油库油气回收技术应用设计

油库油气回收技术应用设计摘TherecoveryforOilvapormeansintheprocessofoperation,storage,saleandusethehydrocarbonsvolatilizethenweeliminatethedisseminationbygasgathering,processinginordertoavoidaccidents,airpollutionandthelossofoil.Theoildepotisthemainplaceforoildeliveringandreceiving,sotoworkontheapplicationofrecoverytechnologyispracticalsignificant.Since20thcentury70s,thedevelopedindustrialcountriesbegantostudythetechnologyofrecoveryforoilvapor.Chinabegantostudytheabsorptionmethodinaccordancewiththedomesticsituationatthetime,developedalightdieseloil,gasolineforlow-temperatureabsorbentrecoveryforoilvaporsince80s.Inrecentyears,thecontinuousimprovementofenvironmentalawareness,ourgovernmenthasbeeneffortstoprotectenvironment.Sofar,themainpartsofBeijingandShanghaihavebeenequippedwithoiltanksofoilandgasrecovery,butonthewholeisnotveryhighproportion.Anyway,forthepurposeofenvironmentalprotection,thetechnologyforrecoveryofoilvaporandinstallationisthefuturetrendanddirection.Inthistext,IwillcalculatetheevaporationoftheoiltankinadepotofZhoushan.Comparetheefficiencyofresearchandcomparisonofoilandgasrecoverytechnology.Inthistext,therearefourtypesofrecoverytechnologiesforoilvaportobediscussed,absorptionmethod,adsorptionmethod,condensationmethodandmembraneseparationmethod,andwewillfocusontheapplicationofmembraneseparationmethodandintroduceacomplexofoilandgasrecoverytechnologyresearchand 摘要篇高搬嗒录非圻茸苯 Abstract苜贺峦茆默飓受迅愦 前言戍苓著舳苫把祛黾仍 油气回收的必要性和意义乓膳嫉憧佘狂妯撒垆 油气回收的必要性其烹跤缭晒无瘸已湫 油气回收的意义午慨邱凭靖袄眵嗬嚷 油气回收技术的分类及研究霜畅虻惑佩丁鸡用徘 油气管道系统方案辕姜柝嘞里秋聩龆脘 专用设施方案劣蛉鸩氧瘸镑辐巷泅 油气回收技术在油库内的应用现状及存在问题蚍珂秘枭恤馐儆羞嘎 吸收法晾谠吧视总春颤稔赶 吸附法谔狲怨判氟钐缤郊撼 冷凝法措霞酥爱鲱醋槌辽客 膜分离法怯缵暇隹躲险净靶纭 工艺设计觌管圈惩祭丸卦嗡壅 确定使用方法咖畹戈蛳酃谫呒圪伢 蒸发量计算处萍肋一躞芗羡寞腙 装置效率分析及具体装置设备的选取多手捱得褫即涵他湘 装置回收期计算悖芳津抬巢暗骆蝌女 小结倘蒎抱软怯铆谧免槁 致谢篁赤缤诘呼嗣妩专膛 参考文献擒唯泓图摊笔腐奠鞒 油库油气回收技术应油气回收是指按照规范的标准，对石油在加工、储运、销售及使用过程大气污染和油品损失[1前回放。显然，第二点对大量油罐车装卸油品作业及固定顶罐的收发油作业就很难有所作为。可见，在当今油品收发作业日益频繁及能源日益紧张的情况下，大力60国外先进工业国家就将油气回收处理作为降低油品蒸发损耗及防治油气污染的重点措施加以研究，目前已基本普遍应用于有关场所。我国从80年代起开始进行这一方面的探讨研究并陆续开发和引进了一些应用装置。油气回收装置主要用来回收油品储存、运输和销售过程中汽油等轻质油固定顶罐、装运折本、加油站等。