油气回收技术应用分析.pdf

2 0 1 2年 第 4 1卷 第 7期第 9 7页 石油 矿 场机 械 OI L F I ELD E QUI P ME NT 文 章 编 号 1 0 0 1 3 4 8 2 2 0 1 2 0 7 0 0 9 7 0 4 油气 回收技术应 用分析 张彦 新 中 国石 化 工 程 建 设 公 司 ， 北 京 1 0 0 1 0 1 摘要 介 绍 了国 内外 油气 回收技 术路 线和 关键 技 术 ， 并 结合理 论和 实践 分析 了各种 油 气回收路 线 所 适合 的场 所 。多种组合 的 工艺路 线 可以最 大限度 地 克服 组合 双 方 的缺 点 ， 使 其优 势互 补 。冷凝 膜吸 附的方法 是 目前 技 术 中节 能 、 高效 、 价格 相 对低 廉 、 排 放 指 标远 优 于 国标要 求 的 油 气回收 方 法 之 一 。 关键 词 油 气回收技 术 ； 吸 收法 ； 吸 附法 ； 膜 分 离法 ； 冷凝 法 ； 组 合应 用 中图分 类 号 T E 9 文献标 识码 B 油气 回收技术发 展至今 ， 其 应用技 术 已经成 熟 。 本 文就 国内外 油气 回收技术 路线 和关 键技术 进行 了 分析 ， 并结 合理论 分 析 和 实 践 中的 应 用 成果 总 结 出 各 种油气 回收路 线 所 适合 的场 所 ， 可 为 同行 技 术 人 员提供借鉴。 l 油气 回收常用技术 1 ． 1 吸收法 或称洗涤法， 是将收集的油气送进吸收塔 内， 利 一”“” - 一 ”“ ，” - 赠 一 - 一”- - “ “ ”“ _ 卜点5 ‘ - 。 点6 ． ． 。 点7 一 点8 一 点9 点1 一 点1 一 点1 一 点1 一 点1 点 l _ ． 。点2 图 6 3 号柴油机 2个加热器温度变化曲线 由图 4 ～5可 以看 出 1号柴 油 机安 装 1台加 热 器 9 0 mi n使 水温 上升 约 1 7。 C； 3号柴 油机安 装 2台 加热器 9 0 mi n使水温上升约 4 0℃， 证明加热器工 作 正 常 ， 发动 机机体 升温 明显 ， 达到 了要求 。 用 吸收剂 柴 油 、 贫 汽油 、 其 他 吸收剂 对油 气进 行喷 淋 洗涤 ， 使油气与吸收剂液体接触并被吸收 ； 然后 再采 取第 2次 工艺 ， 即蒸馏 或抽 真空 的方法 ， 将 吸收 剂 中的汽 油组 分分 离 出来 。吸收法 在油气 浓度 很大 例如汽 油装 车时 的浓度 可达 1 0 0 0 g ／ m。 时能 回收 大部分的油气 ， 吸收塔的效率较高， 同时需要将富溶 剂 解吸 ， 解 吸 的 油 气仍 需 采 用 本 体 吸 收 如 汽 油 喷 淋 或 其 他 技 术 手 段 将 其 液 化 或 者 回 收 到 油 品 本体 。 ⋯卜“ “” 卜 ” “一卜”“ 一 卜”卜“”斗“ 卜“ 卜” 卜 “ “ “ ”“ 卜 “ ” 在低 温环境下启动 困难 ， 且 需耍长 时间空载跑 温才 能 加载运 行 ， 会 造成大量 的柴油 7 良 费 和环境污 染 。现 场 应用证 明 预加热装置运行平 ；隐、 加热 速度快 ， 环境 温 度在 一1 0。 C 左 右 时 ， 1 h内冷却 液加 热 升温 到 2 5℃ 以上， 能够有效解决钻井油耗高的问题； 同时可有效 降低排放、 抑制积碳生成、 延 长柴油机使用寿命等。 因此 ， 具 有较好 的应用价值 和 ．曼好 的推 广前 景 。 参考 文献 [ 1 ] 高志和 ， 白承斌 张 燕 ， 等． 