鄭宗能　劉迪

摘????? 要：吸收-吸附集成工藝因其有較好的回收效果在油氣回收領(lǐng)域有很多的工業(yè)應(yīng)用。 本文針對(duì)當(dāng)前吸收-吸附集成油氣回收工藝存在的不適用于油氣量少、系統(tǒng)進(jìn)氣不穩(wěn)定等工況和能耗較高的問(wèn)題進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)計(jì)了采用節(jié)能模式和全流程模式交替運(yùn)行的吸收-吸附集成油氣回收工藝。經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，該工藝在運(yùn)行過(guò)程中采用節(jié)能模式和全流程模式交替方式運(yùn)行，從而大幅降低系統(tǒng)綜合能耗，可以很好地控制運(yùn)行成本，具有更好的應(yīng)用前景。

關(guān)? 鍵? 詞：集成工藝;油氣回收;工藝優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ 062?????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A?? ???文章編號(hào)： 1671-0460（2020）07-1475-04

Optimization of Oil and Gas Recovery Process

Based on Absorption-Adsorption Integration Technology

ZHENG Zong-neng， LIU Di

（Kelamay Vocational & Technical College， Kelamay Xinjiang 834000， China）

Abstract： The absorption-adsorption integrated process has many industrial applications in the field of oil and gas recovery because of its good recovery effect. The current absorption-adsorption integrated process has many process defects， such as not suitable for low import flow， unstable inlet flow and high energy consumption. To deal with these problems， the process has been optimized. A semi-process and full-process alternate mode was designed for absorption-adsorption integrated oil and gas recovery process. Optimized process can run in half-flow and full-flow alternate mode during operation， which will reduce the energy consumption and adapt to more conditions. The optimized process has better application prospect.

Key words： Integrated technology; Oil vapor recovery; Technological process

隨著我國(guó)油氣儲(chǔ)存與運(yùn)輸行業(yè)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)過(guò)程中油氣蒸發(fā)損耗所帶來(lái)的問(wèn)題也越來(lái)越受關(guān)注^[1-3]。油氣回收是減少油氣蒸發(fā)損耗比較理想的控制技術(shù)^[4-5]。當(dāng)前，基于集成工藝的油氣回收技術(shù)在油氣回收工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用^[6-8]。吸收-吸附集成工藝因其有較好的回收效果在油氣回收領(lǐng)域有很多的工業(yè)應(yīng)用^[9-10]。該工藝采取在吸收塔后面增加一個(gè)吸附塔，將出口尾氣通入吸附塔進(jìn)行深度吸附后達(dá)標(biāo)排放^[11]。該集成工藝相比于比單一吸收法有更高的回收效率，比單一吸附法有更高的安全性，綜合效益顯著^[12]。但目前的吸收-吸附集成油氣回收工藝適合應(yīng)用于油氣處理量大的工況，對(duì)于油氣處理量少、系統(tǒng)進(jìn)氣不穩(wěn)定、進(jìn)口油氣濃度小等工況時(shí)效果不是很理想。同時(shí)，當(dāng)前工藝一般吸收過(guò)程與解吸過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，能耗相對(duì)比較高。本文針對(duì)當(dāng)前吸收-吸附集成油氣回收工藝存在的不適用于油氣量少、系統(tǒng)進(jìn)氣不穩(wěn)定等工況、能耗較高的問(wèn)題進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一套適用于全工況、低能耗的新型吸收-吸附集成技術(shù)的油氣回收工藝。

1 ?吸收-吸附集成油氣回收工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)當(dāng)前吸收-吸附集成油氣回收工藝存在的不適用于油氣量少、系統(tǒng)進(jìn)氣不穩(wěn)定等工況、能耗較高的問(wèn)題，從油氣的回收效果和經(jīng)濟(jì)角度考慮，對(duì)吸收-吸附集成技術(shù)的油氣回收工藝進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.1? 工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

在優(yōu)化工藝中創(chuàng)新性地將整套油氣回收系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)成節(jié)能模式和全流程模式交替循環(huán)運(yùn)行。

該工藝中節(jié)能模式運(yùn)行時(shí)吸收和吸附過(guò)程運(yùn)行，解吸操作暫不啟動(dòng)。油氣從底部進(jìn)入，與從塔頂噴淋下的吸收劑逆向進(jìn)行吸收過(guò)程，吸收劑通過(guò)溶劑泵加壓后輸送到吸收塔上部進(jìn)口處。在吸收塔中大部分的油氣被吸收，從塔頂排出的含有少量油氣的尾氣進(jìn)入吸附塔進(jìn)行吸附，再次降低尾氣中油氣濃度，尾氣達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)后排入大氣中。此時(shí)，回收系統(tǒng)僅僅打開(kāi)風(fēng)機(jī)、溶劑泵，而真空泵、富油泵、貧油泵處于關(guān)停狀態(tài)。

