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油氣回收方法的分析與比較
點擊次數(shù):7304  更新時間:2017-06-10  【打印此頁】  【關閉

目前,油氣回收方法主要有四種:活性炭吸附法;吸收法;膜分離法;冷凝法;

1. 活性炭吸附法油氣回收技術
儲運過程產(chǎn)生的含烴氣體通過活性炭吸附劑床層,其中的烴類被吸附劑吸附,吸附過程在常溫常壓下進行。吸附劑達到一定的飽和度后,進行抽真空減壓再生,再生過程中脫附出的油氣再用油品進行吸收,吸收后的貧氣再返回到吸附過程進行吸附。
主要工藝單元包括:油氣收集、吸附過程、再生過程、壓縮過程、吸收過程、換熱和密封。吸附法的最大優(yōu)點就是可以通過改變吸附和再生運行的工作條件來控制出口氣體中油氣的濃度。缺點是,工藝復雜、吸附床層易產(chǎn)生高溫熱點(實驗室試驗已證明)。三苯易使活性炭失活;失活活性炭的處理問題。國內(nèi)尚未有國產(chǎn)的工業(yè)裝置運行,有四套進口的裝置在石油庫運行,裝置購置費用高。

      工藝流程:在裝車地點產(chǎn)生的油氣通過密閉鶴管進入油氣回收裝置。在油氣進入裝置之前,先通過一個排水罐以保證不含汽油的油氣微粒進入碳床。另外,油氣母管上還設有PVV(真空/壓力閥)緊急出口,可以確保裝置在停工狀態(tài)下將油氣母管內(nèi)的油氣釋放。PVV緊急出口或其他緊急出口應該配有相應的阻燃阻火栓。
回收裝置由2個碳床組成,一個通過閥門連接在油氣進入管上,處于“吸附”狀態(tài),另一個則通過真空泵進行“再生”。兩個炭床同時工作,保證對源源不斷進入裝置的油氣及時進行回收處理。即:一個炭床用于吸附油氣中的烴,另一個炭床則將吸附的烴通過真空泵排出;當?shù)谝粋€炭床的吸附烴達到飽和后,立即轉入“再生”操作(即脫附階段),而在此之前已排空的第二個碳床進入下一個階段的“吸附”狀態(tài)。
活性炭的再生需要通過兩個階段完成。首先,活性炭容器內(nèi)被抽真空,所吸附的烴從炭床中分離出來,使大部分烴被脫附。然后,為了保證炭床中的烴被盡可能徹底地清除干凈,有必要引入少量空氣對碳床上可能殘留的烴進行吹掃。本裝置采用的真空泵是液環(huán)泵。需要一個液氣分離罐和一個換熱器。真空泵的封液是乙二醇和水的混合物。換熱器的標準選配媒介是汽油或其他種類的冷凝液。
在分離罐中,高濃度的烴氣進入吸收噴淋塔。從汽油儲罐中抽出來汽油自塔的頂部噴淋下來,與自下而上純烴氣混合,由此實現(xiàn)烴在汽油中的吸收。
全套裝置具有自動節(jié)能功能:如果裝車停止,所有裝置都處于待命操作狀態(tài)。處于待命狀態(tài)的裝置可以隨時啟動。真空泵每隔一段時間就自動啟動一次,以保持碳床的干凈和活性炭的活性。當下次裝車開始時,全套裝置自動啟動。
評述
活性炭吸附法油氣回收裝置,是歐美現(xiàn)在流行的技術,其最大的特點是,通過改變裝置運行條件,可控制出口氣體中烴的濃度,達到不同的排放標準要求。
通常情況下,每回收1升汽油消耗0.15~0.2度電。平均每年的運行成本為16萬元人民幣。根據(jù)我們在實驗室的吸附劑篩選研究,活性炭是專門制造的,非一般的活性炭。目前,市面上銷售的活性炭均達不到其吸附和脫附的性能。吸附過程是一個物理的放熱過程,在對高濃度的油氣進行吸附,炭層的溫升很快,溫度也很高,實驗室進行的吸附劑篩選試驗結果也證明了這一點。L×D為250×40mm的吸附柱在室溫下進行吸附,僅幾分鐘,炭層的溫度達到80~90℃。所以,日本政府從安全的角度考慮,嚴禁使用可燃性的活性炭做為油氣回收的吸附劑。此外,根據(jù)實驗室的試驗結果及有關的報道,采用抽真空解吸的方法再生活性炭,三苯的脫附是有問題的,三苯在活性炭上的吸附,將最終導致活性炭的失活。目前,國內(nèi)活性炭吸附裝置尚未得出活性炭壽命情況的數(shù)據(jù)。采用吸附的方法回收油氣,不能直觀地看到回收物。而對失活的活性炭怎樣處理也是將面臨的問題。由于炭層高度對油氣通過炭層有壓力損失,對鶴管的密閉提出更高的要求。
應用情況
目前國內(nèi)建5套活性炭吸附油氣回收裝置,其中4套為美國喬丹公司的產(chǎn)品,1套為庫索深的產(chǎn)品。北京燕山鐵路裝車用的油氣回收裝置使用情況尚可。北京黃村油庫、上海楊浦油庫的裝置因鶴管密閉和油氣收集系統(tǒng)的問題,裝置的實際運行效果未達到預期的效果。上海閔行油庫的喬丹裝置因鶴管的密閉問題未得到解決,尚未正常開工運行。同樣,裝置建立已兩年多的烏魯木齊石化裝置也因鶴管密閉和收集系統(tǒng)的未完善,至今閑置。日本禁止使用膜分離法和活性炭吸附法油氣回收技術。其《東京都條例》規(guī)定油氣濃度≥1vol%,禁止使用可燃性活性炭吸附劑。日本的吸附法油氣回收裝置,初期使用單一硅膠吸附劑,然后又改為床層內(nèi)充填不同硅膠吸附劑,目前改為吸附塔內(nèi)分層充填硅膠和活性炭吸附劑。

