（化工过程机械专业论文）油气吸附回收工艺的实验研究与系统设计.pdf

1一 青岛科技大学研究生学位论文 m i ii i i i1 1 1 1 1 1 1i i iiilli ii1 1 1 11 11l y 17 4 0 4 4 8 油气吸附回收工艺的实验研究与系统设计 摘要 汽油等轻质油品在存储、运输过程中不可避免地会进行挥发，挥发的油气不 仅会造成能源的浪费，而且还会对环境、健康和安全等产生极大的危害，因此油 气回收技术得以迅速发展，其中吸附法油气回收技术最为成熟。近年来我国对油 气回收技术愈加重视，在吸附法油气回收技术上也取得了一定的成果，但是在设 备以及工艺流程参数确定等方面与国外相比还有一定的差距。 本文在分析国内外油气回收相关技术的基础上，对活性炭吸附解吸工艺进行 了实验研究，在此基础上设计了一套吸附法小型油气回收装置，具体内容如下： ( 1 ) 利用自主搭建的活性炭测试系统对两种活性炭进行了性能测试，重点 研究了不同油气流量和多次吸附条件下，活性炭吸附量、床层吸附热、压力降以 及出口浓度的变化规律；解吸过程中真空度和吹扫工艺对脱附效果的影响。实验 结果表明，不同油气流速对活性炭吸附饱和时间和床层压力降的影响比较大，流 速越大，活性炭被穿透的时间越短，床层的压降越大；第一次吸附过程中活性炭 床层温升非常大，多次吸附后炭床温升幅度降低，并且趋势基本上一致；活性炭 在不同真空度下的脱附效果明显，真空度越低，脱附量越大。脱附木端添加的空 气吹扫工艺有利于活性炭的脱附。 ( 2 ) 根据对活性炭吸附解吸工艺的实验研究，设计了吸附法小型油气回收 装置的工艺流程，确定了装置的吸附时间为1 5 m i n ，脱附压力为5 k p a ，脱附时间 为5 m i n ，吹扫时间为3 m i n ，吹扫量为1 0 l m i n 。对吸附器的尺寸和活性炭用量进 行了设计与计算，并且利用流路模型对床层压力降进行了估算。根据工艺流程对 吸收塔工艺尺寸和结构进行了设计计算。 ( 3 ) 利用p l c 模块对装置钝化过程、自动运行等操作方式的全自动运行程 序进行了丌发。丌发了组态程序，利用组念画面实现了对装置的实时监控。 ( 4 ) 利用m i c r o s t a t i o n 对设计的油气刚收装置进行了三维建模，保证了装置 安装过程中的准确性；利用3 d m a x 对装置的工艺流程进行了动态模拟，真实地展 现了装置的工作情况。 关键词：油气回收实验设计控制三维动态模拟 油气吸附同收工艺的实验研究与系统设计 s t u d y0 no i la n dg a sa d s o r p t i o ne x p e r i m e n t s o fr e c o v e r yp r o c e s sa n ds y s t e md e s i g n a b s t r a ct g a s o l i n ea n do t h e rl i g h to i lw i l li n e v i t a b l yb ev o l a t i l ei nt h ep r o c e s so fs t o r a g e a n dt r a n s p o r t a t i o n ，o i la n dg a st h a tv o l a t i l i z i e dn o to n l yr e s u l ti nw a s t eo fe n e r g y , b u t a l s op r o d u c e dg r e a th a z a r do nt h ee n v i r o n m e n t ，h e a l t ha n ds a f e t y , t h e r e f o r e ，t h e t e c h n o l o g yo fo i la n dg a sr e c o v e r yr a p i d l yd e v e l o p e d ，a n dt h et e c h n o l o g yo fo i la n dg a s r e c o v e r yi sm o s tm a t u r e i nr e c e n ty e a r s ，t h et e c h n o l o g yo fo i la n dg a sr e c o v e r yb e e n p a i dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o ni nc h i n a ，a n da c h i e v e dc e r t a i nr e s u l t s b u tt h e r ew a sa c e r t a i ng a pi ne q u i p m e n ta n