CN104587795A - 处理大油气量的吸附法油气回收工艺 - Google Patents

Abstract

回收大规模原油、汽油、石脑油等装船、装车过程产生的油气的油气回收工艺，有多座同时处于吸附步骤的吸附床，多座处于抽真空或真空清洗步骤的吸附床，多个抽真空系统采用多阶抽真空工艺，以及1个脱附气回收系统，压力下吸附，再生过程包含顺放、均压、抽真空和真空清洗等步骤，解决了采用常规油气回收工艺在处理大规模油气量时遇到的吸附、脱附气体流量大，气体流量和组成波动大，再生效率低等问题。

Description

处理大油气量的吸附法油气回收工艺

技术领域

本发明涉及一种处理大油气量的吸附法油气回收工艺，特别是一种采用吸附法回收处理原油、汽油、石脑油等易挥发油品装船或其它充装作业中产生的大油气量的油气回收工艺。

背景技术

原油、轻质油品，如汽油、石脑油等在向容器内充装过程中，其中的部分轻质烃类组分会逸散进入容器的气相空间，随着充装过程的进行，容器的气相空间逐渐被液体取代，从而置换出体积流量略大于液体体积流量的烃类组分与惰性气体的混合气体，人们通常称之为油气。油气的组成和浓度主要随被充装原油或油品的性质、饱和蒸气压、充装温度、充装方式等不同而不同。由于油田原油稳定操作条件相对炼油厂汽油、石脑油等轻质油品稳定操作条件较为缓和，因此总体上原油油气比汽油、石脑油等轻质油品的油气组分偏轻。原油油气中的烃类组分主要成分是1～6个碳原子的烃类化合物，而汽油、石脑油等轻质油品油气中的烃类组分主要成分是3～7个碳原子的烃类化合物。有些原油油气中还会含有少量的硫化氢、硫醇、硫醚等无机或有机硫化物。油气中的惰性气体随被充装容器的不同有时会有所不同，通常情况下，装油前汽车火车槽车气相空间内存留的主要是空气，因此汽车、火车槽车装油过程产生的油气中惰性气体主要成分是空气；而装油前的轮船船舱内除了空气外，有时还会充入一些发动机燃烧废气，因此，装油过程中在产生的油气中的非烃类组分可能还包括氮气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等气体。通常情况下，原油充装过程产生的油气浓度在10～30v％之间，充装损失在0.5kg/t原油左右；而汽油、石脑油等轻质油品充装过程产生的油气浓度在10～40v％之间，充装损失在1kg/t油品左右。

在原油从油田通过水陆或陆路到达炼油厂、再在炼油厂被加工为油品然后通过水陆陆或陆路最终进入汽车油箱的整个加工和流通过程中，通常会经历多次充装过程。伴随这些充装过程会有大量油气排入大气，这不但造成大量的石油资源浪费，同时也造成严重的大气污染，是造成严重雾霾天气的罪魁之一。因此世界各国政府和相关企业对油气回收都十分重视，自上世纪70年代以来，各国纷纷制定了适合本国国情的油气回收标准，油气回收技术不断完善，油气回收的范围和领域也不断扩展。美国是开展油气回收最早的国家，自1970年《空气清洁法》实施以来，油气回收技术和标准不断进步，目前美国联邦标准的油库汽油装油的油气回收尾气非甲烷烃排放限值大体相当于＜10g/m3。我国在2007年颁布了《储油库大气污染物排放标准》GB20950-2007，规定油库、炼油厂的汽车槽车、火车槽车汽油装油过程产生的油气必须要进行油气回收处理，处理后外排尾气中非甲烷非甲烷烃必须＜25g/m3。在此之后，油气回收在国内油库和炼油厂等汽油、石脑油充装场合得到普遍的推广应用。

但是，相对于规模通常在1000m3/h油气量以下的油库、炼油厂的油气回收来说，规模更大的装油过程，比如码头原油装船过程的油气回收，油气规模动辄几千m3/h，甚至几万m3/h；有些码头大宗汽油、石脑油等轻质油品装船过程的油气回收，油气规模也会达到几千m3/h；以及大宗火车原油装车过程的油气回收等油气回收领域，在国家政策法规、油气回收技术成熟度，以及整个油气回收系统配套等方面都明显滞后，在国内市场上还几乎没有这方面的商业案例。

从油气回收技术方面来看，除了美国专利US.Pat.No.4462811公开的用冷煤油吸收处理装船过程油气的油气回收工艺外，专利文献中鲜有适用于大规模原油和汽油、石脑油等轻质油品充装过程的油气回收技术。技术方面的难点主要体现在，一是由于大油气量带来的设备规模限制，二是原油中含量相对较高的C2和C3等轻组分需要油气回收过程比汽油油气回收过程更苛刻的操作条件才能达到同等的尾气排放标准。

