CN106310697A - 一种新型集成油气深度回收与排放控制系统 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种新型集成油气深度回收与排放控制装置，适合各种油气的深度处理、回收和排放指标控制。它是对含可挥发性烃类油气进行预冷→冷凝→膜分离→吸附→燃烧，从而使油气中各种有毒有害组分浓度降低到符合排放指标要求，减少大气污染。本发明特别适用于的油气深度回收处理，可靠性强，回收效率高。在同等回收率条件下，本发明较传统的油气回收装置能耗低、处理效率高。

Description

一种新型集成油气深度回收与排放控制系统

技术领域

本发明属于废气处理和油气回收与排放控制技术领域，特别涉及一种新型集成油气深度回收与排放控制装置，可广泛应用于原油储运、炼油、石化、化工等行业需要处理含油气、含有毒、有害挥发性烃类油气的深度处理和回收，满足日益严格的环保排放指标要求。

背景技术

汽油、苯类油品等在储存、运输过程中挥发的油气对环境、健康和安全产生的危害越来越引起人们的重视。早在20世纪60年代国外发达国家就对装车、装船过程蒸发损耗油气进行回收技术的研究，20世纪70年代欧美等国已广泛应用油气回收技术于装车、装船等过程。在油气回收方面，欧盟各国都做出了明确规定，有的国家还对加装了油气回收装置的油库和加油站实行阶段性的财政补贴或税收减免的优惠。

汽油、苯类等一些化工尾气对人体的危害近年来引起人们的广泛关注，这些尾气严重影响呼吸道和肺部健康，特别是苯类尾气是危险的致癌物质，因此，要保证在排放的废气中尽量减少汽油、苯类等有害物质含量。

另外，含汽油、苯类等尾气无组织排放也造成了严重的能源浪费，据相关文献报道，我国仅2005年在石油类产品储运、装卸环节损失高达24.2亿元人民币。

我国从1997年1月1日起实行《大气污染物综合排放标准》（GB 16297-1996），又于2007年6 月发布了《储油库大气污染物排放标准》（GB20950-2007）、《汽油运输大气污染物排放标准》（GB20951-2007）、《加油站大气污染物排放标准》（GB20952-2007），并于2007年8月1日开始实施。根据《储油库大气污染物排放标准》的要求，装油时产生的油气应进行密闭收集和回收处理，经过回收处理的油气排放浓度要≤25g/m³(非甲烷烃)，处理效率要≥95%，同时标准规定了油气排放控制标准实施区域和时限要求。《石油炼制工业污染物排放标准（二次征求意见稿）》更是对大气污染物排放限值提出了更为苛刻的要求，其中苯并芘、苯、甲苯、二甲苯的特别排放限值分别达到0.3×10^-3mg/m³、2 mg/m³、8 mg/m³和10 mg/m³。

随着人们环保意识和节约意识的加强，我国将会制定更加严格的环保法规来限制废气排放中有害气体的含量，这就进一步要求油气回收装置处理效率要不断提高。目前，国内油气回收装置采用的方法分为冷凝法、吸收法、吸附法、膜分离法等，处理方法较为单一，处理效率较低，难以满足环保排放的要求。这些处理方法的集成工艺也相继被开发和研究，可在一定程度上满足环保排放要求。

但现有工艺和技术存在以下缺点：

1) 冷凝法能耗相对较大，且对设备材质及保温要求严格，装置投资成本及运行费用相对较高，另外由于油气中水分的存在易使系统结霜结冰；

2）吸附法由于工艺及设备自身的特点导致其处理量不能过大，且吸附热效应明显，易造成吸附剂劣化甚至着火；

3）吸收法存在溶剂再生工艺复杂、操作费用较高；

4）膜分离法由于膜材料、膜组件制造成本高及使用寿命相对过短，造成其成本较高，且膜分离过程只是一个浓缩过程，不能将油气与空气彻底分开。

CN101342427B介绍了一种冷却→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，可用于车船装卸油、原油油库切油、油罐大小呼吸等情况的油气回收。