dp r o c e s sp a r a m e t e r sc o m p a r e dw i t hf o r e i g nc o u n t r i e s t h ep r o c e s so fa c t i v a t ec a r b o na d s o r p t i o na n dd e s o r p t i o nw a ss t u d i e db a s e do i l t h ea n a l y s i so fd o m e a t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e l e v a n tt e c h n o l o g y as e to fo i la n dg 舔 r e c o v e r yd e v i c ew a sd e s i g n e d ，a sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ep e r f o r m a n c eo ft w oa c t i v a t e dc a r b o nw e r et e s t e du s i n gs e l f - t e s ta c t i v a t e d c a r b o nt e s t i n gs y s t e m ，t h ea c t i v a t e dc a r b o na d s o r p t i o n ，b e da d s o r p t i o nh e a t ，p r e s s u r e d r o pa n dv a r i a t i o no fe x p o r tc o n c e n t r a t i o n ，t h ee f f e c to fv a c u u ma n dp u 哂n gp r o c e s s w e r es t u d i e di nd e s o r p t i o np r o c e s s ，o ng a sf l o wa n das e r i e so fd i f f e r e n ta d s o r p t i o n c o n d i t i o n s t h er e s u l t ss h o w e dt h a td i f f e r e n tg a sf l o wr a t eh a dag r e a ti m p a c to nt h e a c t i v a t e dc a r b o nb e da d s o r p t i o ns a t u r a t i o nt i m ea n dt h eb e dp r e s s u r ed r o p ，t h eg r e a t e r f l o wr a t e ，t h es h o r t e rt h et i m eo fp e n e t r a t i o n ，t h eg r e a t e rt h ep r e s s u r ed r o po ft h eb e d ； t h et e m p e r a t u r er i s eo fa c t i v a t e dc a r b o nb e dw a sv e r yl a r g ei nt h ef i r s ta d s o r p t i o n p r o c e s s ，t h ea m p l i t u d eo ft e m p e r a t u r er i s ew a sd e c r e a s e d ，a n dt r e n d sw e r eb a s i c a l l yt h e s a m e ；t h ed e s o r p t i o ne f f e c to fa c t i v a t e dc a r b o na td i f f e r e n tv a c u u mw a so b v i o u s ，t h e l o w e rt h ev a c u u m ，t h eg r e a t e rt h ed e s o r p t i o nv o l u m e t h ep r o c e s so fa i rp u r g ea tt n e 青岛科技人学研究生学位论文 e n do f d e s o r p t i o nw a sb e n e f i c i a lt ot h ed e s o r p t i o no fa c t i v a t e dc a r b o n ( 2 ) t h ep r o c e s so fs m a l