油气回收技术在铁路装车过程中的应用.pdf

第 3 9卷 第 1 期 2 0 1 0年 2月 当 代 化 工 Co n t e mp o r a r y Ch e mi c a l I n d u s t r y Vo1 ． 3 9． No ． 1 Fe b r u a r y， 201 0 油气回收技术在铁路装车过程中的应用 水 蒋伟宁，刘拉果，尹英焕 中国寰球工程公 司辽宁分公 司 ，辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 6 摘 要 轻质油品在装车 船 、 储存、 运输、 等过程中存在着挥发损耗 ， 挥发的油气受到装载、 储 存方式、 运输工具、 气温等因素的影响。 介绍了直接冷凝法、 吸附法、 吸收法、 膜分离法等 4种油气回收 的方法， 阐述了油气回收技术在铁路装车过程中的应用。 关键词 油气回收；油气挥发；铁路装车；回收效率 中图分类号 T E 9 9 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 0 0 1 0 0 4 5 0 4 目前在石油 、 石化等领域 中， 因汽油等轻质 类油品在生产 、 储存 、 运输 、 销售 、 使用过程 中不 能实现全密闭式 的储存和装卸 ， 非常容易挥发而 产生严重的损耗。油品的挥发， 一方面降低了油 品的质量 ， 给生产带来安全隐患； 另一方面在污 染大气的同时 ，还带来 了不可挽 回的经济损失 ， 造成 了巨大的能源浪费。据统计 2 0 0 1 年全国汽 油产量 4 1 0 0万 t ， 石脑油产量 1l 7 8万 t ， 2 0 0 1 年 全年至少损失汽油 l 3 ． 5 3万 t ， 石脑油 1 ． 3万 t ， 损 耗总量达到原油加工量的 0 ． 3 ％一0 ． 4 5 ％。可见在 油品的中转过程 中因挥发损耗浪费了巨大 的能 源 ， 在 当今能源 日益紧张的形势下 ， 如果能够有 效地减少油品的挥发损耗 ， 其节能意义十分明显 。 油品挥发损耗带来 了一系列危害 ，从 2 O世 纪 6 0年代起 ，发达工业 国家就将油气 回收处理 作为降低油品挥发损耗及防止油气污染的重点 技术加以研究推广 ， 并对油气排放标准加以立法 来严格控制油气排放浓度。日本 、 美国在 2 0世纪 6 0 、 7 0年代就 已成功研制 出了油气 回收装置 ， 形 成了成套 的活性炭吸附法 、 贫油吸收法 、 冷凝法 油气回收装置。德国也在近年推出了使用膜分离 技术的油气 回收成套装置 ， 使油气 回收技术得到 了进一步发展。 目前发达工业 国家的炼油厂 、 油 品码头 、 油库、 加油站等普遍都采用了油气回收 设施 ， 这些设施既保护了环境 ， 也取得 了良好 的 经济效益 ， 我 国从 2 0世纪 8 0年代起开始 了这方 面的研究开发及设备引进【 。 1 油气回收方法 现阶段 国内外用来 回收油气 的方法大致可 分为 4种 1 直接冷凝法； 2 吸附法； 3 吸收 法 ； 4 膜分离法。 1 ． 1 直接冷凝法 直接冷凝法是利用制冷剂通过热交换器对 油气进行冷凝并采用 多级连续冷却方式降低挥 发油气的温度 ，使油气中的油品成分凝聚为液 体， 而排出洁净空气的一种回收方法。油气经过 预冷器温度降到 4℃左右 ， 油气中的大部分水汽 凝结为水排出，油气进入二级冷却器冷却到约 一 4 0 ℃左右， 再进入三级冷却器冷却到约 一 1 1 0℃ 以下， 经过一 、 二级冷却可以使大部分挥发性有 机化合物冷凝成为液体回收， 排放的油气浓度能 够达到环保标准要求。冷凝法回收装置的冷凝温 度一般按预冷、 机械制冷、 液氮制冷步骤来实现， 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， 但如果要求排放 的油气浓度更低 ， 则需要对油气进行更高级的冷 却 ， 所需要 的能耗也随之增高 。 1 ． 2 吸附法 吸附法利用吸附介质 孔隙率较大的物质 与油气分子的亲合作用吸附油气分子 ， 不吸附空 收稿 日期 2 0 0 9 ． 1 0 ． 1 3 作者简 介蒋伟宁， 助理工程师， 2 0 0 5年毕业于东北大学电子信息专业， 现从事油气储运设计工作。电话 0 4 1 3 ． 7 5 9 3 9 8 6 。 当 代 化 工 第3 9卷第 1期 气， 从而达到油气回收的目的。现使用较多的吸 附介质是活性炭 ，主要是利用活性碳吸附油气 ， 实现与空气 的分离 ， 吸附法油气回收装置一般包 括变压吸附单元 分离罐 和吸收塔。