油气回收技术的研究现状.pdf

过滤与分离 Journal of Filtration Separation2009 Vol.19 No.3 收稿日期 2009-05-08 作者简介 李荣强 （1986- ） ， 男， 硕士研究生， 研究方向 石油化工流体机械. 油气回收技术的研究现状 李荣强， 刘国荣， 周季乾， 孙 亭 中国石油大学华东机电工程学院， 山东 东营 257061 摘要 介绍了常用的油气回收方法 吸收法、 吸附法、 冷凝法和膜分离法， 对其工艺原理、 技术要点 及应用进行了分析， 综合比较了四种方法的优缺点， 指出应将装置的联合应用作为今后研究和推广的重 点。 关键词 油气回收； 蒸发损耗； 回收率； 中图分类号 TE992.1文献标识码 A文章编号 1005-8265 （2009 ） 03-0045-04 1 前言 在石油的开采、 炼制、 储运、 销售及应用过程中， 液 态轻组分汽化， 造成油品的蒸发损耗， 进而带来了油品 数量减少、 经济损失、 环境污染、 影响人类健康和安全 等一系列危害。 据 1995 年第四届国际石油会议报道[1]， 在英国，油品从井场经炼制加工到成品销售的全过程 中， 油品损耗的数量约占原油总产量的 3， 每年散发 到大气中的油品数量约为 108 吨，几乎相当于中国的 原油年产量。 从原理上看， 防止控制油品蒸发损耗可采取以下 三种方案[2] 一是抑制油品蒸发排放， 如采用浮顶罐； 二 是焚烧油品蒸发排放气； 三是油气回收。显然， 第一种 方法对大量车船装卸作业及固定顶罐的收发作业就很 难有所作为；第二种方法虽可降低油气对大气环境的 污染， 但存在着能源浪费， 是不经济的方法； 而第三种 方法被公认为是一种最经济、最有效的回收方法。可 见， 在能源日益紧张、 油品收发作业车、 船、 罐等日益 频繁情况下，国家节能减排政策和石油石化系统全面 实施 HSE 一体化管理引导下， 大力开展蒸发油气回收 技术意义重大。 2 油气回收技术 目前常用的油气回收处理方法包括 吸收法、 吸附 法、 冷凝法和膜分离方法。 2.1 吸收法 吸收分离过程是通过混合气与适当的吸收剂接 触[3]， 气体中的一种或几种组分便溶解于该液体内形 成溶液， 不能溶解的组分则保留在气相中， 于是原混 合气体中的各组分得以分离。工艺流程图见图 1。 图 1 吸收法油气回收工艺流程 油品装卸产生的油气进入吸收塔， 80～90的油 气被吸收， 贫油空气由排放口排出； 吸收液再经过解吸 过程， 解吸后的吸收液循环使用， 解吸气进入回收塔， 利用成品汽油进行回收，尾气再返回吸收塔重复上述 吸收过程。 油气回收装置主要用来回收商业销售油库、 中转供应油库、 炼油厂、 加油站、 油码头及真空泵辅助 卸油等场所中固定顶轻油罐、装运设备等固定排放源 蒸发排放的高浓度油气。 目前有两种典型的油气吸收回收方法常压常温 吸收法和常压低温吸收法。 2.1.1 常压常温吸收法 常压常温吸收法是在常压常温下，利用吸收剂使 其与排放的气体接触以吸收油蒸气的一种方法。吸收 装置是利用填料塔使蒸气与从上部流下的吸收液 汽 油、 轻柴油、 特制有机溶剂等进行对流接触， 或者使吸 收液从垂直填充有金属网的箱子的上部喷雾，使蒸气 从流下的液膜中穿过。这种方法主要要求气液接触吸 收率高、压力损失小和在喷雾部分等处不产生静电及 贫油 尾气 富油 尾气 油气 吸收液 吸收塔溶剂泵解吸塔真空泵回收塔 45 过滤与分离 Journal of Filtration Separation2009 Vol.19 No.3 吸收液不发泡等。 常压常温吸收法有两种回收类型，一种是富吸收 液可以再生， 装置可视为独立完整的一个系统， 适用范 围广， 但吸收液性能要求严格， 多采用专用的吸收液； 采用自主研发的油气回收专用吸收剂 AbsFOV-97[4]， 立足于国内常规设备，开发出常压常温吸收法油气回 收工业化装置， 已被成功应用， 回收效果明显， 效益显 著。 另一种是将富吸收液送回炼油厂装置加工处理。 由 于富吸收液解吸较难, 吸收液只能作为一次性使用产 品， 因此限制了其使用范围。 