活性炭吸附油气回收工艺的应用.pdf

★石 油 化 工 安 全 环 保 技 术★ 2 0 1 4年 第 3 0卷第 6期P E T R O C H E M I C A [ S A F E T Y A N D E N V I R O N ME N T A L P R O T E C T I O N F E C H N O L O Y 活性炭吸附油气回收工艺的应用 张 鹏 中海石油中捷石化有限公 司，河北 黄骅 0 6 1 1 0 1 摘要 重点阐述了中捷石化 油气回收的重要性 ，并对 中捷石化 油气回收 系统 的调研及 应用情况进行监测、总结。油气回收 工艺由油气收集及平衡 系统、油 气回收 系统 两部分组成 解析后的烃蒸气。收集系统采用 中石化专利技术 Z U O Q M型 密封罩完成 ；油气回收 系统 中的 吸附工艺经过对膜 回收 、活性炭吸 附、冷凝 吸附、吸收四种 工艺的调研 、考察和比选 ，决 定采用美国乔丹活性炭专利技 术，吸 附解吸后 的油气用 日发汽油来完成。该 油气回收工艺正 式投用后 ，排放浓度为≤5 g ／ m 非 甲烷烃 ，达到预期效果。 关键 词 油 气 回收活性炭 吸 附排 放 浓度 中捷石化发车系统共计 1 1 个汽油鹤位 ，平均 汽油发油量 2 0 0 0 t ／ d ，装车过程中汽油的平均挥 发量为装车量的 1 ． 3 ‰ 。每年有 大量 的汽油通过 汽车发往各地。当汽车槽车卸完油时 ，由于汽液 平衡和运输中温度的升高 ，使油罐 内充满 了饱和 或过饱和的油气 。油罐车装车过程 中，在将液体 加入油罐车的同时 ，罐 内原有的油气会被挥发 出 来 ，排人大气 中。汽油属于易挥发、易燃 、易爆 液体 ，在储存及装 车过程 中，其挥发 出的气体从 槽车顶部排出，如果遇到点火源 ，可能会造成火 灾爆炸事故 ，也会对周 围环境造成严重污染 ，并 影响操作人员身体健康 ，引发疾病。 防止汽油蒸发损耗以及 控制其对环境污染的 途径可分为三种 一是加强管理 ，完善制度 ，改 进操作措施 ；二是焚烧 排放气 ；三是 回收油气 。 显然第二种方法是不经济的 ，在 当今油品收发作 业 车 、船 、罐等 E t 益频繁及对安全环保 E t 益重 视的情况下 ，在加强管理的同时，开展油气 回收 工作非常必要。 1 工艺技术方案比选 目前常用的油气 回收技术从原理上分为 4种 ， 即吸收法、冷凝法、吸附法及膜分离法。经过工艺 方案比较和资料调研 ，溶剂吸收工艺 回收率太低 ， 一 般只能达到 8 0 ％左右 ，无法达到现行国家标准 ， 设备 占地空间大，能耗高 ，吸收剂消耗较大 ，需不 断补充，已逐渐成为淘汰工艺；冷凝 吸附工艺需 要深冷温度，三套冷凝系统维护费用较高。因此 ， 方案在膜分离法和吸附法中优选。吸附和膜回收工 艺现实可行 ，但膜 回收装置核心部件除了真空泵、 膜组件外还有一组压缩机系统 ，根据现场考察结果 来看，吸附的排放浓度要 比膜 回收 的排放浓度低 ， 综合考虑投资 、占地、操作简便程度 ，中捷石化采 用了活性炭吸附工艺。 2 活性炭 吸附法工艺方案 油气回收系统建设范围包括油气收集及平衡 系统 、油气 回收系统两部分。收集采用中石化燕 山石化的 Z U O ． Q M 型密封罩专利产品，油气回收 采用乔丹的活性炭吸附工艺 ，解析后的烃蒸汽用 日发汽油来完成吸收。 2 ． 1 油气收集 油气收集是油气 回收系统可 以正常运行 的关 键 ，中捷石 化为上装发 车，装车鹤管手动操 作 ， 密封罩为 通用 的锥 型密封 罩 ，无 法实 现密 闭装 车，尤其在夏 季，发车现场 油气 泄漏异常严重 。 收稿 日期 2 0 1 41 0 2 5 。 作者简介 张鹏，2 0 0 4年毕业于河北大学环境科学 专业，学士，现从事石油化工科技管理工作，工程 师。 电 话0 3 1 7 5 8 0 9 9 9 8 ， E ma i l z h a n g p e n g l 2 6 0 ★ 石油化 工安全 环保技 术 ★ 2 0 1 4年 第3 O卷第 6期 如何使上装 车实现密 闭是需要解决 的首要 问题 ， 是油气回收能否进行的基本条件。 Z U O Q M型密封罩充分利用了装车时油气产 生 的压力，实现车 口密封盖的压力平衡 ，可 以实 现车 口的密封作用。Z U O Q M 型密封罩 由平面式 密封盖、平衡器 、油气排放组件和报警平压器组 成。