CN101342427B - 一种油气回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种油气回收方法。本发明采用冷却-冷凝-吸附-真空再生-再生气循环的油气回收工艺,冷却步骤使用的冷却介质使用冷凝后的油气。与现有技术相比,本发明方法具有油气回收率高、能耗低、尾气可以达到排放标准、无安全隐患等优点。本发明方法可以用于车船装卸油、原油油库切油、油罐大小呼吸等情况的油气回收。

Description

一种油气回收方法
技术领域
[0001] 本发明提供一种油气回收方法,具体地说是一种从含有挥发烃的废气中回收烃类 并使尾气达到排放标准的油气回收方法。
背景技术
[0002] 在原油、汽油、一些化工溶剂如苯、甲苯、二甲苯生产车间、涂料等有机溶剂中,含 有或具有挥发性很大的轻烃类组分,原油在开采、运输、储存、中转、加工以及加工产品(汽 油、柴油等)的运输、中转、销售等过程中,都有大量的油蒸汽(油气)逸散到大气中,这里 提到的油蒸汽通常称为VOCs,也称为非甲烷烃。目前铁路油罐车、汽车油罐车、油船多数采 用敞口式上部装油,特别是在汽油装卸过程中,油罐与卡车接口并不严格密封,也无收集系 统,油气损耗较大。
[0003] 这些逸散到空气中的油气一方面浪费了大量能源,造成了巨大经济损失,另一方 面也降低了油品的质量。并且,由于油气的爆炸极限为〜6%,逸散油气设施周围的油 气浓度很容易达到或超过爆炸极限,聚集在地面附近的高浓度油气给企业和消费者带来了 极大的灾害风险,在接卸区、发油区最容易发生爆炸事故。另外,地面附近的油气造成了环 境污染,对周围的人体健康造成了危害,人体吸入不同浓度的油气后,会引起呼吸道刺激症 状,重患者可出现呼吸困难、寒颤发热、支气管炎、肺炎甚至水肿等。油气还会对神经中枢造 成危害,轻度中毒症状有头晕、乏力、恶心、呕吐等轻度麻醉症状和流泪、咳嗽、眼结膜充血 等粘膜刺激症状。慢性中毒症状主要表现为神经衰弱综合症、多发性周围神经炎。油气中 的不饱和烃、芳香烃更有使人体患上白血病等造血系统破坏的症状。
[0004] 空气中的油气在较低浓度时,经过紫外线照射就可以和氧发生反应生成臭氧等氧 化物,引起光化学烟雾,这些氧化物可进一步促进氮氧化物和硫氧化物的生成从而造成酸 雨。
[0005] 油气回收技术中,变压吸附(PSA)或变温变压吸附(PTSA)式一种较为普遍的技 术,由于其具有操作维护方便,净化效率高,得到了广泛采用。
[0006] 日本专利特开平9-141039采用两塔交替吸附采用真空泵解吸、冷凝回收的方法。 此专利采用改性硅胶作为吸附剂,交替吸附时间为5min。此方法比以往采用活性炭作为吸 附剂在安全性上有很大改善,不会出现温升过高从而有潜在安全问题。但此方法吸附解吸 交替短,或者需要大量的吸附剂,从而使运行费用升高。
[0007] 专利W0 9604978采用活性炭作为吸附剂,两塔交替吸附,由真空泵解吸后,进入 冷凝器,未吸附的烃类则循环进入吸附塔。此方法有温升过高的危险,同时与专利特开平 9-141039 一样,该方法中对真空泵的要求很高,从而增加的运行过程中的维护费用,减少了 吸附剂的使用寿命。
[0008] 专利CN 1334313A采用了吸收-吸附组合工艺,适合于大处理量的油气回收装 置,由于吸收后油气的浓度降低从而降低了运行过程中吸附剂的温升问题,降低了设备的 要求。此工艺在实际运行过程中,往往有部分高分子量的烃类进入吸附剂,这类烃类不易解吸,相对的使吸附剂的吸附量减少,吸附效率降低。
[0009] 专利CN 2053198U提出了储油罐油气回收装置,储油罐呼出的油气经过冷却、煤 油吸收、活性炭吸收后排出,吸气时活性炭、煤油中的油气则回流到储油罐中。此方法仅限 于储油罐的“呼吸”时油气的回收,对于装卸油,加油站等处的油气不适合使用。
[0010] 专利CN 2085677U提出了一种移动式的油气回收装置,主要是将油气回收装置设 置于可移动的基座上,主要由油气收集器、油气液化气、液化油储集罐、液位控制和油气检 测器组成,采用冷冻溶液吸收油气。该装置在油气量较大如大型储油罐处并不适合使用。
[0011] 专利CN 1494454A描述了一种采用活性炭吸附法回收有机物的装置,吸附停止 后,采用蒸汽将活性炭表面的挥发性有机物脱附,然后进入冷凝器冷凝回收。此方法不适合 用于油气回收方面,在冷凝时大量水也进入冷凝油中使回收汽油杂质增加。
[0012] 专利CN 2597058Y和专利CN 2635188Y提出了一种活性炭吸附-吸收的装置,吸 附塔设置两个,油气先经其中一个活性炭吸附,穿透后,切换到另外一个活性炭塔吸附,穿 透的活性炭则通过真空泵解吸,然后由液体吸收。但此方法中流程较为复杂,以汽油吸收时 往往汽油组分与原汽油组分有较大改变,不能直接使用。