这类回收装置尤其适用于 炼油厂内部回收油蒸气。中石化济南分公司建成了用 直馏柴油作为吸收剂[5]， 采用常压常温吸收法的油气回 收装置。 2.1.2 常压低温吸收法 常压低温吸收法是使用冷冻机将吸收液冷却到低 温， 然后送到吸收塔对混合气进行喷淋吸收。 吸收液一 般用产品汽油来直接回收油气。 为了达到较高回收率， 吸收液汽油的冷却温度要控制在约-30℃以下， 此时， 系统需要制冷系统、 低温钢材及保温处理， 投资及运行 费用较高。 该方法还应防止静电和装置冻结。 如果使用 其它高效吸收剂，可适当提高操作温度，但要增加解 吸、 回收工艺， 加上制冷环节， 投资巨增。 2.2 吸附法 吸附法是利用混合物中各组分与吸附剂之间结合 力强弱的差别，即在吸附剂与流体相间分配不同的性 质， 使混合物中难吸附与易吸附组分实现分离。 它的特 点是合适的吸附剂对各组分的吸附有很高的选择性。 吸附法油气回收装置由吸附、 脱附、 干燥和冷却四个阶 段组成。工艺流程图见图 2。 图 2 吸附法油气回收工艺流程 油气首先进入吸附罐， 99以上的烃被吸附剂吸 附， 贫油空气由吸附罐上部的排放口排出。 通常采用真 空解吸， 使吸附于吸附剂的烃在真空状态下挥发， 解吸 时所需的真空压力取决于装置允许的油气排放浓度。 解吸产生的饱和油气通过分离罐分离，分离后的油气 进入汽油吸收塔与成品汽油传质后，约 70的油气被 汽油吸收， 吸收后的尾气再进入吸附罐。 吸附剂性能的好坏直接影响吸附操作是否可行有 效， 用于油气分离的吸附剂应具备吸附率高、 比热容及 传热系数大、 压降小、 劣化度小、 使用寿命长、 机械强度 高等特点。 从现有的常规吸附剂来分析， 活性炭及其改 进型具有较为明显的特点且技术成熟、 成本低廉， 因此 可作为首选的对象来考察[6]， 经过两年努力， 中石化青 岛安全工程研究院自主开发了活性炭吸附法油气回收 装置[7]， 已成功应用于北京石油分公司沙河油库。 从现有的常规吸附剂来分析，活性炭及其改进型 具有非极性的表面结构特点，为疏水性和亲有机物质 的吸附剂，因此特别适宜于气体或液体混合物中吸附 回收有机物， 但活性炭存在寿命问题， 而且在吸附油成 分之后有较大的温度升高， 易形成过热面自燃， 存在安 全隐患。 近几年来， 国内外又不断有许多性能良好的活 性炭改进型吸附剂开发问世。如活性炭纤维ACF， 其 外表面积和比表面积大， 细孔均匀整齐， 吸附效率高， 容量大， 脱附容易、 迅速， 且阻力小， 安全性好， 但由于 活性炭纤维的机械强度低和制造费用大，因此限制了 推广应用。凹凸棒石黏土Attapulgite是我国近年来发 现的一种新型矿种，其对低浓度的甲苯和甲醇蒸气有 很好的吸附性，对控制低浓度有机气体污染物是很有 前途的吸附剂。 目前， 我国研究的重点应在于高性能吸 附剂的筛选及改进型国产化、 装置关键零部件的优化 设计筛选、 不同分离技术与吸附分离的集成效果试验 论证及评价。 2.3 冷凝法 冷凝法油气回收方式是利用烃类物质在不同温度 下的蒸气分压差异,通过机械制冷,降低油气温度,使烃 类物质蒸气分压达到饱和状态, 而逐步冷凝成液态的 一种油气回收方法。 冷凝法油气回收装置, 一般采用预 冷、 机械制冷、液氮制冷等步骤实现， 具有安全性好、 油气回收率高、 符合环保要求、 设备成套装配、 安装简 单、 运行过程自动化， 使用维护简便、 投资回收期短等 特点。工艺流程图见图 3。 阻火器 空气排放口 炭吸附器炭吸附器 油气鼓风机真空泵 解吸气 46 过滤与分离 Journal of Filtration Separation2009 Vol.19 No.3 图 3 冷凝法油气回收工艺流程 预冷器是一单级冷却装置， 其运行冷凝温度在油 气各种组分的冷凝温度以上，使进入回收装置的油气 温度从环境温度降到 4℃左右，使油气中的大部分水 汽凝结为水而除去，从而使进入低温冷凝器的挥发气 态状态标准化一致， 可减少回收装置的运行能耗。油 气离开预冷器后进入机械制冷级。机械制冷级可使大 部分油气冷凝为液体回收。 若需要更低的冷却温度， 就 需在机械制冷之后连接液氮制冷，这时油气回收率可 达 99。