CN101793456A

CN101793456A - 一种用于油气回收的冷凝方法

Info

Publication number: CN101793456A
Application number: CN 201010116784
Authority: CN
Inventors: 李俊明; 李成; 李红旗
Original assignee: Tsinghua University; Beijing University of Technology
Current assignee: Tsinghua University; Beijing University of Technology
Priority date: 2010-03-03
Filing date: 2010-03-03
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2030-03-03
Also published as: CN101793456B

Abstract

一种用于油气回收的冷凝法，属于能源利用、环境安全和环境保护等技术领域。本发明采用多级冷凝、级间加压与低温尾气冷量回收的油气回收方法，实现对挥发性油气的回收。该方法回收效率高，有效节约能源；所用系统成本较低、结构简单、寿命长、易于操作，可应用于加油站、油库和油田等场合的原油和汽油等含碳量较低的挥发性油气的回收。

Description

一种用于油气回收的冷凝方法

技术领域

本发明涉及一种挥发性油份的回收的方法，可应用于加油站、油库和油田等场合的原油和汽油等含碳量较低的挥发性油气的回收，属于能源利用、环境安全等技术领域。

背景技术

原油和汽油中存在的含碳量较低的挥发性烃类有机物极易挥发。油品的蒸发损耗是一种能源浪费，将其直接排入大气又危害着周围工作人员和附近居民的身体健康，长期扩散到空气中易形成光化学烟雾。鉴于油气混合物已超过爆炸下限，可能对周围环境产生爆炸性威胁，不利于环境保护。因此，无论在油库装载和卸载还是在加油站加油过程中，对挥发性油份蒸汽的回收是必要的环节。

为此，中国于2007年发布了《储油库大气污染物排放标准》、《加油站大气污染物排放标准》和《汽油运输大气污染物排放标准》，从时限和区域上强制执行各地区在储油库油气排放、油罐车油气排放和加油站卸油的油气排放等方面提出了控制标准。这标志着中国在能源利用和环境安全、环境保护等方面对油库和加油站以及油气输运过程提出新的要求。而目前对油气处理的普遍方法是，直接焚烧掉或将油气混和气体直接返回到储油罐中，未能达到真正回收的目的。

冷凝法油气回收是采用对油气混合物冷却降温，当温度达到某种烃的饱和温度时，开始发生凝结。将凝结液体送回到储油装置达到挥发油气回收的目的。采用冷凝法油气回收时，油气被冷却到-75℃以下非甲烷烃回收效率在93％左右。油气混合物被冷却的温度越低，回收效率越高。问题在于：如果冷凝温度过低，电能消耗过大，低温压缩机昂贵，回收的投资效益不显著。因此，在相对较高的温度下将挥发的油气回收下来显得有特别意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种用于油气回收的冷凝方法，以减少了对昂贵的低温压缩机的初投资、免除爆炸隐患、提高油气回收装置的能效，减少在加油站、油库和油田储存、装、卸载过程中的油品挥发损耗，以利于节约能源、环境安全、环境保护以及人体健康。

本发明为解决以上技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供的第一种一种用于油气回收的冷凝方法，其特征在于该油气回收方法包括如下步骤：

1)油气首先进入I级冷凝器，冷凝换热到1℃～6℃后，进入压缩比为1～10的I级压缩机进行压缩，再通过II级冷却器冷却换热后进入II级冷凝器，冷凝换热到-25℃～-45℃；

2)从II级冷凝器出来的油气进入压缩比为1～10的II级压缩机进行压缩，再依次通过III级第一冷却器和III级第二冷却器冷却换热后，再进入III级冷凝器进一步冷却到-60℃～-95℃；

3)从III级冷凝器出来的尾气，再依次通过III级第二冷却器和III级第一冷却器，与油气充分换热后排出，凝结下来的油回收；

4)I级冷凝器和II级冷却器所需冷量由I级制冷系统提供，II级冷凝器和ITI级冷凝器所需冷量分别由II级制冷系统和III级制冷系统提供，II级制冷系统和III级制冷系统构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。

本发明提供的第二种用于油气回收的冷凝方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

4)I级冷凝器(1)和II级冷却器所需冷量由I级制冷系统提供，II级冷凝器和III级冷凝器所需冷量分别由II级制冷系统和III级制冷系统提供，I级制冷系统、II级制冷系统和III级制冷系统构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。

本发明提供的第三种用于油气回收的冷凝方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)油气首先进入I级冷凝器，冷凝换热到1℃～6℃后，进入压缩比为1~10的I级压缩机进行压缩，再通过II级冷却器冷却换热后进入II级冷凝器，冷凝换热到-25℃～-45℃；