本文主要研究对象为油库内油气的回收技术。油气回收的必要性和意义油气回收的必要油气蒸发的数据分析及现罐车和油轮装车时，分别损失1.7L、1.0L和0.7L都是符合国家规定的。据统计油气挥发造成的经济损2008年我国的原油加工量为3.4230计算，则汽油的产量在1.026亿吨左右，实际统计2008年国内汽油消费量是6342.7万4生在、油库和加油站。根据美国实际油气回收的数值，反过来推算，每次装卸都有0.1840.7273.8724000元计算，则总价格为29.5亿元。大气污染和人身伤有强烈的刺激，使人头痛，呼吸道疾病恶化，严重的会造成死亡油气回收的意减少是丁烷、戊烷、苯、二甲苯，乙基苯等，他们多为致癌物质。有数据显示，温度有益人体身体健提高从上述可知，油气挥发每年都对石油行业造成巨大的损失，2008年由于油气挥发造成的直接经济损失约达到29.5亿元。当前的国际世界是个能源紧缺的世界，谁有丰富的能源优势就有发言权。在这样一个大环境下，油品作为一种不可再生的资源所造成的损失是巨大的，油气回收已经迫在眉睫，所以开发并利用油气回收技术是非常有意义的。不但在经济上能得到直接的利益回报，同时能更好更多消除凡是用来接收、储存和发放原油或原油产品的企业和单位都称为油库。在油油气回收技术的分类及研油气管道系统方作费用低，能耗小，投资低，在新建油库时可作为一种方案选择[2]。专用设施方所谓的专用设施方案就是把装车或装船所排出的油气通过密闭式装车设备用4种基本形式：吸收法、吸附法、冷凝法、膜分离法。这4种方法都能完成油气回收，但其处理量、回收效率、工作介质、占地、能耗，维护费用，价格等各不相同。隐蔽在选用时应根据使用条件和要求做具体分析，从技术经济的角度分析比较才能确定。吸收分离过程是通过混合气与液体吸收剂接触，接着气体中的一个或几个组目前吸收过程有两种典型的方法，即常温常压吸收法和常压冷却吸收法。常温常利用吸收剂使其与排放的气体接触以吸收油蒸汽的一种方法。吸收装置是利这种方法主要要求气液接触吸收率高、压力损失小，而且吸收剂在向下流动过程中要防止产生静电以及吸收剂发泡。常温常压吸收法有两种油气回收类型：的吸收剂，这种方法就可以得到推广[3。常压冷吸收剂的分类及介自密闭装车系统的排放气在吸收塔内被作为吸收剂的催化裂化轻柴油喷淋吸收，这种油气回收装置轻烃的回收率可达91[4]。图3-1Figure3-1low-temperaturegasusedtobeabsorbentofoilvaporrecovery图3-2Figure3-2Organicsolventsusedtobeabsorbentofoilvaporrecovery吸附法油气回收吸附法是最古老但又是最重要的混合物分离方法，在许多行业中一直都被广泛应用，例如国内涂料、油漆作业车间利用吸附法回收溶剂油蒸汽，其分离原理吸附法回收油气的关键在于高质量吸附剂的研制、筛选，装置关键部件的优化设计及工艺参数的确定等。在利用吸附法进行油气回收过程中，要考虑温度对油气吸附效果的影响，从吸附力学理论来看，温度较低有利于吸附；但从吸附动力学理论来看，适当提高温度对吸附过程有利。目前常用的吸附剂有活性炭和硅胶。用活性炭作吸附剂的油气回收装置主要有两种技术路线：蒸汽解吸真空解吸体积有极大的表面积，可以有效地吸附油气中的烃[5]流程见图[5]图3-3Figure3-3ActivatedCarbonusedtobeabsorbentofoilvaporrecovery吸系空系油气从床层分离出来，未完全解吸的油气经过气体吹扫后获得解吸。液环真空泵出口气体经气液分离罐进行气液分离后进入吸收塔，循环液经管路到达换热器换热后，再流回真空泵。①在吸附床层的底部设置了纵向式多孔气体分布器，使进入床层的油气分布②活性炭吸附床层采用多种粒径、多层填充，使吸附床层的穿透曲线得到优床层内部设置了多层细金属网支撑结构，增强了床层的导热性，增加床层吸收法与吸附法的联合运这样有利于提高活性炭寿命和安全生产，但也有人认为可以先进行吸附然后再吸尾气去放尾气去放334422 1 凝油富贫碳碳图3-4Figure3-4Absorptionandadsorptionoftwooilandgasrecoverytechnologycombinedprocess火器或排放筒排至大气。活性炭吸附罐A、B通过集成控制系统按照预先设定、整好的时间进行切换，从而可使一个罐在吸附时，另一个同时在解吸。活性炭吸附罐A或B由解吸真空泵对其抽真空至绝对压20KPa以下，吸附在活性炭孔隙中的烃类脱离出来，并进入真空泵[6]。在解吸的最后阶段，也就是深度真空再生时，从炭床顶部引入少量的空气（或氮气）反向吹扫床层，有利于脱附更多的烃类。吹扫空气量可由与程控阀串联的手动阀门控制。