油气收集装 置收集到的油气首先进人变压吸附单元进行油 气的吸附， 其中绝大部分轻烃被吸附在活性碳的 微孔中 ， 当达到一定 的饱和度时该吸附罐 自动转 人真空解吸状态进行脱附 ， 脱附的油气进入吸收 塔被吸收液吸收。吸附法回收效率高， 但装置占 地面积相对较大 ， 吸附塔要进行频繁的吸附 一脱 附自动循环切换， 操作频繁， 而且活性炭寿命短， 所以操作维护起来 比较困难 ， 另外活性炭废料很 难处理 ， 容易造成二次污染。 1 ． 3 吸收法 首先利用油气中的空气和纯油气在 吸收剂 中溶解度不同的特性 ， 利用轻组分 的汽油 或废 油 、 煤油系溶剂、 轻柴油 、 特制有机溶剂等易吸 收油气的吸收液吸收油气中的纯油气， 实现油气 中纯油气与空气的分离 ； 油气至下而上通过吸收 塔 ， 与由吸收塔 内上端的喷洒器洒下来 的吸收液 逆向接触 ， 此时大部分油气被吸收液吸收 ， 吸收 有油气的吸收液洒落到塔底 ， 当落到塔底的吸收 液达到一定高度时， 在浮力阀的控制下吸收液被 输送到解吸塔内上方喷洒器处并向下喷出， 经真 空解吸作用后吸收液落到塔底 ， 解吸后 的吸收液 被循环泵输送走 ，实现吸收液再生循环使用 ； 从 吸收液 中解吸出的纯油气可由真空泵抽送到第 一 级或上一级回收装置的进气 口进行循环 回收， 吸收法的处理效果受吸收剂的影响很大， 而且通 常吸收法的回收率很难达到 9 0 ％以上， 吸收法还 有 占地面积大 、 不利于间歇操作 的缺点 ； 随着环 保要求的提高， 自2 0 世纪 9 0 年代以来已逐渐由 其它方法所取代。 1 ． 4 膜分离法 膜分离法是利用膜的选择性 空气和轻烃组 分渗透能力的不同，大分子的轻烃可穿透分离 膜， 而小分子的空气则不能 从而实现空气和轻 烃组分的分离。 实际操作过程是油气经压缩机加 压后 ， 进入吸收塔被吸收液吸收 ， 其 中大部分的 油气被吸收， 一部分不凝油气进人分离膜， 油气 分子首先被吸附并溶解于膜 的高压侧表面 ， 然后 借助浓度梯度在膜中扩散， 最后从膜的低压侧解 吸出来 ， 经膜分离净化后的空气排人大气 。膜分 离技术油气回收率可达 9 9 ％以上。膜法油气回收 装置 占地面积小、 操作简便 、 运行安全 、 投资回报 率高， 但膜分离设施前期投资较大 ， 膜的使用寿 命短， 需要定期更换。 2 油气回收技术在铁路装车过程 中 的应用 在抚顺石化 8 0万 t ／ a乙烯工程公用工程和 辅助设施项 目化工液体铁路装卸站设计中，苯 、 甲苯 、 二甲苯 、 碳五火车装车和己烯 一 l 火车卸车 采用油气回收装置回收装卸车时挥发的油气 苯、 甲苯和二 甲苯装车时产生 的油气通过管道进入 油气 回收装置处理 ， 回收液输送至常压罐 区污油 罐 ，碳五和己烯 一 1 装卸车时通过气相平衡管道 与储罐相连 ， 当需要排空管道 内介质以及事故状 态下排放可燃性气体时 ， 因无法正常排入高压火 炬系统 ， 因此进入油气回收装置处理 。 2 ． 1 油气回收方式选择 抚顺石化大乙烯项 目铁路装卸站设计吸取 了各方面的经验， 并根据实际生产操作情况和装 卸栈桥介质品种布置情况 ， 5种介质不可能同时 装卸车 ， 经研究确定正常装车流量按 7 0 0 m3 ／ h ， 最 大装车流量按 1 0 0 0 m V h考虑选择油气回收装 置。因本项 目回收介质品种较多， 吸收剂不好选 择而且吸收法 占地空 间较大 、 又受到现场用地条 件 的制约 、 从经济角度方面选用成品油品作为吸 收剂损失较大。膜分离法虽然回收效率较高但由 于前期投入资金较大，而且膜技术基本依靠进 口， 国产膜使有寿命较短， 带来使用和维护方面 的困难， 因此将回收方式初步选择在吸附法和冷 凝法之间， 这两种工艺是油气回收工业领域被广 泛证明其先进可靠性的工艺技术， 它们具有操作 成本低、 回收效率高 易挥发有机化合物回收率 都可达到9 5 ％以上的 、 操作寿命长、 撬装结构紧 凑、 占地面积小于吸收法等优点。 2 ． 1 ． 1 吸附法油气 回收装置 吸附法油气回收装置主要 由吸附工序 、 解吸 工序和回收工序 3个工序组成 ，具体流程如图 1 所示 。 1 吸附工序 在铁路装车时产生的油气经密闭鹤管进入 油气回收装置， 通过压力传送器检测出油气的入 口压力变化并启动油气回收装置运行。在油气进 2 0 1 0年 2月 蒋伟宁， 等 油气回收技术在铁路装车过程中的应用 4 7 入装置之前 ， 先要通过一个滤液罐以确保油气不 携带液体进入吸附罐 。