对于油库、炼油厂的火车槽车装油、汽车槽车装油等轻质油品充装过程来说，相对于低温冷凝法、吸收法、膜分离法，吸附法工艺以其排放尾气中非甲烷烃低，投资和运行费用低，技术成熟等特点被认为是最理想的，也是目前工业应用最为普遍的油气回收工艺。该工艺的基本原理是将密闭充装过程收集的油气引入油气回收装置，利用吸附剂对不同吸附质吸附力的差异，将油气中吸附力较强的烃类组分与吸附力较弱的惰性气体实现分离，达到回收烃类组分外排清洁惰性气体的目的。美国专利US.Pat.No.4066423，US.Pat.No.4276058，US.Pat.No.4462811，US.Pat.No.5480475，US.Pat.No.5951741等是这类吸附法油气回收工艺的典型代表。这些吸附法油气回收工艺的主要设备包括两座内部装填着吸附剂(通常是活性炭)的吸附床，一个对吸附床进行再生操作的真空泵，和一个用于吸收脱附下来的烃类组分的吸收塔。其基本工艺过程是，进入油气回收装置的油气交替地穿过两座吸附床，当穿过处于吸附状态的吸附床时，在常温、常压的吸附条件下，油气中容易被吸附的烃类组分被吸附剂吸附，不易被吸附空气则作为尾气穿透床层排入大气。当吸附床内的吸附剂达到一定的吸附饱和度时，两座吸附床自动切换操作，吸附床切换至再生状态，而另一座先前处于再生状态的吸附床转换为吸附状态。吸附床的再生过程是，首先用真空泵对吸附床进行抽真空，通过真空泵提供的负压，将吸附在吸附剂上的烃类组份脱附出来，脱附出来的烃类组份与吸附床内存留的空气形成非甲烷烃更高的脱附气，脱附气经过真空泵升压至常压后被引入吸收塔，最终在吸收塔内脱附气中的烃类组分被来自罐区的汽油吸收后随汽油返回罐区，而吸收塔顶与吸收汽油呈相平衡、非甲烷烃30v％左右的塔顶油气则与原料油气混合。在吸附床再生操作的后期，再从吸附床出口侧引入少量空气对床层进行真空清洗，通过注入空气的降低油气分压作用，进一步将吸附床上吸附的烃类组分脱附下来。真空清洗结束后，从吸附床出口侧引入空气，将吸附床充压至常压，完成吸附床再生过程。两座吸附床在计算机程序控制下周期性切换操作，使整个油气回收工艺连续。通常油气回收装置的切换周期在15min左右，一方面这样的切换周期与汽车槽车和火车槽车的装油时间大体相匹配，这样可以最大限度地利用每辆槽车装油的间隙时间，同时吸附床的尺寸以及再生效率也都在比较合理的范围内。

但是对于大规模油气量的油气回收，尤其是大规模原油油气的油气回收来说，采用现有吸附法油气回收工艺面临以下几方面的困难：

首先，由于装置运行时只有一座吸附床处于吸附状态，从吸附剂动态吸附容量、吸附动力学、吸附床气相流速和床层压降、满足气体分布要求所需的高径比等方面看，需要很大直径和高度的吸附床才能满足工艺要求，这会带来制造安装方面的困难，投资也会大大增加。其次，由于抽真空负荷大，尤其是原油油气回收可能需要更低的抽真空压力，因而需要更大负荷的干式抽真空设备，因而投资会显著增加。还有，整个装置的管道阀门的尺寸都会很大，可能超出工业通用设备的尺寸范围，这会给制造、安装和维护带来困难。再有，吸附床压力和再生过程真空泵流量波动都很大；另外，现有两床吸附法油气回收装置的运行效率也比较低，主要表现在，一是在15min再生周期内，真空清洗后引入空气破真空占用时间1.5min左右，此过程中真空泵负荷闲置。二是在吸附床再生压力达到40kpa前烃类组分未出现实质性脱附，这一降压过程中真空泵抽吸的脱附气成分主要是空气，该过程占用时间0.5～1min。三是40kpa之前的抽真空过程抽出的空气经过后面的吸收塔后与吸收塔顶贫汽油呈相平衡，最终携带汽油中的烃类组分返回原料油气，这部分烃类组分量约占原料带入烃类组分的15％左右。这部分烃类组分既增加了吸附床体积，脱附这部分烃类组分又额外增加了抽真空负荷。总体来看，两床油气回收工艺需额外增加15％左右吸附床体积，同时再生效率降低约30％左右。

正是由于上述原因，现有吸附法油气回收工艺无法适用于处理大油气量的油气回收。而没有合适的适用于处理大油气量的油气回收工艺技术正是制约国内码头原油装油过程、码头大宗汽油、石脑油装油过程，大宗火车原油装油过程等无法实现油气回收的主要因素之一。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于处理大规模原油充装或大规模汽油、石脑油等轻质油品充装过程产生的油气的油气回收工艺。

本发明的另一个目的是提出一种再生效率更高的处理大规模原油充装或大规模汽油、石脑油等轻质油品充装过程产生的油气的油气回收工艺。

本发明的目的是这样实现的，一种大规模原油充装或大规模汽油、石脑油等轻质油品充装过程产生的大规模油气量的油气回收工艺，主要设备包括原料油气升压设备和冷却器，至少1座同时处于吸附步骤的吸附床，至少1座同时处于抽真空或真空清洗步骤的吸附床，至少1个独立的抽真空系统，以及1个脱附气回收系统，原料油气经升压设备升压至吸附压力和冷却器冷却至常温后进入吸附床组，每座吸附床至少依次经历以下操作步骤：

a.吸附步骤——将原料油气自吸附床入口引入吸附床，在常温和吸附压力下油气穿过吸附床过程中，其中易被吸附的烃类组分被吸附床内装填的吸附剂吸附下来，除去烃类组分的尾气从吸附床出口排出，经压控阀降压后直排大气，当吸附床内烃类组分的吸附前沿接近穿透吸附床时，停止吸附；

b.均压降步骤——将吸附床与其它处于均压升步骤的吸附床或其它中间罐连通，使两罐之间压力平衡，排出吸附床内的惰性气体，使吸附床烃类组分得到浓缩；

c.抽真空步骤——从吸附床入口侧用抽真空设备对吸附床进行抽真空，使吸附床压力逐步降至抽真空压力，将吸附在吸附剂上的烃类组分脱附下来，抽真空设备出口得到的升压后的烃类组分平均浓度较高的脱附气排入脱附气回收系统；

