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第 3 7卷 第 1 期 石油与天然气化工 CHEMI CAI_ENGI NEE RI NG O F OI L GAS 9 吸收法油气 回收 系统优化研究 董 军波 黄维秋 白秋 云 卢建 国 1 ． 江苏工业学院油气储运技 术省重点实验室 2 ．中国寰球 工程公 司广 东分公司 摘 要 用 P R O I I 大 型 过程 模 拟 软 件 对 油 气 回 收 系统进 行 了模 拟 优 化 ， 分 析 了吸 收塔 进 液 量 、 真 空泵进 口压 力 以及吸 收塔 理论 塔板 数 对油 气 回收 率和 尾 气浓度 的影 响 ， 将真 空泵进 口压 力 由 5 ． 3 k P a调 整 至 3 k P a ， 吸 收塔理 论 塔板数 由 9调 整 至 1 3， 吸收 塔进 液 量 由 6 0 th 调 整 至 3 5 t h ～， 大大降低 了回收 成本 ， 且使尾 气 中油 气体 积 分数 由 3 ． 9 7 5 5 ％ 降低 到 2 ． 2 6 2 2 ％ ， 油 气回收 率 由 9 5 ． 1 ％提 高到 9 8 ． 7 ％ ， 优 化效 果 明显 。 关 键词 油气 回收P RO I I软件 吸收模拟 原油和轻质油品含有大量 的轻烃组分 ， 具有很 强的挥发性 ， 在开采 、 炼制 、 储运、 销售及应用等过程 中， 由于受到工艺、 技术及设备 的限制 ， 不可避免地 会 有一 部分 液态 烃 组 分 汽 化 而逸 人 大 气 ， 造 成 严 重 的油品蒸 发损 耗。油气 回收系 统 V a p o r R e c o v e r y S y s t e m， V R S 可用来 有 效 地 控制 油 品蒸 发 损 耗 。 目 前石化 、 石油系统正在 推行 H S E一体化管理体系 ， 以及 国家 重视 节能 问题 ， 有 力 地 促 进 了这方 面 的研 究开 发及 推广 应用 。江 苏工 业学 院 已开发 出常 温常 压 吸收法 油气 回收 工业 试验 装置 并成 功投 入工 业应 用 ， 该装 置 已经 达 到 了 较 好 的 回 收效 果 。在 此 基 础上 ， 利 用 化工 模 拟 软 件 P R O I I ， 通 过 理 论 分 析 及 优化 吸收 液用量 、 吸收塔 塔板 数 、 真空 泵真空 度 等 参数 ， 以期进一步提高该系统的回收率 ， 以及降低该 系统 的尾气 排放 浓度 、 系统 投 资成本 及 运行 费用 。 1 工艺流程 常温 常压 吸收法 油气 回收工业 试 验装置 工 艺流 程如图 1 所示。储运设备排放的油气和空气混合气 通过 集气 管引进 吸 收塔 T 1 ， 大部 分 油 气被 吸 收 剂从 上部 喷淋 吸 收 ， 浓 度很 低 的尾 气 从 塔 顶 直 接排 人大 气 。吸 收完 油 气 的 吸 收 剂 在 真 空 泵 P的 作 用 下 进 入解吸罐 F 1 进行解吸 ， 解吸出来的油气在真空泵 P 的作用 下被 送到 回收塔 T 2 ， 被 从塔 顶 喷 淋下 来 的 贫 油吸收， 未被吸收的少量油气通过塔顶进入吸收塔 T 1 被 再次 吸收 ， 吸 收完 油气 的 富油从 塔 底 直 接经 泵 装车 。整个 油气 回收 过 程 可 分 为 三 部 分 吸 收 吸 收塔吸收分离 、 解吸 解 吸罐解吸浓缩 、 回收 回 收塔 吸收 回收 。 