UV光解技術(shù)在采油（氣）田脫水廢氣處理中的應(yīng)用

任 雁，謝 鋤，張行進(jìn)

(深圳市天浩洋環(huán)?？萍加邢薰?，廣東 深圳 518034)

UV光解技術(shù)在采油（氣）田脫水廢氣處理中的應(yīng)用

任 雁，謝 鋤，張行進(jìn)

(深圳市天浩洋環(huán)?？萍加邢薰?，廣東 深圳 518034)

采用UV高效光解凈化設(shè)備，對(duì)采油(氣)田TEG脫水工藝產(chǎn)生的廢氣深度凈化、脫臭，其凈化效率達(dá)99%；同時(shí)克服了廢氣成分復(fù)雜、濃度高、含水率高、環(huán)境溫差大、防爆要求高等廢氣凈化方法的限制性難題，并能廣泛適用于多種行業(yè)的廢氣凈化。

采油氣田;UV光解凈化技術(shù);廢氣凈化;凈化率

1 項(xiàng)目概況

我國(guó)的采油（氣）田一般分布在北部地區(qū)，屬于露天作業(yè)，晝夜溫差大，冬夏最大溫差可高達(dá)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(yán)重影響了廠區(qū)工作人員和周邊居民的生產(chǎn)、生活和身體健康，對(duì)環(huán)境造成了較大影響。脫水過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣成分復(fù)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(shí)間短暫、排放峰值高等特點(diǎn)。廠區(qū)對(duì)防爆的要求也極高。近年來(lái)，從防爆、防水、防凍等限值條件，到廢氣成分的復(fù)雜性及投資運(yùn)行成本等各方面考慮，該廢氣的處理辦法可以通過(guò)UV光解的技術(shù)，在一個(gè)很溫和的環(huán)境下將廢氣分解成呈離子狀態(tài)的原子、自由基混合氣體，再通過(guò)臭氧將其氧化成簡(jiǎn)單的小分子化合物[3]，達(dá)到分解凈化的目的，簡(jiǎn)單、實(shí)用、高效。

2 基礎(chǔ)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(shè)備試運(yùn)行期間正值冬季，日氣溫在-21℃至12℃之間。2）當(dāng)?shù)卮髿鈮?6.7kPa。3）降雨量，年平均417.7mm，最大日降63.6mm，年平均蒸發(fā)量1809mm。4）年均風(fēng)速3.2m/s，最大風(fēng)速24m/s。5）年沙塵暴日數(shù)最高30d。

2.2 廢氣情況

1）溫度：99℃；2）流量：在正常生產(chǎn)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(shè)備必須符合國(guó)家“防火、防爆、防水”的三防相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；2）去除集氣站脫水尾氣散發(fā)的惡臭氣味，對(duì)臭氣收集凈化處理后排放，達(dá)到國(guó)家相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，改善廠區(qū)環(huán)境。排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996） 二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554-93）二級(jí)廠界標(biāo)準(zhǔn)，以及排放煙囪為15m時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)排放限值。

3 UV光解凈化技術(shù)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(jié)構(gòu)，使有機(jī)或無(wú)機(jī)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(zhuǎn)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(chǎn)生游離氧，因游離氧所攜正負(fù)電子不平衡所以需與氧分子結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生臭氧。

UV＋O2→O-+O＊（游離氧） O+O2→O3（臭氧）

由于臭氧對(duì)有機(jī)物具有極強(qiáng)的氧化作用，因而其對(duì)惡臭氣體及其它刺激性異味有立竿見(jiàn)影的消除效果。

（3）惡臭氣體利用排風(fēng)設(shè)備輸入到本凈化設(shè)備后，凈化設(shè)備運(yùn)用高能UV紫外線光束及臭氧對(duì)惡臭氣體進(jìn)行協(xié)同分解、氧化反應(yīng)，將惡臭氣體物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化成低分子化合物，如水和二氧化碳等，達(dá)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(gè)帶有開(kāi)口的集氣罩套住（開(kāi)口用于補(bǔ)充新風(fēng)），并用收集管引至UV高效光解凈化設(shè)備的進(jìn)氣口；凈化設(shè)備的前端設(shè)有脫水裝置，將大量的水氣凝結(jié)并排出；然后將廢氣引入U(xiǎn)V光解反應(yīng)室，在UV高效光解凈化設(shè)備出風(fēng)口處連接風(fēng)機(jī)，反應(yīng)后的凈化氣體由風(fēng)機(jī)出口接至排氣管排出。如下圖所示。

廢氣凈化工藝流程圖

5 數(shù)據(jù)與分析

該UV高效光解凈化設(shè)備于2011年1—2月期間試運(yùn)行，并于2月下旬得出實(shí)驗(yàn)檢測(cè)分析報(bào)告，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 UV高效光解凈化系統(tǒng)進(jìn)、出口廢氣成分檢測(cè)數(shù)據(jù)