单级机械制冷装置的工作温度范围为-35～ 10℃， 串联机械制冷装置压缩由浅冷高温级和深冷 低温级组成， 其工作温度为-73℃～-40℃， 有液氮制冷 的深冷装置工作温度可达到-184℃。 冷凝法的最大优点就是回收的烃类液体不含杂质 活性炭吸附法回收的烃含有炭，吸收法回收的烃含有 吸收剂。 缺点就是， 必须在很低的温度下才能达到较高 的回收率， 能耗高。 冷凝法适用于高浓度烃蒸气的回收。 2.4 膜分离法 膜法气体分离的基本原理就是利用了高分子膜对 油气的优先透过性的特点，让油气空气混合气体在 一定的压差推动下经膜的 “过滤作用” 使混合气中的油 气优先透过膜而得以 “脱出” 回收， 而空气则被选择性 地截留。 膜分离法是传统的压缩、 冷凝法与选择性渗透 膜技术的结合， 其工艺流程图见图 4。 图 4 膜分离法油气回收工艺流程 生产操作中产生的油气与空气混合气体，经过压 缩机压缩至 0.390～0.686 MPa，同时经过换热， 然后混 合油气进入吸收塔，进入吸收塔的油气温度在 5℃～ 20℃之间， 油气在吸收塔内与成品汽油传质， 约 70％的 烃蒸气在这一过程中被回收。吸收塔的尾气再经过薄 膜将烃蒸气与空气分离，分离后的油气返回压缩机入 口与装卸产生的油气一起重复上述工艺过程，空气排 入大气。 膜分离法回收率可以达到 95％。 同传统的化工 分离技术相比，膜技术具有适用范围广、操作灵活简 便、 占地面积小、 运行费用低、 易于维护、 便于放大等诸 多优点。 但是能耗大、 投资高。 目前， 上海灵广加油站和 上中加油站采用了 VA-CONOVENT 膜法油气回收技 术[1]， 排放气中的油气体积分数降至 1.0约 30 g/m3 以下， 可以满足欧洲标准。 作为一门新技术， 今后的研究重点应该是[8] 1高分离性能的高分子膜材料和无机膜材料， 尤 其是不同功能材料的复合膜制作和应用。 2考虑国情， 应尽可能改造现有的传统回收系统， 如吸附无法满足排放要求， 加入膜系统后， 排放即可达 到标准， 同时可增加经济效益。 3膜分离新工艺的开发， 应加大力度研究膜法和 其它回收方法相耦合的组合工艺， 如膜基吸收工艺、 冷 凝法和吸收法进行前置处理， 再利用膜分离方法、 多级 分离优化等。 3 油气回收技术 （装置 ） 综合评价 各种油气回收方法的比较见表 1；各种油气回收 方法的优缺点见表 2。 表 1 油气回收方法的比较[9] 表 2 各种油气回收技术的优缺点[9] T环境温度 预冷器机械制冷 T4℃ 机械制冷 高温段低温段 串联机械制冷 液体 T水4℃ T-73℃T-184℃ 机械制冷 液体 油气 汽油 真空泵 压缩机 空气排放口 膜 汽油 回 收 塔 回收方法二次影响预处理要求 尾气浓度 （10-6） 回收 率/ 吸收法 吸附法 冷凝法 膜分离法 固体污染物 含油污水， 但数量小 冷却脱水， 脱 出固体颗粒 脱水 气体预压缩 1 000～20 000 20～20 000 5 000～20 000 1 000～20 000 80～95 90～98 80～90 85～95 回收技术优点缺点 吸收法 吸附法 冷凝法 膜分离法 设计弹性大，操作方便， 可以回收气体混合物 操作简单， 生产运行好， 吸附效率高，对长期运 行和间歇运行都适用 可以回收纯净的产品， 适 用于高浓度烃蒸气回收 占地小， 处理气体的流量和 浓度不受限制， 特别适用汽 油装车、 装船， 流程简单 不利于间歇操作， 对吸附 剂和吸收设备的要求高 活性炭吸附过程放热， 对 温度必须严格控制； 如果 进料气中含有固体颗粒， 必须进行预处理 能耗高， 需要相对稳定的 流动及浓度， 不适用低浓 度的烃蒸气 投资过高 47 过滤与分离 Journal of Filtration Separation2009 Vol.19 No.3 4 结论 随着我国对环境保护的日益重视，国家或行业已 陆续制定出各种法律、标准及规范来严格约束油气排 放，发展单一的油气回收方法已不能较好地解决油气 回收问题，所以应当根据不同的场合需要采用不同的 油气回收方法甚至是多种回收方法的联合使用。 