1 2 V1 9 0型 柴油 机节油 装 置应用研究E J 3 ． 石油 矿场机械 ， 2 0 1 1 ， 4 0 6 7 7 7 9 ． [ 2 ] 6结语L 3 J 燃油成 本 约 占钻井 井 队运 营成 本 的 2 5 ， 由 于 李斌 ， 孙培廷． 利用船舶柴油机余热加热压载 水的新 方法 E c ／ ／ 中国航 海学 会 2 0 0 1年 度学 术交 流 会论 文 集 ， 2 0 0 1 ． 吴桂涛 ， 黄连 忠 ， 孙 培廷． 船 舶主机 缸套冷 却三通 调节 阀的水力计算 方法 [ J ] ． 大 连海事 大学学 报 ， 2 0 0 4 1 3 】 3 4 ． 收稿 日期 2 o 1 2 0 3 2 8 作者 简介 张彦新 1 9 6 7 一 ， 女 ， 河北保定人 ， 高级工程师 ， 主要从事油品储运专业设计 工作 。 石油 矿 场机 械 2 O 1 2年 7月 其特 点主要 有 1 采用 吸收 法 需要 选 用 合 适 的 吸收 剂 ， 要 求 其残余浓度达到排放标准， 否则需采用组合工艺 以 达 到标准 要求 。 2 气体 流量 大、 气体 浓度较 低时 吸收塔效 率 低 。 3 排 放 地 点 无 回 收本 体 时 吸 收 剂 的选 用 是 关 键 。 4 吸收塔要 达 到 一定 的浓 度 控 制要 求 ， 必 须 设 计足 够 的传 质单 元数 ， 从而 使装置 体积 较大 。 吸收 剂要 求 与 油气 无 限互 溶 且蒸 汽 压 低 ， 解 吸 性 能好 。 国内外 的吸收剂 在这 2方 面 的研 究是 同步 的 ， 江苏 工业学 院黄维秋 博士研 制 出 的 Ab s F OV 一 9 7 吸收剂 ， 其性 能达 到 国际水平 ， 在 油气 回收领 域得 到 广 泛应 用_ 2 ] 。 1 ． 2 吸 附法 吸附法 实 际 上 是 吸 附 汽 油 喷 淋 的 组 合 工 艺l 3 ] 。该 工艺 中先 将 收 集 的 油气 送 进 吸 附 罐 内 ， 以 活性炭或分子筛沸 石或硅胶 等有丰富孔容 的吸附 剂 ， 将 油气先储 存 起 来 ， 放 空 排放 ， 待油 气 吸附 量 达 到一定 程度 ， 再 脱 附取 出油 气 成分 。脱 附 的浓 缩 油 气 进入 汽油 喷淋 塔进行 回收 。工 艺流 程如 图 1 。 图 1吸附法工艺流程 脱 附油 气 的方法 有高温 水蒸 汽 冲刷或抽 真空 的 方式 。水 蒸汽脱 附 的 油气 混 人 凝 结水 中 ， 需 进 行 油 水分离处理 ； 抽真空脱附出来 的只是气态富集油气， 要使 其转 变为 液态 ， 还 需 要采 用 冷 凝 或 喷淋 冷 汽 油 的方法作二次处理。吸附法对控制尾气达标排放具 有一定优势， 可以将尾气油气含量 降至 2 5 g ／ m。以 下 。但 由于 吸附剂存 在 吸附热 、 吸 附率较 小 ， 浓 度高 的油气进入吸附单元会产生大量吸附热， 而且很快 会 使 吸附剂饱 和 ， 吸附 罐 切换 频 繁 。若 只 靠 吸 附法 完 成全 部治 理油气 回收 的任务 ， 必 须在 吸 附 剂 上获 得革命性 的突破 ， 提高单位吸 附率 和吸脱 附性质。 目前很 多科研 机构 也在 致力 于此方 面 的研 究 。 其 特点 如下 1 由于活性 炭 处 理 低 浓度 油 气 时 效果 好 ， 所 以需要的活性炭体积较大 ； 活性炭吸附罐 的体积较 大时 ， 活性炭 的吸附热不易散出 ， 对活性炭寿命有较 富浦 贫油 大 影 响 。 