CN101240183B

CN101240183B - 一种油气回收方法及设备

Info

Publication number: CN101240183B
Application number: CN2007100103915A
Authority: CN
Inventors: 刘忠生; 方向晨; 王有华
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2027-02-09
Also published as: CN101240183A

Abstract

本发明涉及一种油气回收方法及设备，采用活性炭吸附/再生技术回收油气，在活性炭吸附之前采用冷量缓冲器将油气进行冷却，冷量缓冲器采用冷媒压缩—蒸发机械制冷方式，冷媒在冷量缓冲器内的盘管内蒸发吸收热量，降低冷量缓冲器内温度，在冷量缓冲器内全部或部分空间设置金属填料、金属丝和金属网中的一种或几种，作为吸收与释放冷量的蓄冷体。与现有技术相比，本发明方法可以适应排放量波动大的系统，具有油气回收率高、尾气可以达标排放、无安全隐患、设备及运转成本低等优点。

Description

一种油气回收方法及设备

技术领域

本发明涉及一种油气回收方法及设备，特别是涉及一种采用活性炭吸附回收油气的方法及设备。

背景技术

在轻质油品的储存、装卸、运输、销售等过程中，由于呼吸作用，都有大量的油蒸汽(即油气)逸散到大气中，这一方面造成环境污染，另一方面也浪费了油品资源，造成经济损失，降低油品质量。另外，由于油气和空气易形成爆炸性混合物(爆炸下限一般为1％～6％)，致使逸散油气设施周围的油气浓度很容易达到爆炸极限，聚集在地面附件的高浓度油气给企业和消费者带来了极大的危险隐患。

传统的油气回收技术主要包括三种类型：一是冷凝法回收，采用两级或三级机械制冷深度冷凝，将大部分油气冷凝回收；二是吸收法回收，采用各种适宜的溶剂吸收油气；三是吸附回收，采用各种适宜的固体吸附剂如活性炭吸附油气，然后再生。三种类型的技术各有其优点和不足，在这三种技术的基础上，又有各种改进工艺产生，在吸附技术方面，主要在工艺和吸附剂两方面有所发展。

CN 2597058Y中采用活性炭或活性炭纤维为吸附剂，采用此类吸附剂的明显不足在于吸附剂床层存在热点，正如CN1334313A中所提到的，活性炭吸附油气要放出大量的吸附热，从而使炭发生结焦现象，特别是当油气浓度较高时，活性炭的床层极易产生局部过热的现象，在有氧存在的情况下，吸附剂有发生自燃的危险。

日本专利特开平9-141039选用特种硅胶作为吸附剂，消除了发生自燃的危险性。但硅胶的吸水性较强，水分子与被吸附油气存在竞争吸附，而且硅胶在吸附过量的水分子后，由于膨胀力使得硅胶的刚性结构遭到破坏。另外，硅胶吸附油气的容量相对较低。

CN1334313A公开了一种吸收-吸附组合回收油气的工艺流程，先通过吸收回收部分油气，然后再通过吸附进一步回收油气，实现尾气达标排放。该方法是两种典型油气回收工艺的组合，不足之处在于流程较长，操作费用较高。CN1522785A公开了一种油气回收方法，将油气压缩冷却，然后在加压条件下吸收或吸附。该方法的不足之处在于，当油气流量不稳定时，特别是油气量大幅度波动时，压缩机很难稳定操作。而在实际应用中，特别是油品储罐呼吸气的治理中，气量变化很大，甚至出现气体倒流进入储罐的现象，因此，在这种情况下，油气压缩冷却-吸附工艺不能适用。

如上所述，现有技术采用吸附法回收油气时，主要存在两方面问题：一方面是吸附剂床层温升较大，床层存在热点，有较大的安全隐患：另一方面是由于呼吸作用排放的油气流量很不稳定，波动较大，还可能出现倒吸现象，这对油气回收装置的稳定操作有较大影响，特别是对含有压缩工序的技术影响更大，甚至使其无法正常操作。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种油气回收技术，本发明技术可以有效控制吸附工艺中床层温度过高存在的安全隐患问题，同时通过冷量蓄体的蓄集冷量与及时释放冷量，还可以适应油气流量不稳定的特性，保持操作平稳，获得稳定的回收效果。本发明同时还提供一种油气回收设备。

