CN208678721U - 一种储罐区保护氮气回收处理循环利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种储罐区保护氮气回收处理循环利用系统，针对储罐区排放污氮组分，采用吸收法脱硫+冷却干燥法脱水+真空变压吸附脱烃+变压吸附脱氧处理的组合技术，以及分段注入保护氮气安全控制技术，分别得到高浓度烃类有机物和99％(V％)纯度的工业用气态氮，高浓度烃类有机物可安全利用，99％(V％)纯度氮气作为储罐区保护氮气循环利用，储罐区保护氮气管网只需补充少量纯氮，即可使得储罐区氮气保护系统奏效。本实用新型可在罐区就地布置，全自动连锁控制运行，大幅度减少了企业储运罐区氮气耗量和气体放空量，具有显著地经济效益和社会效益。

Description

一种储罐区保护氮气回收处理循环利用系统

技术领域

本实用新型涉及一种油品储运过程中产生的油气回收处理方法，尤其涉及的是一种储罐区保护氮气回收处理循环利用系统。

背景技术

石油化工行业储运罐区占地面积大、储罐数量多、存储物料种类多，储罐数量最多的是常压(微内压)固定顶罐，有内浮盘罐、拱顶罐等类型，是企业最大的大气污染物无组织排放源，也是企业重要的安全掌控区域，出于储罐区本质安全管理的理念，石化企业对于能够实施氮气保护的常压储罐均实施了氮封，维持常压储罐内气相空间氧气浓度不大于5％，消除爆炸条件，防止储罐爆炸事故发生。从石化企业储运罐区现场调查来看，100000m³总罐容保护氮气耗量可达2000Nm³/h，同时还存在氮封阀动作频繁极易损坏，呼吸阀的起跳、回落动作不及时，导致储罐含VOCs氮气(以下简称污氮)持续排放，保护氮气耗量剧增的情况。目前石化企业储罐用保护氮气由空分装置统一生产，按照《石油化工企业氮氧系统设计规范》(SH/T3106)标准生产氮气纯度不低于99.99％(V％)的纯氮，以满足生产装置使用要求，纯氮能源折算值为0.15kg标准油/Nm³；而常压储罐保护氮气可以使用不低于99％(V％)纯度的工业用气态氮，现有的技术组合可以满足低成本处理储罐排放污氮从而生产储罐保护氮气的要求。

石化企业储运罐区各类储罐排放的污氮组分含有烃类、苯系物、硫化物、水蒸汽、空气等，采用的油气处理技术方法有冷凝法、吸收法、吸附法、膜法、燃烧法以及多种方法的组合。基于现行的大气污染物排放标准苛刻性，以及油气回收价值与油气回收运行成本等因素的综合考虑，石化企业储运罐区排放污氮的末端治理大都采用燃烧法(如直接火焰燃烧法、热力燃烧法、催化氧化法、蓄热氧化法等)处理后达标排放，使得储运罐区保护氮气为一次性用气，业主运行成本超高，同时高浓度的氮气燃烧处理极易生成热力型氮氧化物污染大气。

经检索发现在钢铁、电子、化工等行业有采用加氢催化脱氧反应法-吸附净化法或碳载催化脱氧反应法-吸附净化法对污氮进行纯化处理回用的技术；在工业气体技术方面有变压吸附法提纯氢气、提纯甲烷、提纯二氧化碳、回收油气、制氮、制氧等技术。目前尚未发现有对油品储存系统中排放的污氮采用：吸收法除硫-冷冻法除水-真空变压吸附法脱烃-变压吸附法脱氧处理再循环用作储罐保护氮气的集成技术。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：目前没有处理储运罐区排放污氮再次利用的技术，提供了一种储罐区保护氮气回收处理循环利用系统。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本实用新型包括压缩机、冷却器、脱硫塔、冷干机、脱烃吸附器、真空泵、脱氧吸附器、消音器、氮气罐和精滤器；所述压缩机的入口与储罐区污氮排放总管连接，所述压缩机的出口与冷却器的入口连接，所述冷却器的出口连接到脱硫塔下部的污氮入口处，所述脱硫塔上部的出气口与冷干机的入口连接，所述冷干机的出口连接到脱烃吸附器的进气总管入口，所述脱烃吸附器的出气总管出口与脱氧吸附器的进气总管入口连接，所述脱烃吸附器的解析气总管出口与真空泵的入口连接，所述脱氧吸附器的解析气总管的出口与消音器的入口连接，所述脱氧吸附器的出气总管连接到氮气罐的入口，所述氮气罐的出口连接到精滤器的入口，所述精滤器的出口与储罐区保护氮气管道连接。