d.真空清洗步骤——在抽真空设备维持对吸附床抽真空的同时，从吸附床出口侧引入少量清洗气对吸附床进行真空清洗，利用清洗气的降低分压作用，进一步脱附残留在吸附剂上的烃类组分，此过程真空泵出口得到的脱附气也排入脱附气回收系统；

e.均压升步骤——将吸附床与其它处于均压降步骤的吸附床或其它中间罐连通，使吸附床得到部分升压；

f.终充步骤——从吸附床出口侧引入新鲜惰性气体或尾气，将吸附床逐步充压至吸附压力；

g.循环步骤a至步骤f。

本发明所说的大规模油气指的是，大规模原油、轻质油品，如汽油、石脑油等在向容器内充装过程中置换出来的油气，比如码头大规模原油、汽油、石脑油等轻质油品装船，油库、炼油厂等场所的大规模原油、汽油、石脑油等轻质油品装车过程产生的油气，其流量范围通常在1000～30000m3/h。原油油气的组成主要与原油来源，油田处理过程，以及运输被充装容器充装前存留的气体组成有关，原油油气中的烃类组分通常主要是1～6个碳原子的饱和烃，有时可能含有少量硫化物以及水蒸气等杂质，油气中的非甲烷烃浓度通常在5～30v％；而汽油、石脑油等轻质油品油气中的烃类组分通常主要有3～7个碳原子的烃类化合物，油气中的非甲烷烃浓度通常在10～40v％。油气中的惰性气体随充装场合的不同而有所不同，由于汽车槽车、火车槽车装油前罐内存留的惰性气体通常主要是空气，因此装车过程产生的油气中的惰性气体主要是空气；而码头装油时为了提高运输过程的安全性，人们往往会在充装前的轮船船舱内充入一些发动机燃烧废气，因此，装船过程产生的油气中的惰性气体除氮气、氧气外，可能还包含二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等气体。

对于汽油油气回收工艺来说，合适性能的活性炭已被证明是理想的吸附剂。本发明人经过试验研究证明，活性炭同样适用于主要烃类组分为C2～C6的原油油气的分离回收。在本发明人对主要烃类组分为C2～C6的原油油气以及主要烃类组分为C3～C7的汽油油气的吸附脱附研究中还注意到，合理选择的硅胶或分子筛在常温常压下对原油油气或汽油油气也有不错的分离回收效果。由于硅胶和分子筛自身具有的不可燃性特点，将硅胶或分子筛单独使用，或与活性炭混合使用，可以减轻人们对因吸附床吸附烃类组分或硫化物过程中产生的吸附温升可能导致吸附剂自燃的担忧。因此，适合本发明处理大规模原油充装或大规模汽油、石脑油等轻质油品充装过程产生的油气的油气回收工艺的吸附剂可以是单独使用活性炭、硅胶、分子筛；也可以采用活性炭、硅胶、分子筛吸附剂的组合吸附床。考虑到吸附剂床层阻力降，吸附剂吸附动力学特性等，吸附剂宜选用圆柱形，或球形、或破碎颗粒形结构，吸附剂平均粒径最好在φ2～φ6mm。

从本发明的吸附法工艺来说，提高吸附压力不但有利于增大吸附床处理能力，而且有利于降低尾气非甲烷烃浓度，同时也有利于提高脱附气烃浓度。但吸附压力升高，原料油气升压设备的投资和运行费用会相应增加。适合本发明吸附压力的是100～1000kpa(除非特殊说明，以下所有压力单位均指绝压)；优选吸附压力是100～500kpa。吸附温度是常温。

为解决大规模油气经过油气回收装置吸附过程遇到的问题，本发明的解决方案是，根据油气规模大小选择采用至少1座，或者说多座处于吸附状态、不同吸附进程的吸附床并联操作，比如原料油气量为V，采用n座吸附床同时进行吸附，每座吸附床的进气量就是V/n。这样只要合理选择同时处于吸附步骤吸附床的数量，大规模的原料油气就可以均匀分配给若干座并联操作的吸附床，而将每座吸附床的处理量控制在比较合理的范围内。这样就能很灵活地满足吸附床吸附动力学空速、吸附床气体空塔线速、吸附床高径比、床层压降、切换时间等要求，从而获得理想的吸附效果。同时合理规格尺寸的吸附床不但可以降低投资，也给制造、运输、安装等带来方便。与此同时，由于每座吸附床油气进料量减小，吸附床进出口管线和程控阀门就可以采用通用尺寸的管道阀门，这也为采购、安装、维护等提供了方便。除此之外，将原料油气由常压升压至吸附压力后，油气体积流量变小，也十分有利于增大处理规模。

吸附步骤结束后，吸附床空体积内和吸附剂上吸附了大量惰性气体，若将这些惰性气体随脱附气进入脱附气回收系统，会增大脱附气烃类组分的回收难度，降低回收效率。根据本发明人进行的原油油气在200kpa压力下吸附真空脱附试验研究，当吸附步骤吸附前沿接近出口侧的吸附床停止吸附后，从出口侧对其进行泄压和抽真空，并测定真空泵出口气体烃浓度随吸附床压力变化情况，结果显示，吸附床压力从200kpa的常压降至60kpa过程中，排出气体烃浓度呈由低到高缓慢升高的趋势，但总体一直处于比较低的水平，最高值不超过5％。如果将这部分低烃浓度气体转移至其它吸附床或外排大气，将会使吸附床内烃类组分得到浓缩，从而在抽真空步骤得到烃浓度更高的脱附气。本发明步骤b均压降步骤和步骤e均压升步骤是两个对应步骤，功能是使处于均压降步骤的吸附床与处于均压升步骤的吸附床或其它中间容器通过管线连通，靠两者之间的压差，将处于均压降步骤吸附床内的低烃浓度惰性气体转移到处于均压升步骤的吸附床或其它中间容器。均压步骤合适的均压次数是0～4次；优选地，均压步骤的均压次数是1～3次。当然，如果不设置均压步骤(相当于均压次数为0次)，即步骤a顺放步骤后接着进行步骤c抽真空步骤以及步骤d真空清洗步骤后接着进行步骤f终充步骤也是可以的，只是装置效率和脱附气浓度会有所降低。设置均压步骤的好处是显而易见的，首先，通过均压步骤将吸附步骤后吸附床内的大部分惰性气体转移至其它吸附床，而不是经由真空泵排入后续的脱附气回收系统；其次，通过均压降步骤直接将吸附床降至到一定的真空压力，节省了这段压降的抽真空负荷。因此设置均压步骤的总体效果是提高了整个装置的效率。