[0013] 发明内容
[0014] 针对现有技术的不足,本发明提供一种设备简单、操作费用低、安全可靠的油气回 收方法。
[0015] 本发明油气回收方法过程包括以下步骤:
[0016] (1)在换热器中将油气冷却至-10〜5°C,并分离出冷凝液;
[0017] (2)冷却后的油气在制冷装置中冷凝至-80〜-30°C,优选-70〜-40°C,并分离出 冷凝液,冷凝后的气相作为步骤(1)换热器的冷却介质;
[0018] (3)步骤(2)冷凝后气相经过换热器后进入吸附装置,吸附未冷凝的烃类物质,吸 附后排放;
[0019] (4)步骤(3)所述的吸附装置至少为两个切换操作,吸附后的吸附剂采用真空再 生方式再生,再生气循环至步骤(1)与油气混合。
[0020] 本发明油气回收方法中,步骤(1)主要将油气中的水冷凝出来,所述的换热器可 以采用常规的管壳式换热器、螺旋板换热器等形式。步骤(2)中的制冷装置一般可以采用 常规的机械制冷、冲管制冷、新型混合工质制冷、热声制冷以及热致浓度差制冷等方式,优 选机械制冷。步骤(3)所述的吸附装置可以采用常规的吸附剂,可以是商品吸附剂,也可以 按现有技术制备。
[0021] 本发明油气回收方法中,将冷凝、吸附过程有机结合起来,获得了理想的处理效果 和操作经济性。本领域技术人员知道,采用冷凝的方法回收油气,只有在冷凝深度很深(冷 凝至-100°c左右)的条件下,才能获得较高的回收率,而排放尾气仍不能达到排放标冷。采 用深冷的操作方式的设备要求严格,能耗很高。而采用吸附的方式,由于油气浓度较高,吸 附剂的寿命很短,再生频繁,并且由于吸附放热,存在一定的安全隐患。现有技术的组合方 式也未能经济有效地解决上述问题。本发明油气回收方法充分考虑了不同操作装置的特 点,通过优化工艺流程和操作条件,实现不需要特殊设备,降低能耗、消除安全隐患等目的。 具体地说,本发明方法中,将冷凝后的气相作为油气初步冷却介质,一方面油气冷却无需其 它冷却介质,节省能耗;另一方面,过低的温度并不适宜于后续的吸附吸附过程,经过换热
4器后,初步冷却了油气,同时使进入吸附装置的油气具有合理的入口温度。吸附装置再生后 的油气循环回冷凝装置后,提高了油气浓度,可以进一步提高油气回收率。经本发明油气回 收方法处理后,油气中C3以上烃类可以完全回收。
附图说明
[0022] 图1是本发明油气回收工艺一种具体过程流程示意图。
[0023] 其中:1-油气来源,2-冷却装置,3-冷却装置冷凝液,4-冷凝装置,5-冷凝装置冷 凝液,6-吸附装置A,7-吸附装置B,8-吸附后排放气,9-吸附装置再生引入气,10-吸附装
置再生用真空泵。
具体实施方式
[0024] 下面结合附图进一步具体说明本发明油气回收方法的流程。
[0025] 如图1所示,本发明方法主要流程为,首先油气1经过换热器2进行冷却,冷凝液 3主要为水和少量烃类,进一步处理。冷却后的油气进入冷凝器4,进行适宜深度的冷凝处 理,冷凝液5主要为烃类,冷凝后的油气大部分烃类可以冷凝回收,冷凝后油气做为冷却介 质进入换热器2使初始的油气冷却,从换热器2排出的油气进入切换操作的吸附塔A6和吸 附塔B7,两个吸附塔切换操作,一个进行吸附操作,一个进行再生操作。吸附塔再生采用真 空再生方式,再生气循环回油气混合进行冷凝处理,经过循环操作,油气中的绝大部分烃类 可以冷凝回收。少量不凝气随吸附尾气排,正常操作可以达到排放标准。
[0026] 通过上述流程,即保证了吸附在低温下进行,增加了安全性,又增加了油气回收效 率,充分利用了冷凝系统的冷量,而且不需要通常吸附法的吸收塔,使用范围广泛。
[0027] 从已有的技术来看,直接使用活性炭吸附剂存在温升高,安全性差的问题。实验表 明,直接使用冷凝法,若冷却到_73°C,则出口油气浓度依然较高,若直接冷凝到_95°C,则 能耗较高。经过计算,油气从35°C冷凝到_95°C需要的能量为683. 78kJ/(h • m3) (0. 19kff/ m3),此时,出口油气浓度与环保要求相差较远。若从35°C冷凝到-50°C,然后进行吸附解 吸,提浓后的油气再进入冷凝系统,此时C4以上的组分基本可以冷凝回收,此时需要能量 为516. 43kJ/(h • m3),节能167. 3kJ/(h • m3)。此时的冷油气进入吸附塔吸附,温度较低 时,明显可以增加吸附量,另一方面,吸附是放热过程,常温吸附往往由于吸附热过大产生 安全问题,而低温吸附显然避免了此问题的发生,安装一般油气浓度30%计算,吸附热约为 598. 3kJ/(h ^3),显然经过换热后,吸附塔出口的油气温度低于50°C,因而此工艺保障了装 置的安全性,也满足了苛刻的环保要求。