當(dāng)節(jié)能流程模式運(yùn)行到計(jì)算時(shí)間值或達(dá)到一定的進(jìn)氣量時(shí)，整套回收裝置可自動(dòng)或手動(dòng)切換為全流程模式運(yùn)行。此時(shí)，解吸操作開(kāi)啟，解吸塔中的富吸收劑和吸附塔中的富吸附劑開(kāi)始解吸操作，即吸收油氣后的富吸收劑在真空解吸塔中進(jìn)行解吸再生。通過(guò)設(shè)計(jì)兩個(gè)吸附塔的設(shè)置，吸附塔可以交替進(jìn)行吸附和解吸操作，從吸收劑解吸塔和吸附塔中解吸出來(lái)的油氣由回收塔底部進(jìn)入回收塔中，使用汽油對(duì)油氣進(jìn)行吸收回收，未被回收的油氣回到吸收塔循環(huán)吸收。此時(shí)，回收系統(tǒng)全部動(dòng)力設(shè)備（即風(fēng)機(jī)、溶劑泵、真空泵、富油泵、貧油泵）處于運(yùn)行狀態(tài)。

當(dāng)全流程模式運(yùn)行到設(shè)定時(shí)間后，停止解吸及回收操作，切換回節(jié)能操作模式運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能模式和全流程模式的交替循環(huán)操作。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，可以依據(jù)流量計(jì)進(jìn)口的油氣和空氣的混合氣累積體積量，適當(dāng)調(diào)整切換節(jié)能模式和全流程模式的設(shè)定時(shí)間。

通過(guò)優(yōu)化后的工藝在節(jié)能模式操作運(yùn)行時(shí)，只進(jìn)行油氣吸收和吸附操作，油氣解吸和回收單元操作不啟用。全流程模式操作運(yùn)行時(shí)，整套油氣回收系統(tǒng)所有的單元操作同時(shí)開(kāi)啟運(yùn)行。油氣回收系統(tǒng)按設(shè)定運(yùn)行時(shí)間或按進(jìn)入系統(tǒng)的油氣和空氣的混合氣累積體積量而自動(dòng)或手動(dòng)選定節(jié)能模式回收工藝或全流程模式回收工藝。由于采用節(jié)能模式和全流程模式交替循環(huán)運(yùn)行，該套裝置可以很好地適用于油氣進(jìn)口氣量較少及進(jìn)口氣體流量不穩(wěn)定的工況，也適合處理進(jìn)口油氣流量大的工況，而且能夠降低裝置整體的運(yùn)行能耗，大幅減少了運(yùn)行成本。

1.2? 工藝優(yōu)化

1.2.1 ?工藝流程優(yōu)化設(shè)計(jì)

該工藝流程如圖1所示，流量計(jì)1出口端與風(fēng)機(jī)2進(jìn)口端相連接，風(fēng)機(jī)2出口端與吸收塔3下部的進(jìn)氣口端相連接;吸收塔3頂部（出氣端）連接至吸附塔10、11下部，上部連接到溶劑泵4的出口端，底部連接至解吸塔5;吸附塔10、11的底部連接至真空泵6的進(jìn)口端;解吸塔5在下部與吸收劑泵4相連接，真空泵6進(jìn)口與解吸塔5相連;真空泵6出口與汽油回收塔7相連接;汽油回收塔7在底部與富油泵8相連接，貧油泵9出口與汽油回收塔7上部連接，處理后的尾氣從上部出口輸送至吸收塔3重新吸收。

1-流量計(jì);2-風(fēng)機(jī);3-油氣吸收塔;4-吸收劑泵;5-吸收劑解吸塔;6-真空泵;7-油氣回收塔;8-富吸收劑泵;9-貧吸收劑泵;10、11-油氣吸附塔;12-19-控制閥。