T 1 一 吸收塔； T 2 一 回收塔； F 卜解吸罐； p - 真空泵； F E E D - 进料； s 1 、 3 - 解吸后的吸收液； s 2 一 富液； s 4 、s 5 一 油气s 6 一 汽油 s 7 一 富油；s 8 一 未吸收的油气；s 9 一 尾气 图1 油气回收系统工艺流程图 常温 常压 吸收 法油气 回收工业 试 验系 统 的处理 量为 5 0 0 m h S T P 操 作 弹性 无 下 限 ， 上 限 为 该值的 1 5 0 ％ ， 系统进料油气体积分数为 0～ 5 0 ％ ， 原料 气入 口温 度不 大 于 4 0 ℃ ， 原 料 气 入 口压 力 不小 于 1 1 6 ． 3 k P a 。该 系 统 吸 收剂 为 A b s F O V一9 7 ， 真 空 泵 密封 液为 乙二 醇 。在测试 过 程 中将 真 空泵 出入 口 基金项 目 中国石油化工股份有限公司科技基金项 目 3 0 0 0 4 5 ， 江苏省“ 六大人才高峰” 资助项 目 O 6一 A一 0 4 2 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l O 吸收法油气回收系统优化研究 2 O O 8 上的跨阀关闭， 提高了真空泵的真空度 ， 从而进一步 提高了系统 回收率。 注 在模拟 过程 中， 物流 s 1 引用物 流 S 3以实现循 环操 作 。 2 模拟优化及结果 2 ． 1 流程模拟 应用 P R OI I 过 程 模 拟 软 件 中 平 衡 级 模 型 对 原 流 程进行 模拟 计算 ， 并 经 多方 比较 物 性 方 法 最 终选 用 P E N G R O B模 型 。 利用 P R OI I 对 该 油 气 回收 装 置进 行 全 流 程 模 拟 ， 并 比较计 算值 与设 计值 ， 结 果列 入 表 1 。可 以看 出计算值 与 设计 值 吻 合 良好 ， 说 明 用 P R O I I 模 拟 是 有 依据 的 。 烃组分体积分数， ％ 空气组分体积分数， ％ c l c 2 c 3 c 3 i c 4 n C 4 1 一 i c i c , --t 一 2 一 c c 一 2一 c j c 5 n c 5 ∑c 5 C 5 ∑H c ‘ ”H 2 S C O 2 C O H 2 N 2 0 2 ∑A i r ‘ 0 0． 1 2 1 ． 5 9 4 ．1 5 1 ． 3 8 0 ． 9 4 1 ． 0l 0 ． 5 5 0． 8 6 0． 9 4 1 2． 7 7 1 ． 8 8 6． 4 1 ． 9 4 3 4． 5 3 0． 6 4 0． 0 2 0 ． 1 8 2 ． 2 7 6 2． 2 5 6 5 ． 3 6 注 1 ∑H C表示各烃组分总和； 2 ∑A i r 表示空气各组分总和。 参 照工 业试 验 装 置 运行 参 数 ， 设定 吸收 塔 理 论 塔板数为 9， 回收塔理论塔板数为 1 3 ， 进料中油气组 成 如表 2， 主要工 艺 参 数 如表 3 。应 用 P R O l I 模 拟 ， 得到吸收塔尾气中油气体积分数为 3 ． 9 7 5 5 ％， 由式 1 可计算出油气 回收率为 9 5 ． 1 ％ ， 达到 了较好 的 回收效 果 。但此 时 ， 吸收液 用量 较 大 ， 油 气 回收成 本 较 高 ， 且尾气 排 放浓 度较 高 。为此 ， 需对 相应 参数 进 行一 定 的调整 ， 以期 以最 低 的成 本 获 得最 好 的 回收 效果 。 项 目 指标 吸收塔塔顶压力， k P a 1 0 2 吸收塔塔釜温度， ℃ 3 3 回收塔塔顶压力， k P a 2 0 0 回收塔塔釜温度， ℃ 3 5 真空泵入口压力， k P a 5 ． 3 进料压力， k P a 1 2 0 进料温度． ℃ 3 0 项 目 进料量， k g h 尾气量， k g h 吸收塔进液量 ， t h 回收塔进液量， t h 解吸油气量， k g h 吸收 塔尾 气中 油气体积 分数， ％ 吸收塔理论塔板数 ， 块 2 ． 