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UV光解技术在采油(气)田脱水废气中的应用
作者:任雁 谢锄 张行进    发布于:2017-03-03 15:17:36    文字:【】【】【
摘要:采用UV高效光解净化设备,对采油(气)田TEG脱水工艺产生的废气深度净化、脱臭,其净化效率达99%;同时克服了废气成分复杂、浓度高、含水率高、环境温差大、防爆要求高等废气净化方法的限制性难题,并能广泛适用于多种行业的废气净化。

1、项目概况

    我国的采油(气)田一般分布在北部地区,属于露天作业,昼夜温差大,冬夏最大温差可高达60℃以上。采用TEG脱水工艺脱除天然气中的水分,工艺中的脱水装置排放的尾气具有刺激性恶臭异味,严重影响了厂区工作人员和周边居民的生产、生活和身体健康,对环境造成了较大影响。脱水过程中产生的废气成分复杂,其中含VOCs(总烃)、硫化氢、甲烷、一氧化氮、一氧化碳、二氧化硫、二氧化碳、水蒸气、TEG溶液及其他成分。废气具有温度高、含水率高、含氧量低、排放时间短暂、排放峰值高等特点。厂区对防爆的要求也极高。近年来,从防爆、防水、防冻等限制条件,到废气成分的复杂性及投资运行成本等各方面考虑,该废气的处理办法可以通过UV光解的技术,在一个很温和的环境下将废气分解成呈离子状态的原子、自由基混合气体,再通过臭氧将其氧化成简单的小分子化合物,达到分解净化的目的,简单、实用、高效。

2、基础资料

    废气源:陕西某采油气田TEG脱水装置排放的废气。

2.1、气候条件

1)年平均气温7.8℃,最高35.9℃,年最低-30℃。除臭设备试运行期间正值冬季,日气温在-21℃至12℃之间。

2)当地大气压86.7kPa

3)降雨量,年平均417.7mm,最大日降63.6mm,年平均蒸发量1809mm

4)年均风速3.2m/s,最大风速24m/s

5)年沙尘暴日数最高30d

2.2、废气情况

1)温度:99℃;

2)流量:在正常生产下脱水废气排气量为30~100m³/h,其中水蒸气量约为50m³/h,天然气量为5~25m³/h,硫化氢含量为1.6~2.0mg/m³。

2.3、净化要求

1)为杜绝安全隐患,要求废气除臭成套设备必须符合国家“防火、防爆、防水”的三防相关标准;

2)去除集气站脱水尾气散发的恶臭气味,对臭气收集净化处理后排放,达到国家相关排放标准,改善厂区环境。排放标准执行《大气污染综合排放标准》(GB16297-1996)二级标准和《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)二级厂界标准,以及排放烟囱为15m时的标准排放限值。

3、UV光解净化技术原理

1)利用特定的高能高臭UV紫外线光束照射恶臭气体,裂解恶臭气体如:氮、三甲胺、硫化氢、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳、苯乙烯、VOCs、苯、甲苯、二甲苯等的分子链结构,使有机或无机高分子恶臭化合物分子链,在高能紫外线光束照射下,降解转变成原子、自由基等。

2)利用高臭氧高能UV紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧,因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合,进而产生臭氧。

UV + O2 O- + O*(游离氧)O + O2 O3(臭氧)

由于臭氧对有机物具有极强的氧化作用,因而其对恶臭气体及其他刺激性异味有立竿见影的消除效果。

3)恶臭气体利用排放设备输入到本净化设备后,净化设备运用高能UV紫外线光束及臭氧对恶臭气体进行协同分解、氧化反应,将恶臭气体物质降解转化成低分子化合物,如水和二氧化碳等,达到废气净化、脱臭的目的。

4、工艺流程

降采油(气)田的TEG脱水装置的废气排放管末端,用一个带有开口的集气罩套住(开口用于补充新风),并用收集管引至UV高效光解净化设备的进气口;净化设备的前端设有脱水装置,将大量的水气凝结并排出;然后将废气引入UV光解反应室,在UV高效光解净化设备出风口处连接风机,反应后的净化气体由风机出口接至排气管排出。如下图所示:

废气净化工艺流程图

5、数据与分析

UV高效光解净化设备于20111-2月期间试运行,并于2月下旬得出实验检测分析报告,数据见表1.

