探讨|医药化工企业VOCs排放计算

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1 VOCs排放计算的探讨

1.1 对全厂设备设施的总排风量进行估算

该估算包括车间、罐区、研发质检楼、危险品库等所有产生VOCs的单体。

设备排风量估算(m³/h)=容积×数量×换气次数;(公式1)

其中,储罐、计量罐、吸收罐、溶液配制罐、洗涤分离罐等设备的换气次数取2 次/h,密闭式离心机、溶解罐、脱色罐、精制罐、浓缩罐、反应罐、水析罐、提取罐、结晶罐等设备的换气次数取5 次/h,所有排气的设备均应予以计算。

对于投料、开盖、过滤、离心等有暴露的操作应设置万向排气罩或排风罩等设施,连接至VOCs处理系统,其排风量依据设备风量来计算。研发质检楼的通风橱和万向排气罩的风量也应计算在内。危险品库的排风量按照其占地面积,空间高度,换气次数(取6次)依次计算。计算示例见表1和表2。

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1.2 排气系统及设计风量

依据排气量和VOCs的特点对排气系统进行分类,并计算各类系统所需风量,折算得到设计风量。

一般废气处理方法主要包括冷凝法、吸收法、热破坏法、生物处理法、电晕法、等离子体分解法等等。根据VOCs 种类和所需风量,选择合适的处理方法、系统、设备设计风量和设备数量对控制VOCs 排放、减少投资运行成本具有十分重要的意义。如VOCs 含氯仿、二氯甲烷最好不进RTO/CO之类的设备燃烧,容易产生HCL 腐蚀设备,降低设备使用年限、增加成本,可以考虑碳纤维或树脂吸附的方法。选择过程中,在保证处理效果达标的前提下,需要综合考虑一次性投入成本、运行成本、维护成本,设备寿命和折旧等多方面因素。分类示例见表1。

1.3 VOCs的排放速率

计算工艺有组织排放的各种VOCs 的排放速率,包括平时小时排放速率和最大小时排放速率。

首先分析生产工艺,进行物料平衡计算,得到不同工艺步骤产生VOCs 的种类和质量(kg),结合该步骤的生产耗时、日生产批次,以及车间初步处理措施(如设冷凝器或碱吸收等)的效率,可以计算该步骤各种VOCs 平时小时排放速率和最大小时排放速率。

平均小时排放速率 = 每批排放量×日生产批次量÷24×(1﹣初步处理措施效率);(公式2)

最大小时排放速率 = 每批排放量×同时生产批次量÷该步骤的生产耗时×(1﹣初步处理措施效率);(公式3)

其中,初步处理措施效率也应该查物性表后计算得出或由设备厂家提供具体参数。

由以上公式得到某一工艺步骤某一有机物质排放速率,以此类推计算得到每个步骤不同VOCs 的排放速率,然后按照VOCs 类别进行加和,得到该种VOCs 在该单体的排放速率。

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VOCs的平均小时排放速率是作为一种参考,厂区实际排放依据工艺操作和反应阶段确定,呈现时间上的不平均性,依据最大小时排放速率继续进行后续计算更为准确。因为每个工艺步骤的反应热和反应过程难以具体细化分析到每分每秒,其工作量极其庞大,该公式计算的最大小时排放速率某种意义上也只是反应过程的平均最大小时排放速率。

1.4 大小呼吸的计算

计算有机液体储存与调和挥发损失,主要是罐区部分,包括固定顶罐和浮顶罐,静置损失和工作损失(大小呼吸)。参考《石油化工行业VOCs 排放量计算办法》进行简化计算。

储罐的VOCs 年排放量 =固定顶罐的VOCs 年排放量+浮顶罐的VOCs 年排放量;(公式4)

其中,固定顶罐的VOCs 年排放量 = 静置损失+工作损失;(公式5)

静置损失 = 365×气相空间容积×储藏气相密度×气相空间膨胀因子×排放蒸气饱和因子;(公式6)

工作损失 = 5.614÷R÷日平均液体表面温度×气相分子量×真实蒸气压×年周转桶数×工作排放周转(饱和)×呼吸阀工作校正因子;(公式7)

其中,浮顶罐的VOCs 年排放量 =浮顶罐总损失+边缘密封损失+挂壁损失+浮盘附件损失+浮盘缝隙损失(限螺栓连接式的浮盘或浮顶);(公式8)

详细参数计算查表见环保部《石油化工行业VOCs 排放量计算办法》。


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