基于开路式红外测算炼化装置VOCS排放量的方法与流程

本发明涉及一种基于开路式红外测算炼化装置vocs排放量的方法。

背景技术：

大气中的vocs(挥发性有机物)不仅是生成光化学烟雾污染物的主要前体物，同时也是大气细粒子中有毒有害有机组分的重要来源，对形成灰霾有重要贡献，且一些vocs本身具有毒性和致癌性，对人类健康造成极大的负面影响。随着我国大气污染控制的不断深化与日益严重的环境问题，vocs对大气的影响日益受到人们的关注。财政部三部委于2015年6月下发了《挥发性有机物排污收费试点办法》，环保部于2015年11月下发了《石化行业vocs污染源排查工作指南》，各地也相继出台了vocs收费办法，但是在当前vocs污染防控中，监测和测算vocs排放量是目前的首要难题，尤其区域监测方面更是空白。本发明利用开路式红外进行定量分析，建立合适的气体扩散数学模型，最终对整个炼化装置vocs总量进行评估与测算。

vocs排放量的准确测算是首先要解决的问题。尽管目前石油化工行业给出了如何计算排放量的方法，但排放量结果的准确性与企业使用的原料类型、工艺设备和控制水平密切相关。不同年代投建的不同生产规模的各企业车间，其生产工艺水平、设备老化程度、收集控制技术等存在很大差异，用一种统一的计算方法，很难体现单个企业排放的真实水平。石化行业vocs排放源分为：设备动静密封点泄漏、有机液体储存与调和挥发损失、有机液体装卸挥发损失等12类源项，源项多且以无组织排放为主，各环节的测算十分复杂，应用系数法对不同企业进行各环节排放量计算，不能完整性计算整套装置vocs排放量且准确性较低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中测算结果不准确、测算过程不简单的问题，提供一种新的基于开路式红外测算炼化装置vocs排放量的方法。该方法具有测算结果准确、测算过程简单的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种基于开路式红外测算炼化装置vocs排放量的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)结合气体扩散的研究，将炼化装置vocs扩散视为面源，建立的箱体模型；(2)基于开路式红外监测技术，依据建立的箱体模型在装置边界处对扩散气体进行定性和定量分析；(3)在上述模型和监测技术下，通过公式推导与计算，建立本方法测算vocs排放量的计算公式；(4)根据上述建立的计算公式，选择合理的参数，最终评估与测算整个炼化装置vocs排放量。

上述技术方案中，优选地，将炼化装置视为面源扩散模式并建立箱体模型和本方法测算vocs排放量的原理。

上述技术方案中，优选地，开路式红外监测技术由开路式红外主机、反射镜组成，选择在装置下风向按照不同横向距离、不同长度、不同高度的路径进行多组实时监测。

上述技术方案中，优选地，vocs排放量的计算方法及公式中相关参数的取值与限定范围。

本发明通过进行区域性的监测，简单快捷的评估与测算整个炼化装置vocs排放量，测算过程简单，测算结果准确，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1箱体模型示意图。

图2vocs测算方法示意图。

图1-图2中，1、开路式红外配套使用的反射镜；2、开路式红外主机；3、装置区；4、平均风。

图3开路式红外浓度测量方法示意图。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

本发明应用于炼化装置vocs监测，以下结合图1、图2、图3来具体说明本专利的具体实施方式。

炼化装置无组织排放可认为是面源，将装置视为箱体，如果流入箱内vocs物质质量，即从上风向随平均风输送到箱内的vocs物质质量为q1,箱内的污染源产生的vocs物质质量为q，从箱内流出的vocs物质的量，即由平均风下风向输送出的量为q2；忽略箱底和侧壁流出量和地面沉积消失量，箱顶向上流出的气体认为在风作用下全部穿过下风向横截面，则q＝q2-q1，连续条件下一定时间内穿过箱体下风向横截面的量，即为q2，扣去进入箱体的vocs物质质量即为该箱体vocs排放量。

利用开路式红外在箱体下风向进行监测，气体视为均匀分布，监测路径长度为l(l略大于装置长度)，开路式红外主要由开路式红外主机与反射镜两部分组成，可以准确的确定封闭在红外光源发射面与反射镜内体积为v0内多种物质的百分比浓度(ppm)，选择在距离装置下风向边界处按照不同横向距离、不同长度、不同高度的路径进行实时监测，在横截面上选择尽可能多的路径进行监测，测得的浓度结果越为准确。

在同一截面上进行不同路径上长时间的多次检测，则每种物质的平均浓度可表示为：

其中c为各物质的百分比浓度(ppm)；

气体视为理想气体，根据理想气体状态方程，气体物质的量

n＝pv/rt…………(2)

其中n为摩尔数(mol)，p为大气压(pa)，v为监测体积(m³)，t为温度(k)，r为理想气体常数8.314pa.m³/mol.j；

由于红外光源发射面为圆形，则监测面

s0＝πr²…………(3)

其中r为红外光源发射面半径(m)

则监测体积

v0＝πr²×l…………(4)

其中l为监测路径长度(m)，

将(4)式代入(2)式可得

混合气体中每种物质的质量

mi＝n×ci×mi…………(6)

其中m为物质的质量(g)，m为摩尔质量(g/mol)

从监测物质种类中选择出vocs物质，则监测体积v0内vocs物质的总量为

箱体下风向横截面上气体浓度视为均匀分布，可视为由多个监测面组成，则一定时间内穿过整个横截面的vocs物质的总量为

其中vx为一定时间内穿过下风向横截面的体积(m³)

垂直于监测路径的风速可表示为

μx＝μ×sinθ…………(9)

其中μ为平均风风速(m/s)，θ为风向与监测路径的夹角(°)，监测中应符合45°≤|θ|≤135°，可通过测量风向的角度θ1与监测路径偏北的角度θ2求得

θ＝θ1-θ2…………(10)

在箱体模型中，高度以无组织排放源的排放点高度来计算，对于炼化装置而言，无组织排放来自于密封件，则理论上每一个密封件都是泄漏源，则箱体下风向横截面的高度h可以用装置的主要高度来表示。

以装置主高度为δh，则一定时间内穿过监测横截面的体积

vx＝μx×δh×t…………(11)

由前文所述，可知mtvoc即为q2，同理，在上风向选择合理的监测路径可测得进入箱体的vocs物质质量q1，则最终vocs排放量q＝q2-q1。

显然，本发明通过进行区域性的监测，简单快捷的评估与测算整个炼化装置vocs排放量，测算过程简单，测算结果准确，取得了较好的技术效果。