将完成吸附步骤的吸附床内的气体从出口侧排大气也是浓缩吸附床内烃类组分的有效手段，只要控制好排出气体的非甲烷烃浓度不要超过限值。因此在步骤a吸附步骤后和步骤b均压降步骤前增加顺放步骤是本发明的优选工艺，即：顺放步骤——将吸附床出口与尾气线连通，吸附床内不易吸附的惰性气体沿着吸附气流的方向从吸附床排出至低压尾气系统，使吸附床内烃类组分得到浓缩；

当处理大规模油气量，又要求比较低的抽真空压力以获得较低的尾气烃浓度和较高的脱附气浓度时，抽真空负荷往往会很大，对于单个抽真空系统来说往往是难以承受的，尤其是管道阀门系统。本发明提出的解决方案是，采用至少1个独立抽真空系统，或者说多个独立抽真空系统同时对不同吸附床进行抽真空操作。这样可以将抽真空负荷分摊给各个独立的抽真空系统，使每个抽真空系统的负荷都在合理的范围内。当采用多个独立抽真空系统时，最好采用多阶抽真空工艺，即一座吸附床的抽真空步骤从抽真空步骤开始直到真空清洗步骤结束的整个抽真空任务由不同的独立抽真空系统接力完成，每个抽真空系统负责一个压力区段的抽真空任务。这样的最大好处是抽真空步骤前期抽出的脱附气中含有相对较多的惰性气体，如果采用抽气量大安全性更高的抽真空设备，比如液环式真空泵，就可以提高抽真空系统的运行安全性，而抽真空后期的低压阶段可以采用极限真空更高的干式真空泵，比如螺杆式真空泵、往复式真空泵等；其次根据不同抽真空压力范围选择采用不同结构形式的抽真空系统，可以获得更低的投资和更高的运行效率；另外，由于脱附气是由多个不同抽真空阶段的抽真空设备排出气体混合而成，因而其流量和组成更均匀，这可以减轻回收系统的负荷波动。当然也可以采用抽真空系统并行运行工艺，即一座吸附床的抽真空步骤开始直到真空清洗步骤结束的整个抽真空任务都由一个抽真空系统完成，不同的抽真空系统承担不同吸附床的抽真空任务。

抽真空步骤和真空清洗步骤的抽真空压力是原油油气和汽油、石脑油油气吸附法油气回收工艺的一个重要参数。不但影响尾气烃浓度，也相当程度上影响着吸附床体积、抽真空设备规模等。抽真空压力越低，吸附床再生得越彻底，吸附步骤尾气烃浓度就越低；抽真空压力越低，吸附剂的动态吸附容量越大，吸附床体积就越小；但抽真空压力越低，抽真空气体体积流量越大，抽真空设备的负荷就越大，抽真空设备的投资和运行能耗就越高。根据本发明人的试验研究，对于大规模原油油气，或汽油、石脑油油气的油气回收工艺来说，抽真空步骤和真空清洗步骤合适的抽真空压力是1～15kpa。优选地，抽真空压力是2～10kpa。

本发明的真空清洗步骤是抽真空步骤之后，在抽真空设备维持对吸附床抽真空的同时，从吸附床出口侧引入少量清洗气对吸附床进行真空清洗，利用清洗气的降低分压作用，进一步脱附残留在吸附剂上的烃类组分。所说的清洗气指的是来自其他吸附床或中间容器的低烃浓度惰性气体，或尾气，或新鲜惰性气体，或先用低浓度惰性气体再用尾气或新鲜惰性气体。这里所说的新鲜惰性气体指得是氮气或空气。

如果清洗气采用来自其他吸附床排出的低烃浓度惰性气体，则可以进一步降低抽真空步骤之前的吸附床压力，有利于提高脱附气烃浓度。当清洗气采用来自其他吸附床排出的低烃浓度惰性气体时，相应地在步骤b均压降步骤后和步骤c抽真空步骤前增加释放清洗气步骤，即：释放清洗气步骤——将吸附床出口与真空清洗步骤的吸附床连通，进一步排出吸附床内不易吸附的惰性气体，同时为真空清洗步骤提供清洗气。

