UV光解技術在采油（氣）田脫水廢氣處理中的應用

更新時間：2013-11-18 13:51 來源：中國環保產業作者: 閱讀：4327

1 項目概況

我國的采油（氣）田一般分布在北部地區，屬于露天作業，晝夜溫差大，冬夏最大溫差可高達60℃以上。采用TEG脫水工藝[1]脫除天然氣中的水分，工藝中的脫水裝置排放的尾氣具有刺激性惡臭異味，嚴重影響了廠區工作人員和周邊居民的生產、生活和身體健康，對環境造成了較大影響。脫水過程中產生的廢氣成分復雜[2]，其中含有VOCs（總烴）、硫化氫、甲烷、一氧化氮、一氧化碳、二氧化硫、二氧化碳、水蒸氣、TEG溶液及其他成分。廢氣具有溫度高、含水率高、含氧量低、排放時間短暫、排放峰值高等特點。廠區對防爆的要求也極高。近年來，從防爆、防水、防凍等限值條件，到廢氣成分的復雜性及投資運行成本等各方面考慮，該廢氣的處理辦法可以通過UV光解的技術，在一個很溫和的環境下將廢氣分解成呈離子狀態的原子、自由基混合氣體，再通過臭氧將其氧化成簡單的小分子化合物[3]，達到分解凈化的目的，簡單、實用、高效。

2 基礎資料

廢氣源：陜西某采油氣田TEG脫水裝置排放的廢氣。

2.1 氣候條件

1）年平均氣溫7.8℃，最高35.9℃，年最低 -30℃。除臭設備試運行期間正值冬季，日氣溫在-21℃至12℃之間。2）當地大氣壓86.7kPa。3）降雨量，年平均417.7mm，最大日降 63.6mm，年平均蒸發量1809mm。4）年均風速3.2m/s，最大風速24m/s。5）年沙塵暴日數最高30d。

2.2 廢氣情況

1）溫度：99℃；2）流量：在正常生產下脫水廢氣排氣量為30~100m3/h，其中水蒸氣量約為50m3/h，天然氣量為5~25m3/h，硫化氫含量為1.6~20mg/m3。

2.3 凈化要求

1）為杜絕安全隱患，要求廢氣除臭成套設備必須符合國家“防火、防爆、防水”的三防相關標準；

2）去除集氣站脫水尾氣散發的惡臭氣味，對臭氣收集凈化處理后排放，達到國家相關排放標準，改善廠區環境。排放標準執行《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）二級標準和《惡臭污染物排放標準》（GB14554-93）二級廠界標準，以及排放煙囪為 15m時的標準排放限值。

3 UV光解凈化技術原理[4-5]

（1）利用特定的高能高臭氧UV紫外線光束照射惡臭氣體，裂解惡臭氣體如：氨、三甲胺、硫化氫、甲硫氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳、苯乙烯、VOCs、苯、甲苯、二甲苯等的分子鏈結構，使有機或無機高分子惡臭化合物分子鏈，在高能紫外線光束照射下，降解轉變成原子、自由基等。

（2）利用高臭氧高能UV紫外線光束分解空氣中的氧分子產生游離氧，因游離氧所攜正負電子不平衡所以需與氧分子結合，進而產生臭氧。

UV＋O2→O-+O＊（游離氧） O+O2→O3（臭氧）

由于臭氧對有機物具有極強的氧化作用，因而其對惡臭氣體及其它刺激性異味有立竿見影的消除效果。

（3）惡臭氣體利用排風設備輸入到本凈化設備后，凈化設備運用高能UV紫外線光束及臭氧對惡臭氣體進行協同分解、氧化反應，將惡臭氣體物質降解轉化成低分子化合物，如水和二氧化碳等，達到廢氣凈化、脫臭的目的。

4 工藝流程

將采油（氣）田的TEG脫水裝置的廢氣排放管末端，用一個帶有開口的集氣罩套住（開口用于補充新風），并用收集管引至UV高效光解凈化設備的進氣口；凈化設備的前端設有脫水裝置，將大量的水氣凝結并排出；然后將廢氣引入UV光解反應室，在UV高效光解凈化設備出風口處連接風機，反應后的凈化氣體由風機出口接至排氣管排出。如下圖所示。