所述压缩机入口的管道与储罐区污氮排放总管之间依次设有第一氧含量分析仪和厂区纯氮管道，所述厂区纯氮管道上设置有第一调节阀，所述第一氧含量分析仪的输出信号连接至第一调节阀上。

所述冷干机的出口与脱烃吸附器的进气总管入口之间设有第二氧含量分析仪，所述厂区纯氮管道连接到脱烃吸附器的进气总管上，所述厂区纯氮管道上设置有第二调节阀，所述第二氧含量分析仪的输出信号连接到第二调节阀上。

所述精滤器的出口与储罐区保护氮气管道上依次设有第三调节阀和压力变送器，所述厂区纯氮管道连接到储罐区保护氮气管道上，所述厂区纯氮管道上设置有第四调节阀，所述压力变送器输出信号分别连接到第三调节阀和第四调节阀。

所述脱烃吸附器包括至少两台并联设置的脱烃吸附塔，所述脱烃吸附塔内自下而上装填有硅胶、活性炭脱烃吸附剂。

所述脱氧吸附器包括至少两台并联设置的脱氧吸附塔，所述脱氧吸附塔内装填有脱氧吸附剂，所述脱氧吸附剂为碳分子筛。

一种所述的储罐区保护氮气回收处理循环利用系统的使用方法，包括以下步骤：

(1)向压缩机入口处的污氮排放总管内补充纯氮，控制污氮中的氧含量低于5％(V％)；

(2)将污氮气体冷却至45℃以下后进行脱硫；

(3)将污氮冷却到2～4℃，除去污氮中的水分和C₆以上烃类组分；

(4)向脱烃吸附器的进气总管内补充纯氮，控制污氮中的氧含量低于5％(V％)；

(5)所述脱烃吸附塔进行吸附—再生自动切换操作，真空泵对再生的脱烃吸附塔抽真空解吸脱烃吸附剂种的有机物，解析气回收利用或进行焚烧处理；

(6)所述脱氧吸附塔进行吸附—再生自动切换操作，再生的脱氧吸附塔内气体放空至常压；

(7)所述氮气罐储存氮气压力不低于储罐区保护氮气使用压力，压力变送器输出信号首先控制第三调节阀保证储罐区保护氮气管道压力达到使用压力，当储罐区保护氮气管道压力达不到使用压力时，压力变送器输出信号控制第四调节阀向储罐区保护氮气管道补充纯氮达到使用压力。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：本实用新型以处理储运罐区排放污氮再作为储罐保护氮气循环使用为目的，针对储运罐区排放污氮组分，采用了成熟的吸收法脱硫、真空变压吸附脱烃、变压吸附脱氧分段处理组合的技术，分别得到高浓度烃类有机物和99％纯度的储罐保护氮气；高浓度烃类有机物不含硫、氧等有害成份，可作为优质原料安全再利用，99％(V％)纯度氮气作为储罐区保护氮气循环利用，储罐区保护氮气管网只需补充少量纯氮，即可使得储罐区氮气保护系统奏效。相对于现有油气处理技术，本实用新型大大减少了处理后气体放空量和纯氮消耗量，明显地减少了业主综合运行成本，具有显著的社会效益。

本实用新型采用的吸收法、冷却干燥法、吸附法组合技术，以及分段注入氮气安全保护自动控制技术，有效地阻止高温、爆炸等不安全因素发生，相对于加氢催化脱氧反应法-吸附净化法或碳载催化脱氧反应法-吸附净化法对污氮进行纯化处理回用的技术，本实用新型没有氢气、碳、催化剂等消耗，也没有高温反应过程以及复杂的安全控制系统，本实用新型具有本质安全性，大大减少了与油罐安全距离要求。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图中：箭头表示介质流向；粗实线表示设备和管道；虚线表示仪表信号线。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例对储罐排放的污氮进行处理，达到储罐保护氮气使用标准(工业用气态氮)供石化企业储运罐区使用，企业空分装置统一生产的99.99％纯氮作为储运罐区补充氮气使用。

本实施例包括压缩机1、冷却器2、脱硫塔3、冷干机4、脱烃吸附器5、真空泵6、脱氧吸附器7、消音器8、氮气罐9、精滤器10；所述压缩机1入口与储罐区污氮排放总管11连接，压缩机1出口与冷却器2入口连接，冷却器2出口与脱硫塔3下部污氮入口连接，脱硫塔3顶部出气口与冷干机4入口连接，冷干机4出口与脱烃吸附器5下部进气总管的入口连接，脱烃吸附器5顶部出气总管的出口与脱氧吸附器7下部进气总管的入口连接，脱烃吸附器5下部解析气总管的出口与真空泵6入口连接，真空泵6出口优先连接厂区燃料气管网14；脱氧吸附器7下部解析气总管的出口与消音器8入口连接，脱氧吸附器7顶部出气总管的出口与氮气罐9入口连接，氮气罐9上部出口与精滤器10入口连接，精滤器10出口与储罐区保护氮气管道13连接。

