CN101579596A - 冷凝加吸附组合工艺油气回收装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采用冷凝加吸附组合工艺油气回收装置及方法。整个技术方案是将在各种储运过程中产生的各种油气和空气的混合气体，经集气管进入由蒸发器、压缩机、冷凝器和油水分离器组成一体结构的冷凝机组，冷凝到－5～5℃左右时大部分C₅以上组分冷凝液化并经阀门和回油管输送到储罐或直接使用，其余小部分油气混合气经阀门由真空泵P1输送到吸附系统进一步吸附处理。经过吸附器A和吸附器B的交替吸附和解析，含有油气的解吸气通过真空泵P2和阀门被输送到储罐或直接使用，油气几乎接近于零的排放气经排空管进入大气中。两吸附器使用的吸附剂为专门研究用于油气回收的Φ3柱状型活性炭，并交替在真空泵P2作用下进行真空脱附，脱附时间设定为15～20分钟。本发明的油气回收率可达98％以上，具有成本低，利于环保等优点。

Description

冷凝加吸附组合工艺油气回收装置及方法

技术领域

本发明涉及环境保护及节能技术领域的一种油气回收处理系统，特别指一种吸附和浅冷组合工艺的油气回收装置及方法。

背景技术

由于加油站、炼油厂等场所的油气大量蒸发并直接排放到大气中，不仅造成严重的数量损失和质量下降，而且严重地污染了大气环境，从而危害人体健康，在一定程度上留下了重大的火灾隐患。因此国家制定了标准(GB20950-2007)在储油(包括炼油厂)强制推行安装油气回收装置，并确定了区域和时限以及排放限制值。

目前，人们已经研发出多种油气回收技术方案，如吸收法、吸附法、冷凝法及膜法等。其中吸收法油气回收是指通过油气和空气混合气与吸收剂接触，根据不同组分在吸收剂中的溶解度不同，即油气组分溶解于该吸收剂形成溶液，不能溶解的空气组分则保留在气相中，于是原混合气体的组分得以分离。故吸收法对于处理高浓度、大流量的油气有明显的优势，回收效果的好坏主要取决于吸收剂。如要控制吸收法回收系统尾气中油气浓度在很低的水平，吸收塔的高度可能很高，从而增加了投资及运行费用，且尾气排放无法达标。吸附法有利于控制回收系统尾气中油气浓度在很低的水平，但其存在吸附热明显、解析较难、达到吸附平衡时间较长等问题，故特别适合于回收低浓度、小流量的油气，并宜作为某些组合工艺的后续处理。冷凝法是利用各种烃类VOCs在不同温度和压力下具有不同的饱和蒸汽压，通过降低温度或增加压力，使某些有机物由气态转化为液态的原理，汽油等轻质油品由原油加热蒸馏而得到，因此只要将油气降温到初馏点以下就能从气态变成液态。冷凝法简单，可直接回收油品，对于处理高浓度、中流量的油气有明显的优势。但单纯的冷凝法冷凝温度要低于-70℃以下，才可保证回收率达到90％左右，相应地制冷系统较复杂。同时，还要用耐低温材料及增加保温、除霜等环节，投资成本和运行费用都较高。膜分离法是利用油气与空气在膜内扩散性能(即渗透速率)的不同来实现分离，即让油气/空气混合物在一定压差推动下经过膜的“过滤作用”，使混合气中的油气优先通过膜得以分离回收，而空气则被选择性截留。因为油气具有易凝析和易爆炸的特性，为操作安全和防止气体在膜组件中凝析侵蚀膜组件，故常用在透过侧减压的方式来形成膜两侧的压力差。膜分离法油气回收技术作为一门新技术，尚处于研究开发中，尤其对高性能的膜材料的开发研制。目前，虽然膜技术还没有成熟，但可在组合工艺中作为一种预处理，其效果比其他工艺要明显的多。

由于单一工艺很难达到环保排放标准，故目前通常采用几种工艺相结合的方式，这样不同工艺的组合以取得优势互补，并在一定程度上减少环境污染，提高其操作安全性。根据本发明的技术特点检索了相关专利数据库，有以下几种组合工艺：