5 數據與分析

該UV高效光解凈化設備于2011年1—2月期間試運行，并于2月下旬得出實驗檢測分析報告，數據見表1。

由表1中數據得出，主要的廢氣成分硫化氫和總烴大幅度減少，其中總烴的凈化率為76.58%～76.95%，硫化氫的凈化率高達99.35%。

6 技術特點與擴展應用

適用于采油（氣）田TEG脫水工藝產生的廢氣深度凈化、脫臭的UV高效光解凈化設備，其技術特點在于：通過低壓水銀放電管發射出高能UV光子，裂解切斷廢氣分子的化學鍵，使其轉化呈離子狀態、自由基氣態混合物；再利用裂解產生的臭氧對其進行強氧化反應，使其生成、轉變成簡單的、穩定的小分子化合物，如CO2、H2O等；再通過排風管道排出，達到廢氣凈化、脫臭的目的。該專利技術[6]的UV光子能量可達 800kJ/mol，波長小于180nm。

采油（氣）田TEG脫水工藝產生的廢氣中，絕大多數廢氣成分的化學鍵能均低于800kJ/mol，例如，硫化氫的S-H鍵鍵能為339kJ/mol，故硫化氫能達到很好的處理效果。VOCs的成分復雜，不排除部分化合物的化學鍵能高于800kJ/mol，如C≡C鍵鍵能為837kJ/mol，故不能裂解。

參照常見化學鍵的鍵能[7 ]數據表（見表2），可以知道哪些化學鍵可以被高能UV光子切斷，并可得知哪些廢氣物質是能被裂解、凈化的。

由此可見，只要化合物的化學鍵能低于800kJ/mol，該UV光解專利技術都能將其裂解，形成簡單的、穩定的小分子化合物。所以該技術能廣泛應用于有廢氣產生的行業，只需要廢氣成分的化學鍵鍵能低于UV光子能量，如硫化氫、氨、二硫化碳、胺類、硫醇類、硫醚類、烴類、苯及苯系物等，能廣泛應用于采油（氣）田、污水處理廠、垃圾處理場、煉油廠、塑料廠、橡膠廠、化工廠、垃圾堆肥/焚燒廠、垃圾站、制藥廠、皮革廠、造紙廠、噴涂廠、印刷廠、冶煉廠、食品加工廠、飼料加工廠等。

7 結論

采用UV光解凈化技術，凈化采油（氣）田TEG脫水工藝產生的廢氣，克服了防爆、防水、防凍等限制條件，投入及運營成本相對較低。該技術并能在其他行業的廢氣處理中得到廣泛的應用，其表現在：

（1）硫化氫凈化率在99%以上；

（2）只要廢氣中化合物的化學鍵能低于800 kJ/mol，都能得到有效裂解，生成簡單的、穩定的小分子化合物，如CO2、H2O等；

（3）能分解諸如硫化氫、氨、二硫化碳、胺類、硫醇類、硫醚類、烴類、苯及苯系物等；

（4）能廣泛應用采油（氣）田、污水處理廠等。

綜上，UV光解凈化技術在處理某些特定的環境和特殊工藝要求時，能有很好的效果，能分解絕大多數的廢氣，是其他技術無法替代的。

參考文獻：

[1] 鄔霽，韓雷.高含硫天然氣脫水新工藝探討[J].內蒙古石油化工，2009 （17）．

[2] 項波，彭磊，邊云燕.高含硫天然氣脫水工藝技術研討[ J ] .天然氣與石油，2006，24（2）．

[3] 深圳市天浩洋環保科技有限公司.惡臭氣體及工業煙氣光解凈化處理方法和設備[P].中國發明專利，200710075448.X, 2011-4-27．

[4] 謝鋤，郭信圭.高濃度惡臭氣體及工業廢氣凈化處理設備[P].中國實用新型專利，200920206306.7，2010-11-17．