2)从II级冷凝器出来的油气进入压缩比为1~10的II级压缩机进行压缩，再通过III级第一冷却器冷却换热后，进入III级冷凝器进一步冷却到-60℃～-95℃；

3)从III级冷凝器出来的尾气，再依次通过II级冷却器和I级冷却器，与油气充分换热后排出，凝结下来的油回收；

4)II级冷凝器和所需冷量由II级制冷系统提供，III级冷凝器和III级第一冷却器所需冷量由III级制冷系统提供，II级制冷系统和III级制冷系统构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

①节能：根据现有排放标准，本系统提高了油气混合物的最低冷凝温度，改观了普通冷凝法油气回收冷凝温度过低带来的整套装置能效比低的缺点，通过数值计算发现优化的三级冷凝、中间加压和尾气回收利用的方法能够节约50％能耗。

②成本较低：由于提高了最低冷凝温度，不必采用昂贵的低温压缩机、降低了保温材料要求等不利因素。结构简单、寿命长，也可实现自动控制。

③在各级制冷系统之间采用复叠式蒸汽压缩式制冷循环，既提高了整个油气回收装置的COP，又承担II级冷凝器需要的制冷量。

④降温后再压缩增加安全性。根据油气混合物的成分、比例、进入回收装置的油气初始压力、油气混合物的自燃点、着火点和回收效率以及排放浓度，灵活控制油气混合物在各级冷却器间的压缩比。

⑤对有、无空气渗入蒸发的油气具有通用性。针对有、无空气油气混合物和是否有大比例甲烷烃的油气混合物都适用于本系统，具有较好的通用性。

附图说明

图1为本发明的第一种实施例的工艺流程图。

图2为本发明的第二种实施例的工艺流程图。

图3为本发明的第三种实施例的工艺流程图。

图中：1-I级冷凝器；2-I级压缩机；3-II级冷却器；4-II级冷凝器；5-II级压缩机；6-III级第一冷却器；7-III级第二冷却器；8-III级冷凝器；9-III级制冷系统；10-II级制冷系统；11-I级制冷系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明原理和工作过程作进一步的说明：

图1为本发明的第一种实施例的工艺流程图，该工艺具体包括如下步骤：

1)油气首先进入I级冷凝器1，冷凝换热到1℃～6℃后，进入压缩比为1～10的I级压缩机2进行压缩，再通过II级冷却器3冷却换热后进入II级冷凝器4，冷凝换热到-25℃～-45℃；

2)从II级冷凝器4出来的油气进入压缩比为1～10的II级压缩机5进行压缩，再依次通过III级第一冷却器6和III级第二冷却器7冷却换热后，再进入III级冷凝器8进一步冷却到-60℃～-95℃；

3)从III级冷凝器8出来的尾气，再依次通过III级第二冷却器7和III级第一冷却器6，与油气充分换热后排出，凝结下来的油回收；

4)I级冷凝器1和II级冷却器3所需冷量由I级制冷系统11提供，II级冷凝器4所需冷量由II级制冷系统10提供，III级冷凝器8所需冷量由III级制冷系统9提供，II级制冷系统10和III级制冷系统9构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。

图2为本发明的第二种实施例的工艺流程图，具体包括如下步骤：

4)I级冷凝器1和II级冷却器3所需冷量由I级制冷系统11提供，II级冷凝器4所需冷量由II级制冷系统10提供，III级冷凝器8所需冷量由III级制冷系统9提供，I级制冷系统11、II级制冷系统10和III级制冷系统9构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。

图3为本发明的第三种实施例的工艺流程图，具体包括如下步骤：

2)从II级冷凝器4出来的油气进入压缩比为1～10的II级压缩机5进行压缩，再通过III级第一冷却器6冷却换热后，进入III级冷凝器8进一步冷却到-60℃～-95℃；

3)从III级冷凝器8出来的尾气，再依次通过II级冷却器3和I级冷却器1，与油气充分换热后排出，凝结下来的油回收；

4)II级冷凝器4和所需冷量由II级制冷系统10提供，III级冷凝器8和III级第一冷却器6所需冷量由III级制冷系统9提供，II级制冷系统10和III级制冷系统9构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。

实施例：如表1所述的某油气公司的油气混和物，该混和物的特点是无氧混和物，甲烷为主要成分，目的是将油气中非甲烷烃类去除并回收。

采用普通冷凝方法，当深冷温度为-81℃时，凝结回收效率不到75％，远达不到我国环保总局和质检总局发布的《加油站大气污染物排放标准》。要达到95％的非甲烷烃类油气回收要求，通过计算发现深冷温度要达到-113℃左右。当温度冷却到-80℃需要进一步深冷时，工程上采用液氮进一步冷却。