抽真空步骤和真空清洗步骤从抽真空设备出口排出的脱附气主要成分是烃类组分、杂质以及惰性气体的混合气体，平均烃浓度在60～95v％，脱附气回收系统的主要目的是将其中的烃类组分回收下来。根据现场条件可以采用吸收油吸收烃类组分的吸收法回收工艺，也可以采用压缩冷凝回收烃类组分液体的压缩冷凝法回收工艺。当现场具备提供吸收油条件时，优选采用吸收法回收工艺。具体来说，吸收法回收工艺就是将抽真空设备排出的脱附气送入吸收塔，用储罐来的贫吸收油将脱附气中的烃类组分吸收下来，吸收烃类组分后的富吸收油循环返回罐区，而吸收塔顶气体则返回原料油气线与原料油气混合。吸收法回收工艺所使用的吸收油最好是与被充装液体性质相同或相近的有机液体。比如回收原油油气时，用原油做吸收油；回收汽油油气时，用汽油做吸收油。这样整个油气回收过程就做到了烃类组分从哪里来又回到哪里去。当现场不具备提供吸收油条件时，也可采用压缩冷凝法回收工艺。就是将抽真空设备排出的脱附气再经压缩机压缩升压，再经常温或低温冷凝后大部分烃类组分被冷凝为液体回收下来，不凝气或作燃料气使用，或循环返回原料油气线与原料油气混合。具体压缩冷凝的冷凝压力和温度根据脱附气组成、回收要求以及回收代价等因素综合确定。

正是由于本发明的多座吸附床同时吸附，将进入油气回收装置的大规模油气量平均分摊给各座合适规模的吸附床，以及多组抽真空系统将大规模的抽真空负荷分摊给各组规模和选型适当的抽真空系统，解决了处理大规模油气量的问题。而较之于现有汽油油气回收工艺，本发明油气回收工艺中的顺放过程、均压过程、真空清洗过程采用低烃浓度清洗气等措施都显著提高了油气回收装置的吸附和抽真空效率。本发明的压力下吸附工艺不但有利于提高装置处理能力，减小设备规模，而且也有利于获得更高烃浓度的脱附气和更低非甲烷烃浓度的尾气。

以下结合附图对本发明所说的处理大油气量的吸附法油气回收工艺做进一步说明。需要强调的是，附图只是为了帮助更好地理解本发明，不能被理解为是对本发明权利要求的限制。

附图说明

图1是拥有3座吸附床同时吸附，2个抽真空系统，带顺放和1次均压的脱附气回收系统为吸收法工艺的处理大油气量的吸附法油气回收工艺流程示意图。

图2是拥有3座吸附床同时吸附，2个抽真空系统，带2次均压的脱附气回收系统为吸收法工艺的处理大油气量的吸附法油气回收工艺流程示意图。

具体实施方式

实施方式一：

图1所示的工艺流程中主要包含8座吸附床，编号分别为A、B、C、D、E、F、G、H，每座吸附床入口侧管线上设有吸附进口程控阀(V1A～H)，一阶抽真空程控阀(V3A～H)和二阶抽真空程控阀(V2A～H)，每座吸附床出口管线上设有吸附出口程控阀(V7A～H)，均压程控阀(V4A～H)，清洗程控阀(V5A～H)和充压程控阀(V6A～H)；1台原料油气鼓风机(11)和1台冷却器(12)；两个抽真空系统的抽真空设备分别是一阶抽真空设备(5)和二阶抽真空设备(6)；以及1座吸收塔(8)和1台富吸收油泵(10)。

充装过程产生的大规模油气沿箭头(1)所示的方向进入油气回收装置后，首先经鼓风机(11)升压至180kpa，再循环水经冷却器(12)冷却至常温。然后分三路进入8座吸附床中的3座，比如首先进入吸附床A、B、C，表1是各个吸附床运行时序表。

表1 各吸附床运行时序表

注：表中各符号代表的意义是，A——吸附步骤，PP——顺放步骤，D——均压降步骤，DP——释放清洗气步骤，AP——外供清洗气步骤，V1——一阶抽真空步骤，V2——二阶抽真空步骤，VP——真空清洗步骤，R——均压升步骤，FR1——终充1步骤，FR1——终充2步骤。

根据表1，每座吸附床共有12个步序；第二栏是每个步序的时长，一个循环周期为80min，吸附床切换周期为10min，第三栏是每个步序结束时的吸附床压力，第四～第十一栏是每座吸附床所处的运行步骤。下面以吸附床A为例，说明吸附床的运行过程。

步序1，A床处于吸附步骤(A)。这时，A床进口程控阀(V1A)和出口程控阀(V7A)打开，A床的其余程控阀关闭(以下未说明打开的程控阀即是关闭的程控阀)，占总原料油气1/3的原料油气从吸附床入口引入吸附床，在180kpa吸附压力下，在穿过吸附床过程中，油气中易被吸附的烃类组分(包括硫化物、水分、部分二氧化碳等杂质)被吸附剂吸附下来，不易吸附的惰性气体则穿过吸附剂床层，作为尾气从吸附床出口排出，经压控阀(13)降压至常压后沿箭头(2)所示的方向排入大气。

步序2和步序3与步序1相似，差异只是3个步序A床处于不同的吸附进程。

当运行时长达到30min时(也可以根据设在吸附床出口尾气浓度检测仪测得的非甲烷烃浓度控制吸附床切换操作，图中未画出)，A床烃类组分吸附前沿快要接近出口时切换操作。

步序4，A床处于顺放步骤(PP)。这时A床出口侧程控阀(V4A)打开，程控阀(16)也同时打开。A床由吸附压力逐步降至大气压力，这时吸附床非甲烷烃吸附前沿接近出口侧。顺放步骤时长5min。

步序5，A床处于均压降步骤(D)。这时A床出口侧程控阀(V4A)打开，处于均压升步骤的F床出口侧程控阀(V4F)也同时打开。A床与F床连通，直至两床压力达到54kpa左右的平衡压力。均压降过程中，低烃浓度的惰性气体从A床排入F床。均压降步骤时长5min。