2 尾气中油气体积分数的影响因素分析及优化 尽 可能提高油气 回收率是该油气回收系统功能 的中心环节 ， 油气 回收系统 回收率可 由油气 回收过 程 中进气和尾气 的质量流量差 以及进气 中油气的质 量流量求出， 其计算公式见式 1 叩 阜 1 0 0 ％／o 1 叩 下 一 J b ln 式中 G 一进气质量流量 ， k g h ～； G 一尾气 质量流量 ， k g ． h ～； G 一进气 中油气 质量流量 ， k g ． h～ 。 实际操 作 中， 进 气 质 量 流 量 为 9 1 2 ． 6 k g h ～， 由进料油气组成 表 2 可计算出进气 中油气质量流 量为 5 0 0 ． 8 k g h ～。 2 ． 2 ． 1 真空泵人 口压力对 尾气中油气体积分数的 影响分析及优化 经多次模拟发现 ， 吸收塔尾气 中油气体积分数 受真 空泵 进 口压 力 P影 响很 大 。用 化 工 流 程 模 拟 软件 P R OI I 对该 油气 回收 系统 模 拟 ， 得 到 当吸 收塔 进液量为 6 0 t h 时， 吸收塔尾气 中油气体积分数 随 真空 泵压力 P的变化 规 律 ， 如 图 2所示 。 由图 2可 以看 出 在 吸收 塔进 液 量 Q 相 同 的情 况 下 ， 随着 真空 泵入 口压 力 的降低 ， 吸 收塔尾 气 中油 气体积分数基本呈直线降低。从理论上分析， 这是 ～ ∞ 一 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 7卷 第 1 期 石油与天然气化工 CHE M I CAL ENGI NEERI NG OF OI L＆ GAS 因为随 着真 空泵 入 口压 力 的降 低 ， 真 空 泵 解 吸 能 力 大 大加 强 ， 所 以解 吸 出来 的吸 收液纯 度 大大 提高 ， 因 为吸收 液是 循环 利 用 的 ， 因 此 较 高纯 度 的 吸收 液 就 使 得 吸收效 果 明显 增 强 ， 从 而 吸 收塔 尾 气 中油 气 体 积分数显著降低。但真空泵 压力又不能过低 ， 否则 对设备的要求就必然相 当严格 ， 势必大大增加投资 成本 ， 从 经济 角度 考虑是 不 可取 的 。另外 ， 经模 拟发 现 当 压 力 调 整 至 3 k P a时 ， 吸 收 液 已 基 本 完 全 解 吸， 没有必要进一步降低压力， 故此 ， 经综合考虑可 以将真 空泵 入 口压力 设 定 为 3 k P a 。 由 图 2可 以看 出 优 化 前 ， 即 真 空泵 入 口压 力 为 5 ． 3 k P a时 ， 尾 气 中油气 体 积 分数 为 3 ． 9 7 5 5 ％ ， 而优 化 后 ， 即 当真 空 泵入 口压 力设 定 为 3 k P a时 ， 尾 气 中油 气 体 积 分 数 为 2 ． 2 8 1 3 ％， 尾气浓度大大降低 ， 优化效果 明显 。 真空泵进 I／ 压力， k P a 图2 真空泵进 口压力对尾气中油气体积分数的影响 2 ． 2 ． 2 吸收塔理论 塔板数对尾气中油气体积 分数 的 影响 分析 及优 化 吸收 塔理 论塔 板数 对该 油气 回收系统 尾气 中油 气 体积分 数有 着重 要 的影 响 ， 塔 板 数 过 低 则 尾 气 浓 度 将较 高 ， 系统 回收率 较低 ， 但塔 板数 若 过高则 势 必 增大塔的尺寸 ， 从而增大系统投资 ， 因此选择合适的 塔 板数 显得 至关 重要 。经 过实 际模 拟 比对 以及对 回 收效 率和经 济性 多方 面 考量 吸收塔 理论 塔板 数 以不 高 于 1 3块 为宜 ， 为保 证 吸收效 果 ， 选定 为 1 3块 。