2.吸收法油氣回收技術
吸收法回收油氣大體上有兩種吸收劑,油品和專用吸收劑。國內(nèi)建有柴油吸收和專用吸收劑的工業(yè)裝置,基本原理是:油氣進入吸收塔,被從塔頂噴淋的吸收劑吸收。在真空解吸罐,通過真空抽吸,將溶于吸收劑中的油氣解吸。再生的吸收劑用泵送至吸收塔循環(huán)使用。解吸的油氣被真空泵送至再吸收塔,被塔頂噴淋下來的貧油(汽油)吸收,未被吸收的少量油氣進吸收塔再次吸收。
九江石化上了一套專用吸收劑的油氣吸收裝置,標定的結果為:油氣的去除率89%,根據(jù)測算,去除率小于90%的油氣回收裝置,其出口氣體中非甲烷總烴的濃度大于80g/m3。
      工藝流程:裝車油氣在微正壓作用下,自罐車密閉蓋出氣口經(jīng)外網(wǎng)管線進入吸收塔,在吸收塔填料層中與塔頂噴淋下來的專用吸收劑逆向接觸,吸收劑將烴類油氣選擇吸收,實現(xiàn)裝車油氣中烴類與空氣的分離,未被吸收劑吸收的氣體經(jīng)阻火器排放。吸收劑在壓差的作用下進入真空解吸罐,真空條件下解吸出被吸收的油氣,吸收劑在真空解吸罐中實現(xiàn)了再生。解吸出的油氣有真空機組輸送到在吸收塔,用成品油充分吸收后輸送至成品油儲罐,實現(xiàn)油氣回收。再吸收塔中未被吸收的油氣從再生塔頂返回到吸收塔,再次被吸收劑吸收。
評議
從裝置的標定結論看出了問題,裝置回收率標定值為95.63%,而監(jiān)測的尾氣排放濃度為5.88g/m3,反算油氣進口濃度為134.55g/m3,會上曾就此問題向對方提出,解釋為冬季測定結果。該數(shù)值明顯偏低,經(jīng)分析認為,有幾種可能:1.測定方法的問題;2.油氣密閉收集有問題;3.隨意的編造。
由于吸收過程是對全部油氣的吸收,因此第一個吸收塔的規(guī)模很大,將需要很大的空間。吸附法僅是對再生過程產(chǎn)生的氣體進行吸收,氣體量小。
從工藝的過程來看,根據(jù)氣液平衡的原理,吸收劑將不斷消耗,需要不斷補充的。
根據(jù)九江同樣裝置的運行效果來看,90%回收率已是該工藝的極限,因此推斷,在油氣密閉和收集完好的情況下,裝置排出尾氣的濃度應大于80g/m3。體積濃度在1%以上。這也是為什么排氣出口氣體需要設置鼓風機對氣體稀釋排放。在幾種油氣回收技術中,吸收法的回收率是最低的。
應用情況
吸收法油氣回收裝置,國內(nèi)建了3套,專用吸收劑方法兩套,柴油吸收劑1套。柴油吸收法是長嶺煉廠上世紀八十年代建立的,曾對其進行調查,油氣去除率在90%以下,出口氣體需鼓風機鼓風稀釋排放。而專用吸收劑吸收法,回收率勉強能達到90%,出口濃度一定高于80 g/m3。