2 如果设 计 足 够 大 的活 性 炭 床层 ， 不 使 活性 炭床 层破 损 ， 则 其尾 气浓度 较低 。 3 活性 炭床层 脱 附出来 的高 浓度 油气进 入汽 油喷淋吸收塔 ， 是属于较简单 的本体吸收法 。从 流 程上讲 ， 其吸收后的尾气浓度是汽油在工况温度下 饱 和度很 高 的浓度 一般 不 会低 于 3 0 0 0 ～4 0 0 0 g ／ m。 ， 这 样又 增大 了活性 炭 富集 单元 的负 荷 。 4 由于受到装车间歇和混合气体浓度不稳定 的影响， 活性炭床层需考虑各种因素中的最大值 ， 才 能保证吸附床层不破损 。 吸附法 的关键 技术 主要 在于 吸附 剂和 真空 泵 的 性能及吸附设备 的开发 ， 以避免吸附热 的损害。其 中 ， 吸附剂 和真空 泵 的性能 国 内外 水平 相 当 ； 吸 附设 备方面， 江苏中川通大环保设备制造有限公 司已经 研发 出 可 以 基 本 克 服 吸 附 热 的 油 气 富 集 工 艺 和 第 4 1 卷第 7期 张彦新 油气 回收技术应用分析 设备 。 1 ． 3膜分 离法 膜 的种 类有 玻璃 态 、 橡胶 态 等多种 ， 适用 于油 气 回收的膜 多为有 机膜 。其原 理 为“ 溶 解一 扩散 ” 机理 ， 即 油气 和空气 混合气 体经加 压后 送至 膜分 离器 ， 在 对油 气有选 择性 的 薄膜 上 ， 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 ， 空气 则滞 留在膜 的表 面 ， 从 而实 现 油气 和空 气 的分 离 。该 方 法 使 油 气空气混合气被分离成 2股物流 1股贫油气的滞 留物 流 ； 1 股 富油 气 的穿 透 物 流 。贫 油气 的 滞 留 物 流作 为净化 气体 被排 放 ， 而富 油 气 的穿 透 物 流作 为 回收物 。工 艺流程 如 图 2 。 来 自生产、储存 、 贫 销售过程的挥发性 有机气体 v o c 汽 吸收塔 泵 干净尾气 1 I 膜 组 件 l 富汽油 ’f 一 真空泵 图 2 膜分离法工艺流程 膜 分离 的特点 是 1 处 理量 弹性较 大 。 2 在处理时有一定 回流量 ， 增大 了整体 的处 理 量 。 3 有机 膜 的选择性 强 ， 适 用 于气体 的浓缩 。 膜技术属于新材料 、 高科技， 回收的关键在于膜 材 料 、 膜技 术应 用 的掌 握 。应用 膜 技 术 作 为 油气 回 收的工艺， 对制造商 的门槛 、 技术实力要求更高 。目 前 同时掌 握膜 材料 制造 和膜技术 应用 的制 造商仍 凤 毛 麟角 。 1 ． 4冷 凝法 冷凝 法 油气 回收工艺 是依 据汽 油油气 组分 的基 本热力学性质参数 ， 采用烃类物质在不同温度下 的 蒸 汽压差 异 ， 通过 降 温使 油 气 中一 些 烃 类蒸 汽压 达 到 过饱 和状态 ， 过饱 和油气 组分 产生 相变 ， 从 气 态变 为 液态 ， 得 到液 态 烃 。冷 凝 法是 一 次 性 工 艺 就完 成 对油气的回收利用的方法， 而且 能够见到可以计量 的回收液态烃 。冷凝法在浅冷时即可将大部分的油 气组分液化 ， 大幅降低油气 的质量分数 。随着制冷 技 术 的发展 ， 可 以允 许进 行相对 灵活 的制 冷级 调整 ， 根 据油气 的组 成制 定 最 节 能 的制 冷 级调 整 ， 并 且 可 以通过换热将尾气余冷降至较低 ， 且余冷可以在后 续 富集 流 程 中克服一 部分 吸 附热 ， 达 到节能 最优 化 。 