油气进入吸附罐后 ， 有机 化合物成分将被硅胶活性炭所吸附分离 。 2 解吸工序 图 1 吸附法油气 回收装置流程图 F i g ． 1 F l o wc h a r t o f r e c o v e r y u n i t wi t h a d s o r p t i o n me t h o d 油气 回收装置 由二个活性炭吸附罐组成 ， 并 的全 自动控制 ，并 由 l台 P C机实时显示记录装 联安装， 通过阀门与进气管道相连接。装置启动 置的运行状况 ， P C机会记录装置运行参数如 压 后， 一个活性炭罐处于吸附工作状态， 另一个活 力、 流量 、 温度、 液位等， 从而确保装置运行的可 性炭罐处于解吸工作状态。当吸附罐内烃气达到 靠性及安全性。 饱和状态后 ， 真空泵启动， 吸附罐转入解吸状态， 2 ． 1 ．2 冷凝法油气回收装置 与此同时， 解吸罐转入吸附状态， 如此反复实现 铁路装车时产生的挥发性油气通过密闭鹤 二个活性炭罐交替循环工作， 以保证对连续进人 管经过油气回收管道进入油气回收装置， 具体流 装置的油气进行处理。 程如图 2所示 。 3 回收工序 苯装车时挥发 的油气进入 到 4 0 0 m 冷凝 解吸罐中解吸出来的油气进人冷却器， 经循 处理装置 ， 设计温度为 6℃左右， 此时苯油气转 环水冷却成液态后用回收泵管输至常压罐区污 化为液态苯排人到储液罐，分离后的空气排空； 油储罐， 未被液化的油气将再次进入活性炭吸附 甲苯装车时挥发的油气进入到 4 0 0 m 3／ h一级冷 罐处理。 凝处理装置 ， 设计温度为 6℃， 然后进入二级冷 吸附法油气回收装置操作控制台和台式 P C 凝处理装置 ， 设计温度为 一 9 5℃， 此时的甲苯油 计算机系统安装在指定操作间内 ， 用来监视并记 气转化为液态的甲苯排入到储液罐 ， 分离后 的空 录整个回收装置的运行状况， 来实现对回收控制 气排空 ； 二 甲苯装车时挥发的油气进入到 3 0 0 慕 管 储 液罐5 2 0 m 图 2 冷凝法油气回收装置流程图 F i g ． 2 F l o wc h a r t o f r e c o v e r y un i t wi t h c o n d e n s mi o n me t h o d 4 8 当 代 化 工 第 3 9卷第 1 期 m ／ h冷凝处理装置 ， 设计温度为 一 2 5℃， 此时 的 二甲苯油气转化为液态的二甲苯排入到储液罐 ， 分离后的空气排空。如果碳五和已烯 一 1 所挥发 的油气需要进入油气回收装置处理 ， 而同时又有 其它的油品装车时，可同时开启 4 0 0 m3／ h 3 0 0 m3 ／ h 一级 3 0 0 m3 ／ h 二级 满负荷运行 ， 最大处 理量可达 1 0 0 0 m3 ／ h ，将有机性挥发物 由气态转 化为液态排人储液罐， 分离后的空气排空。如果 在长时间的运行过程中其中的一套一级冷凝处 理装置发生故障或维修保养， 可将另外的冷凝处 理装置通过 P L C控制改变温度设定值 ， 确保装置 短时间内维持正常运行。油气回收装置主要配件 选用德国比泽尔第三代双级制冷式压缩机 ， 其散 热采用风冷形式 ， 无需冷却循环水 ， 降低 了设备 的维护工作量， 解决了冬季因循环水而结冰的问 题， 提高了设备的使用寿命， 整个装置采用撬装 形式， 结构紧凑， 占地面积小。 冷凝法油气 回收装置 的 自动控制系统根据 用户设定条件 自动开 、 停 、 实现无人值守 ， 系统控 制包括电气执行器件、 P L C可编程控制系统 可 编程模块采用西门子组件 、图形化人机操作接 口 H MI 等主要组件。 控制部分包括防爆控制柜、 防爆机组电控箱 、 P L C可视操作系统 、各级冷凝 温度显示仪表、 各级制冷排气和回气压力显示仪 表、 报警声光显示等。系统设计有多种安全联锁 保护功能 ， 可实现 系统运行过程中任何一个环节 出现故障都可以实现安全保护， 装置的运行状态 及运行参数传送到控制室， 控制室可显示实际的 操作数据， 操作数据可记录， 并可由通讯接口进 行远程诊断。所有的设定参数可通过授权密码进 行调整。也可通过无线遥控装置开启设备。 2 ． 2 油气回收方式对比分析 吸附法 的优缺点 吸附法的最大优点是可以 通过改变吸附和再生运行的工作条件来控制出 口气体 中油气的浓度 ， 而且能耗较低 ， 设备可实 现自 动运行信号反馈仪表操作问。