表1油气混和物组分和浓度(1atm，35℃)

组分名称	摩尔浓度(mol％)	组分名称	摩尔浓度(mol％)
组分名称	摩尔浓度(mol％)	组分名称	摩尔浓度(mol％)	氮气	0.0001	正戊烷	0.0192
甲烷	0.6469	2-甲基戊烯	0.0267	氮气	0.0001	正戊烷	0.0192
甲烷	0.6469	2-甲基戊烯	0.0267	乙烷	0.0371	正己烷	0.0253
丙烷	0.0933	正庚烷	0.0299	乙烷	0.0371	正己烷	0.0253
丙烷	0.0933	正庚烷	0.0299	异丁烷	0.0244	正辛烷	0.0107
正丁烷	0.0556	二氧化碳	0.0046	异丁烷	0.0244	正辛烷	0.0107
正丁烷	0.0556	二氧化碳	0.0046	2-甲基丁烷	0.0261

对比而言，第二、三阶段的压缩比分别采用1.83和2.99时，方案I所述的温度降低到-80℃左右回收效率达到95％。可以说达到同样的深冷温度，采用中间压缩的油气回收效率会提高。从能源利用效率上说，采用方案I的油气回收方法明显提高了整机的能量利用系数，表2为油气回收的制冷系数和功耗，可以看出采用方案I的比普通冷凝法油气回收节能50％左右。

表2各方案下的功耗情况(KJ/h)

从表3的压缩措施的危险性分析可见，采用方案I时，油气混和物不大于入口状态下油气的爆炸发生可能。

表3不同压缩比对爆炸反应速度的影响

通过上述方法，挥发出来的油气得以高效、安全回收。

需要说明的是各油田出产的油品和进口油品的成分不同，所以挥发出来的油气组分及是否含湿空气的量也不同，所以压缩比的确定应根据具体成分可压缩的安全性选择。

如上所述的实施例2，当油气混和物中低碳有机烃较多时，II级冷凝器和III级冷凝器所需的冷负荷较大，此时I级制冷系统、II级制冷系统和III级制冷系统构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环会明显提高整机的能量利用系数；如上所述的实施例3，当油气混合物中水蒸汽的含量特低、高碳烃含量较低时，I级制冷系统主要承担显热负荷，冷负荷较低，此时低温尾气能够提供I级制冷系统所需的冷量，达到有效利用能量的目的。

Claims

1.一种用于油气回收的冷凝方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)油气首先进入I级冷凝器(1)，冷凝换热到1℃～6℃后，进入压缩比为1～10的I级压缩机(2)进行压缩，再通过II级冷却器(3)冷却换热后进入II级冷凝器(4)，冷凝换热到-25℃～-45℃；

2)从II级冷凝器(4)出来的油气进入压缩比为1～10的II级压缩机(5)进行压缩，再依次通过III级第一冷却器(6)和III级第二冷却器(7)冷却换热后，再进入III级冷凝器(8)进一步冷却到-60℃～-95℃；

3)从III级冷凝器(8)出来的尾气，再依次通过III级第二冷却器(7)和III级第一冷却器(6)，与油气充分换热后排出，凝结下来的油回收；

4)I级冷凝器(1)和II级冷却器(3)所需冷量由I级制冷系统(11)提供，II级冷凝器(4)和III级冷凝器(8)所需冷量分别由II级制冷系统(10)和III级制冷系统(9)提供，II级制冷系统(10)和III级制冷系统(9)构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。

2.一种用于油气回收的冷凝方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

4)I级冷凝器(1)和II级冷却器(3)所需冷量由I级制冷系统(11)提供，II级冷凝器(4)和III级冷凝器(8)所需冷量分别由II级制冷系统(10)和III级制冷系统(9)提供，I级制冷系统(11)、II级制冷系统(10)和III级制冷系统(9)构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。

3.一种用于油气回收的冷凝法，其特征在于该油气回收方法包括如下步骤：

2)从II级冷凝器(4)出来的油气进入压缩比为1～10的II级压缩机(5)进行压缩，再通过III级第一冷却器(6)冷却换热后，进入III级冷凝器(8)进一步冷却到-60℃～-95℃；

3)从III级冷凝器(8)出来的尾气，再依次通过II级冷却器(3)和I级冷却器(1)，与油气充分换热后排出，凝结下来的油回收；

4)II级冷凝器(4)和所需冷量由II级制冷系统(10)提供，III级冷凝器(8)和III级第一冷却器(6)所需冷量由III级制冷系统(9)提供，II级制冷系统(10)和III级制冷系统(9)构成复叠式蒸汽压缩式制冷循环。