工艺 流程 如 图 3 。 油气进入 L同 收 的 汽 油 图 3 冷 凝 法 艺 流 程 冷凝 法 的特 点是 1 直接冷凝成为可见的液态烃 ， 使其 以液态 输送 到成 品油本 体 。 2 可精确控制气体 的温度， 从而精确控制冷 凝单元 出 口的油 气残余 浓 度 3 制 冷系 统 自动化控 制简单 有效 、 实 用 。 4 制冷系统提供 的冷量仅用以克服油气液化 潜 热 和少量 的换 热损耗 。 随着制 冷技 术 的发展 ， 冷凝法 也得 到广 泛应用 ， 不再像以前国外进 口的体积大、 能耗 高的冷凝法油 气 回收装置 。 2 组合应用 2 ． 1 油气 回收方 法 的分 类 油气 回收 可 以分 为油气 液化 和油气 富集 提 浓 ] 。所有正确 的工艺路线都是这 2类工艺组合 的结果 。其中， 冷凝法因为温度降低 到一定温度就 可以控制残余浓度到很低 ， 具有深低温级可替代 富 集 工艺 的特 点 。 1 液化 手段吸收法 本体 吸收 、 冷凝 法 。 2 富集 手段膜 法 、 吸 附 法 、 吸 收法 第 三方 吸收剂 。 2 ． 2油气 回收 的组合 方式 2 ． 2 ． 1吸收 冷 凝 吸收 法 和冷 凝 法 的组 合工 艺 目前 基 本 不使 用 ， 其 主要 受制 于 2 个 方面 1 吸收法在 应用 方面 的特点 限制 。 目前 主要 为油库企业应用， 且大多不能接受吸收塔的高度和 大体积 。 2 吸 收尾 气达 标 受 到 处理 量 和 塔 高 的影 响 ， 要使气体的出 口浓度 达到国家标准控制 的环保要 求 ， 就要 设计更 高 的吸 收塔 ， 使 其缺 点放 大 。 石油 矿场 机械 2 0 I 2年 7月 2 ． 2 ． 2吸 收 膜 吸收膜的工艺 目前被广泛应用。其中吸收使 用 的是 洗涤 吸收 又 称本 体 吸 收 ， 即用 汽 油 本 身 回 收汽 油油气 ， 或 者 富 吸收 液 不进 行 脱 吸 处理 。这种 工艺 的优点 是 工艺 成 型 方便 ， 处 理 量 弹 性 大 。制 约 其发 展 的方 面也 主要是 因为 膜材料 本 身的特点 。 2 ． 2 ． 3吸 收 吸 附 这里专指用汽油本体作为吸收剂时， 即洗涤与 吸 附的组合 工艺 。如 果采用 第三方 吸 收剂作 为 吸收 剂 ， 还存在 第三 方吸 收剂脱 吸 实 际上 吸收作 为一 种 富 集工 艺出现 ， 就应 该是 吸收 第三方 吸 收剂 吸 附 吸 收 洗涤 、 本体 [ 旦 I 收 的工 艺组合 ， 其流 程 比较 复 杂 。其 发展 主要受 到 2点制 约 1 用汽油本身作为吸收剂进行喷淋吸收时， 其尾气浓度的饱和度很高， 几乎接近工况温度下的 饱 和浓 度 ； 洗 涤 吸附 的组 合 工艺 中 ， 新鲜 油气 没有 经 过液 化手 段先进 入 吸附系统 。 2 目前活性 炭 的 吸 附率 较 低 ， 则 洗 涤法 就 放 大了吸附法 的弱点， 2种工艺组合在一起的结果就 是吸附罐越做越大。 2 ． 2 ． 4冷凝吸附 冷 凝 法最 大 的优点 是 可 以一 次 得到 液 态汽 油 ， 并且大幅降低油气 的浓度。其缺 陷主要表现在 ① 深冷阶段的电耗较高 ； ②低于 0℃的冷凝能耗高、 且 必须设计除霜 ， 冷凝器设计和制造的成本增加 ； ③必 须设计足够的冷量 回收元器件才能满足节能要求 ， 且 总有少 部分 冷量 因换热 器有 温差才 能换 热而得 不 到回收。