申请号200810050544.3的专利“一种低温冷凝油气回收装置”采用了“冷凝”和“吸附”组合工艺技术。此发明专利采用了油气分离器与冷凝器相互分开的工艺，增加了整个装置的体积；且此工艺中使用过多的阀门而不能进行自动化控制，工艺流程设计复杂，操作困难，而且装置体积大，投资高。

申请号200810025361.6的专利“加油站用油气回收装置及其冷凝吸附的集成方法”和申请号200810234988.2的专利“油气回收装置及其冷凝吸附方法”采用了“冷凝”和“吸附”集成工艺方法。以上两个发明都采用了两次冷凝过程和一个吸附器。两次冷凝过程无疑增加了能耗从而增加操作成本；同时采用一个吸附器也不能保证整个装置的连续工作和运行即当一个吸附器中吸附剂达到饱和时，就不能保证在脱附的同时进行吸附工作，从而中断了整个吸附系统的吸附作用。两工艺流程的设计在保证连续运行和运行费用上都存在着很大弊端。

本发明亦是采用了冷凝和吸附两种工艺的组合，但是其工艺流程迥然不同于前面所述的几种专利的工艺。本发明充分考虑了加油站或油库的易燃易爆的特殊环境，设计使用的每一部件在符合环境要求的同时增加了先进的自动控制设备，通过真空泵前后阀门及副线的设置从而增加了整个装置操作的灵活性，使得装置达到自控程度高，体积小，操作简单，和节能降耗的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有单吸附工艺吸附时间长，处理量小的缺点及单冷凝工艺耗能大，油气排放不达标的缺陷。本发明提供一种工艺简单、设备紧凑、能耗较小、运行成本低、操作费用低、投资回收期短、占地面积小、油气排放浓度远远小于国家标准的无二次污染回收益好的冷凝和吸附组合工艺技术。

为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

本发明由冷凝系统和吸附系统及一些组件连接在一起的组合工艺技术。冷凝系统有一个一体的冷凝机组组成，它包括油水分离器、蒸发器、压缩机和冷凝器。吸附系统由两个吸附器组成。为方便调节系统压力和流量，本发明在冷凝系统与吸附系统连接中设有两级并联管路，一级为调节阀与真空泵串联管路，一级为调节阀管路。其余组件为真空泵、止回阀、电磁阀和排空管。

本发明装置的连接情况是：蒸发器、油水分离器、压缩机和冷凝器组成一体结构为冷凝机组。集气管与冷凝机组进口端相连接；冷凝机组的出气端分成两路分别与阀门A和阀门B的进气端相连接；阀门A的出气端与真空泵P1的进气口连接，真空泵P1的出气口与阀门B的出气口汇合一起与吸附器A和吸附器B的进气口相连接；吸附器A和吸附器B的解吸气出口端与真空泵P2进气端相连接；真空泵P2出气口端与阀门E的进气口相连接；冷凝机组的出液口端与阀门C的进液口端相连接；阀门C的出液口与阀门D的进液口相连接；阀门D的出液口与阀门E的出气口汇合进入回油管。吸附器A与吸附器B并联，其上部出气口与排气管连接。

本发明所述的冷凝吸附工艺的油气回收方法是：1.油气混合气的压力达到设定值时，通过冷凝机组把部分油气组分冷凝液化，剩余部分油气通过真空泵P1送入吸附器；2.经过两吸附器交替的吸附与解析，使未冷凝的油气与空气分离，空气就通过排空管排入大气中；3.被冷凝的油气经阀门C和阀门D经回油管流入储罐，经过吸附器解析后的油气也通过真空泵经回油管输送到储罐。

实现本发明目的的技术方案为：油气混合气的压力达到设定值时，油气混合气经集气管进入冷凝机组，在冷凝机组中冷凝到-5～5℃左右就把大部分C₅以上组分冷凝液化，被冷凝的油气经阀门C和阀门D流入储罐或直接使用。从冷凝机组中出来的部分油气混合气经阀门A由真空泵P1输送到吸附系统进一步吸附，而当进入吸附系统的流量和压力超过吸附器的饱和值时，阀门B打开，油气通过此阀门B管路进行回流以延时减缓进入吸附器的压力和流量。在吸附系统中工艺设置初始状态默认吸附器A吸附油气，当进入吸附器A的量达到饱和状态时，工艺控制程序自动将油气输送切换给吸附器B，吸附器B开始吸附油气。于此同时吸附器A在真空泵P2的作用下进行真空脱附，脱附时间设定为15～20分钟。脱附完后，吸附器A缓慢释放负压状态后再对Φ3柱状活性炭进行吹扫，回复常态进入待命工作状态。待吸附器B中油气进入量再次达到饱和值时，再切换到吸附器A，同时吸附器B脱附，脱附的油气经回油管由真空泵P2和阀门E输送到储罐。如此循环，未被吸附的空气经排空管排放到大气中。通过此工艺排放的油气浓度远远低于国家排放标准中的25g/m³，回收率可达98％以上。