CN200943812Y介绍了一种加压、冷凝、喷淋相结合的油气回收装置，包括储气罐、吸收塔组、气体压缩机、喷淋油泵、吸收油泵和换热器。

CN102895836B介绍了一种加油站用油气回收装置，该油气回收系统设置有压力传送器、温度传送器、压缩机、冷冻机组、气液分离器、膜分离器、吸附罐、流量计，采用压缩、冷凝、膜分离/吸附的复合装置，尾气排放浓度可低于15g/m³，油气回收率可达99%。

CN102441313B介绍了一种油气回收方法，包括吸附段或吸收段，在吸附段或吸收段中，吸附剂或吸收剂将油气固定在吸附剂或吸收剂中，然后采用真空再生或加热再生的方式将饱和的吸附剂或吸收剂再生，再生过程得到浓缩再生气，浓缩再生气以汽油为吸收剂在浓缩再生气吸收塔内进行吸收，浓缩再生气吸收塔排放的再生尾气不循环回吸附段或吸收段，浓缩再生气吸收塔采用的汽油吸收剂温度为-15～10℃。

发明内容

本发明采用初冷→深冷→膜分离→吸附→燃烧的组合方法，对油气进行回收处理的工艺方法，处理效率高，烃类回收率高，能够满足日益严格的环保排放要求，且同等处理效果和回收效果条件下，系统能耗相对较低。

本发明解决所述问题的技术方案是：采用预冷+冷凝+膜分离+吸附+燃烧组合方法，对油气回收处理与排放控制。该方法是由冷凝系统、膜分离系统、吸附系统、吸附剂再生系统、燃烧系统及其他附属设备构成。

冷凝系统包括油气预冷器、冷凝器、中间回液罐、冷冻机组、深度冷凝装置等；膜分离系统包括膜组件、真空泵等；吸附系统包括吸附罐、引风机、排放筒；吸附再生系统包括真空泵、再生冷凝器、回液罐、回液泵；燃烧系统包括热力燃烧器或催化氧化燃烧器等；整套装置还包括控制阀、控制系统、配电系统等。

所述的油气深度回收与排放控制装置，其特征在于：该方法采用了预冷+冷凝+膜分离+吸附+燃烧的集成方法，对油气进行回收、处理，特别适用于油气深度处理与回收，回收效率高，能满足严格的排放指标，对各种操作方便，处理后排放尾气中有害成分特别是三苯、汽油类物质含量达到国家排放标准要求。

所述的油气深度回收与排放控制装置，其特征在于：对于大处理量的油气回收与排放控制装置，可通过将气体压缩之后再进入油气回收系统，使气体体积流量减小，减小系统装置体积与管道直径，做到系统装置的轻量化。

所述的油气深度回收与排放控制装置，其特征在于：对于不同的油气组分回收要求，冷凝系统可分别采用预冷+冷凝或预冷+冷凝+深度冷凝的方式，满足不同组分的回收需求，合理的配置也在一定程度上起到节能的效果。

所述的油气深度回收与排放控制装置，其特征在于：膜分离装置布置在吸附装置之前，使得进入吸附装置的气体量大大减小，有毒有害与挥发性烃类物质含量也极大降低，吸附罐可以做的很小，降低了吸附罐的体积和吸附剂用量。

所述的油气深度回收与排放控制装置，其特征在于：对于不同的油气组分和排放控制要求，燃烧装置可分别选用热力燃烧与催化氧化燃烧，满足不同地区排放指标的要求，做到气体达标排放。

所述油气深度回收与排放控制装置，其特征在于：该方法采用了冷凝+膜分离+吸附回收组合方法，冷凝系统未凝结下来的油气组分进入膜分离系统进一步浓缩，得到的渗透气（浓缩气）再次进入冷凝系统冷凝回收，充分发挥膜分离系统能耗低的优点，补充因冷凝系统冷凝温度高于气体露点造成的部分组分无法被冷凝下来的缺点，通过对低露点组分的不断富集，最终使其在冷凝系统冷凝。