本发明油气回收方法包括以下内容：采用活性炭吸附/再生技术回收油气，在活性炭吸附之前将油气进行冷却，油气冷却采用冷量缓冲器。其中冷量缓冲器采用冷媒压缩-蒸发机械制冷方式，冷媒在冷量缓冲器内的盘管内蒸发吸收热量，降低冷量缓冲器内温度，在冷量缓冲器内全部或部分空间设置金属填料、金属丝和金属网中的一种或几种，作为吸收与释放冷量的蓄冷体。冷量缓冲器设定控制出口气体温度为-5～8℃，优选0～4℃，如果气量波动量较大或持续时间较长，出口温度可能偏高，但一般不影响正常操作。

本发明油气回收设备包括：依次通过管线相联通的冷量缓冲器、至少两个活性炭吸附器和活性炭再生装置，活性炭吸附器切换使用。其中冷量缓冲器采用冷媒压缩-蒸发机械制冷方式，冷媒在冷量缓冲器内的盘管内蒸发吸收热量，降低冷量缓冲器内温度，在冷量缓冲器内全部或部分空间设置金属填料、金属丝和金属网中的一种或几种作为吸收与释放冷量的蓄冷体。

本发明方法及设备在用于油气回收过程时具有如下优点：

(1)可以有效回收油气，尾气可以达标排放。

(2)消除安全隐患。活性炭吸附油气时，具有明显的温升。采用本发明方法后，由于油气进口温度较低，既使吸附过程放热，使废气温度升高80℃，吸附过程仍在安全范围内，不存在安全隐患。

(3)能够适应油气排放量的大幅度波动，保持操作平稳和系统安全，获得稳定的油气净化效果。即采用专门设计的冷量缓冲器，可以保证在油气流量变化较大时，保持良好的油气冷却效果，保证活性炭吸附床层入口温度在很小的范围内波动，保证活性炭床层温度在安全范围内，防止由于气量突然增大导致气体温度升高而恶化油气净化效果。

(4)冷量缓冲器的金属填料或丝网释放冷量的速度，比采用同样材质蛇管时，冷媒蒸发释放冷量的速度快，更适应油气排放量的波动情况，而与按最大气体流量设计的冷却系统相比，设备成本可以大大降低。

附图说明

图1是本发明工艺及设备中涉及的一种冷量缓冲器结构未意图。

图2是本发明工艺及设备中涉及的另一种冷量缓冲器结构未意图。

图3是本发明工艺及设备中涉及的另一种冷量缓冲器结构未意图(冷媒蒸发盘管在中间，蓄冷体在一端或两端)。

图4是本发明工艺及设备中涉及的另一种冷量缓冲器结构未意图(蓄冷体中设置气流通道)。

其中：1油气进口2冷量缓冲器壳体3冷媒蒸发盘管4金属填料或金属丝、网5油气出口6冷媒蒸发盘管翅片7气流通道

具体实施方式

一般情况下，油气中含有空气、油气和少量水蒸汽，油气主要来自油品(如汽油)的挥发，油气体积含量一般为5％～70％。油气温度一般接近常温，通常为20～60℃左右；散发的油气压力通常为微正压，有时出现微负压，微负压时会有空气进入储罐、储槽或罐车内。采用活性炭吸附工艺时，一般认为床层温度高于120℃时，在有氧的情况下易出现自燃问题，为了安全操作，应控制床层温度不高于80～90℃。而当油气含量不同时，活性炭床层温升一般为20～80℃左右，因此，如果不对油气温度加以控制，很容易出现安全问题。由于呼吸作用而散发的油气的另一个特征是气量不稳定，有较大幅度的波动。如果采用通常的冷却方式，当油气量在短时间内大幅度增加时，受单位时间制冷能力限制，冷却后的油气温度可能较高，例如20～30℃，油气温度较高，不仅油气回收、脱除效果不能保证，而且存在活性炭吸附过程安全隐患。