真 空泵 进 口压力 为 5 ． 3 k P a时 ， 在 吸 收塔 进 液 量 分 别 为 3 0 t h 和 6 0 t h 的情 况 下 ， 尾 气 中油气 体 积 分 数 随吸收塔 理论 塔 板 数 的变 化 规 律 如 图 3所 示 。 由图 3可 以看 出 ， 随着 理论 塔板 数 的增加 ， 尾气 中油 气体积分数明显下降 ， 且 当吸收塔进 液量较小时下 降趋势尤为明显， 因此优化时在降低流量 的情况下 增加塔板数 是可行 的。在 吸收塔进 液量 为 6 0 t h 时， 当塔板数为 9块时 ， 尾气 中油气体积分数 为 3 ． 9 7 5 5 ％ ， 当塔板 数增 加 到 1 3块 时 ， 尾 气 中油气 体 积分数 降至 3 ． 6 9 2 7 ％ ， 尾气浓度 降低 幅度不太 大， 但 这是 由于此时 吸 收 塔进 液 量 较 大 ， 下 节 还 将 对 吸 收塔进 液量 进一 步优 化 。 禹； 奄 鼷 基 最 理论塔板数 图3 吸收 塔理论 塔板数 对尾 气中油气 体积 分数 的影响 2 ． 2 ． 3 吸收塔进液 量对尾气中油气体积 分数的影 响 分析 及优 化 在进 气流 量 、 吸收塔 理论 塔板 数 、 真空 泵进 口压 力一 定 的情况 下 ， 吸 收 塔进 液 量 对 尾 气 中油 气体 积 分数 的大小起 着决 定性 的影 响 。显然 吸收塔进 液量 越 大则尾 气 中油 气 体 积分 数 越 低 ， 相 应 的油 气 回收 率 也就 越高 ， 但在 工 业 生 产 过 程 中还 要 考 虑 经 济 因 素， 因此必然要对进液量有所限制 ， 因此如何 以尽可 能少 的进 液量 获得 较 低 的 尾气 体 积 分 数 ， 就 成 为优 化过 程 中要解 决 的一 个 关 键 性 问题 。经 过 模 拟 ， 当 进气量 为 9 1 2 ． 6 k g h ～， 吸收 塔 理论 塔 板 数 为 1 3 ， 真空 泵进 口压 力 为 3 k P a时 ， 尾 气 中 油气 体 积 分 数 随 吸收塔 进 液量变 化规 律 如 图 4所 示 。 禹； 奄 基 吸收塔进液 量Q ， t h 图4 吸收塔进液量对尾气 中油气体积 分数 的影响 由图 4可 以看 出 ， 当 吸收 塔 进 液 量 低 于 3 0 t h 时 ， 尾 气 中油气 体 积分数 随 着 吸收塔 进液量 的增 大直线下降， 当吸收塔进液量超过 3 0 t h 时 ， 尾 气中油气体积分数随吸收塔进液量增大而下降的趋 势 明显 变 慢 ， 当 吸 收 塔 进 液 量 增 大 到 3 5 t h 时 ， 下转 第 3 7页 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 7 6 5 4 3 2 {6 ．繇奄纂荩 最 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 7卷 第 1 期 石油与天然气化工 CHEMI CAL ENGI NEERI NG OF OI L ＆ GAS 3 7 主要 不 足之处 ， 也 应 将 其 作 为 研究 的重 点 。 如某 引 进 S u p e r c l a u s 装 置 采用 三级 C l a u s 催 化 反 应 器 加 一 级 S u p e r c l a u s反应 器 工 艺 流 程 ， 设 计 总硫 收 率 9 9 ． 2 ％ ， 进一步提高硫 收率需对其工艺 、 操作条件加以 改进 ， 必 要 时对排 放尾 气再 进行 处理 。 