l s c a l eo i la n dg a sr e c o v e r ye q u i p m e n to fa d s o r t i o n m e t h o dw a sd e s i g n e db a s e do ne x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho fa c t i v a t e dc a r b o na d s o r p t i o n a n dd e s o r p t i o n ，t h et e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r sw e r ed e t e r m i n e d ，s u c ha st h ea d s o r p t i o n t i m eo fd e v i c ew a s15 m i n ，d e s o r p t i o np r e s s u r ew a s5 k p a ，d e s o r p t i o nt i m ew a s5 m i n ， p u r g et i m ew a s3 m i n ，p u r g ea m o u n tw a s10 l m i n t h es i z eo fa d s o r p t i o nv e s s e la n d t h ea m o u n to fa c t i v ec a r b o nw e r ed e s i g n e da n dc a l c u l a t e d ，a n dt h eb e dp r e s s u r ed r o p w a sc a l c u l a t e du s i n gf l o wp a t hm o d e l p r o c e s st e c h n o l o g yb a s e do nt h es i z ea n d s t r u c t u r eo fa b s o r p t i o nt o w e rw e r ed e s i g n e da n dc a l c u l a t e da c c o r d i n gt op r o c e s s ( 3 ) t h ea u t or u np r o g r a m so fd e v i c em o d eo fo p e r a t i o nw e r ed e v e l o p e du s i n g p l cm o d u l e ss u c ha s p a s s i v a t i o np r o c e s s ，a u t o m a t i co p e r a t i n g a n ds oo n t h e c o n f i g u r a t i o np r o g r a m sw e r ed e v e l o p e d ，t h er e a l t i m em o n i t o r i n go fd e v i c e sw a s a c h i e v e du s i n gt h ec o n f i g u r a t i o ns c r e e n ( 4 ) t h r e e - d i m e n s i o n a lm o d e l i n gf o ro i la n dg a sr e c o v e r ye q u i p m e n tt h a td e s i g n e d w a sc o n d u c t e du s i n gm i c r o s t a t i o n ，t oe n s u r et h e a c c u r a c yo ft h ed e v i c ed u r i n g i n s t a l l a t i o n ；d y n a m i cs i m u l a t i o nf o rp r o c e s so fd e v i c ew a sc o n d u c t e du s i n gu s i n g 3 d m a x ，a n dt r u l ys h o w e dt h ew o r kc o n d i t i o no fd e v i c e k e yw o r d s ：o i lv a p o rr e c o v e r ye x p e r i m e n td e s i g nc o n t r o lt h r e e - d i m e n s i o n a l d y n a m i cs i m u l a t i o n 油气吸附同收工艺的实验研究与系统设计 i v 青岛科技人。