1  UV高效光解净化系统进、出口废气成分检测数据

监测项目

进气口

出气口

二氧化硫(mg/m³)

1

1

一氧化氮(mg/m³)

30

1

一氧化碳(mg/m³)

30

14

氧气(%

20.6

20.6

总烃(ppm

11407~14091

2629~3300

二氧化氮(mg/m³)

0

2

硫化氢(mg/m³)

345415.28

2247.71

二氧化碳(%

0.9

0

由表1中数据得出,主要的废气成分硫化氢和总烃大幅度减少,其中总烃的净化率为76.58%~76.95%,硫化氢的净化率高达99.35%

6、技术特点与扩展应用

适用于采油(气)田TEG脱水工艺产生的废气深度净化、脱臭的UV高效光解净化设备,其技术特点在于:通过低压水银放电管发射出高能UV光子,裂解切断废气分子的化学键,使其转化呈离子状态、自由基气态混合物;再利用裂解产生的臭氧对其进行强氧化反应,使其生成、转变成简单的、稳定的小分子化合物,如CO2H2O等;再通过排风管道排出,达到废气净化、脱臭的目的。该专利技术的UV光子能量可达800KJ/mol,波长小于180nm

采油(气)田TEG脱水工艺产生的废气中,绝大多数废气分成的化学键均低于800KJ/mol,例如,硫化氢的S-H键键能为339KJ/mol,故硫化氢能达到很好的处理效果。VOCs的成分复杂,不排除部分化合物的化学键能高于800KJ/mol,如CC键键能为837 KJ/mol,故不能裂解。

参照常见化学键的键能数据表(见表2),可以知道哪些化学键可以被高能UV光子切断,并可得知哪些废气物质是被裂解、净化的。

由此可见,只要化合物的化学键能低于800 KJ/mol,该UV光解专利技术都能将其裂解,形成简单的、稳定的小分子化合物。所以该技术能广泛应用于有废气产生的行业,只需要废气成分的化学键键能低于UV光子能量,如硫化氢、氨、二硫化碳、胺类、硫醇类、硫醚类、烃类、笨及苯系物等,能广泛应用于采油(气)田、污水处理厂、垃圾处理场、炼油厂、塑料厂、橡胶厂、化工厂、垃圾堆肥/焚烧厂、垃圾站、制药厂、皮革厂、制造厂、喷涂厂、印刷厂、冶炼厂、食品加工厂、饲料加工厂等。

2 常见化学键的键长与键能

化学键

键长(10~12nm

键能(KJ/mol

C-C

154

332

C=C

134

611

CC

12

837

C-H

109

414

C-O

143

326

N-O

146

230

S-H

135

339

C-S

182

272

S-S

207

268

O-H

98

464

O-O

148

146

O=O

120

498

C=O

120

728

N-H

101

389

N=O

114

607

C=S

-

577

H-Cl

127

431

S-O

-

364

7、结论

采用UV光解净化技术,净化采油(气)田TEG脱水工艺产生的废气,克服了防爆、防水、防冻等限制条件,投入及运营成本相对较低。该技术并能在其他行业的废气处理中得到广泛的应用,其表现在:

1)  硫化氢净化率在99%以上;

2)  只要废气中化合物的化学键能低于800KJ/mol,都能得到有效裂解,生产简单的稳定的小分子化合物,如CO2H2O等;

3)  能分解诸如硫化氢、氨、二硫化碳、胺类、硫醇类、硫醚类、烃类、苯及苯系物等;

4)  能广泛应用采油(气)田、污水处理厂等。

综上,UV光解净化技术在处理某些特定的环境和特殊工艺要求时,能有很好的效果,能分解绝大多数的废气,是其他技术无法替代的。

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