其基本原理是回收罩安装在槽车 口，油气 自密封盖进入平衡器流通面 ，平衡器流出 口的油 气将对两个平面产生压力 ，这两个力作用方 向相 反 ，可以起到相互抵消的作用 ，从而使得罐 车内 部对密封盖底部 的向上作用力的合力 降低 ，这样 在密封盖重力较小的情况下，就可以使密封盖平 衡 ，从而起到密封作 用。另外 ，平面式密封 盖的 重量选择将影响平衡器 的直径，重量越大 ，平衡 器的直径可以越小 ，就能确保平衡器的安全。同 时，采用柔性好的氟橡胶补偿器 ，可 以保证槽车 在装车重载情况下的车 口补偿要求 ，柔性好的密 封垫 ，使得密封性能得到了很大的改善 。 安装报警平压器可 以解决装车安全问题 。根 据鹤管装车实际情况 ，在鹤管顶部与平 面式密封 盖适当位置安装接头，这样就在鹤管与槽车 内部 建立起压力平衡 ，安装在鹤管 内的报警器检测到 的液面就是未失真的罐车液面。 2 ． 2油气回收 2 ． 2 ． 1 工艺简述 活性炭吸附工艺是利用活性炭表面动能的动 力吸引碳氢化合物 ，当空气一碳氢化合物} 昆 合气 体通过巨大的吸收表面之后 ，碳氢化合物被吸引 到活性炭表面，混合气体 中的空气成分不受活性 炭的影响 ，通过活性炭之后进入大气 ，其 中掺杂 的碳氢混合物会大幅度降低。 油气进入两个吸附塔中的一个。每个吸附塔都 装满了特殊的活性炭。在吸附过程 中，油气吸附在 活l生炭的表面。一旦活性炭接近其设计吸附极限， 炭床必须再生，以继续作为吸附剂发挥作用。油气 回收系统通过使炭暴露在高真空 负压 下 的方式 实现炭的再生。高真空能产生足够大的解吸能量 ， 破坏烃分子和活性炭颗粒问的分子水平粘合。一旦 这种粘合被打破，碳氢化合物片断就会从活性炭颗 粒中释放出来，并通过炭颗粒间的真空从炭床底部 流出。这种再生的现象叫做 “ 解吸” 。 活性炭中解吸出来的碳氢化合物蒸汽被送入 一 个质量转换塔 ，叫做 “ 吸收塔” 。在吸收塔 立 式 中，浓缩碳氢化合物 片断向上运动 ，穿过一 层厚厚 的特殊 的质量转换至 随机填料层 。同时 ， 从油库储藏汽油的 日罐抽到油气 回收装置 中的汽 油 ，流向吸收塔顶部 ，在这里被均匀分配 ，向下 流过填料 。填料为 向下流动的汽油和向上运动的 烃蒸气提供了足够 大的接触表 面积。这种接触使 浓缩的气 相碳 氢化合 物片断在液体汽油 中溶解 ， 这一步 叫做 “ 吸收” 。液体汽油 向下流入吸收塔 底部 ，在这里汽油被收集并抽回到油库 日罐。 日 罐里的汽油被再次 出售 ，实现投资成本的回收。 2 ． 2 ． 2 活性炭吸附剂技术指标 在整套系统中起关键作用的吸附剂为活性炭。 C a l o g n公司生产的活性炭具有比表面积大 ，粒度均 匀 ，具有物理吸附和化学吸附的双重特性 ，活性炭 的内表面积大，吸附的容积率高。C a l o g n公司针对 油气回收的特殊工艺 ，在活性炭的加工过程中采用 相对的处理方法，使活性炭可以有选择的吸附气相 中的烃类物质，而其中的空气成分穿过碳层排到空 气中。当烃类达到饱和时，在真空的条件下 ，很快 的解吸，可逆性强， 使用寿命长， 在没有严重污染 的条件下，使用寿命可 以超过 1 0年 ，在正常使用 的情况下不需要维护和保养。 表 1 活性炭主要技术指标 项 目 质量指标 分析方法 外观 中 6 m m1 0 fi lm 表观密度 ，g ／ 1 0 0 mL 4 0 7 O 粒度分 布 8 me s h s i z e A S T M D 2 8 6 2 水份 ， ％ ≤5 A S T M D 2 8 6 7 强度 ， ％ ≥9 3 AS T M D 3 8 0 2 丁烷工作能力 B WC ， ≥3 1 A S T M D 3 4 6 7 一 9 4 e, ／1 0 0 mL 2 ． 2 ． 3 设 备选 型 真空泵 采用德 国 B u s c h油气 回收专用干式 螺杆真空泵 ，具有结构 紧凑 、布局合理 、占地 面 积小 ，抽速大 、极限真空度高的特点 ，从而使 系 统解吸能力强 ，泵 的本 身有 降温设 计 ，无需再 配 套冷却设施 ，从而可以节约采购成本 ，在设备 的 运行 中节能，降低运营成本 。同时此泵在 E t 常运 行中操作简单 ，与 自控系统连接 ，可以实现 自动 控制 ，无需人员的直接操作 。 日常维护简单 ，使 用寿命长等诸多优点 。 2 0 l 4年第 3 0卷 第 6期 ★ 张 鹏 ．