学圳f 究! i ：学f 妒论文 目录 1 绪论1 1 1 课题背景一1 1 2 油气回收技术一2 1 3 国内外研究现状7 1 3 1 国外研究现状7 1 3 2 国内研究现状11 1 4 本课题的目的及主要研究内容1 1 1 4 1 本课题的研究目的11 1 4 2 本文的主要研究内容1 2 2 吸附法油气回收技术的实验研究1 3 2 1 实验材料与主要仪器设备1 3 2 1 1 实验材料13 2 1 2 实验装置及主要设备1 4 2 2 实验原理及方法1 6 2 2 1 实验工艺流程1 6 2 2 2 实验方法17 2 3 研究内容与技术路线1 8 2 3 1 实验的主要内容18 2 3 2 实验技术路线18 2 4 吸附法工艺参数的实验研究1 9 2 4 1 吸附量随时间的变化规律1 9 2 4 2 活性炭吸附床层热效应的实验研究2 l 2 4 3 重复吸附过程对吸附量及床层温度的影响2 3 2 4 4 流速对活性炭吸附量及炭罐压力降的影响2 7 2 4 5 活性炭解吸工艺的实验研究2 8 2 5 本章小结3i 3 吸附法小型油气回收装置的设计3 5 油气吸附i , , l t l 2i ：艺的实验研究与系统设计 3 1 设备工艺条件及原理 3 1 1 主要工艺操作条件 3 1 2 装置的组成一： 3 1 3 装置工艺流程的设计 3 2 工艺流程设计 3 2 1 床层的设计 3 2 2 真空泵的选型 3 2 3 仪表的选择 3 2 4 工艺参数的确定 3 3 吸附器的设计 3 3 1 活性炭罐的尺寸设计 3 3 2 炭床压力降的计算 3 3 3 活性炭纤维i l 及附罐 3 4 吸收塔的设计5l 3 4 1 设计方案的确定5 1 3 4 2 填料的选择5l 3 4 3 填料塔的工艺尺寸计算5 2 3 4 4 塔体的厚度设计5 6 3 4 5 填料塔的附属结构5 7 3 5 本章小结5 8 4 控制系统的设计5 9 4 1p l c 控制程序的开发6 0 4 1 1 控制变量的选择6 0 4 1 2p l c 控制程序开发的技术路线6 0 4 2 监控软件的开发6 6 4 2 1 组态实现的功能6 6 4 2 2 组态系统的丌发6 7 4 3 本章小结7 l 5 吸附法小型油气回收装置的三维造型与流程动态模拟7 3 5 1 装置的三维造型设计7 3 5 1 1 吸附部分的三维造型7 3 5 1 2 解吸部分的三维造型7 4 7 5 7 6 7 8 7 8 7 9 8 3 至l 谢。8 6 攻读学位期间发表的学术论文目录。8 7 独创性声明8 8 关于论文使用授权的说明8 8 油气吸附同收l ：艺的实验研究! 系统i 5 2 汁 4 原油、汽油等轻质油品在生产、运输、储存、使用过程中非常容易挥发，高 浓度的油气混合空气排放到大气中，不仅造成能源的浪费，而且还容易污染环境， 造成重大的火灾隐患。因此越来越多的国家开始研究和探索降低油品蒸发损耗的 措施，并且制定了严格的法律法规来限制油气的排放。我国国家环境保护总局也 于2 0 0 7 年6 月2 2 日颁布了储油库大气污染物排放标准等三项污染物控制排 放标准，要求对储油库等油品大量周转场合产生的油气进行回收处理，回收装置 应该同时符合处理效率9 5 和油气排放浓度s 2 5 m g l 的要求【l 】。因此，如何防止 和控制油品的蒸发损耗将成为油气储运和环境保护工作者亟待解决的任务。 油品的损失主要包括油罐的呼吸损耗和装车损耗两种。当油品被加入到油罐 中时，一定浓度的油气就会从顶部的呼吸阀中被排出，从而造成了油品的蒸发损 失。当油罐车向外发油的时候，随着罐内压力的减小，呼吸阀吸入空气，使得油 面上方的油气呈现不饱和状，从而加快了油品的蒸发速度，促使其重新达到饱和， 饱和油气又会在下一次的操作中被呼出，这就是大呼吸损耗。小呼吸损耗是指罐 内油品在静止储存的情况下，由于环境温度、压力周期性变化的原因从呼吸阀造 成的损耗【2 4 1 。油品在装车过程中的损耗包括汽车加油站的油气损耗( 加油站油枪 加油和由槽车向加油站卸油时的油气损耗) 和火车、汽车、船舶等运输工具装卸 过程中引起的油气损耗。与油罐的呼吸损耗相比，这部分损耗要大得多。根据国 外多年的研究表明，在装车的过程中，排入大气中的烃类物质为1 3 k g m 3 ，进行 一次装卸作业所浪费的油气约占整个装车量的0 1 7 左右【5 击】。即每装1 吨汽油就 会有1 7 k g 的油气被白白浪费了。据有关资料1 7 j 对2 0 0 0 年国内油气损耗情况进行 的分析，我国油品损耗总量高达4 0 万多吨，按当时汽油出厂价4 2 0 0 r 亡吨来计算， 每年的经济损失就高达近1 7 亿元。 油气的蒸发损耗还会导致油品质量下降。据有关资料介绍【8 。