金俊杰

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046000)

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山西潞安180示范項(xiàng)目油氣回收裝置工藝分析

金俊杰

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046000)

山西潞安180示范一體化項(xiàng)目石油產(chǎn)品包括液化氣、石腦油及柴油。石腦油、柴油產(chǎn)品采用內(nèi)浮頂罐儲(chǔ)存。其中，石腦油飽和蒸汽壓較大，其裝載系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置油氣回收裝置。本項(xiàng)目油氣回收裝置采用冷凝、膜分離、吸附的組合工藝，處理效率≥99%，經(jīng)濟(jì)效益較好，年回收油品價(jià)值約120萬(wàn)元。

石腦油；油氣回收；冷凝；膜分離；吸附

1 概述

液體物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)是山西潞安高硫煤清潔利用油化電熱一體化示范項(xiàng)目(簡(jiǎn)稱潞安180示范項(xiàng)目)的配套工程，主要負(fù)責(zé)儲(chǔ)存、裝卸和輸送本項(xiàng)目全廠工藝裝置的液體產(chǎn)品、化學(xué)原料和中間原料。

潞安180示范項(xiàng)目主要石油產(chǎn)品包括液化氣、石腦油及柴油等。石油產(chǎn)品儲(chǔ)存于液體物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)儲(chǔ)罐區(qū)，并通過(guò)汽車或火車外運(yùn)出售。該項(xiàng)目石腦油產(chǎn)品儲(chǔ)存于內(nèi)浮頂罐(4×10 000 m3)，年周轉(zhuǎn)量為25.5萬(wàn)t，通過(guò)汽車(2鶴位)和火車(6鶴位)外運(yùn)。根據(jù)《油品裝載系統(tǒng)油氣回收設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50759-2012要求[1]，石腦油裝載系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置油氣回收裝置，對(duì)汽車裝車及火車裝車尾氣進(jìn)行回收處理。

油氣回收裝置常采用的回收方法包括膜分離法、冷凝法、吸附法和吸收法等，或其中若干種方法的組合工藝。潞安180示范項(xiàng)目液體儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)采用冷凝、膜分離、吸附的組合工藝進(jìn)行油氣回收，預(yù)計(jì)將達(dá)到較好的回收效果。

2 油氣回收裝置簡(jiǎn)介

潞安180示范項(xiàng)目液體儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)油氣回收裝置采用冷凝、膜分離、吸附的組合工藝。3種方法由于其自身特點(diǎn)，均有一定的局限性。

冷凝法[2-3]油氣回收工藝是依據(jù)油氣組分的基本熱力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，采用烴類物質(zhì)在不同溫度下的蒸汽壓差異，通過(guò)降溫使油氣中一些烴類蒸汽壓達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，過(guò)飽和油氣組分產(chǎn)生相變，從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，得到液態(tài)石腦油。冷凝法是一次性工藝可完成對(duì)油氣回收利用的唯一方法，而且能夠產(chǎn)生可以計(jì)量的回收石腦油。由于冷凝溫度的限制，冷凝后的油氣濃度較高，尾氣較難達(dá)到排放要求。

膜的種類有玻璃態(tài)、橡膠態(tài)等多種。膜的分離技術(shù)原理主要是“溶解—擴(kuò)散”機(jī)理，即，油氣和空氣混合氣體經(jīng)加壓后送至膜分離器，在對(duì)油氣有選擇性的薄膜上，油氣分子首先被吸附并溶解于膜的高壓側(cè)表面，然后借助濃度梯度在膜中擴(kuò)散，最后從膜的低壓側(cè)解吸出來(lái)，空氣則滯留在膜的表面，從而實(shí)現(xiàn)油氣和空氣的分離。按照這一說(shuō)法，油氣空氣混合氣被分離成兩股物流，一股貧油氣的滯留物流，另一股富油氣的穿透物流。貧油氣的滯留物流作為凈化氣體排放，而富油氣的穿透物流作為回收物。