活性炭床层设置有上、中、下三个测温点。当活性炭吸附油气时,因为吸附热的作用会使床层温度升高。当床层温度升至一定值时报警，必要时提前切换至另一炭罐工作或关闭油气进口阀门。进活性炭罐油气管线及尾气排放管线均设有阻火器，以有效防止床层的安全隐患对其它系统的影响。解吸出来的油气（富气）进入液环式真空泵后，与工作液及部分凝结的液态汽油在真空泵出口分离器中分离。分离器设置有液位高低报警联锁，当液位超过高限时，排液油泵启动。液位过低时，补液电磁阀自动打开[6]。真空泵产生的热量由工作液循环管线中的冷却器被冷却介质带走。分离器的排液及冷却器的回油被送入富油缓冲罐。自真空泵出口分离器分离出来的的油气（富气）送至原有的柴油填料吸收塔用贫油吸收。在柴油吸收塔未被吸收的低油气浓度尾气，再引至活性炭罐前油气总管，送入炭吸附罐循环吸附。采用吸收法和吸附法联合运用的油气回收装置，可以提高油气回收率，解决经测定，采用吸收法和吸附法联合运用的油气回收装置其油气回收率可达95%以冷凝法油气回收冷凝法油气回收技术的原理即利用制冷剂通过热交换器进行冷凝，可直接回收到油品。但由于为间接传热，制冷剂温度要很低（-70℃~-80℃）高的回收率[7]。这类回收技术的设备造价比深冷工艺还要高1015。因操作温度低，装置较复杂，还需要低温材料及保温、除霜等环节，而不回收油气时也在连续运行，故投资成本和运行费用都较高。针对这些缺点，现已研究出复叠式压缩制冷工艺，流程短、操作控制简单、使用设备少，投资少（投资只是国外同类装置的1/41/3）。这里主要介绍复叠式压缩制冷工艺。采用复叠式压缩致冷工艺，将油气气化潜热置换出来，使其由气态转变为液态，以实现油气回收和利用。根据对汽油油气组分模拟分析，需用三级致冷才能达到国家标准要求的油气回收装置的控制标准和排放限额。因此，新设计的油气处理量为100800m3/的冷凝式油气回收装置系列，采取了三级致冷工艺。第一级从30℃降为3℃，将油气中的水分和C6以上的组分首先冷凝下来；第二级从3℃降至32℃，将C5以上的组分冷凝下来；第三级从32℃降至70℃以下，将C4以上的组分冷凝下来。冷凝回收的汽油汇流到油水分离器，供外输或直接销售使用。处理后的尾气经排气管排放该项目的难点是，对不同组分的汽油冷凝处理到排放标准所需采用的物理化学分析及实验方法的选择。关键是对不同原油加工炼制的汽油所进行的组分分析，以及深低温用于处理不同组分油气的工艺研究和设备的结构设计[7]90以上。二次工艺的技术特点为：膜分离法油气回收技膜分离技术是20世纪60[8]液体膜分离技术已逐渐成熟，但气体膜分离技术还处于探索和发展阶段。膜的分类回收到的液化油气可直接打到油罐中去，或进一步处理成液化石油气或单体烃。油蒸气与空气混合气的薄膜分离主要是利用气体组分在膜内因分子大小的不同及要有高的分辨率、好的耐油性、不易老化等特点[8]。目前国内外都对膜材料进行（高分子膜）和无机膜，都有应用实例，但有机膜偏多。（如高分子聚合物膜）的溶解—扩散的分离机（如多孔性陶瓷膜）的微孔扩散机理。此分离机理包括5类型四：毛细管冷凝，即可凝性气体在膜微孔中发生毛细管冷凝及可能有的多层吸附时，减少甚至消除气相流动，在膜孔压力差推动力的作用下，发生较高的渗透率及分离度。目前常见的气体通过油气是由多种烃组分组成的混合气。在带有30m毛细管及氢焰检测器的色谱分析汽油蒸气时，在1h内曾获得（测得）255个组分峰。但一般可认为油气主要是以C3～C7组成，大都为可凝性烃。故其分离这时更有利于可凝性气体的毛细管冷凝分离。也有在膜组件下游抽真空，但相对由于有机膜存在着耐温性差、耐溶剂性能差、渗透通量低等问题，以氧化铝为代表的陶瓷膜具有耐高温高压、耐油气、抗污染和渗透通量大等优点，近期日益受到重视。膜可以是固相的，也有液相的，但是在目前使用的技术中比较成熟与油品蒸发损耗过程相匹配，因此在我国有一定的发展前途[9]。膜分离技术的设备与条油气组分大都为易凝性烃，其分离回收机理以毛细管冷凝机理为主。膜分离1391686MP2070的烃蒸气在这一过程中被回收[7]。吸收塔的尾气再通过薄膜将烃蒸气与空气的分离，分离后的油气返回压缩机入口与装卸产生的油气一起重复上述工艺过程，空气排953040加工难、成本高等缺点，目前不同功能材料的复合膜制作及应用已成为一个新的研究热点。图3-5Figure3-5.Membraneseparationflowchartofoilandgasrecovery膜分离法油气分离根据物料平衡，可获得油气回收率计算式41。图46为式4-1的部分计算结果。汽Cin0～0.5Cin≈0.39%，应控制Cut0.03。典型的回收率9%，即控制Cut0.005。（回收率设备投资也急剧上升，综合经济效益反而下降。从国内外生产实践来看，利用分离膜单一方法回收率宜控制在9%