由表1中數(shù)據(jù)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(dá)99.35%。

6 技術(shù)特點(diǎn)與擴(kuò)展應(yīng)用

適用于采油（氣）田TEG脫水工藝產(chǎn)生的廢氣深度凈化、脫臭的UV高效光解凈化設(shè)備，其技術(shù)特點(diǎn)在于：通過(guò)低壓水銀放電管發(fā)射出高能UV光子，裂解切斷廢氣分子的化學(xué)鍵，使其轉(zhuǎn)化呈離子狀態(tài)、自由基氣態(tài)混合物；再利用裂解產(chǎn)生的臭氧對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)氧化反應(yīng)，使其生成、轉(zhuǎn)變成簡(jiǎn)單的、穩(wěn)定的小分子化合物，如CO2、H2O等；再通過(guò)排風(fēng)管道排出，達(dá)到廢氣凈化、脫臭的目的。該專利技術(shù)[6]的UV光子能量可達(dá)800kJ/mol，波長(zhǎng)小于180nm。

采油（氣）田TEG脫水工藝產(chǎn)生的廢氣中，絕大多數(shù)廢氣成分的化學(xué)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(dá)到很好的處理效果。VOCs的成分復(fù)雜，不排除部分化合物的化學(xué)鍵能高于800kJ/mol，如C≡C鍵鍵能為837kJ/mol，故不能裂解。

參照常見(jiàn)化學(xué)鍵的鍵能[7]數(shù)據(jù)表（見(jiàn)表2），可以知道哪些化學(xué)鍵可以被高能UV光子切斷，并可得知哪些廢氣物質(zhì)是能被裂解、凈化的。

由此可見(jiàn)，只要化合物的化學(xué)鍵能低于800kJ/mol，該UV光解專利技術(shù)都能將其裂解，形成簡(jiǎn)單的、穩(wěn)定的小分子化合物。所以該技術(shù)能廣泛應(yīng)用于有廢氣產(chǎn)生的行業(yè)，只需要廢氣成分的化學(xué)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(yīng)用于采油（氣）田、污水處理廠、垃圾處理場(chǎng)、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。

表2 常見(jiàn)化學(xué)鍵的鍵長(zhǎng)與鍵能

7 結(jié)論

采用UV光解凈化技術(shù)，凈化采油（氣）田TEG脫水工藝產(chǎn)生的廢氣，克服了防爆、防水、防凍等限制條件，投入及運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)較低。該技術(shù)并能在其他行業(yè)的廢氣處理中得到廣泛的應(yīng)用，其表現(xiàn)在：

（1）硫化氫凈化率在99%以上；

（2）只要廢氣中化合物的化學(xué)鍵能低于800 kJ/mol，都能得到有效裂解，生成簡(jiǎn)單的、穩(wěn)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(yīng)用采油（氣）田、污水處理廠等。

綜上，UV光解凈化技術(shù)在處理某些特定的環(huán)境和特殊工藝要求時(shí)，能有很好的效果，能分解絕大多數(shù)的廢氣，是其他技術(shù)無(wú)法替代的。

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

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

[3]深圳市天浩洋環(huán)?？萍加邢薰?惡臭氣體及工業(yè)煙氣光解凈化處理方法和設(shè)備[P].中國(guó)發(fā)明專利，200710075448.X, 2011-4-27．

[4]謝鋤，郭信圭.高濃度惡臭氣體及工業(yè)廢氣凈化處理設(shè)備[P].中國(guó)實(shí)用新型專利，200920206306.7，2010-11-17．

[5]謝鋤.煙氣及工業(yè)化合物氣體光解凈化設(shè)備[P].中國(guó)實(shí)用新型專利，200720118416.9, 2008-01-30.

[6]深圳市天浩洋環(huán)保科技有限公司.油田高濃度惡臭廢氣UV光解凈化設(shè)備[P]．中國(guó)實(shí)用新型專利申請(qǐng)?zhí)枺?01120124294.0.2011-4-26.

[7]李夢(mèng)龍.化學(xué)數(shù)據(jù)速查手冊(cè)[K].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004．

Application and Extension of UV Photodissociation Technology in Oil (gas)Field Denitration and Waste Gas Purification

REN Yan, XIE Chu, ZHANG Xing-jin
(Shenzhen Thyture Environ-Tech Development Co., Ltd, Shenzhen Guangdong 518034, China)

In this paper, progress and application of biological control technologies for aquaculture wastewater treatment are reviewed, some recent research perspectives and shortcomings of the technologies are analyzed in order to provide some references on aquaculture wastewater treatment.

oil (gas) field; UV photodissociation purification technology; waste gas purification; purification rate

X701

A

1006-5377（2011）12-0028-03