[0028] 本发明油气回收方法可以达到以下技术效果:
[0029] (1)含挥发性有机物(V0C)的气体经过冷凝后,可回收85%〜98%的烃类。
[0030] (2)剩余的有机物进入吸附塔进行吸附,然后排放,吸附塔为多个。当其中一个吸 附塔出口超过预期值时,切换到其它未吸附塔,吸附后的吸附剂通过真空解吸再生,真空泵 抽出的含烃类气体再打入冷凝装置,重新冷凝回收,依次进行冷凝_吸附-解吸_冷凝过 程。通过此过程,不仅烃类回收率增加,而且可达到苛刻的环保要求。
[0031] 吸附塔为2〜6个,优选2〜3个。吸附塔的方式可选立式、卧式、圆柱型、非圆柱 形等多种形式。吸附剂可选用活性炭、硅胶、活性炭纤维、分子筛等多孔性的刚性吸附剂,优选活性炭、硅胶、活性炭纤维、分子筛、沸石。吸附塔操作空速为loo〜zooootr1,优选500〜 50001T1,气速为0. 01〜3m/s,优选范围为0. 05〜0. 8m/s。
[0032] 再生用真空设备可选用各种防爆真空泵,如液环真空泵、螺杆真空泵等。真空度可 为1 X 10_5〜0. 08MPa,优选0. 005〜0. 05MPa(数值为绝对压力)。在吸附塔出口可设置风 机,也可不设置。
[0033] 下面通过实施例进一步说明本发明方法的实施过程及应用效果。
[0034] 实施例1
[0035] 本实施例采用冷凝_吸附处理含苯气体,温度为50°C,浓度为3000mg/m3,机械制 冷方式,吸附剂为活性炭,冷凝器进口油气温度为8V,冷凝温度为-55°C,吸附塔入口油气 温度为_5°C,吸附空速为lOOOtT1,气速为0. 3m/s,吸附塔出口温度为10°C。本工艺处理后, 出口气体苯浓度小于10mg/m3,回收率98% (质量)。
[0036] 实施例2
[0037] 本实施例中,废气为20% (体积)油气,温度35°C,冷凝器入口油气温度为_5°C, 冷凝方式为机械制冷,冷凝温度-75 °C。吸附剂采用炭分子筛,吸附塔入口油气温度 为-15°c,吸附空速为ZOOOtT1,气速为0. 2m/s,吸附塔出口温度为5°C。经过本工艺处理后, 出口油气浓度小于10mg/m3,回收率> 99.9% (质量)。

Claims (9)

  1. 一种油气回收方法,包括如下步骤:(1)在换热器中将油气冷却至-10~5℃,并分离出冷凝液;(2)冷却后的油气在制冷装置中冷凝至-80~-30℃,并分离出冷凝液,冷凝后的气相作为步骤(1)换热器的冷却介质;(3)步骤(2)冷凝后气相经过换热器后进入吸附装置,吸附未冷凝的烃类物质,吸附后排放;(4)步骤(3)所述的吸附装置至少为两个切换操作,吸附后的吸附剂采用真空再生方式再生,再生气循环至步骤(1)与油气混合。
  2. 2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(2)所述的冷凝温度为-70〜-40°C。
  3. 3.按照权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(1)所述的换热器采用管壳式换热器 或螺旋板换热器。
  4. 4.按照权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(2)所述的冷凝采用机械制冷、冲管制 冷、新型混合工质制冷、热声制冷或热致浓度差制冷。
  5. 5.按照权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(3)所述的吸附装置采用的吸附剂为 活性炭、硅胶、活性炭纤维或分子筛。
  6. 6.按照权利要求1或5所述的方法,其特征在于所述的吸附装置操作空速为100〜 200001T1,气速为 0. 01 〜3m/s。
  7. 7.按照权利要求1或5所述的方法,其特征在于所述的吸附装置操作空速为500〜 50001T1,气速为 0. 05 〜0. 8m/s。
  8. 8.按照权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(4)所述的真空再生采用液环真空泵 或螺杆真空泵。
  9. 9.按照权利要求1或8所述的方法,其特征在于步骤(4)所述的真空再生的真空度为 1X1CT5 〜0. 08MPa。
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