VOCs源头回收治理技术之三：

为什么压缩机压缩提高了溶剂回收效率

1、基本概念

大气压：101.325kPa；

某种气体的含量：通常指的是该气体的体积浓度。

分压Pv：气体某一组分体积浓度c×气体整体的压力P。

Pv=c×P           公式（1）

如二氯甲烷的含量为c=30.5%，在大气压环境下(P=101.325kPa)，此时的分压：Pv=c×P=30.5101.325=30.9kPa 

因此知道分压也可以反算浓度。

c=Pv÷P           公式（2）

饱和分压Pv′：气体达到饱和浓度时对应的分压。

分压原理：某一组分在空气或者氮气中的饱和分压Pv′在某一温度T下是固定不变的，和气体整体的压力P无关。

举例：查表，二氯甲烷在10℃时饱和蒸气压Pv′为30.9KPa，若在大气压环境下(P=101.325KPa)，那么此时气体中二氯甲烷的饱和浓度：

c′=Pv′÷P=30.9KPa÷101.325KPa=30.5%

若在8公斤压力下（800KPa），因为温度还是10℃，温度不变饱和蒸汽压不变，还是30.9KPa，此时气体中二氯甲烷的饱和浓度：

c′=Pv′÷P=30.9KPa÷（800KPa+101.325KPa）=3.4%

2、气体压缩的工程实例

原料药生产工艺中通常采用真空泵，用真空法收集反应釜或其它形式的反应装置中产生的有机废气。在真空泵前、后安装冷凝和冷冻装置将低蒸发温度的VOCs气体部分冷凝为液态有机溶剂。根据道尔顿定理：混合气体中各种气体的分蒸气压力，就等于气体所占体积的百分比。比如，现有一个大气压的空气，其中氧气的体积占20%，那么氧气的分蒸气压力就是0.2个大气压。

图（1） 单纯冷凝流程示意图

以二氯甲烷和空气的混合气为例：20℃时二氯甲烷的饱和蒸气压是47.39KPa，由公式（2）计算可知，此时二氯甲烷在混合气中的含量约为46.8%。考虑到真空泵前后的气体压力变换不大，将该混合气降到0℃。0℃时二氯甲烷的饱和蒸气压是19.2KPa,二氯甲烷在混合气中的比例约为18.9%。由此可以看出，采用图（1）所示的流程，将二氯甲烷和空气的混合气由20℃降为0℃，约有74%的二氯甲烷冷凝析出变为液体溶剂。但是仍有26%的二氯甲烷不凝气体随混合气体进入后续废气处理装置。

在VOCs源头回收治理中，我们采用了“等温压缩”的工艺，即在真空泵之后，配置压缩机，将0℃的二氯甲烷混合气体的压力由一个大气压，增加到九个大气压，即表压800KPa。然后再将该混合气体冷到0℃，见图（2）压缩+冷凝流程示意图。

图（2） 压缩+冷凝流程示意图

基于分压原理，且不考虑温度变化，由公式（1）可计算，浓度c=18.9%,此时二氯甲烷分压：

Pv=c×P=18.9×（800+101.325）=170.3KPa

但根据分压原理，0℃时饱和蒸气压只与温度有关，0℃饱和蒸气压为19.2KPa，170.3KPa远远大于此次值，多出来的这部分的二氯甲烷就会变成液态，使气体状态二氯甲烷分压会维持在Pv =19.2KPa，由公式（2）计算，此时气体中二氯甲烷含量：

c=Pv÷P=19.2÷（101.32+800）×100%=2.1%

基于以上计算，将20℃时二氯甲烷和空气的混合气，压缩到800KPa（表压）后，再降到 0℃，混合气中只含有2.1%的二氯甲烷不凝气体，约有97.6%的二氯甲烷冷凝析出变为液体溶剂。进一步降低温度，仍有二氯甲烷冷凝析出。

对比上述两种工艺流程，压缩+冷凝的源头回收治理效率比单纯的冷凝工艺高 1.32倍，即压缩+冷凝工艺回收了多的二氯甲烷溶剂，也容易实现尾气的达标排放。

压缩过程中温度控制在75℃以下，远离二氯甲烷气体的会爆炸范围。称之为安全的“等温压缩”过程。

图（3） VOCs的源头回收装置（照片由南京碳环生物质能源有限公司提供）