3.膜分離法油氣回收技術

氣體膜分離技術是一種基于溶解擴散機理的新型氣體分離技術,其分離的推動力是氣體各組分在膜兩側的分壓差,利用氣體各組分通過膜時的滲透速率的不同來進行氣體分離的。有機蒸汽分離膜為溶解選擇性控制,有機蒸汽在膜內(nèi)的溶解度大,滲透速率快,從而實現(xiàn)與小分子的分離。
油氣混合氣體首先經(jīng)液環(huán)壓縮機加壓至3.5 bar進入吸收塔,經(jīng)輕質油吸收后的油氣混合氣體,再進入膜分離系統(tǒng)。為了提高膜分離系統(tǒng)的效率,在膜的滲透側用液環(huán)真空泵提供約150mbar真空度。富含VOC的滲透氣流,返回液環(huán)壓縮機入口。膜截留側的氣體中VOC濃度可最低到5~10g/m3。
 膜分離技術工藝流程比較簡單。根據(jù)調查,防爆要求極高的壓縮機僅美國和德國能夠生產(chǎn),300m3/h處理量的壓縮機費用在100多萬元人民幣,有機分離膜必須進口。
油氣壓縮過程是一個安全隱患。
      工藝流程:油氣混合氣體首先經(jīng)液環(huán)壓縮機加壓至3.5bar進入吸收塔,經(jīng)輕質油吸收后的油氣混合氣體,再進入膜分離系統(tǒng)。為了提高膜分離系統(tǒng)的效率,在膜的滲透側用液環(huán)真空泵提供約150mbar真空度。富含VOC的滲透氣流,返回液環(huán)壓縮機入口。膜截留側的氣體中VOC濃度可最低降低到5~10g/m3,可以直接排放,或者進入第二級PSA,將排放氣中VOC含量降到5mg/m3。整個系統(tǒng)保證VOC回收率達到98%以上。

評述
工藝相對簡單,但初期投資費用高。750m3/h處理量費用為750萬元人民幣。運行成本主要為電耗和日常維護費用,約21萬元人民幣。該技術,液環(huán)壓縮機和膜組件是核心的設備。壓縮機防爆性能要求極高,只有德國和美國的少數(shù)公司能夠生產(chǎn),國內(nèi)尚未有生產(chǎn)廠家。壓縮過程壓力在3.5bar,存在著安全隱患,因此日本政府明令規(guī)定,禁止使用膜分離方法回收油氣。膜及組件需德國進口,國內(nèi)尚不能生產(chǎn),膜的使用壽命認定為10年,國內(nèi)尚無法得出確切的結果。液環(huán)壓縮機和膜組件在生產(chǎn)上和價格上的問題,可能制約該技術在中國的大面積推廣。
應用情況
國內(nèi)尚未建立用于油氣回收的工業(yè)裝置,在烯烴等回收方面有工業(yè)裝置的應用。僅在加油站有很小型的膜分離裝置的示范試驗,分別安裝在上海經(jīng)在上海靈廣加油站和中上加油站成功應用。用于中國石油哈爾濱石化公司的在大鶴管加車過程在膜法油氣回收系統(tǒng)成套設備正在建設。