本发明的优点是：

（1）回收率高，对各种烃类易挥发组分适应能力强，能满足严格的排放标准。

（2）采用集成工艺，各单元操作参数得到最大程度的优化，系统能耗相对较低。

（3）采用单级吸附，达到高回收率，操作费用低。

（4）装置的回收物为液态，可计量。

附图说明

图1、本发明结构示意图。

具体实施方式

压缩系统：当油气量过大时，比如油气处理量超过10000m³/h，如果采用常压处理，会导致系统管道和装置体积过大，造成投资增加，不利于操作，这时应在油气进入系统装置前将其压缩。压缩过程由压缩机完成，压缩后的油气压力依据不同的油气组分及油气回收要求确定，一般为0.5MPa左右。压缩后的油气，一方面体积减少，另一方面部分油气会因压力的增大变成液态，减小后续油气回收与排放控制系统的负荷。

冷凝系统：油气首先进入预冷器换热，冷却介质可以是空气或冷却水，也可以是冷凝或深冷后的低温油气，油气经过预冷器后，温度降至4℃左右，此时油气中的大部分水分凝结成液体被除去，这样既使得进入后续冷凝装置的气体状态一致，防止水分结霜、冰冻，又减少了冷凝装置的功耗。当油气回收率要求不高或油气组分露点较高易冷凝时，油气冷凝温度降至-80℃时即可满足要求，这时冷凝器使用机械制冷即可达到所需温度。当油气回收率要求较高且油气组分露点很低时，油气冷凝温度需降至-180℃方能满足要求，此时需要增加液氮制冷系统。之所以不使用液氮制冷制冷系统一步制冷，是考虑到一步冷却至-180℃，系统能耗太大。

膜分离系统：从冷凝系统来的不凝气进入膜组件，由于膜的选择透过性，碳氢化合物透过膜进入渗透侧，实现碳氢化合物和空气（尾气）分离，渗透侧高浓碳氢化合物经真空泵进入预冷器再次进行冷凝回收，空气（尾气）进入吸附系统，进行深度吸附处理。

吸附系统：从膜分离系统来的空气（尾气）从吸附罐下端的入口阀进入吸附罐内，经过床层上的吸附剂吸附其中的烃类物质，气体通过吸附器顶端出来，经过引风机和排放筒排入大气或进入后续燃烧系统。吸附罐设两台，互为备用，一台吸附罐饱和后，切换到另一台吸附罐运行，对饱和吸附罐进行解吸再生。

解吸系统：吸附剂经过一段时间的运行，其中会吸附大量的烃类物质达到饱和状态，使吸附剂失去吸附活性。解吸是将吸附在活性炭中的烃类物质解吸出来，通过真空泵抽真空，将饱和的吸附罐压力抽到负压，使得烃类物质从吸附剂的孔隙结构中脱离出来。解吸出来的烃类物质直接进入冷却器，对烃类物质进行冷凝变成液态进入回液罐。回液罐不凝气返回油气入口继续处理。

燃烧系统：如经过吸附系统处理后的尾气仍不能达到排放指标，则在吸附系统后设置燃烧系统。燃烧系统可以使催化氧化燃烧系统，也可以是热力燃烧系统。催化氧化燃烧系统是在催化氧化燃烧器内布置针对油气特定组分发生氧化反应的催化剂，使油气在经过燃烧器时，烃类组分在催化剂的作用下与油气中的氧气反应，生成CO₂和H₂O，从而降低排放尾气中的烃类组分含量，达到合格排放。

热力燃烧系统是在尾气管道的特定关键内设置电热丝，电热丝通电使温度达到1000℃以上，满足油气中烃类组分的燃烧温度，当油气中的可燃烃类组分经过灼热的电热丝时，在氧气的作用下燃烧，生成CO₂和H₂O，从而降低排放尾气中的烃类组分含量，达到合格排放。

Claims (9)