Cout1CinMout

CC

out

Min

Cin、Cout—Min、Mout—分别为回收装置进、出口油气平均摩尔质量，gmolMin66.5g/mol

Mout≈49g/mol 图3-6与CinFigure3-6Therelationshipbetween

油气回收技术在油库内的应用现状及存在问我国从70年代，已有研究机构开始油气回收的研究，80进了冷凝法、吸收法和吸附法的油气回收装置各一套，分别在天津、上海和太原的油库使用。近年来，随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，汽油的需求量越来越大，随着全社会环保意识以及有关法规的健全，油气回收技术已经在我国得到有效应用。国家相关组织的有关单位对油气回收技术和油气回收系统进行调研，严格控制油气排放量。中国石化长岭炼油厂、齐鲁石化胜利炼油厂、北京黄村油库等单位于902004庆石化分公司炼油厂安装了一套有机溶剂吸收法油气回收装置，用于回收火车装2个加油站安装了膜法油气20082的油库已经装了油气回收装置10]这些装置都取得了一定的社会和经济效益。吸收吸附冷凝已成为经济发达国家优先选用的方法。我国国产化的第一台处理能力为膜分离如果环保标准要求排放油气量低于10mg/L，则选用活性炭吸附法比较经4)油气回收政策法规的实施、油气回收设备的推广，不仅会带来经济和环保效益，还将会有力推动环保产业的发展。但是，油气回收的投资相对较大，进口设备价格很高，如果不能充分认识和切实解决影响油气回收收益的问题，花巨资安装的油气回收设备或达不到预期收益、或只能闲置，难免造成经济损失。因此，充分认识真正意义的油气回收、选择合理的配置、把握有效的回收方法、追求油气回收应有的效益，是我国油气回收设备制造厂和石油及成品油炼制储运销售业的共同责任。但现实当中，由于技术问题不到位、细节问题没有处理好等问题的存在导致现有的油气回收装置投入后没有得到相应的经济回报，现提出油气回收技术使用过程中存在的问题：如各项技术的投资费用很大、各种油气回收系统的吸收效果都不是很理想、各项油气回收系统的流程及操作条件不合理、各项油气回收系统的设备组成及材料和各项油气回收系统的的工作条件处理等等。但是油相信在今后的油气回收技术会更加的成熟并能更广泛地应用到油库当中。确定使用方综合由表可见，常温常压下的吸收法综合评价最高。但其中膜分离法是用引进的有机膜回收设备来比较，投资成本高，如国内开发出用无机膜分离回收油气装置，则可降低设备投资、延长使用寿命，维修保养费用可也可降低。虽然吸收法的综合评价最高，但是油库这么多年来一直没有装油气回收技术主要还是考虑到已有回收技术的经济回报问题。膜分离法是一种新型的油气分离技术，综合各方面因素我们决定在油库内采用膜分离法进行工艺设计[8]。表5-1各种油气回收技术（装置）Table5-1variousoilandgasrecoverytechnologies(devices)温77777数66275数4372376357545655443465455957456473455+44+46+42+451膜分离方法的不同工艺过程表5-2不同工Table5-2Theparametersofdifferentoperation过程过程过程各参数之间的关透余气浓度透余气浓度20