4.冷凝法油氣回收技術
油氣冷凝工藝技術原理是利用冷凍工程方法,將油氣熱量置換出來,使油氣各種組分溫度低于凝點從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài),實現(xiàn)回收利用。
一般采用多級連續(xù)冷卻方法制冷至-73℃,典型的油氣回收率在90~95%。冷凝至-95℃,出口氣體的非甲烷總烴濃度≤35g/m3。
冷凝法油氣回收技術優(yōu)點是工藝簡單,安全性能好,回收物直接為油品。我公司的應用單壓縮機自復疊制冷技術開發(fā)的純冷凝法油氣回收裝置可將油氣溫度降至-100℃~-120℃。裝置正常工作狀態(tài)耗電量僅為0.2(Kw·h)/m3油氣,用電與活性炭吸附法持平。
冷凝式油氣回收技術發(fā)展已有多年,相關技術已經(jīng)比較完善。冷凝式油氣回收處理設備關鍵技術成熟、造價相對低廉、占地面積小、維護容易、安全性好、運行費用小,僅耗電和冷卻水(也可用空冷方式),回收效益遠大于能耗支出。我公司開發(fā)的純冷凝式油氣回收設備處理能力5~500m3/h,,目前已經(jīng)安裝在多個加油站使用。
工藝流程
油氣經(jīng)過三級冷卻,溫度降低至-100℃以下,從而冷凝出干凈的碳氫化合物液體。
油氣首先降溫至3~5℃,冷凝出碳氫化合物重組份和空氣中攜帶的水,降低在以后階段的結霜可能性。在第二級制冷,油氣進一步冷卻到-50~-65℃,然后通過第三級制冷冷卻到-100~-110℃,甚至更低。在這一階段,通常入口碳氫化合物的99%都已經(jīng)被冷凝成液體。接著,從三級制冷冷凝后的干凈冷空氣被加熱至10℃或者更高,熱源來自于制冷系統(tǒng)中回收熱。除霜:進入裝置空氣中攜帶的水蒸汽,大多數(shù)在第一階段就冷凝成液體,剩余的水蒸氣會在第二階段階段結霜。。國外冷凝式油氣回收裝置設計除霜液由循環(huán)運行的制冷系統(tǒng)的廢熱進行預熱。當系統(tǒng)24小時連續(xù)運行時,需要兩臺油氣冷凝器,其中一臺除霜,另一態(tài)繼續(xù)運行,系統(tǒng)自動進行除霜和切換。我公司的純冷凝式油氣回收裝置設計了快速除霜系統(tǒng),3~5min內(nèi)完成除霜。
性能及指標
安全性――所有組件均為Ex防爆組件;油氣通道無機械或者電力組件;沒有火花來源。
壓降――壓降<150mmH2O(1500Pa、1.5kPa、0.015bar),不需要風扇或者鼓風機。
排放濃度--汽油和石腦油,尾氣出口濃度可以達到12g/m3(國家標準GB20952-2007規(guī)定:油氣排放達≤25g/m3)。
負荷――可以在超過設計流量的150%~180%情況下運行,超負荷運轉時回收率略有下降,超過設計流量150%時汽油回收率為90%。
在沒有油氣進料時能夠繼續(xù)運轉,VRU油氣回收裝置可以在無負荷情況下在線工作,省略了啟動-停車的操作,100%到0%全自動控制,長時間沒有油氣進料時可以停機,重新啟動到正常運行只需要20分鐘。
耗電――處理每立方油氣耗電≤0.2(Kw·h)