目前 ， 我 国 引 进 了 多 套 S u p e r c l a u s装 置 ， 2套 C l i n s u l f D O装 置 ， 建 议 对 其 运 行 情 况 加 以 分 析 与 总结 ， 以利于从 理论 和实 践 角 度 加 深 对此 类 工 艺 方 法 的认 识 。在此 其 础 上 ， 进 一 步 探 讨 或 开发 可满 足 G B 1 6 2 9 71 9 9 6标 准 的硫 化 氢 选 择 性 氧 化 制 硫 新 工艺 技术 和催 化剂 是有 必要 的。 致谢 对原青 民教授 级 高 工 、 帅正权 高 工在 本 文 撰 写 中给 予的 帮助 深表感谢 。 参 考 文 献 1 L i s a C o n n o K ， Fi n e t u n i n g i mp r o v e s e ff i c i e n c y， S u l p h u r ， 2 0 0 3， 2 8 7 3 1 ～ 6 2 Hu g h W ．Go wd y。 Ric k V．B e rt r a m ， Go r d o n T．C a r t wr i g h t ，Ro b e rt a S a h l i n， L u i g i La r i c c UOP LL C ．UOP“s S e l e t o x t m P r o c e s s I mp r o v e - me n t s i n t h e Te c h n o l o g y ．T h e 48 t h An n u a l La u r a n c e R e i d Ga s C o n - dit i o n i n g Co n r e n c e Ma r c h 14，1 9 9 8 2 6 4 ～2 8 4 3 硫回收及尾气 治理工艺 方法 考察技术 总结． 四J I I 石油管理局硫 回 收及尾气治理 考察组 ． 硫 磺回收 及尾气处理论 文选编 天研文集 2 1 ． 四川石 油管理局天然气研究院 1 9 9 9 ， 6 1～1 4 4陈小峰 等 ， 长庆气田采用 C l i n s u l f D O工艺进行硫 磺回收 ， 石油 与天然气化工 ， 2 0 0 6 ， 3 5 1 3 8～3 9 5 唐昭峥 。 毛兴民 ， 张 义玲．国外硫磺 回收 和尾气处理技 术进展综 述．硫磺 回收技术论文集 二 ． 中国石化总公 司硫磺 回收技术协 作组 ， 1 9 9 8 ， 1 0 9～2 4 6 J a c o b s Co mp r i mo i n t r o d u c e s E u r o Cl a u s ． S u l p h u r ． 2 0 0 0 。 2 7 0 6 5 ～7 2 7 J e a n L o u i s RAY． S u l f u r R e c o v e r y Ca t a l y s t s ． P r e s e n t e d a t S u l p h u r Re - c o v e r y As s o c ia t i o n S e mi n a r 。 Un i v e r a l Ho t e l ，HANGZHOU．No v e m- b e r l 9 9 8 8关昌伦 ， 陈运强 ， 张津． 实施 s 0 2 排 放标 准的问题 和看法 ． 硫磺 回收技 术论 文集 二 ． 