储罐区污氮排放总管11至压缩机1入口的管道上依次设有在线的第一氧含量分析仪21以及厂区纯氮管道12，所述厂区纯氮管道12上安装有第一调节阀22，第一氧含量分析仪21输出信号连接第一调节阀22。

冷干机4出口至脱烃吸附器5下部进气总管入口连接的管道上依次设有在线第二氧含量分析仪23以及厂区纯氮管道12，所述厂区纯氮管道12上安装有第二调节阀24，第二氧含量分析仪23输出信号连接第二调节阀24。

精滤器10出口至储罐区保护氮气连接管道上依次设有第三调节阀26、厂区纯氮管道12、压力变送器25，所述厂区纯氮管道12上安装有第四调节阀27，所述压力变送器25输出信号连接第三调节阀26和第四调节阀27。

本实施例的具体工作过程如下：

储运罐区排放的污氮气体经储罐区污氮排放总管11密闭收集送至压缩机1入口，储罐区污氮排放总管11上设置第一氧含量分析仪21，在线检测污氮中的氧含量，当氧含量超过5％(V％)时，第一氧含量分析仪21输出信号控制安装在厂区纯氮管道12上的第一调节阀22开启，向污氮排放总管内补充99.99％(V％)纯氮，当氧含量达到5％(V％)时，第一氧含量分析仪21输出信号控制第一调节阀22关闭，消除储运罐区排放气体燃烧条件，保证后续污氮处理设施安全运行。

污氮经压缩机1升压至设定压力0.5MPa进冷却器2，冷却器2内有循环冷却水管束，冷却器2将压缩机1产生的高温污氮气体冷却至45℃以下后进入脱硫塔3下部；脱硫塔3优选填料塔，污氮自下而上与脱硫塔3上部来的脱硫剂接触传质，脱除污氮中的硫化物，脱硫后的污氮自脱硫塔3顶部送至冷干机4。冷干机4为成套设备，由冷媒循环压缩机、蒸发器、汽液分离器等构成，污氮经冷干机4冷却到2～4℃，除去污氮中的水分和C₆以上烃类组分，使得进入脱烃吸附器5的污氮气体状态稳定，同时低温污氮利于提高脱烃吸附剂的吸附率和吸附量。冷干机4出口至脱烃吸附器5管道上设有第二氧含量分析仪23，当氧含量超过5％(V％)时，第二氧含量分析仪23输出信号控制安装在厂区纯氮管道12上的第二调节阀24向管道内补充99.99％(V％)纯氮，当氧含量达到5％(V％)时，第二氧含量分析仪23输出信号控制第二调节阀24关闭，用于消除因脱硫、冷却干燥工序造成的气体氧含量增升，以及后续吸附工序升温带来的含氧可爆气体爆炸浓度范围扩大不安全因素。

脱烃吸附器5由至少两台并联脱烃吸附塔、阀门、自动控制系统等构成，脱烃吸附塔轮流进行吸附—再生自动切换操作，脱烃吸附塔内自下而上装填有硅胶、活性炭等脱烃吸附剂，脱烃吸附剂选择性吸附污氮气体中包括甲烷在内的烃类、苯系物等有机物，氮气和氧气可以通过脱烃吸附剂层；吸附过程会释放热量，当脱烃吸附剂吸附达到一定的饱和度时，结束吸附操作自动切换至真空脱附再生操作，真空泵6对再生的脱烃吸附器5抽真空到绝对大气压10kPa以下，脱烃吸附剂中的烃类等有机物组分被解吸脱附出来，解析气不含硫化物和空气成分的有机物，是优质的化工原料和安全清洁的燃料，本实施例优选将真空泵6排放的解析气升压至0.2MPa，送至炼油生产装置回收利用或作为燃料气使用，难以回收利用时排入火炬系统15进行焚烧处理达标排放。真空变压吸附分离技术广泛应用在石油化工行业，比如煤层气甲烷变压吸附脱氧技术等。