吸附法[2]是將收集的石腦油油氣送進(jìn)吸附罐內(nèi)，以活性炭或分子篩沸石或硅膠等有豐富孔容的吸附劑將油氣先儲(chǔ)存起來(lái)，讓空氣排放。待油氣吸附量達(dá)到一定程度，再脫附取出油氣成分。脫附油氣的方法有高溫水蒸氣沖刷或抽真空的方式。如果以水蒸氣脫附，脫附的油氣混入凝結(jié)水中，需要進(jìn)行油水分離處理。如果抽真空脫附，脫附出來(lái)的只是氣態(tài)富集油氣，要使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，還需要采用冷凝或噴淋冷石腦油的方法作二次處理。

表1對(duì)3種方法處理效果進(jìn)行比較。

圖1為各處理方法廠家返回的實(shí)測(cè)處理效果圖。

圖1 3種方法處理效果分析

圖1比較結(jié)果如下：

1) 冷凝工藝在進(jìn)氣總烴達(dá)到40%～50%以上的條件下，其綜合效率是最高的；隨著進(jìn)氣濃度的下降，綜合效率下降速率較快。因此，冷凝工藝適宜應(yīng)用在總烴摩爾分?jǐn)?shù)能夠達(dá)到40%～50%及以上的尾氣工況條件下。同時(shí)，冷凝溫度應(yīng)該根據(jù)所處工藝條件進(jìn)行選擇。

表1 3種油氣回收方法的比較

2) 膜分離工藝由于膜組件疊加所造成的運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)變化較小，在能效圖上表現(xiàn)出較為平均的效果。因此，該工藝可充分發(fā)揮自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)，形成良好的上下游工藝的鏈接，體現(xiàn)出整體效果。該方法需與其余方法結(jié)合，無(wú)法得到液態(tài)油品。

3) 吸附工藝受吸附劑吸附容量的限制，在低總烴濃度段能夠充分發(fā)揮其提濃的效果。而且，隨著吸附劑性能的不斷提升和開(kāi)發(fā)，一方面，表現(xiàn)在吸附能力增加，使得尾氣排放指標(biāo)更為優(yōu)良；另一方面，由于脫附能力的提升，擴(kuò)展了吸附工藝的適宜范圍，并降低了脫附能耗。

綜上所述，冷凝法適合于濃度較高的進(jìn)氣初步處理，能迅速降低油氣濃度；吸附工藝對(duì)于較低濃度油氣處理有較高效率，應(yīng)設(shè)置在系統(tǒng)尾部；膜分離對(duì)油氣濃度適應(yīng)性較好，但無(wú)法直接得到液態(tài)產(chǎn)品，適合于作為冷凝法和吸附工藝的中間連接工藝。本項(xiàng)目油氣回收裝置采用組合工藝，根據(jù)油氣濃度不同選用最為合適的工藝方法處理。根據(jù)目前該組合工藝裝置實(shí)際運(yùn)行效果，處理效率≥99%。

3 工藝流程

本項(xiàng)目油氣回收裝置采用冷凝、膜分離及吸附組合工藝處理。高濃度油氣首先由冷凝工藝處理，冷凝將回收得到大部分液態(tài)油品及低濃度的油氣；低濃度油氣通過(guò)膜進(jìn)行分離，出膜后得到較低濃度的油氣；最后，較低濃度油氣通過(guò)吸附塔吸附后，尾氣達(dá)標(biāo)排放。

圖2為本項(xiàng)目的油氣回收工藝流程圖。當(dāng)有油氣進(jìn)入設(shè)備，設(shè)備通過(guò)對(duì)泵的信號(hào)采集將自動(dòng)開(kāi)啟。當(dāng)油氣進(jìn)入設(shè)備之后，將經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)增壓至0.75 MPa。然后，通過(guò)預(yù)冷器進(jìn)行預(yù)冷。預(yù)冷器中的冷源是冷凝器中未冷凝的低濃度油氣。經(jīng)過(guò)預(yù)冷的油氣將會(huì)再次進(jìn)入冷凝器進(jìn)行冷凝，溫度達(dá)到1 ℃～5 ℃時(shí)，會(huì)有50%～70%的油氣被冷凝成液體進(jìn)去儲(chǔ)油罐。而未冷凝的氣體作為冷源進(jìn)入預(yù)冷器，在預(yù)冷器中的低濃度油氣將會(huì)有10 ℃～20 ℃的溫升。