功率功率0透过率303540455055606570758085透过率回收率回收率

20

30

40455055

6570

8085图5-11Figure5-1Inprocess1membraneareaandpermeabilitythantheconcentrationofgas,power,recoveryratesandtherelationshipbetweenthetransmittance功率功率 1520253035404550556065707580回收率回收率 1520253035404550556065707580图5-22Figure5-2Inprocess2membraneareaandpermeabilitythantheconcentrationofgas,recoveryratesandtherelationshipbetweenthe透余气浓度功率透余气浓度功率 02025303540

55

6570透过率 透过率回收率回收率 24

3236404448525660646872膜面积图5-33Figure5-3nprocess3membraneareaandpermeabilitythantheconcentrationofgas,recoveryratesandtherelationshipbetweenthe回收工艺以及技术指指标1：膜+吸附（深度分离，备选），分离出高浓度油气经压缩、再用汽油（回收8508500m3/h40≥99.92≥0.5%；口油气浓度：>600g/m3；出口油气浓度：<10~20g/m3；回收率：≥97%。400m3/h；进口油气体积分数：40%；出口油气体积分数：<5%aVOC渗透率1.41.5108m3STP/m2spa

（比空气高数十倍）5000m3纯空气入纯空气入冷却水入压缩分冷却水出回感应图5-4Figure5-4Absorption-membraneseparation-theoilandgasrecoverypressureswingadsorptionprocess蒸发量计油品蒸发损耗的油罐的的持续时间长。[12]1987年上海炼油厂对汽油铝浮盘内浮顶罐实测油气空间的油气轻质油品在装车过程中的损蒸发量的定量计舟山某油库5000m3原油外浮顶罐，直径D=24.62m，高H=10.5m，采用单层气托弹性填料密封，当地年平均风速为3.3m/s，年平均大气压力Pa=101.26kPa，原PR=360mmHg890kg/m3,30oC，计算该浮顶罐20次时的全部损耗。1）静止储存损耗6-5

Ks

n2.3PaP

11P/ 2

0.5

101.26LsKsvnPDyKcEfK1[12]，取y50kgLKvnPDKE f得：1.23.32.30.15324.625011.5103

2）发油损耗年周转量QKV12050000.858510 L4QCy

4850.010278901262kg/a式中：Ks——密封系数yKc—油品系数，汽油系数Kc=1，原油Ef—二次密封系数，石油及石油产品Kc=1，其他挥发有机液体K1—单位换算系数，式中Q—年周转量

1.488yC装置效率分析及具体装置设备的选膜分离法和吸收法回收装置回收效率按如上（4-1）

Cout1CinMout

C1 in

(1C进)C

)C式中：处理装置净化效率，%C进—装置进口油气平均体积分数，%C出—装置出口油气平均体积分数，%Cin0.3

0.04，Min66.5g/mol，

10.0040.74.9/0.30.9866.5100%

Cin0.3，

0.02，Min66.5g/mol，

10.020.74.9/0.30.9866.5100%

Cin0.004，

10.0000050.996/0.0040.99995100%装置回收率：总99.7576812762Kg40005设备优化前5-3优化前装置Table5-3Optimizationofpre-installationof程ZGB-21膜11003液YB112M1-1YB112M1-1泵1水选高[13]。5-4各种装置设Table5-4InstallingequipmentinavarietyofP-14.0T–1T–1V–1P–YB160M1-701P–YB112M1-12.51P–YB112M1-12.51选吸收性能和使用寿命测试优于国外产品，是吸收法油气回收装置的最佳选择[14]表5- 吸收剂AbsFOV–97的性Table5-5AbsorbentAbsFOV-97沸点-（20③膜分离法中压力与温度的控透速率差异极大，膜分离法就是利用薄膜这一物理特性来实现烃蒸气与空气的分离[8]同时经过换热，然后混合油气进入吸收塔，进入吸收塔的油气温度在520℃之间[15]④膜的选择吸附塔中进出口油气总烃体积分⑤油气回收装置活性炭床层真空法再生工赖[16]。与国外同类装置相比，在解吸时间不变的情况下，装置的设计操作周期延长近1倍；对解吸真空度的要求降低20%；能耗降低约50%。⑥活性炭真空解吸真空度温度的（设备）9313~9