步序6，A床处于释放清洗气步骤DP和外供清洗气步骤AP。首先进行的是释放清洗气步骤DP。这时A床出口侧程控阀(V5A)打开，处于真空清洗步骤的G床出口侧程控阀(V5G)也同时打开。A床与G床连通，通过控制阀门或管路元件阻力降大小，或阀门开关时间，控制A床释放的清洗气量，使A床压力逐渐降至45kpa，在这个压力下，释放清洗气的烃浓度不至于太高，进一步排出吸附床内的惰性气体，同时为真空清洗步骤提供清洗气。之后是AP步骤，A床出口侧程控阀(V5A)关闭，程控阀(15)打开，尾气为G床提供清洗气。释放清洗气步骤DP和外供清洗气步骤AP时长5min。

步序7，A床进入一阶抽真空步骤(V1)。打开程控阀(V3A)，从吸附床入口侧用抽真空设备(5)对A床进行抽真空，使吸附床压力逐步降至15kpa左右。抽真空过程中，随着压力的降低，吸附剂上吸附的烃类组分等易吸附组分逐步被脱附下来，得到的富集烃类组分的脱附气经真空泵升压至略高于常压的压力后，进入吸收塔(8)。在吸收塔内与来自外部系统罐区(图中未画出)、沿箭头(3)进入吸收塔顶的贫吸收油在填料(9)上逆流接触，脱附气中的烃类组分被吸收油吸收后，随塔底富吸收油经泵(10)升压后沿箭头(4)所示方向送至罐区(图中未画出)。而与塔顶贫吸收油呈相平衡浓度的塔顶气体则沿管线(7)循环返回原料油气线。一阶抽真空步骤时长10min。由于一阶抽真空步骤的抽真空压力范围在45～15kpa，因此一阶抽真空设备的真空泵可以选用液环式真空泵。这种真空泵单台设备抽气量大，且价格较低，同时如果脱附气中含有氧气，这种真空泵由于没有金属机械部件的接触，因而是本质安全的。

步序8，A床进入二阶抽真空步骤(V2)。打开程控阀(V2A)，从吸附床入口侧用二阶抽真空设备(6)继续对A床进行抽真空，使吸附床压力逐步由15kpa降至6kpa左右。二阶抽真空步骤抽真空设备排出的脱附气与一阶抽真空步骤的脱附气混合后一起进入吸收塔回收烃类组分。二阶抽真空步骤时长5min。二阶抽真空设备选用极限真空更高的干式真空泵，比如螺杆式真空泵。

步序9，A床进入真空清洗步骤(VP)。这时二阶抽真空系统继续维持对吸附床抽真空，同时打开程控阀(V5A)，先是C床出口侧程控阀(V5C)打开，由C床提供清洗气；之后关闭程控阀(V5C)，打开程控阀(15)，用尾气作清洗气进一步对吸附床进行真空清洗。真空清洗步骤时长5min。

步序10，A床进入均压升步骤(R)。打开A床出口侧程控阀(V4A)和D床出口侧程控阀(V4D)，A、D两座吸附床连通，将处于均压降步骤的D床内的低烃浓度惰性气体引入A床，使A床部分升压。均压升步骤时长5min。

步序11，A床终充步骤(FR1)。打开A床出口侧程控阀(V6A)和程控阀(14)，用常压尾气将吸附床充压至100kpa。终充步骤时长5min。

步序12，A床终充步骤(FR2)。打开A床出口侧程控阀(V6A)和程控阀(17)，用吸附床出口压控阀前的带压尾气将吸附床充压至180kpa。终充步骤时长5min。

至此，A床完成一个吸附再生周期，接着进行步序1～12的下一个吸附再生周期。其它吸附床以与A床相似的步序，按照表1所列的时序相互交错运行，使整个装置连续运行。

实施方式二：

图2所示的工艺流程中主要包含8座吸附床，编号分别为A、B、C、D、E、F、G、H，每座吸附床入口侧管线上设有吸附进口程控阀(V1A～H)，一阶抽真空程控阀(V3A～H)和二阶抽真空程控阀(V2A～H)，每座吸附床出口管线上设有吸附出口程控阀(V7A～H)，均压程控阀(V4A～H)，清洗程控阀(V5A～H)和充压程控阀(V6A～H)；1台原料油气鼓风机(11)和1台冷却器(12)；两个抽真空系统的抽真空设备分别是一阶抽真空设备(5)和二阶抽真空设备(6)；以及1座吸收塔(8)和1台富吸收油泵(10)。

充装过程产生的大规模油气沿箭头(1)所示的方向进入油气回收装置后，首先经鼓风机(11)升压至180kpa，再循环水经冷却器(12)冷却至常温。然后分三路进入8座吸附床中的3座，比如首先进入吸附床A、B、C，表2是各个吸附床运行时序表。

表2 各吸附床运行时序表

注：表中各符号代表的意义是，A——吸附步骤，1D——一均降步骤，2D——二均压降步骤，DP——释放清洗气步骤，AP——外供清洗气步骤，V1——一阶抽真空步骤，V2——二阶抽真空步骤，VP——真空清洗步骤，1R——一均升步骤，2R——二均升步骤，FR——终充步骤。

根据表2，每座吸附床共有12个步序；第二栏是每个步序的时长，一个循环周期为80min，吸附床切换周期为10min，第三栏是每个步序结束时的吸附床压力，第四～第十一栏是每座吸附床所处的运行步骤。下面以吸附床A为例，说明吸附床的运行过程。

步序1，A床处于吸附步骤(A)。这时，A床进口程控阀(V1A)和出口程控阀(V7A)打开，占总原料油气1/3的原料油气从吸附床入口引入吸附床，在180kpa吸附压力下，在穿过吸附床过程中，油气中易被吸附的烃类组分(包括硫化物、水分、部分二氧化碳等杂质)被吸附剂吸附下来，不易吸附的惰性气体则穿过吸附剂床层，作为尾气从吸附床出口排出，经压控阀(13)降压至常压后沿箭头(2)所示的方向排入大气。