9 1 ，航空煤油的损 耗率达到1 2 时，其仞馏点就会升高3 ，蒸汽压下降2 0 ，辛烷值下降0 5 个 单位。油品质量的下降会使发动机工作性能变差，加速汽油的氧化速度，增加汽 油的胶质。此外，油气挥发到大气中后在紫外线的作用下会与大气中的氮氧化合 油气吸附同收t 艺的实验研究与系统设计 物发生光化学反应，从而生成以臭氧为主的二次污染物，如果大气中含有一氧 氮和二氧化硫，则对环境的污染会更大【1 0 1 。虽然近年来由于科学技术的进步，油 气储运中广泛采用了新工艺和新设备，使得环境保护方面有了明显的改善和提 高，但是仍然不能达到环保排放的标准，因此油气治理已经逐渐成为急需解决的 问题。 从理论上讲，防止油品蒸发损耗及对环境的污染可采取的措施主要分以下四 点【1 1 。1 2 】：一是完善制度，加强管理，改进操作措施，如采用下装鹤管付油；二是 抑制油品的蒸发损耗，如采用浮顶罐；三是焚烧油品蒸发排放气；四是集中排放 并回收利用。第二点对大量船只装卸及固定顶罐的收发作业都很难有所作为；第 三点容易造成能源的浪费和二次污染。因此，在当今油品收发作业日益频繁及能 源r 益紧张的情况下，必须大力发展更具社会和经济效益的油气回收技术。 2 0 世纪6 0 年代，许多发达国家已经开始对装车、装船过程中损耗油气的回 收技术进行了研究，7 0 年代，欧美各国已广泛在装车、装船等过程中应用油气回 收技术【l3 1 。我国在油气回收方面与发达国家相比还有较大的差距，在油气储运的 各个环节中没有建立起完整的回收体系，而是在少数发达城市的油库中引进了油 气回收系统。近年来我国也开始对油气回收装置进行了自主开发，但在装置关键 部件的优化设计及工艺参数确定方面还存在不足。在这种背景下，青岛安全工程 研究院投资2 0 0 万元，启动了院控项目“吸附法小型油气回收系统的设计与开发”， 结合国内外油气回收技术的研究现状，深入探索吸附法油气回收系统的技术特 点，拟设计开发一套小型化的吸附法油气回收装置。 1 2 油气回收技术 整个油气回收体系可以分为三个阶段：一次油气回收、二次油气回收和三次 油气回收1 1 4 】。 一、一次油气回收 一次油气回收也叫卸油油气凹收。g b 2 0 9 5 2 2 0 0 7 加油站大气污染物排放标 准将一次油气回收系统定义为“将油罐车卸油时产生的油气通过密闭的方式进行 收集，然后重新返回油罐车罐内的系统”。因此，一次油气回收主要是对油罐车的 改造，通过管线将油罐车的呼吸阀和罐车的某一叫收管【_ 相连，从而形成一个密 闭的回路。当油罐车卸油时，顶部呼吸阀排出的油气会沿管线重新回到油罐车内， 回收的油气被运回油库进行处理。但是我国现有油罐车的密封性普遍存在问题， 一般情况下，回收的油气在运输途中- r i 丁能就漏光了。另外我国现阶段的油库大部 2 分没 收根 挥发 使其 将加 油时 进行 值时 油气 气。 来， 油过 法和 收来 前吸 有两 去油 蒸汽 产生 因此 能否 后需 为吸 需要 对油 作，因 般要求 常复杂 气中水 的投资 图 发的油 空气由排放口排出，吸收液进入解吸塔中被解吸，解吸气经真空泵进入在吸收塔 内被吸收剂吸收。未被完全吸收的油气回到吸收塔内被循环吸收。 常温常压吸收法油气回收技术投资少、运行成本较低、适用范围广、操作简 单，只要开发出合适的吸收剂，在工程上基本上就能实现，控制过程也不复杂。 但其最大的缺点是回收效率低，排放气体的浓度较高，且不易控制。 ( 二) 冷凝法 冷凝法油气回收是利用冷凝剂通过热交换器来冷凝油气，该工艺主要采用多 级连续冷却的方法，降低油气温度使其液化最终达到油气回收的目的。工艺流程 如图1 2 所示。 啻气沿气剪汩空气 图1 2 冷凝法工作流程 f i g 1 2c o n d e n s a t i o nw o r k f l o w 4 青岛科技人学研究生学位论文 冷凝温度一般按预冷、机械制冷、液氮制冷等步骤来实现。油气首先经过预 冷器，此时温度可以降到4 。c 左右，油气中大部分的水汽凝结成水被除去，从而 使进入低温冷凝器的油气状态标准化，减少装置的运行能耗。接下来油气会进入 机械级制冷阶段，机械制冷主要分为两级，油气进入一级冷却器后温度降到一4 0 ， 然后进入二级冷却器冷却到7 3 ，经过一二级冷却后可以使大部分挥发性有机气 体冷凝成液体回收，排放的尾气浓度可达到3 5 m g l 。如果要求排放气体的浓度更 低，可以使油气继续进入第三级冷却( 液氮制冷) ，使油气温度骤降到1 8 4 ，在 此温度下9 9 的挥发性有机化合物都可以得到回收1 1 8 】。 由于三级冷却的温度都在零度以下，因此油气中含有的水分无可避免的会在 换热器的表面凝霜，因此每隔1 - - - 2 个小时就要定期除霜。通常需要设置两套冷 凝系统交替工作。冷凝法油气回收技术在工艺上已经比较成熟，但关键是怎样降 低成本和国产化。 ( 三) 膜分离法 膜分离技术主要是利用不同气体在不同速度下扩散率和溶解度的差异，通过 高分子膜对油气中某些烃类物质选择性透过的特性，将油气组分和空气的混合气 在一定的压差推动下穿过膜组件，使得混合气中的油气优先透过膜得到回收，空 气被过滤排放。分离效率受膜材料、压差、气体组成、分离系数以及温度等因素 的影响，是一种典型的动力学分离过程【1 9 珈】。膜分离法油气回收技术具有设计简 单、可不用动力、与油品损耗过程相匹配等优点，因此是一个有前途的发展方向， 现在研究的重点是膜组件的选择和开发上。2 0 0 8 年奥运期i 刈北京多家加油站引进 了膜分离法的油气回收装置，但因其成本高、投资大，在油库中尚未得到广泛推 广o ( 四) 吸附法 吸附法油气回收技术的原理比较成熟，主要是利用了混合气体中各组分与吸 附材料问结合力强弱差别的原理，不同的吸附剂对各组分的选择性足不同的。当 油气与相应吸附剂接触后，油气中的烃组分会进入吸附剂的孔隙中被吸附下来， 而空气和水蒸气则不能被吸附，从而完成了烃类组分和空气的分离，然后通过解 吸和吸收工艺对吸附的烃分子进行收集，最终完成x , t i t l 气的p i 收。 在吸附法油气回收技术中，高质量吸附剂的研制和筛选直接影响着回收效 率。吸附荆一般要求具有比表面积大、压降小、劣化度小、机械强度高等特点。 目前吸附法油气回收技术最常h j 的吸附剂是活性炭。活性炭是一种吸附性较强的 固体颗粒，它对烃类大分子的吸附力比小分子的强，对空气和水蒸气等几乎没有 任何吸附力。活性炭内部具有大量的孔隙结构，每克质量内部的总表面积高达 5 0 0 - - - 1 0 0 0 m 2 ，而吸附剂的吸附能力与单位质量吸附剂的总表面积成正比，当吸 油气吸附回收工艺的实验研究与系统设计 附剂的自由表面被全部利用的时候，称之为饱和【2 l 】。活性炭吸附属于典型的放热 过程，不同活性炭的热效应是不同的，一般情况下吸附床层温度会达到7 0 - 8 0 。 因此，在正式使用前，需要对活性炭进行相应的预处理工艺。 活性炭再生一般采用的是真空解吸工艺。理论上，真空度越大，活性炭的解 吸越彻底，但是真空度过大，容易增加吸附剂的劣化率和装置的能耗。因此，一 般工程上会采用常规真空系统提供操作真空度在9 0 - - 9 6 k p a 之间，在真空解吸的 后期进行适量的热空气吹扫，这样不仅有利于活性炭的深化解吸，而且还可以有 效地卸真空，为下一周期的吸附做好准备。空气吹扫量一般不能过大，否则会降 低回收油气的浓度，从而影响了吸收过程的效率。另外，吹扫空气的温度也不宜 过高，温度过高不仅会使活性炭炭化，而且可能造成活性炭自燃。因此，吹扫空 气温度一般控制在8 0 以下。 图1 3 是吸附法典型的工艺流程，这里采用的是吸附法和吸收法联合使用的 工艺。 鄹x - i 上 _ ，。、，”。、 a ? 附要 阿吸收塔 一奉l 吊车槛 _ 一 勃 涵l - l c l 巍空泉 、r 一、 、 人u 、 鬻油泵翁油泉 图1 3 吸附法油气回收装置 f i g 1 3o i lv a p o rr e c o v e r ye q u i p m e n tw i t ha d s o r p t i o nm e t h o d 鹤管付油产生的油气经过管道首先进入油气回收装置的吸附罐中，通过活性 炭床后，9 9 的油气分子被吸附下来，剩余的达标气体通过管道排放到大气中。 回收装置一般至少有两个吸附罐，当一个罐内的活性炭吸附饱和后，油气被切换 到另一个罐继续被吸附，第一个罐通过真空泵抽真空进行解吸，活性炭中的烃分 子在真空环境下被脱附出来进入吸收塔，被外来的贫汽油接触吸收，被吸收的富 汽油经回油泵回到罐区被回收，部分没有被完全吸收的油气从吸收塔的顶部回到 装置入口处被重新吸附。吸附器通过控制系统完成吸附再生的自动切换，从而实 现装置的循环往复操作。 吸附法油气啦l 收技术的优点是可以将排气浓度控制在很小的指标内，但是处 理气体的浓度不能过高，否则吸附过程中的热效应过于明显。 6 青岛科技大学研究生学位论文 1 3 国内外研究现状 吸收法、冷凝法和膜分离法油气回收技术在个别行业都有应用，但是吸收法 不利于间歇操作，对吸收剂和吸收设备的要求高；冷凝法能耗高，需要相对稳定 的流动及浓度，不适用低浓度的烃蒸气；膜分离法对膜组件的选择和研发成本有 待改善，相比来看吸附法油气回收技术，尾气排放浓度低，可达到l o m g l 以下【2 2 】； 装置的启动和装车过程可以不同步，只有装置内的吸附剂需要再生时才会启动， 完成再生后，装置则自动停止。这样的运行方式，可以降低装置的运行能耗，延 长装置的寿命。目前活性炭吸附油气回收技术越来越为人们认可，市场占有率也 是最高的。 1 3 1 国外研究现状 自2 0 世纪4 0 年代起，美国的各个石油公司和环保部门就开始着手研究油品 的蒸发损耗问题，并且采取了很多措施来降低油气的损耗【2 3 1 。