本发明油气回收方法和设备中，采用专门设计的冷量缓冲器，保证能够在油气流量波动较大时，以较小的制冷能力，以较小的制冷装置规模和投资，实现较小的出口气体温度波动，特别是在油气量突然增大时，保证冷(却)凝器出口气体温度没有大幅度升高，保证活性炭吸附器的安全和有效操作。冷量缓冲器的工作原理是：冷量缓冲器内装填金属填料、金属丝、或金属网，金属填料或金属丝、网作为蓄冷体和水蒸汽结霜载体。当废气流量突然增大时，特别是废气流量超过制冷系统在单位时间内能够为其提供的最大制冷能力时，金属填料或金属丝、网及时释放冷量，保持出口气体温度稳定，其中，填料或金属丝、网上的霜融化，也起到同样的作用；当废气流量低于制冷系统单位时间内能够为其提供的制冷量时，制冷系统继续工作，将金属填料或金属丝、网的温度降到设定温度，废气中的水蒸汽凝结为霜，然后制冷系统处于待机状态或低负荷工作状态。冷量缓冲器制冷机规模可以参照油气平均流量、瞬间最大量、大流量油气可能的持续时间等因素，按本领域一般知识设计。金属填料或金属丝、网的材料、结构及表面性质按照有利于热量传导和适宜于水蒸汽结霜的原则按本领域一般知识选择。优选传热效率高、可以制成较大比表面积的铜、铝、不锈钢填料或丝网。

为了达到适宜的缓冲效果，金属填料、金属丝或金属网的用量可参考以下计算过程确定。假设正常气体排放量120Nm³/h，气体密度为1.3kg/m³，在10分钟内气量阶梯式增大30％，然后阶梯式恢复正常，气体进出冷量缓冲器的温差为30℃，气体热容为1.009kJ/kg/K，采用不锈钢丝网或填料作为蓄冷体，不锈钢热容为0.502kJ/kg/K，控制蓄冷体在释放冷量的同时温度上升不超过10℃，则需要的蓄冷体质量M为：M＝(120×0.3×(1/6)×30×1.009)/(0.502×10)＝36.2kg。实际设计时，可根据包括气量大小及波动等具体情况做出调整，一般可按正常气量30％～150％的波动范围设计。

从以上计算可知，冷量缓冲器在气量增大的一定范围内、且持续时间不长的情况下缓冲效果较好，一般来说，在设计冷量缓冲器时，气量增大冲击时间不宜超过30分钟，气量增大幅度不宜超过正常处理气量的50％。当然，如果冷量缓器设计时蓄冷体用量较大，并考虑缓冲器中结霜融化时吸收的熔解热，则可以适应持续时间更长或气量波动更大的工况。

为了防止水蒸汽结霜量较大时，堵塞气体流动通道问题，选择的填料或丝网的气体流动通道应较大，如丝网的孔径大于3mm，填料具有大于3mm的通道等，如丝网孔径为3～20mm，填料具有3～20mm的通道。也可以在填料或丝网之间设置气流通道，气流通道最好为折线形。在垂直气流流动方向，总气流通道(包括设置的气流通道和蓄冷体中包括的空隙)总截面积占冷量缓冲器截面积的30％～95％，最好为60％～90％。制冷系统可以设置自动控制器，出口气流温度低于设置下限时停止工作，高于设置上限时启动工作。冷量缓冲器底部设置排液口，排液口最好设置靠近油气入口位置。

本发明油气回收工艺和设备中，油气的活性炭吸附和再生过程是本领域技术人员所熟知的内容，可以按实际情况具体确定。如活性炭吸附过程一般采用两个吸附器，切换操作，当一个吸附器的活性炭饱和后，切换另一个吸附器，活性炭吸附饱和的吸附器进行再生操作。再生可以采用常规的再生方式，如水蒸汽再生、真空再生等。当采用水蒸汽再生时，再生气体通过冷却器冷凝，冷凝液可分离为油-水两相，油相回收，水相排入污水处理系统。

下面通过实施例进一步说明本发明油气回收方法及设备的技术内容和效果。

实施例1

某轻油储罐，正常排气量为30m³/h，在进料时由于来料温度高于储罐内油品温度，短时间内(约15分钟)最大排气量可达50m³/h，排气温度较高时为45℃，微正压，排气中油气浓度10％(v)～45％(v)。