1.2.2 ?解吸塔工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

工藝中解吸塔5為關(guān)鍵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

解吸塔5為立式解吸塔，其直徑根據(jù)油氣回收系統(tǒng)的處理量而定，一般可設(shè)計(jì)為?800～3 000 mm。解吸塔5的頂蓋中央設(shè)有直徑為?80～150 mm的吸收劑回流口20，頂蓋側(cè)部設(shè)有直徑為?150～300 mm的解吸油氣出口21。該出口中應(yīng)設(shè)有除霧及除沫的構(gòu)件，如圖2中的除霧器22。在解吸塔5的下部側(cè)面設(shè)有與回流口20相同直徑的另一吸收劑回流口24。在解吸塔5的底蓋側(cè)部設(shè)有與回流口20相同直徑的吸收劑出口25。吸收劑出口25應(yīng)伸入塔內(nèi)100～200 mm。解吸塔5的底蓋中央設(shè)有直徑為?25～50 mm的排凝口26。在解吸塔5內(nèi)部設(shè)有4～7層塔板23，各層塔板間隔距離為100～250 mm。塔板使用花紋鋼板或花紋不銹鋼板制成。每塔板上設(shè)有若干個(gè)溢流小管，如圖2中的溢流小管28。溢流小管28直徑為?15～30 mm，管口離塔板面為5～10 mm（即伸出塔板5～10 mm高）。每層塔板上設(shè)置的溢流小管的總截面積為解吸塔5截面積的5%～8%（即開(kāi)孔率）。每層塔板中央都開(kāi)有一個(gè)直徑?10 mm的排凝孔，如附圖2中的排凝孔29。每相鄰兩層塔板的溢流小管口應(yīng)錯(cuò)開(kāi)布置，以免有一些吸收劑從上到下從各層塔板的溢流小管直接穿過(guò)流下，而沒(méi)有在各塔板上稍微停留。

在節(jié)能模式操作運(yùn)行時(shí)，吸收塔3中的液位應(yīng)比解吸塔5中的液位略高，以使吸收塔3中的吸收劑能夠自流回到解吸塔5中。真空泵6的選取，應(yīng)根據(jù)處理的油氣或其他有機(jī)廢氣成分，來(lái)選擇液環(huán)真空泵或干式真空泵。如選用液環(huán)真空泵，還要配套選用一個(gè)高效液氣分離器，同時(shí)其密封液應(yīng)選用不與油氣互溶、難揮發(fā)、低黏度的液體。如回收汽油油氣時(shí)，可選用乙二醇做密封液。為了使解吸塔5、吸附塔10（或11）的真空度保持（控制）穩(wěn)定，以及保護(hù)真空泵6不會(huì)處于超真空狀態(tài)運(yùn)行，可以選用變頻真空泵，通過(guò)解吸塔5、吸附塔10（或11）中的真空度來(lái)自動(dòng)變頻控制真空泵6的抽氣量。為了使吸收塔3、解吸塔5中的吸收劑液位保持（控制）穩(wěn)定，可以選用變頻溶劑泵，通過(guò)解吸塔5或吸收塔3中的液位來(lái)自動(dòng)變頻控制溶劑泵4的輸送流量。為了使回收塔7的液位保持（控制）穩(wěn)定，可以選用變頻富油泵、變頻貧油泵，通過(guò)回收塔7中的液位來(lái)自動(dòng)變頻控制富油泵8、貧油泵9的輸送流量。為了不對(duì)油氣集氣系統(tǒng)中油氣和空氣的混合氣過(guò)分引流，可以選用變頻風(fēng)機(jī)，通過(guò)風(fēng)機(jī)2入口的壓力或真空度來(lái)自動(dòng)變頻控制風(fēng)機(jī)2的抽氣量。

2? 吸收-吸附集成工藝優(yōu)化運(yùn)行簡(jiǎn)介

優(yōu)化后的工藝流程中主要設(shè)備包括：流量計(jì)、風(fēng)機(jī)、油氣吸收塔、活性炭吸附塔、吸收劑泵、真空泵、富吸收劑解吸塔、汽油回收塔等。利用裝置進(jìn)口集氣系統(tǒng)，將待回收處理的油氣傳輸?shù)交厥昭b置中，使用流量計(jì)記錄進(jìn)口氣的體積流量及累積體積。整套油氣回收系統(tǒng)工藝流程根據(jù)實(shí)際工況按節(jié)能模式和全流程模式循環(huán)交替運(yùn)行。

2.1? 節(jié)能模式油氣回收運(yùn)行工藝

油氣收集系統(tǒng)收集到的油氣和空氣的混合氣經(jīng)流量計(jì)1后，由風(fēng)機(jī)2將其輸送到吸收塔3底部，進(jìn)入塔中?；旌蠌U氣從吸收塔3底部進(jìn)入塔中，在吸收塔中油氣與貧吸收劑逆向接觸開(kāi)始吸收。貧吸收劑通過(guò)泵4加壓后從吸收塔上部進(jìn)入。在節(jié)能模式回收工藝中，解吸塔5內(nèi)部壓力為常壓或略低于常壓，此時(shí)控制閥19開(kāi)啟，吸收塔3中吸收油氣后的吸收劑通過(guò)閥19經(jīng)由解吸塔5下部的回流口24自流回到解吸塔5。經(jīng)吸收塔3吸收后的含有少量油氣的尾氣進(jìn)入吸附塔10進(jìn)行深度吸附，然后含少量油氣的尾氣從吸附塔10頂部排入大氣中。此時(shí)控制閥12、16開(kāi)啟，控制閥13、14、15、17關(guān)閉，當(dāng)吸附塔10吸附到一定時(shí)間后（即吸附達(dá)到穿透點(diǎn)后），控制閥15、17開(kāi)啟，控制閥12、16關(guān)閉，尾氣切換進(jìn)入吸附塔11繼續(xù)進(jìn)行深度吸附。