1.一种新型集成油气深度回收与排放控制系统，其特征在于，该系统由以下工序组成：压缩系统、冷凝系统、膜分离系统、吸附系统、吸附剂再生系统、燃烧系统及其他附属设备构成，对油气进行回收处理与排放控制。

2.大处理量的油气先进入压缩机进行压缩，压缩过程中部分重组分会液化，其余油气被加压，从压缩机出口出来的高压油气进入初冷器冷凝至约4℃，油气中的水蒸气液化成水排出，保障了进入深冷系统的油气不含水，不会因结冰造成冻管;

从初冷器出来的油气进入深冷器，依据不同的油气组分和处理要求，深冷器冷却温度设定为-30℃～-180℃，在深冷器中油气中的大部分烃类组分被冷凝下来;

不凝气进入膜分离系统进行筛分，膜分离系统将不凝气筛分为两类，一类可以透过半透膜，称之为渗透气，一类不可以透过半透膜，称之为富集气;

富集气被打回深冷系统，再次进行冷凝，渗透气则进入后续吸附系统;

从反渗透系统出来进入吸附系统的油气只含有分子量较小的油气组分，使用吸附剂对其进行吸附，未被吸附的组分进入后续燃烧系统;

吸附剂饱和后，通过真空泵减压对其进行解吸，解吸出来的油气组分进入冷凝器冷凝回收;

一般设置两台并联的吸附装置，吸附-解吸交替进行，保证整套装置的连续运行;

从吸附系统排出的气体为了满足最严格的排放指标，使用热力燃烧或催化燃烧对其进行处理，使其中所含的烃类组分尽可能的降低。

3.一种新型集成油气深度回收与排放控制系统，其特征在于：冷凝系统包括油气预冷器、冷凝器、中间回液罐、冷冻机组、深度冷凝装置等;

膜分离系统包括膜组件、真空泵等；吸附系统包括吸附罐、引风机、排放筒；吸附再生系统包括真空泵、再生冷凝器、回液罐、回液泵；燃烧系统包括热力燃烧器或催化氧化燃烧器等；整套装置还包括控制阀、控制系统、配电系统等。

4.一种新型集成油气深度回收与排放控制系统，其特征在于：该方法采用了预冷+冷凝+膜分离+吸附+燃烧的集成方法，对油气进行回收、处理，特别适用于油气深度处理与回收，回收效率高，能满足严格的排放指标，对各种操作方便，处理后排放尾气中有害成分特别是三苯、汽油类物质含量达到国家排放标准要求。

5.一种新型集成油气深度回收与排放控制系统，其特征在于：对于大处理量的油气回收与排放控制装置，可通过将气体压缩之后再进入油气回收系统，使气体体积流量减小，减小系统装置体积与管道直径，做到系统装置的轻量化。

6.一种新型集成油气深度回收与排放控制系统，其特征在于：对于不同的油气组分回收要求，冷凝系统可分别采用预冷+冷凝或预冷+冷凝+深度冷凝的方式，满足不同组分的回收需求，合理的配置也在一定程度上起到节能的效果。

7.一种新型集成油气深度回收与排放控制系统，其特征在于：膜分离装置布置在吸附装置之前，使得进入吸附装置的气体量大大减小，有毒有害与挥发性烃类物质含量也极大降低，吸附罐可以做的很小，降低了吸附罐的体积和吸附剂用量。

8.一种新型集成油气深度回收与排放控制系统，其特征在于：对于不同的油气组分和排放控制要求，燃烧装置可分别选用热力燃烧与催化氧化燃烧，满足不同地区排放指标的要求，做到气体达标排放。

9.一种新型集成油气深度回收与排放控制系统，其特征在于：该方法采用了冷凝+膜分离+吸附回收组合方法，冷凝系统未凝结下来的油气组分进入膜分离系统进一步浓缩，得到的渗透气（浓缩气）再次进入冷凝系统冷凝回收，充分发挥膜分离系统能耗低的优点，补充因冷凝系统冷凝温度高于气体露点造成的部分组分无法被冷凝下来的缺点，通过对低露点组分的不断富集，最终使其在冷凝系统冷凝。