因此， 研制价格低廉， 回收性能好， 适宜推广使用的油气回收 装置是广大研究人员的紧迫任务。 参考文献 [1] 李汉勇.油气回收技术[M]．北京化学工业出版社,2008． [2] 黄维秋,林毅,等．油气回收技术的应用研究[J]．中外能源， 2006, 115 85～89． [3] 谢洪柱,徐启明．油气回收技术的研究 [J]．能源环境保护,2005, 1951～3． [4] 赵书华,黄维秋,等．常温常压吸收法油气回收装置的开发与 应用[J]．江苏工业学院学报,2006,4188～10． [5] 杨正山．柴油吸收法油气回收装置的工艺特点及应用[J]．炼油 技术与工程,2007,53740～42． [6] 高玉明， 朱红星， 等．油气回收活性炭吸附剂的筛选研究[M]． 江苏石油化工学院学报， 2000， 412 23～26． [7] 姜春明， 李俊杰， 等．吸附法油气回收装置的研发与应用[J]．安 全、 健康和环境， 2006， 26 3～5． [8] 李辉,王树立,等．膜分离技术在油气回收中的应用[J]．污染防 治技术， 2007， 220， 61～63． [9] 谭胜．油气回收技术的应用与比较[J]．当代化工,2008,137 35～37. Technology and Status quo of the Oil Vapor Recovery LI Rong-qiang, LIU Guo-rong， ZHOU Ji-qian， SUN Tin College of Mechanical and Electronic Engineering, China University of Petroleum East China, Dongying 257061， China Abstract Introduced the s commonly used on oil vapor recovery assimilation, adsorption, condensation and membrane separation . Analyze its principle, technical points and applications, comparing the advantages and disadvantages of the four s, indicate that focus on application of the device combination is our future reseach and emphsis. Key words oil gas recovery； evaporation loss； recovery 中国环保产业 （月刊） 由环境保护部主管、 中国环境保护 产业协会主办。经国家新闻出版总署、 国务院新闻办审核备案， 定为中国期刊全文数据库全文收录期刊；入选为中国学术期刊 综合评价数据库统计源期刊、中文科技期刊数据库全文收录期 刊、 中国核心期刊 （遴选 ） 数据库； 获首届 CAJ-CD 规范 执行优 秀期刊。 中国环保产业 以 “依靠科技进步， 发展环保产业” 为宗旨， 宣传、 贯彻国家环保方针、 政策、 法规， 介绍国内外先进的环保技 术和产品， 交流行业管理经验， 沟通市场信息。是读者掌握国家 环保政策、 法规， 了解国内外先进环保技术和产品， 交流行业管 理经验， 沟通市场信息， 备考注册环保工程师的重要渠道， 是订 阅单位经营决策者、 工程技术人员和市场营销经理定期阅读、 长 期保存、 不定期查阅的重要资料文献。 国内统一刊号 CN11-3627/X，国际标准刊号 ISSN1006- 5377，邮发代号 82-865，大 16 开本， 64 页正文，每期定价 10 元， 全年订价 120 元 （含邮费 ） 。全国邮局均可订阅， 编辑部全年 办理订阅业务。 地址 北京市西城区扣钟北里甲 4 楼 201 室 电话 010-51555018、 51555022 传真 010-51555028 电子邮箱 editor 网址 邮编 100037 中国环保产业 征订启事 48