解吸過(guò)程是整個(gè)吸收-吸附集成油氣回收工藝主要的耗能單元。在節(jié)能模式操作工藝時(shí)，解吸單元操作不啟動(dòng)，富吸收劑解吸塔和吸附塔單元解吸都不運(yùn)行，這可以結(jié)合實(shí)際運(yùn)行工況，減少整套裝置的總體運(yùn)行能耗，降低生產(chǎn)成本。

2.2? 全流程模式油氣回收工藝

當(dāng)節(jié)能流程模式運(yùn)行到計(jì)算設(shè)定的時(shí)間值或達(dá)到一定的進(jìn)氣量時(shí)，整套回收裝置可自動(dòng)或手動(dòng)切換為全流程操作模式運(yùn)行。

油氣收集系統(tǒng)收集到的油氣和空氣的混合氣經(jīng)流量計(jì)1后，由風(fēng)機(jī)2將其輸送到吸收塔3底部，進(jìn)入塔中。該混合氣從吸收塔3底部進(jìn)入塔中，其中大多數(shù)的油氣被從塔頂噴淋下的貧吸收劑所吸收。該貧吸收劑是由溶劑泵4提升到吸收塔的頂部。在全流程模式回收工藝中，由于解吸塔5處于真空解吸狀態(tài)，此時(shí)控制閥19關(guān)閉，控制閥18開(kāi)啟，吸收塔3中吸收油氣后的吸收劑經(jīng)過(guò)閥18從頂部流入解吸塔5中。吸收油氣后的吸收劑從解吸塔5上端自上而下流經(jīng)塔內(nèi)的塔板23時(shí)，由于此時(shí)解吸塔5處于高真空狀態(tài)，所以在吸收劑下流的過(guò)程中，其所吸收的油氣被解吸出來(lái)。解吸塔5的真空度是由真空泵6抽氣來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在解吸塔5進(jìn)行真空解吸再生的同時(shí)，控制閥13開(kāi)啟，控制閥12、16關(guān)閉，對(duì)吸附塔10中的吸附劑進(jìn)行高真空解吸。當(dāng)吸附塔10中的吸附劑解吸完成后，控制閥13關(guān)閉，控制閥10、12打開(kāi)。從吸收塔3頂部出來(lái)的尾氣重新切換進(jìn)入吸附塔10中而深度吸附回收。此時(shí)，關(guān)閉控制閥15、17，打開(kāi)控制閥14，對(duì)吸附塔11中的吸附劑進(jìn)行高真空解吸。吸附塔10、11就是這樣循環(huán)切換而實(shí)現(xiàn)吸附-解吸，從而保證油氣回收系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。吸附塔10或11的真空度也是由真空泵6抽氣來(lái)實(shí)現(xiàn)的。真空泵6將從解吸塔5和吸附塔10（或11）解吸出來(lái)的高濃度油氣送入回收塔7底部。該油氣在回收塔7中向上流動(dòng)的過(guò)程中，被來(lái)自貧油泵9打來(lái)的貧汽油所噴淋吸收回收，吸收油氣后的富汽油經(jīng)富油泵8輸出到指定儲(chǔ)罐或管線(xiàn)，未被汽油吸收的少量油氣回到吸收塔3而被循環(huán)吸收。

當(dāng)全流程操作模式運(yùn)行到設(shè)定時(shí)間后或處理的油氣進(jìn)量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，可自動(dòng)切換回節(jié)能模式運(yùn)行，此時(shí)整套裝置的解吸操作單元不運(yùn)行。

3? 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)當(dāng)前吸收-吸附集成油氣回收工藝存在的問(wèn)題，進(jìn)行了工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后的工藝采用節(jié)能模式和全流程模式循環(huán)交替運(yùn)行，不僅適用于不同油氣進(jìn)量和進(jìn)氣不穩(wěn)定的工況，同時(shí)也適合于大油氣進(jìn)量的工況。優(yōu)化后的油氣回收工藝可以根據(jù)不同工況，在運(yùn)行過(guò)程中采用節(jié)能模式和全流程模式循環(huán)交替運(yùn)行，從而大幅降低系統(tǒng)綜合能耗，可以很好地控制運(yùn)行成本，具有更好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

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基金項(xiàng)目：新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金青年基金（項(xiàng)目編號(hào)：2018D01B40）。

收稿日期：2020-03-27

作者簡(jiǎn)介：鄭宗能（1987-），男，江西上饒人，講師，碩士研究生，2013年畢業(yè)于常州大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：油氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)。

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