穿过脱烃吸附器5脱烃吸附剂层的气体组分主要是氮和氧，通过管道进入脱氧吸附器7，脱氧吸附器7由至少两台并联脱氧吸附塔、阀门、自动控制系统等构成，脱氧吸附塔轮流进行吸附—再生切换操作，脱氧吸附塔内装填有吸附剂，吸附剂优选碳分子筛，氧气、二氧化碳和微量水分被碳分子筛所吸附，氮气通过碳分子筛吸附剂层从脱氧吸附器7顶部流出。当吸附剂吸附达到一定的饱和度时，结束吸附操作自动切换至脱附再生操作，即将再生的脱氧吸附塔压力迅速降至常压，使碳分子吸附的氧气、二氧化碳和微量水分释放出来，通过消音器8安全放空。变压吸附制氮技术应用广泛，生产的工业用气态氮纯度一般不低于98.5％(V％)，本实施例优选储罐保护氮气纯度99％(V％)。

脱氧吸附器7顶部流出的氮气进氮气罐9储存并供储罐区作为保护氮气使用，氮气罐9储存温度为常温、压力不低于0.3MPa，氮气罐9上部出口与精滤器10入口连接，精滤器10用于滤掉0.01μm以上颗粒，精滤器10出口与储罐区保护氮气管道13连接，储罐区保护氮气管道13上设有第三调节阀26、厂区纯氮管道12、压力变送器25，厂区纯氮管道12上安装有第四调节阀27，压力变送器25输出信号连接第三调节阀26和第四调节阀27，压力变送器25控制第三调节阀26开启维持储罐区保护氮气管道13压力在0.3MPa，当保护氮气管道压力低于0.25MPa时压力变送器25控制第四调节阀27开启，向保护氮气管道补充0.6MPa的99.99％(V％)纯氮，稳定储罐区保护氮气管道13压力在0.3MPa后关闭第四调节阀27。

石化企业储运罐区采用氮气保护的储罐排放的污氮组分复杂，含有高浓度氮气以及不可避免进入的空气，还含有储存物料挥发的烃类、苯系物、硫化物、水蒸汽等。本系统依据“储罐氮气保护技术标准”，可以生产达到满足储罐保护氮气纯度不低于99％(V％)、氮气总管压力不低于0.3M Pa的要求，确保储罐安全性，存储物料质量得以保证。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种储罐区保护氮气回收处理循环利用系统，其特征在于，包括压缩机、冷却器、脱硫塔、冷干机、脱烃吸附器、真空泵、脱氧吸附器、消音器、氮气罐和精滤器；所述压缩机的入口与储罐区污氮排放总管连接，所述压缩机的出口与冷却器的入口连接，所述冷却器的出口连接到脱硫塔下部的污氮入口处，所述脱硫塔上部的出气口与冷干机的入口连接，所述冷干机的出口连接到脱烃吸附器的进气总管入口，所述脱烃吸附器的出气总管出口与脱氧吸附器的进气总管入口连接，所述脱烃吸附器的解析气总管出口与真空泵的入口连接，所述脱氧吸附器的解析气总管的出口与消音器的入口连接，所述脱氧吸附器的出气总管连接到氮气罐的入口，所述氮气罐的出口连接到精滤器的入口，所述精滤器的出口与储罐区保护氮气管道连接。

2.根据权利要求1所述的一种储罐区保护氮气回收处理循环利用系统，其特征在于，所述压缩机入口的管道与储罐区污氮排放总管之间依次设有第一氧含量分析仪和厂区纯氮管道，所述厂区纯氮管道上设置有第一调节阀，所述第一氧含量分析仪的输出信号连接至第一调节阀上。

3.根据权利要求2所述的一种储罐区保护氮气回收处理循环利用系统，其特征在于，所述冷干机的出口与脱烃吸附器的进气总管入口之间设有第二氧含量分析仪，所述厂区纯氮管道连接到脱烃吸附器的进气总管上，所述厂区纯氮管道上设置有第二调节阀，所述第二氧含量分析仪的输出信号连接到第二调节阀上。

4.根据权利要求2所述的一种储罐区保护氮气回收处理循环利用系统，其特征在于，所述精滤器的出口与储罐区保护氮气管道上依次设有第三调节阀和压力变送器，所述厂区纯氮管道连接到储罐区保护氮气管道上，所述厂区纯氮管道上设置有第四调节阀，所述压力变送器输出信号分别连接到第三调节阀和第四调节阀。

5.根据权利要求1所述的一种储罐区保护氮气回收处理循环利用系统，其特征在于，所述脱烃吸附器包括至少两台并联设置的脱烃吸附塔，所述脱烃吸附塔内自下而上装填有硅胶、活性炭脱烃吸附剂。

6.根据权利要求1所述的一种储罐区保护氮气回收处理循环利用系统，其特征在于，所述脱氧吸附器包括至少两台并联设置的脱氧吸附塔，所述脱氧吸附塔内装填有脱氧吸附剂，所述脱氧吸附剂为碳分子筛。