1 9 5 0 年开始，美国 地方环境保护法就规定在卡车上必须安装浓缩和压缩工艺的回收终端。六十年代 初，低温制冷系统开始慢慢被市场所接受，但因其能耗大、维护费用高、效率低 和不易普及的缺点，所以只能在一些特定的环境下使用。1 9 7 2 - 1 9 7 6 年，j a m e s c m c g i l l 等人研发了活性炭吸附回收技术，并于1 9 7 6 年申请了油气回收技术的 美国专利【2 4 1 。 1 9 7 8 年美国国家环保署( e p a ) 要求每装卸l l 汽油，通过回收装置的处理 气体v o c s 总含量不大于8 0 m g ，这使得冷凝法回收系统必须降低冷媒温度，从 而增加了能耗和维护费用。1 9 8 2 年，e p a 又要求在人口密集的区域，每升汽油允 许的泄漏量不超过l o m g ，其他地区不得超过3 5 m g ，这一措施进一步促进了活性 炭吸附技术的发展，冷凝闻收技术慢慢被冷落。2 0 0 0 年，美国油气回收市场中冷 凝法仅占1 5 ，而活性炭吸附法占有率为4 5 【2 5 。2 6 】。 同本自二战后能源高度紧张，因此也加强了油品蒸发损耗的深入研究，在油 品装卸的各个场合几乎都安装了油气回收装置。另外像德国、瑞典、澳大利亚、 加拿大、新加坡等许多国家也都对油品损耗和油气回收技术进行了研究开发和应 用。 目前吸附吸收组合的油气回收技术应用最为广泛，其中以美国j o r d a n t e c h n o l o g i e s 、美国j o n ez i n k 、美幽s y m e xa m e r i c a s 和月麦c o o ls o r p t i o n 等四家 公司技术最为领先，其中j o r d a nt e c h n o l o g i e s 公司在我国的知名度相对较高【2 7 】。 一、美困j o r d a nt e c h n o l o g i e s ( 乔月) 公司 油气吸附回收工艺的实验研究与系统设计 2 0 世纪9 0 年代初，乔丹公司经美国国家环保署授权对市场上的油 置进行检测。1 9 9 3 年，该公司结合其他油气回收装置的优缺点开始自主 回收设备，于1 9 9 5 将第一套油气回收设备成功投入市场，并申请了一系歹 图1 4 为该公司油气回收工艺流程。装车产生的油气首先进入凝液分离 气中的凝液分离出来，防止水分等液态物质进入吸附罐内，然后油气进 罐a ，油气分子被活性炭吸附下来，纯净的空气经罐顶被排入大气中。罐a 吸附 饱和后，通过阀门的自动切换，罐b 进行吸附，罐a 进行解吸。解吸过程是利用 液环真空泵抽真空和空气吹扫相结合的方式来完成的，首先利用液环泵将罐内压 力抽真空至1 0 k p a 以下，此时烃类组分就会从活性炭问隙中分离出来，为了脱附 的更彻底，后期利用吹扫阀引入一定量的空气进行吹扫。脱附下来的油气进入吸 收塔，被油罐来的贫汽油吸收后回到罐区进行回收，没有完全被吸附的油气自吸 收塔塔顶沿管道回到装置入口重新被吸附。由于活性炭吸附过程是一个放热的过 程，因此为了防止床层温度过高，该设备在吸附罐旁侧设置了上中下三个温度检 测点，便于随时观察床层温度的变化情况。据有关数据显示，该设备的油气回收 率达到9 9 以上，处理后的排放气浓度可低于1 0 m g l 。 图l - 4j o r d a nt e c h n 0 1 0 9 i e s 油气回收工艺流程 f i g 1 - 4j o r d a nt e c h n o l o g i e so i lv a p o rr e c o v e r yp r o c e s sf l o w 二、美国j o n e z i n k 公司 j o n ez i n k 公司早在1 9 8 3 年就申请了吸附吸收组合油气叫收技术的专利，如 图1 5 ( a ) 所示，其真空再生工艺为a d a b t m 。为提高油气回收效率，在真空 泵再生管线上增加了一台真空增压鼓风机做为真空系统的f j 级泵。与j o r d a n 公司 相比，j o n ez i n k 公司】：艺的独到之处是将油气分离和吸收塔合为了体。分离器 安装在液环泵的出口，这样封液的分离不是靠机械作用，而足靠自身的物理特性 ( a ) 液环式真空泵流程 ( b ) 干式真空泵流程 图1 5j o n e z i n k 油气回收装置工艺流程 f i g 1 5j o n ez i n ko i lv a p o rr e c o v e r yp r o c e s sf l o w 9 方的油气经 化工艺流程 ( b ) 所示， 油气吸附同收1 = 艺的实验研究与系统设计 三、美国s y m e xa m e r i c a s 公司 如图1 - 6 所示，s y m e xa m e r i c a s 公司油气回收装置最大的特点是， 所用的真空设备为一台或多台干式螺杆泵，因此也被称为干式吸附系统。