圖2 油氣回收裝置工藝流程圖

然后，進(jìn)入膜分離組件進(jìn)行分離。膜分離器中滲透氣富含有機(jī)組分氣體返回壓縮機(jī)入口復(fù)疊處理，透余氣中有機(jī)氣體摩爾分?jǐn)?shù)小于1%，進(jìn)入吸附罐吸附，從而達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)排放。2個(gè)吸附罐根據(jù)吸附時(shí)間自動(dòng)切換吸附及解吸運(yùn)行狀態(tài)，解吸氣體通過(guò)真空泵回到壓縮機(jī)入口重新處理。當(dāng)入口氣體壓力到達(dá)低值后，回收裝置自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。其中，制冷壓縮機(jī)根據(jù)儲(chǔ)能罐中冷媒水的溫度自動(dòng)開(kāi)停。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

本項(xiàng)目共采購(gòu)了2套油氣回收裝置，處理量分別為200、400 m3/h，石腦油年裝載量為25.5萬(wàn)t。

表2為供貨商根據(jù)用戶反饋提供的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)可以看出，一般情況下，該油氣回收裝置回收成本需2 a～3 a。

表2 油氣回收裝置應(yīng)用實(shí)例

本項(xiàng)目由于汽車裝卸棧臺(tái)與火車裝卸棧臺(tái)距離較遠(yuǎn)，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置了2套油氣回收裝置。通過(guò)分析比較，潞安180示范項(xiàng)目采購(gòu)的冷凝、膜分離及吸附組合工藝油氣回收裝置每年回收油品價(jià)值約為120萬(wàn)元，預(yù)計(jì)4 a后能夠回收設(shè)備投資成本。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的逐漸加強(qiáng)，《儲(chǔ)油庫(kù)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[4](GB 20950-2007) 、《油品裝載系統(tǒng)油氣回收設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50759-2012)等標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范相繼頒布和實(shí)施，石油化工企業(yè)、石油及液體化工品庫(kù)內(nèi)的汽油、石腦油、航空煤油、溶劑油、芳烴或類似性質(zhì)油品的裝載系統(tǒng)均應(yīng)設(shè)置油氣回收系統(tǒng)。

本示范項(xiàng)目采購(gòu)的油氣回收裝置采用了冷凝、膜分離、吸附組合工藝，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，處理效率≥99%，高于GB 20950-2007要求(處理效率≥95%，油氣排氣質(zhì)量濃度≤25 g/m3)。該油氣回收裝置有較好的經(jīng)濟(jì)效益，年回收油品價(jià)值約120萬(wàn)元。

[1] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.油品裝載系統(tǒng)油氣回收設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50759-2012[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[2] 劉建華.冷凝和吸附組合工藝油氣回收裝置的應(yīng)用及優(yōu)化[J].石油庫(kù)與加油站,2015(24):19.

[3] 王蒙，王鐵軍，楊葉，等.冷凝法油氣回收工藝優(yōu)化[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2013,32(3):329-333.

[4] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.儲(chǔ)油庫(kù)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：GB 20950-2007[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

Process analysis on VRU (vapor collecting system) in annual production-180 ton demonstration project of Shanxi Lu'an Group

JIN Junjie

(Shanxi Lu’an Coal-Based Clean Energy Co., Ltd., Changzhi Shanxi 046000, China)

The annual-production-180 tons demonstration project produces a variety of products including liquefied gas, naphtha and diesel. The naphtha and diesel are stored by floating roof tank. Because the saturation vapor pressure of naphtha is higher, the recycle equipment is required in the loading system. The recycle equipment including combined technologies of condensation, adsorption, membrane separation and so on. The equipment efficiency of the recycle device is higher than 90% and brings good economic benefits about 1.2 million yuan to the company.

naphtha; VRU(vapor collecting system); condensation; membrane separation; absorption

2016-07-18

金俊杰，男，1987年出生，2010年畢業(yè)于吉林化工學(xué)院，助理工程師，現(xiàn)從事煤化工生產(chǎn)工作。

專題討論

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.18

TQ547；TE86

A

1004-7050(2016)05-0065-03