活性 炭吸附油气回收工 艺的应 用 ★ 贫富油泵 考虑中捷石化地处海边 ，空气潮 湿易腐蚀 ，采用 日本尼可尼公司优质油泵 。 仪器仪表 、电动阀 、电磁 阀电动 阀、电磁 阀均采用进 口部件 ，其 中贫富油管线进 出 口均采 用停电 自锁阀，紧急情况下 自动关闭阀门 ，切断 来 回油管线 ，保证设备安全 。 2 ． 2 ． 4操作条件 基本操作条件见表 2 。 表 2 基本操作条件 项 目 操作条件 吸附塔累计容量／ L 1 8 0 吸 附塔压力／ MP a G 一 0 ． 0 8 9～ 0 ． 1 7 吸收塔压力／ MP a G 0 ． 0 9 8 真空泵压力／ MP a G 一 0 ． 0 8 9 供油泵压力／ MP a G O ． 4 回油泵压力／ MP a G O ． 4 尾气放空阻火器压力／ MP a G O ． 1 7 2 ． 2 ． 5 进出口浓度联合监测节能系统 入口浓度监测节能系统 C I S M 与出口浓度监 测节能系统 C E S M 配合使用 ，监测含烃气体人 口 的流量和油气的浓度 ，P L C根据这些数据在线计算 出进入炭床的油气总量。当油气总量未达到设定值 时，油气 回收系统处 于 “ 待机”状态 ，活性炭床 吸附油气 ，而不消耗任何能源 ，当吸附油气 的总量 达到预先设定值时，装置进人全面工作状态，当再 生完成后，系统又切换到被动吸附状态，等待另一 个活性炭床吸附达到设计负荷后重新启动。 2 ． 2 ． 6 运 行效 果 油气 回收系统正常投用后 。从 现场监测数据 来看 ，鹤管发车系统油气泄漏现象明显好转 ，油 气进入收集系统而不是直接排放 ，现场安全隐患 得到了有效治理。油气 回收撬装设备运行不需要 水、汽、风，只需供应设备用电即可。根据 日报 表及 P L C回收数据显示 ，油气 回收装置运行 时， 碳床满 1 8 0 L后解 吸，通 过检测 2 9天数据监测 ， 共发成 品汽油 4 ． 3万 t ，真空泵运行 1 0 5 h ，炭床 运行 1 6 1次 ，回收油 品 2 8 ． 9 8 1T I ，回收率大约在 0 ． 5 ‰左右 ，这与发车系统 的密 闭系统操作有关 ， 密封罩为手动操作 ，受人为因素影响较大。 根据 储油库大气污染物排放标准 G B 2 0 9 5 0 2 0 0 7 ，处理 装 置净 化效 率按 下 面公 式 计算 E [ 1一 1一‘ p C ／ 1 一 P 2 C ] 1 0 0 ％ 式中E 处理装置净化效率 ， ％ ； C 装置进 口油气质量浓度 ，g ／ m L ； ‘ P 装置进 口油气平均体积分数 ， ％； C 装置出 口油气质量浓度 ，g ／ m L ； ‘ P 装置出口油气平均体积分数 ， ％。 实测 ‘ p为 2 0 ％，C 】 为 6 0 01 0 ～ g ／ mL ，C 2 为 11 0～ g ／ mL ，‘ p 2为 0 ． 0 3 4 ％ ，计 算得 E 9 9 ． 8 7 ％。回收率大于 9 5 ％，排放浓度小于 2 5 g ／ m ，满足国家环保要求 ，达到了预期效果。 3 结语 汽油 、苯类油品等在储存 、运输过程中挥发 的油气对环境 、健康和安全产生 的危害越来越引 起人们的重视 。我国于2 0 0 7年 6月发布了 储油 库大气污染物排放标准 G B 2 0 9 5 0 --2 0 0 7 ，并 于 2 0 0 7年 8月 1日开始实施。根据该标 准 的要 求 ，装油时产生的油气应进行密闭收集 和回收处 理。经过 回收处理 的油气排放 浓度要 ≤2 5 g ／ m 非甲烷烃 ，处理效率要 ≥9 5 ％ ，同时，标准规 定 了油气排放控制标准实施区域和时限要求 ，河 北省实施 日期为 2 0 0 8年 5月 1日。 中捷石化前期对上装发车的油气做了密闭收集 工作 ，后续采用美 国乔丹的活性炭吸附技术进行油 气 回收 ，从运行效果来看 ，达到了国家环保要求， 活性炭吸附油气回收工艺在炼油行业值得推广。 上接 第5 8页 的产品分布情况 ； 本没有影响。 参考文献 对催化汽油 、柴油 的性质也 基 『 1 ] 5 如果不选用其他脱硝技术 ，F P D N脱硝 助 剂可以长期应用于催化裂化装置 。 李军令等 ，催化装置再 生烟气 中氮氧化物 的 产 生 与 控 制 ，石 油 化 工 环 境 保 护 ， 2 0 0 5 ，2 8 1 3 4 3 8 ．