冷凝方式为机械制冷，冷却器(即冷量缓冲器)出口温度按-1℃控制。制冷系统制冷能力按正常排气量的120％设计，即30×120％＝36m³/h。冷量缓冲器冷媒蒸发盘管周围散装不锈钢鲍尔环填料，填料直径50mm，堆密度355kg/m³，填料用量为0.14m³。吸附剂采用普通市售脱烃活性炭，设计空速为500h^-1，两座吸附塔切换使用，当吸附后气体污染物浓度超过排放标准时进行切换再生，再生使用150℃以上的饱和水蒸汽，再生排放气体通过循环水冷却水冷凝为油-水两相，油相回收，水相去含油污水处理系统。净化气体中非甲烷总烃浓度小于120mg/m³，无恶臭气味，符合国家排放标准。

表1实施例1中不同时间监测的条件及结果

序号	气量m³/h	油气含量％(v)	缓冲器入口温度℃	缓冲器出口温度℃	活性炭床层最高温度℃
						1	30	28％	40	-1～0	40～45
2	40	25％	42	3	36～40
						3	50	10％	45	6～10	45～50
4	25	30％	38	-1～0	45～50
						5	20	45％	35	-1	55～60

实施例2

某油品储罐，正常排气量为20m³/h，瞬时最大排气量为30m³/h，最大排气量持续时间30min，排气温度30℃～40℃，微正压，排气中油气浓度为30％(v)～50％(v)。

冷凝方式为一级机械制冷，冷却器(即冷量缓冲器)出口温度按-1℃控制。制冷系统制冷能力按20m³/h设计，冷量缓冲器冷媒蒸发盘管两侧安装不锈钢压延刺空板波纹填料，填料密度200kg/m³，填料用量0.3m³。吸附剂采用普通市售脱烃活性炭，吸附平均空速为600h^-1，两座吸附塔切换使用，吸附后气体污染物浓度超过排放标准时切换再生，再生使用150℃以上的饱和水蒸汽，再生排放气体通过循环水冷却水冷凝为油-水两相，油相回收，水相去含油污水处理系统。

表2实施例2中不同时间监测的条件及结果

序号	气量m³/h	油气含量％(v)	缓冲器入口温度℃	缓冲器出口温度℃	活性炭床层最高温度℃
						1	22	30	35	0～1	45～48
2	18	34	30	-1～0	45～50
						3	30	38	31	4～8	48～55
4	15	40	40	-1～0	47～52
						5	17	50	34	-1～0	45～50

Claims

1.一种油气回收方法，采用活性炭吸附/再生技术回收油气，其特征在于在活性炭吸附之前将油气进行冷却，油气冷却采用冷量缓冲器，冷量缓冲器采用冷媒压缩-蒸发机械制冷方式，冷媒在冷量缓冲器内的盘管内蒸发吸收热量，降低冷量缓冲器内温度，在冷量缓冲器内全部或部分空间设置金属填料、金属丝和金属网中的一种或几种，作为吸收与释放冷量的蓄冷体。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述冷量缓冲器设定控制出口气体温度为-5～8℃。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述冷量缓冲器设定控制出口气体温度为0～4℃。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的油气中含有空气、油气，油气体积含量为5％～70％。

5.一种油气回收设备，包括至少两个活性炭吸附器和活性炭再生装置，其特征在于油气回收设备包括冷量缓冲器，冷量缓冲器、活性炭吸附器和活性炭再生装置依次通过管线相联通；其中冷量缓冲器采用冷媒压缩-蒸发机械制冷方式，冷媒在冷量缓冲器内的盘管内蒸发吸收热量，降低冷量缓冲器内温度，在冷量缓冲器内全部或部分空间设置金属填料、金属丝和金属网中的一种或几种作为吸收与释放冷量的蓄冷体。

6.按照权利要求5所述的设备，其特征在于所述的蓄冷体采用铜、铝或不锈钢材质的金属填料或金属丝网。

7.按照权利要求5所述的设备，其特征在于所述的蓄冷体用量根据包括气量大小及波动的具体情况做出调整。

8.按照权利要求5或7所述的设备，其特征在于所述的蓄冷体用量按正常气量30％～150％的波动范围设计。

9.按照权利要求5所述的设备，其特征在于蓄冷体丝网的孔径大于3mm，金属填料具有大于3mm的通道。

10.按照权利要求5所述的设备，其特征在于在垂直气流流动方向，总气流通道的总截面积占冷量缓冲器截面积的30％～95％。