步序2和步序3与步序1相似，差异只是3个步序A床处于不同的吸附进程。

当运行时长达到30min时(也可以根据设在吸附床出口尾气浓度检测仪测得的非甲烷烃浓度控制吸附床切换操作，图中未画出)，A床烃类组分吸附前沿快要接近出口时切换操作。

步序4，A床处于一均降步骤(1D)。这时A床出口侧程控阀(V4A)打开，处于均压升步骤的E床出口侧程控阀(V4E)也同时打开。A床与E床连通，直至两床压力达到122kpa左右的平衡压力。均压降过程中，低烃浓度的惰性气体从A床排入E床。均压降步骤时长5min。

步序5，A床处于二均降步骤(2D)。这时A床出口侧程控阀(V4A)打开，处于均压升步骤的F床出口侧程控阀(V4F)也同时打开。A床与F床连通，直至两床压力达到65kpa左右的平衡压力。均压降过程中，低烃浓度的惰性气体从A床排入F床。均压降步骤时长5min。

步序6，A床处于释放清洗气步骤DP和外供清洗气步骤AP。首先进行的是释放清洗气步骤DP。这时A床出口侧程控阀(V5A)打开，处于真空清洗步骤的G床出口侧程控阀(V5G)也同时打开。A床与G床连通，通过控制阀门或管路元件阻力降大小，或阀门开关时间，控制A床释放的清洗气量，使A床压力逐渐降至45kpa，在这个压力下，释放清洗气的烃浓度不至于太高，进一步排出吸附床内的惰性气体，同时为真空清洗步骤提供清洗气。之后是AP步骤，A床出口侧程控阀(V5A)关闭，程控阀(15)打开，尾气为G床提供清洗气。释放清洗气步骤DP和外供清洗气步骤AP时长5min。

步序7，A床进入一阶抽真空步骤(V1)。打开程控阀(V3A)，从吸附床入口侧用抽真空设备(5)对A床进行抽真空，使吸附床压力逐步降至15kpa左右。抽真空过程中，随着压力的降低，吸附剂上吸附的烃类组分等易吸附组分逐步被脱附下来，得到的富集烃类组分的脱附气经真空泵升压至略高于常压的压力后，进入吸收塔(8)。在吸收塔内与来自外部系统罐区(图中未画出)、沿箭头(3)进入吸收塔顶的贫吸收油在填料(9)上逆流接触，脱附气中的烃类组分被吸收油吸收后，随塔底富吸收油经泵(10)升压后沿箭头(4)所示方向送至罐区(图中未画出)。而与塔顶贫吸收油呈相平衡浓度的塔顶气体则沿管线(7)循环返回原料油气线。一阶抽真空步骤时长10min。由于一阶抽真空步骤的抽真空压力范围在45～15kpa，因此一阶抽真空设备的真空泵可以选用液环式真空泵。这种真空泵单台设备抽气量大，且价格较低，同时如果脱附气中含有氧气，这种真空泵由于没有金属机械部件的接触，因而是本质安全的。

步序8，A床进入二阶抽真空步骤(V2)。打开程控阀(V2A)，从吸附床入口侧用二阶抽真空设备(6)继续对A床进行抽真空，使吸附床压力逐步由15kpa降至6kpa左右。二阶抽真空步骤抽真空设备排出的脱附气与一阶抽真空步骤的脱附气混合后一起进入吸收塔回收烃类组分。二阶抽真空步骤时长5min。二阶抽真空设备选用极限真空更高的干式真空泵，比如螺杆式真空泵。

步序9，A床进入真空清洗步骤(VP)。这时二阶抽真空系统继续维持对吸附床抽真空，同时打开程控阀(V5A)，先是C床出口侧程控阀(V5C)打开，由C床提供清洗气；之后关闭程控阀(V5C)，打开程控阀(15)，用尾气作清洗气进一步对吸附床进行真空清洗。真空清洗步骤时长5min。

步序10，A床进入二均升步骤(2R)。打开A床出口侧程控阀(V4A)和D床出口侧程控阀(V4D)，A、D两座吸附床连通，将处于均压降步骤的D床内的低烃浓度惰性气体引入A床，使A床部分升压。二均升步骤时长5min。

步序11，A床进入一均升步骤(1R)。打开A床出口侧程控阀(V4A)和E床出口侧程控阀(V4E)，A、E两座吸附床连通，将处于均压降步骤的E床内的低烃浓度惰性气体引入A床，使A床部分升压。一均升步骤时长5min。

步序12，A床终充步骤(FR)。打开A床出口侧程控阀(V6A)和程控阀(17)，用吸附床出口压控阀前的带压尾气将吸附床充压至180kpa。终充步骤时长5min。

至此，A床完成一个吸附再生周期，接着进行步序1～12的下一个吸附再生周期。其它吸附床以与A床相似的步序，按照表1所列的时序相互交错运行，使整个装置连续运行。

实施例

某码头原油装船过程产生油气量6000m3/h，温度常温，装船过程排出的油气非甲烷烃浓度20v％，油气经岸上鼓风机升压和分液罐排凝后进入油气回收装置。油气回收装置工艺流程如附图1所示，吸附床运行时序表如表1所示，吸附剂采用硅胶和活性炭复合吸附床，采用3座吸附床同时吸附，2套阶梯式抽真空系统，1次均压，贫吸收剂为来自岸上原油罐区的原油，富吸收油返回岸上原油储罐。经油气回收装置处理后97％以上非甲烷烃组分被回收，外排尾气非甲烷烃浓度＜10g/m3，低于25g/m3的油库汽油油气回收排放标准限值。