      綜述:我公司的純冷凝法防爆油氣回收裝置利用了單壓縮機自復疊制冷新技術,油氣的回收率在99%以上,達到排放濃度在12g/m3以下,冷凝溫度應達到-100℃~-120℃。機組充分利用系統(tǒng)回熱,耗電為0.2(Kw·h)/m3油氣,和活性炭吸附法持平。裝置運行安全,費用低廉?;厥瘴锟芍苯幼鰹楫a(chǎn)品再利用。
冷凝法裝置完全可以國產(chǎn)化,裝置費用約為活性炭吸附法的二分之一。
應用情況
澳大利亞公司產(chǎn)品應用情況:新加坡的500m3/hr罐區(qū)環(huán)氧丙烯回收;澳大利亞的300m3/hr海運和公路裝卸汽油/苯回收,丙烯和乙烯為制冷劑,-80℃;中國上海的500m3/hr海運裝卸丙烯晴油氣,R-507/R23制冷系統(tǒng),-75℃;中國珠海的150m3/hr丙烷/丁烷回收,LPG滯留水脫氣出口水中<8ppmLPG。
美國最早推出冷凝法油氣回收技術,并得到了廣泛的應用。1989年商業(yè)部華北銷售公司引進美國愛德華茲(EDWARDS)公司100m3/h冷凝式油氣回收處理裝置,安裝在塘沽油庫,91年5月完成安裝,12月18日驗收合格,回收率在88%左右。后來因為閑置沒用,于1998年調撥到鎮(zhèn)海煉油廠。安裝在粗汽油緩沖罐V301回收油氣。
目前,市場上投入運行的一些冷凝式油氣回收機組,仍然存在制冷效率低(有的需要通過多臺壓縮機達到制冷要求)、制冷溫度局限以及部分機組需要設置相應吸附裝置來處理尾氣等實際問題。我公司推出的裝置利用單壓縮機自復疊制冷新技術使制冷劑蒸發(fā)溫度達到-100~-120℃,低溫狀態(tài)下直接和油氣進行熱量置換,不需要任何輔助設備和系統(tǒng),降低了系統(tǒng)的復雜程度,大大提高了制冷效率和油氣回收效率(油氣回收效率≥99%)。

比較上述四種油氣回收方法
●從設備運轉的安全角度來看,冷凝法是最理想的方法,溫度越低,油氣產(chǎn)生的安全隱患可能性越小。吸附方法存在吸附床層高溫熱點問題,膜分離法存在壓縮機壓縮油氣易爆的安全隱患。
●從工藝的復雜程度來看,冷凝法是最簡單的工藝,只要通過壓縮機制冷,在蒸發(fā)器內(nèi)冷媒換熱,將油氣溫度降到設定的溫度,就會達到預期的效果。其它的方法工藝復雜,給控制帶來難度,還有二次處理帶來其它問題。
●從回收的產(chǎn)品來看,冷凝法是唯一的可直接見到回收的汽油,并立刻可以派用。直觀了當,便于對裝置的運行情況進行評價。其它方法,均通過吸收的方式回收油氣,需要進行二次分離處理,無直接的產(chǎn)品出現(xiàn)。
●從裝置的投資來看,冷凝法的所有設備可以國產(chǎn)化,費用低廉,同樣規(guī)模的裝置比吸附法低30%,比膜分離法低50%。吸附法和膜分離法的主體設備需要進口。
●從運行成本來看,冷凝法電力消耗比吸附法稍高,與膜分離法大體持平。
●從尾氣排放的達標情況來看,冷凝法、吸附法、和膜分離法都可以達到25g/m3的國家標準(也是未來國家標準要求)的要求,吸收法無法達到該標準。特別應該指出的是,冷凝法排放的尾氣中,不含有苯系物。而其它方法,尚有少量的苯系物排放。

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