时,开启脱附,分别脱附两个转轮。

技术与经济指标

颗粒转轮+催化燃烧与传统的蜂窝转轮+催化燃烧对比如图所示,与蜂窝转轮相比,颗粒转轮有如下优点:

(1) 设计风量较小,为蜂窝转轮风量的41.7%,更加有利于废气的浓缩。

(2) 开机能耗较低,为蜂窝转轮能耗的22.4%。

(3) 周运行能耗较低,为蜂窝转轮能耗的13.5%。

社会与环境效益

本项目采用颗粒转轮+催化燃烧处理废气中VOCs,取得了良好的社会和环境效益:

(1) VOCs排放量大幅削减,可实现VOCs减排约20.4吨/年。

(2) 项目不需要复杂的开停炉过程,无安全风险,运行维护简单。

(3) 与传统的蜂窝转轮相比,项目运行能耗较低,可节省能耗,对实现碳达峰有着积极的作用。