Claims (17)

1.大规模原油充装或大规模汽油、石脑油等轻质油品充装过程产生的大规模油气量的油气回收工艺，主要设备包括原料油气升压设备和冷却器，至少1座同时处于吸附步骤的吸附床，至少1座同时处于抽真空或真空清洗步骤的吸附床，至少1个独立的抽真空系统，以及1个脱附气回收系统，原料油气经升压设备升压至吸附压力和冷却器冷却至常温后进入吸附床组，每座吸附床至少依次经历以下操作步骤：

a.吸附步骤——将原料油气自吸附床入口引入吸附床，在常温和吸附压力下油气穿过吸附床过程中，其中易被吸附的烃类组分被吸附床内装填的吸附剂吸附下来，除去烃类组分的尾气从吸附床出口排出，经压控阀降压后直排大气，当吸附床内烃类组分的吸附前沿接近穿透吸附床时，停止吸附；

b.均压降步骤——将吸附床与其它处于均压升步骤的吸附床或其它中间罐连通，使两罐之间压力平衡，排出吸附床内的惰性气体，使吸附床烃类组分得到浓缩；

c.抽真空步骤——从吸附床入口侧用抽真空设备对吸附床进行抽真空，使吸附床压力逐步降至抽真空压力，将吸附在吸附剂上的烃类组分脱附下来，抽真空设备出口得到的升压后的烃类组分平均浓度较高的脱附气排入脱附气回收系统；

d.真空清洗步骤——在抽真空设备维持对吸附床抽真空的同时，从吸附床出口侧引入少量清洗气对吸附床进行真空清洗，利用清洗气的降低分压作用，进一步脱附残留在吸附剂上的烃类组分，此过程真空泵出口得到的脱附气也排入脱附气回收系统；

e.均压升步骤——将吸附床与其它处于均压降步骤的吸附床或其它中间罐连通，使吸附床得到部分升压；

f.终充步骤——从吸附床出口侧引入新鲜惰性气体或尾气，将吸附床逐步充压至吸附压力；

g.循环步骤a至步骤f。

2.根据权利要求1所述的工艺流程，其特征在于：大规模油气的流量范围是1000～30000m3/h。

3.根据权利要求1所述的工艺流程，其特征在于：原油油气中的烃类组分主要是1～6个碳原子的饱和烃，有时可能含有少量硫化物以及水蒸气等杂质，油气中非甲烷烃浓度通常在5～30v％；而汽油、石脑油等轻质油品油气中的烃类组分主要是3～7个碳原子的烃类化合物，油气中的非甲烷烃浓度通常在10～40v％；装车过程产生的油气的惰性气体组分主要是空气；而装船过程产生的油气的惰性气体组分主要成分是氮气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等混合气体。

4.根据权利要求1所述的工艺流程，其特征在于：适合处理大规模原油充装过程或大规模汽油、石脑油等轻质油品充装过程产生的油气的油气回收工艺的吸附剂是活性炭，或硅胶，或分子筛，或是活性炭、硅胶、分子筛的组合吸附床。

5.根据权利要求1所述的工艺流程，其特征在于：吸附床吸附步骤的吸附压力是100～1000kpa。

6.根据权利要求1或5所述的工艺流程，其特征在于：吸附床吸附步骤的吸附压力是100～500kpa。

7.根据权利要求1所述的工艺流程，其特征在于：至少1座同时处于吸附步骤的吸附床指得是有多座同时处于吸附步骤、不同吸附进程的吸附床并联操作。

8.根据权利要求1所述的的工艺流程，其特征在于：均压步骤的均压次数是0～4次。

9.根据权利要求1或8所述的的工艺流程，其特征在于：均压步骤的均压次数是1～3次。

10.根据权利要求1所述的的工艺流程，其特征在于：在步骤a吸附步骤后和步骤b均压降步骤前增加顺放步骤，即：顺放步骤——将吸附床出口与尾气线连通，吸附床内不易吸附的惰性气体沿着吸附气流的方向从吸附床排出至低压尾气系统，使吸附床内烃类组分得到浓缩。

11.根据权利要求1所述的工艺流程，其特征在于：包括至少1个独立的抽真空系统对至少1座同时处于抽真空或真空清洗步骤的吸附床采用多阶抽真空工艺进行抽真空操作。

12.根据权利要求1所述的工艺流程，其特征在于：抽真空步骤和真空清洗步骤吸附床的抽真空压力是1～15kpa。

13.根据权利要求1或12所述的工艺流程，其特征在于：抽真空步骤和真空清洗步骤吸附床的抽真空压力是2～10kpa。

14.根据权利要求1所述的工艺流程，其特征在于：清洗气是来自其他吸附床或中间容器的低烃浓度惰性气体，或尾气，或新鲜惰性气体，或先用低浓度惰性气体再用尾气或新鲜惰性气体。

15.根据权利要求1或14所述的工艺流程，其特征在于：清洗气采用来自其他吸附床排出的低烃浓度惰性气体时，相应地在步骤b均压降步骤后和步骤c抽真空步骤前增加释放清洗气步骤，即：释放清洗气步骤——将吸附床出口与真空清洗步骤的吸附床连通，进一步排出吸附床内不易吸附的惰性气体，同时为真空清洗步骤提供清洗气。

16.根据权利要求1所述的工艺流程，其特征在于：脱附气回收系统采用吸收油吸收烃类组分的吸收法回收工艺。

17.根据权利要求1所述的工艺流程，其特征在于：脱附气回收系统采用压缩冷凝回收烃类组分液体的压缩冷凝法回收工艺。