本发明的特点在于：1.将蒸发器、油水分离器、压缩机和冷凝器做成一体结构成为冷凝机组，不但节省了空间和成本，更大程度上减少了操作过程，以便误操作或操作不当损害组件寿命。2.冷凝机组的冷凝温度控制在-5～5℃左右，在节省能耗的基础上使得油气最大程度的被冷凝液化，减少了进入吸附器的油气量，从而减轻了吸附器的负荷，延长活性炭的寿命。3.在冷凝系统与吸附系统连接管路即阀门A和真空泵P1管路上增设阀门B管线，以便控制进入吸附器的压力和流量。4.体积小，分离效果显著，其回收率可达98％以上。

附图说明

图1是冷凝加吸附组合工艺油气回收工艺流程图

图1中的说明：

1-集气管    2-冷凝机组    3-蒸发器      4-压缩机

5-冷凝器    6-油水分离器  7-真空泵P1    8-吸附器A

9-排空管    10-吸附器B    11-真空泵P2   12-阀门A

13-阀门B    14-阀门C      15-阀门D      16-阀门E

17-回油管

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的工艺作进一步的阐述。

如图1所示，本发明方法包括：集气管(1)、由蒸发器(3)、压缩机(4)、冷凝器(5)、油水分离器(6)组成一体的冷凝机组(2)、真空泵P1(7)、吸附器A(8)、排空管(9)、吸附器B(10)、真空泵P2(11)、回油管(17)以及连接在管路中的阀门A(12)、阀门B(13)、阀门C(14)、阀门D(15)和阀门E(16)。

图中各部分的连接描述如下：蒸发器(3)、压缩机(4)、冷凝器(5)和油水分离器(6)组成一体结构为冷凝机组(2)。集气管(1)与冷凝机组(2)进口端相连接；冷凝机组(2)的出气端分成两路分别与阀门A(12)和阀门B(13)的进气端相连接；阀门A(12)的出气端与真空泵P1(7)的进气口连接，真空泵P1(7)的出气口与阀门B(13)的出气口汇合一起与吸附器A(8)和吸附器B(10)的进气口相连接；吸附器A(8)和吸附器B(10)的解吸气出口端与真空泵P2(11)进气端相连接；真空泵P2(11)出气口端与阀门E(16)的进气口相连接；冷凝机组(2)的出液口端与阀门C(14)的进液口端相连接；阀门C(14)的出液口与阀门D(15)的进液口相连接；阀门D(15)的出液口与阀门E(16)的出气口汇合进入回油管(17)。吸附器A(8)与吸附器B(10)并联，其上部出气口与排空管(9)连接。

实现本发明目的的油气处理步骤为：在装置运行过程中油气混合气的压力达到设定值时，油气混合气经集气管(1)进入冷凝机组(2)，在冷凝机组(2)中冷凝到-5～5℃左右同时把大部分C₅以上组分冷凝液化，被冷凝的油气经阀门C(14)和阀门D(15)和回油管(17)流入储罐或直接使用。从冷凝机组(2)中出来的小部分油气混合气经阀门A(12)由真空泵P1(7)输送到吸附系统进一步吸附。而当进入吸附系统的流量和压力超过吸附器的饱和值时，阀门B(13)打开，油气通过此阀门B(13)管路进行回流以延时减缓进入吸附器的压力和流量。在吸附系统中工艺设置初始状态默认吸附器A(8)吸附油气，当进入吸附器A(8)的油气量达到饱和状态时，工艺控制程序自动将油气输送切换给吸附器B(10)，吸附器B(10)开始吸附油气。于此同时吸附器A(8)在真空泵P2(11)的作用下进行真空脱附，脱附时间设定为15～20分钟。脱附完后，吸附器A(8)缓慢释放负压状态后再对油气回收专用柱状活性炭进行吹扫，回复常态进入待命工作状态。待吸附器B(10)中油气进入量再次达到饱和值时，再切换到吸附器A(8)，同时吸附器B(10)进行真空脱附，解析后的油气经回油管(17)由真空泵P2(11)和阀门E(16)输送到储罐。如此循环，未被吸附的空气经排空管排放到大气中。通过此工艺排放的油气浓度远远低于国家排放标准中的25g/m³，回收率可达98％以上。