中国石 化总公 司 硫磺 回收 技术 协作 组 ， 1 9 9 8， 1 0 2 5 ～3 0 9 L e d o u x M J ． P h a m Hu u C， Ke l l e r N ， S a v i n p o n c e t S ． N o u s g a y - r e d e J B． B o u s q u e t J， B o l l W ， Mo r g e n r o t h R． S i l i c o n c a r b i d e s u p p o r t s n e w i mp r o v e me n t s i n s u l p h u r r e c o v e r y，S u l p h u r ， 2 0 0 0 ， 2 6 9 4l～4 7 收稿日期 2 0 0 7 0 5 1 7 ； 收修改稿 2 0 0 7 0 6一 o 1 ； 编 辑 杨兰 上接 第 1 1页 随着 吸收 塔进 液量 的增 大 ， 尾 气 中油 气 体 积分 数 基 本不 再变 化 ， 因此 ， 可将 进液 量调 整 为 3 5 t h ～， 此 时尾 气 中油气 体积 分 数 为 2 ． 2 6 2 2 ％ ， 大大 低 于 优化 前 的 3 ． 9 7 5 5 ％ 。 2 ． 3 优化 效果 优 化后 尾气 中 油 气 体 积 分 数 由 3 ． 9 7 5 5 ％ 降 至 2 ． 2 6 2 2 ％ ， 尾气质量流量 由4 3 6 k gh 降为 4 1 8 ． 6 k g h ～， 由式 1 可 计算 出优化后 油气 回收率 为 9 8 ． 7 ％ ， 明显高 于优化前 的 9 5 ． 1 ％ ， 且吸收液用量 由 6 0 t h 降 为 3 5 t h ～， 极 大地 降 低 了 回收 成 本 ， 优化效 果显 著 。 3 结 语 1 优 化 后 ， 吸 收 塔 理 论 塔 板 数 由 9调 整 至 1 3 ， 真空 泵进 口压 力 由 5 ． 3 k P a调 整 至 3 k P a ， 吸 收 塔 进液 量 由 6 0 t h 调 整 至 3 5 t h ～， 大大 降低 了 油 气 回 收 成 本 ， 且 油 气 回 收 率 由 9 5 ． 1 ％ 提 高 到 9 8 ． 7 ％ ， 优化 效果 明显 。 2 通 过 用 P R O I I 流程 模 拟 软 件 对 该 油气 回 收装 置进行 模 拟计算 ， 得 出 了吸 收塔理论 塔 板数 、 吸 收塔进液量 Q以及 真空泵进 口压 力对 回收率 的影 响规律等一系列有用 的结论 ， 对油气 回收领域相关 生产 实践 具有 一定 的参 考价 值 。 3 采用 P R O I I 大型流程模拟软件 ， 建立油气 回收装置全流程模 型， 对油气 回收流程进 行优化。 与 以往 的优 化方法 相 比 操 作简 便 、 直 观 、 实用 性强 。 该方 法不 打乱 现有 的 油气 回收 流 程 布 局 ， 非 常 适 合 石 油化 工生 产企业 进 行技术 改 造 。 参 考 文 献 1 黄维秋 ， 蔡智 ， 赵书华 ， 徐燕 平． 油气 吸收 回收 系统 的研 究及工 业应用 I 中型试 验及结果 分析⋯ ． 石油炼 制 与化工 ， 2 0 0 6 ， 3 7 8 4 95 3 2 蔡智 ， 黄维秋 ， 赵书华 ， 徐燕平． 油气 吸收 回收系统 的研究及 工 业应用 II 工业试验及效 果分 析⋯ ． 石 油炼 制与化工 ， 2 0 0 6 ， 3 7 9 414 4 作 者 简 介 董 军 波 1 9 7 9一 ， 男， 汉， 山东威 海人， 硕士研究生 ， 参 加多项 科研活动 。联系 电话 1 3 9 1 5 0 0 9 2 1 0 ， Ema i l p u d d i n g d j b 1 6 3 ． e o m。 通讯地址 江苏省常州市江苏工业 学院白云校区储 运 0 5研 ， 邮编 2 1 3 O1 6 收稿 日期 2 0 0 71 0 0 8 收修改稿 2 0 0 7一I 】 一O 5 编 辑 康莉 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m