而吸附法的优点是能够将低浓度的油气富 集 为高浓 度 的油气 ， 使 得深 冷单 元 的耗 电得 以节 省 ， 并且尾气达到很高 的排放标准 ； 缺陷是会在 吸附时 产生 吸 附热影 响活性 炭 的寿命 。两者 在这方 面是 互 补的。避开膜分离工艺难度后 ， 冷凝吸附的组合 是 较合 理 的组 合工 艺路 线之一 。 冷凝 吸附组合 工艺 的优 点是 1 能耗降低 冷凝法作为液化手段是必不可 少的组 合单元 。冷凝 0 oC膜 可 以将油 气浓度 控制 在 5 0 g ／ m。 以下 ， 而摒弃 了中冷 和深 冷 的冷凝单 元 ， 能耗 大大 降低 。 2 优势互补冷凝法的 0℃正好落在冷凝法 耗能最低的区间， 膜处理单元将油气浓度提高 ， 排放 浓 度仅 约 5 O g／ m。时 ， 工 作 效 率 最 高 ， 而 这个 浓 度 对于 吸附单 元 又有 效克 服 了吸 附热 效 应 ， 使 得 活性 炭寿命 延长 。 3 排 放达 标 吸附剂 的使 用使其 完全 达到并 优于 国家排 放标 准 ， 甚 至 达 到 毫 克级 的浓 度 。充 分 富集 和浓 缩 油 气 ， 富 集 后 的 油 气 循 环 交 由冷 凝 法 处理 。 4 回收 彻底 膜 活 性 炭 富 集 排 放 气 体 浓 度 可 以达 到 毫克 级 排 放 ， 除 了排 放 全 部 回收 ， 最 大 限度地 回收了混合气 中的烃类分子 。 2 ． 2 ． 5冷 凝 膜 吸 附 三效 复 叠 工 艺 是 比 冷 凝 吸 附 更 合 理 的 工 艺[ 6 ] 。该工 艺 因采用 冷凝 温 度 在 0℃ ， 克 服 了冷 凝 法在 冷凝 吸 附工艺 中的能耗 、 除霜 、 冷量 浪 费等缺 陷 。而膜 出 口的浓 度 因为更低 而充 分发挥 了吸附分 离法 的优 点 。所 以 ， 冷凝 膜 吸 附 的组 合 是 目前 应 用于油 气 回 收工 艺 中最 合 理 的组 合 工 艺 路 线 之 一 。工艺 流程 如 图 4 。 图 4冷 凝 膜 吸 附工 艺 流 程 3 结论 1 组合工艺应用不是简单的排列组合 ， 而是 根据各种油气 回收方法的特点 ， 结合油气排放场所 的实际情况 ， 采取适合于实际的油气 回收技术 ， 达到 优势 互补 的 目的 。 2 冷凝 膜 吸 附 的方 法 是 目前 技 术 中节 能 、 高效 、 价 格相对 低廉 、 排放指 标远 远优 于 国标 指标的油气 回收方法之一 。 参 考文献 [ 1 ] 何 月 ， 鲁 晓春． 北京 市油 库油 气 回收装 置优 选分 析 [ J ] ． 环境 污染 与防治 ， 2 0 0 8 ， 3 0 1 0 5 9 6 2 ． [ 2 ] 刘 海． 油 品蒸 发损耗评 价及加 油站油气 回收 工艺 开 发[ D ] ． 常州 江苏工业学 院 ， 2 0 0 7 ． [ 3 ] 李德旭 ， 赵 燕． 油 气 回收技 术研 究现 状 E J ] ． 现 代化 工 ， 20 06， 2 6， z 2 63 66 ． [ 4 ] 于晓颖 ， 易 琦 ， 张文伟． 成品油 库汽油装 车油 气 回收 方案的 比较口] ． 石油工程建设 ， 2 0 0 8 ， 3 4 5 5 - 8 ． [ 5 ] 陈家庆， 曹建树 ， 王建宏， 等． 基于吸附法的油气回收处理 技术研究 _ J ] ． 北京石油化工学院学报， 2 0 0 7 ， 1 5 4 7 - 1 4 ． [ 6 ]韩 良云． 复叠法油气分离 回收装置 中国， 2 0 0 4 2 0 0 8 0 2 7 1 ． 4 r P 1 ． 2 0 0 5 0 9 ．