在该油气回收处理系统中，作为一体的冷凝机组其冷凝温度可控制在5℃以下，与以往的冷凝吸附工艺相比，此冷凝温度不但节省能耗，也使油气中90％以上的组分被冷凝下来，从而减轻吸附器的负荷。管路中增设的副线阀门B管线也在一定程度上控制了进入吸附器的压力和流量。本发明使用的吸附剂为专门研究用于油气回收处理的Φ3柱状活性炭，且三苯不易使该活性炭中毒失效，则吸附/脱附效果远远大于一般吸附剂，脱附时间的设定也使吸附剂可长期使用。

Claims (6)

1.一种冷凝加吸附组合工艺油气回收装置及方法，其特征是：本发明包括集气管(1)、由蒸发器(3)、压缩机(4)、冷凝器(5)、油水分离器(6)组成一体的冷凝机组(2)、真空泵P1(7)、吸附器A(8)、排空管(9)、吸附器B(10)、真空泵P2(11)、回油管(17)以及连接在管路中的阀门A(12)、阀门B(13)、阀门C(14)、阀门D(15)和阀门E(16)。各部件的连接情况如下：集气管(1)与冷凝机组(2)进口端相连接；冷凝机组(2)的出气端分成两路分别与阀门A(12)和阀门B(13)的进气端相连接；阀门A(12)的出气端与真空泵P1(7)的进气口连接，真空泵P1(7)的出气口与阀门B(13)的出气口汇合一起与吸附器A(8)和吸附器B(10)的进气口相连接；吸附器A(8)和吸附器B(10)的解吸气出口端与真空泵P2(11)进气端相连接；真空泵P2(11)出气口端与阀门E(16)的进气口相连接；冷凝机组(2)的出液口端与阀门C(14)的进液口端相连接；阀门C(14)的出液口与阀门D(15)的进液口相连接；阀门D(15)的出液口与阀门E(16)的出气口汇合进入回油管(17)。吸附器A(8)与吸附器B(10)并联，其上部出气口与排空管(9)连接。

2.根据权利要求1所述的冷凝加吸附组合工艺油气回收装置及方法，其特征在于该工艺原理为：油气混合气体经集气管进入由蒸发器、压缩机、冷凝器和油水分离器组成一体结构的冷凝机组，冷凝到-5～5℃左右时大部分C₅以上组分冷凝液化并经阀门和回油管输送到储罐或直接使用，其余小部分油气混合气经阀门由真空泵P1输送到吸附系统进一步吸附处理。经过吸附器A和吸附器B的交替吸附和解析，含有油气的解吸气通过真空泵P2和阀门被输送到储罐或直接使用，油气几乎接近于零的排放气经排空管进入大气中。两吸附器使用的吸附剂为专门研究用于油气回收的柱状型活性炭，并交替在真空泵P2作用下进行真空脱附。

3.根据权利要求2所述的冷凝加吸附组合工艺油气回收装置及方法，其特征在于两吸附器交替在真空泵P2下脱附，其脱附时间设定为15～20分钟。

4.根据权利要求2所述的冷凝加吸附组合工艺油气回收装置及方法，其特征在于两吸附器中用于油气回收处理的吸附剂为专门研究用于油气回收的Φ3柱状活性炭。

5.根据权利要求2所述的冷凝加吸附组合工艺油气回收装置及方法，其特征在于本工艺装置将蒸发器、压缩机、冷凝器、油水分离器组成一体结构的冷凝机组。

6.根据权利要求2所述的冷凝加吸附组合工艺油气回收装置及方法，其特征在于在冷凝系统与吸附系统连接管路即阀门A和真空泵P1管路上增设副线阀门B管线。

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