缺点是设备投 资较高 、工艺相对复杂 、虽然采用改进 的活性 碳 硅胶作为吸附材料，但三苯易使活性炭失 活， 失活后的活性炭存在二次污染处理问题。 冷凝法的优缺点 冷凝法油气回收技术已发 展多年， 相关技术也比较全面， 回收处理设备的 关键技术成熟 、 工艺简单 、 造价相对低廉 、 国产化 率好 、 占地面积相对吸附法小 ， 维护容易 ， 安全性 好 ，不存在二次污染 问题并且采用 了 4 0 0 m3 ／ h 3 0 0 m3 ／ h 3 0 0 m3 ／ h油气回收方案 ，当装车量较大 时可同时开启 3 套冷凝处理装置， 装车量较小时 只运行其中 l 套或 2 套， 操作比较灵活， 如果其 中的一套冷凝处理装置发生故障， 可将另外的冷 凝处理装置通过 P L C控制改变温度设定值 ， 确保 装车的正常运行并可以直观地看到油气 回收 的 工艺流程。缺点是 电消耗稍高。 3结束语 选择什么样的油气 回收方法 ， 要根据储运规 模， 交通运输情况、 当地气象情况、 现有公用工程 的情况， 从设备投资、 效益、 操作、 使用寿命等方 面进行综合考虑来确定油气回收方法。 参 考 文 献 f l 】李汉勇． 油气回收技术【 M】 ． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 8 ． 【 2 】何龙辉． 油气储运工程设计 【 Z ] ． 洛 阳 中国石化集 团公 司储运 设计技术中心站。 2 0 0 4 ． Ap p l i c a t i o n o f Oi l - v a p o r Re c o v e r y Te c h no l o g y i n Ra i l wa y Lo a d i ng Pr o c e s s J I ANG W e i - ni n g，LI ULa - gu o， YI N Yi n g- h u a n C h ina H u a n q i u C o n t r a c ti n g E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n L i a o n i n g B r a n c h C o mp a n y ，L i a o n in g F u s h u n 1 1 3 0 0 6 ， C h in a Ab s t r a c t Vo l a t i l i z a ti o n l o s s o f l i g h t o i l o f t e n h a p p e n s d u ri n g l o a d i n g ， s t o r a g e ， t r a n s p o r t a t i o n a n d S O o n ． Th e a mo u n t o f v o l a t i l i z a t i o n i s a f f e c t e d b y l o a d i n g me t h o d， s t o r a g e me o d ， t r a n s p o r t a t i o n t o o l s a n d t e mp e mr e ． I n t h i s p a p e r ， o i l - v a p o r r e c o v e r y t e c h n o l o g y in c l u d ing d i r e c t c o n d e n s a t i o n me t h o d， a d s o r p t i o n me o d， a b s o rpt i o n s p e c t r o me t r y and me mb mn e s e p a r a t i o n me o d wa s i n t r o d u c e d ． Ap p l i c a t i o n o f o i l v a p o r r e c o v e r y t e c h n o l o g y i n r a i l wa y l o a d i n g p r o c e s s wa s ma i n l y d i s c u s s e d ． Ke ywo r d s Oi l Va p o r Re c o v e r y ； Oi l Va p o r Vo l a t i l i z a t i o n； Ra i l wa yLo a d i n g； Re c o v e ry Effic i e n c y