一般而 言，液环泵要负责供给油气和液封两方面的动力，因此消耗的能量要远高于干式 螺杆泵。据测试，处理等量油气时液环泵较干式泵能耗多3 0 - - 一3 5 2 9 1 。另外由 于流程简化了，所以设备占地面积也相应减小许多。 蹭性疑寐干式螺f f 巍乍袋袋收瞒暖数刺铴j i ： 图1 - 6s y m e xa m e r i c a s 油气回收装置工艺流程 f i g 1 - 6s y m e xa m e r i c a so i lv a p o r r e c o v e r yp r o c e s sf l o w 虽然s y m e xa m e r i c a s 公司发展只有不到1 0 年的时间，但d r yv a c t m 系统 凭借其可靠性和安全性已经得到了欧洲o i l t a n k i n g 、d o wc h e m i c a l s 、s h e l l 等大 客户的认可。目前世界上已有1 3 0 多套的应用实例，其中b p 公司2 0 0 1 - 2 0 0 3 年 间安装了1 3 套，英国s h e l l 公司也在2 0 0 1 2 0 0 2 年间安装了9 套。 四、丹麦c o o ls o r p t i o n 丹麦库索深公司是欧洲油气回收技术研发和设备制造的丌拓者，在世界各地 已经有2 0 0 多套的业务量。该公司的设备与j o n ez i n k 的相似，再生设备采用液 环真空泵，气液分离罐也是和吸收塔合为一体的。众所周知，当发油规模增大时， 必然要求增加活性炭的用量，大量的活性炭就会带来更高的床层温y t - ；f n 更大的吸 附罐尺寸，面对这一问题，库索深公司推出了a b c v a ( a b s o r p t i o nc a r b o nv a c u u m a d s o r p t i o n ) 工艺。在装置入口加一个吸收器，装车产生的油气首先进入吸收器 从而分离掉部分烃类组份，这样就可以降低进入装置油气的浓度和流量，减轻装 置的负担。研究表明，a b c v a 与之6 订的装置相比吸附罐尺寸降低5 0 左右。 1 0 青岛科技大学研究生学位论文 1 3 2 国内研究现状 由于我国对油气损耗的情况重视不够，所以我国的油气回收技术起步比较 晚。8 0 年代初，由洛阳石化工程公司联合长岭炼油厂开始对炼油厂装车排放油气 的回收技术进行了研究与开发【3 0 1 。1 9 8 3 年第一套用柴油作吸收剂的轻油装火车、 槽车油气回收装置在长岭炼油厂研制成功，该装置投资少，操作简单，是目前油 气回收工艺较简单的一种，但装置回收率偏低，很难达到排放标准的要求。后来 该公司将常温催化轻柴油吸收工艺改造成了吸附吸收法的油气回收工艺，油气回 收率也由原来8 0 提高到了9 5 以上【3 。 活性炭吸附法油气回收是8 0 年代中期自同本引进的专利技术，最初应用于 胶片生产过程的溶剂回收。此类装置较“吸收法”回收率有了很大程度的提高，但 由于装置较为复杂，而且通常采用蒸汽解吸，装置的应用场合也受到了限制，因 此尚未得到广泛应用。 2 0 0 0 年，由中石化组织的油气回收技术考察团赴美考察，力图通过对国外设 备的引进、消化和吸收，设计出适合中国国情的油气回收设备，近5 年来，国内 部分单位根据国外设备的工艺流程丌展了相关技术的国产化研究工作。中石化青 岛安全工程研究院经过两年努力，自主研发了一套吸附吸收组合的油气回收样 机，并于2 0 0 6 年在北京沙河油库投入使用，年处理能力为15 万m 3 【3 2 j 。2 0 0 7 年 1 月丌始在中石化济南分公司安装了处理能力为9 0 万r n 3 的吸附法油气回收装置， 当处理能力为3 0 0 n m 3 h 时，油气的排放浓度小于2 5 m g l ，回收率高达9 5 以上。 为防止工作时床层温升过大，装置运行前对活性炭进行了酸化和钝化技术。从而 有效的解决了床层温升的问题，产品国产化后，价格也只有进口同类装置的一半。 2 0 0 8 年奥运期问，国家加大了环境治理的力度，北京、天津、河北等地的油 库纷纷投建了活性炭吸附吸收组合的油气回收装置，并取得了满意的效果。 1 4 本课题的目的及主要研究内容 1 4 1 本课题的研究目的 日前国外对吸附法油气回收装置的研发已经比较成熟了，但是从日自订在国内 推广的情况来看却存在如下几方面的问题： ( 1 ) 一些重要设备易损件( 如真空泵、阀门等) 和吸附材料全部采用国外 进口，价格偏高，后期维护难度大，从而使企业回收成本闲难，加重了经济负担。 一套因外进1 1 的油气| u i 收装置价格一般为因内同类装置的3 倍左右。 气回收装置的设计奠