油气回收工艺及设备设计计算书.doc

油气回收过程及设备设计计算书由于从油品储运设备排放出来的油气和空气混合气中，油气组分复杂、含量高，且随温度、压力、油品的改变而发生改变，所以一下数据是平均值。基本数据：进口油气量200m/h油气中平均油气含量为30%油气的摩尔质量为65.5g/mol空气的摩尔质量为29.1g/mol活性炭的填充密度=40030g/L活性炭颗粒尺寸为4mm活性炭表面积大于1100m/g着火点T500活性炭的吸附容量q=0.2g/g1、回收效率计算利用物料平衡原理，推导出油气回收效率计算公式： 其中表示吸附塔的油气回收效率，%；、分别为吸附塔进出口油气平均质量流量，Kg/s；、分别为吸附塔进出口油气平均体积分数，m/m；48.97，65.51是根据相关文献查得进、出口油气的平均油气摩尔质量值（kg/kmol），该值是随着油气浓度的变化而变化的，当只做初略估计时可以将进出口油气摩尔质量看成是不变的。GB20950-2007储油库大气污染物排放标准和GB 20952-2007加油站大气污染物排放标准有油气排放浓度小于25g/m，油气处理效率大于95%的要求；现设，25g/m=0.0114m/m，求油气回收效率，由公式有：=98%可见要使在进口=0.3 m/m时吸附塔尾气排放达到25g/m标准，回收效率必需达到98%以上。2、由穿透曲线求床层高度绘制穿透曲线如图所示，是吸附塔尾气中油气含量，X轴为吸附时间，在之前几乎为零，当达到穿透点时，相当于吸附传质区前沿到达床的出口时，将随着吸附时间的延长而升高；相当于吸附传质区移出床层，即床层的中的吸附剂已经全部饱和。图中阴影面积E对应于到达穿透点时床层中吸附质的总吸附量；阴影面F对应于穿透点时床层尚能吸附的吸附量。则有：吸附剂的利用率为 未用床层高=吸附床高=h-设计要求的穿透时间为实际吸附床高所以床层高为H=+ 3、吸附塔参数计算（1）吸附剂的用量：进口油气质量流量M=（200m/h0.3 m/m65.5g/mol）/22.4L=175.5kg/h单程油气的质量：M活性炭的用量 =（2）活性炭吸附床层的直径和高度活性炭床层的体积v =活性炭床层的直径，设长径比为3:1，在工艺容许的情况下应尽可能取大值。V=所以d= 所以床层高度注意，所求为理论高度，应该与前面由穿透曲线所求H进行比较，取得尽可能大的长径比。4、床层升温计算将整个吸附塔作为考察对象。当混合气从进塔到活性炭吸附饱和时，根据物料平衡，可以得：油气进量：油气出量：油气被吸附量：-空气进量、出量：)*并假设活性炭吸附时，活性炭与混合气温度同步变化。则整个绝热吸附过程中，有能量平衡，可得活性炭升温的近似计算式：-分别为油气总进量及总出量，g；-分别为空气总进量及总出量，g；-分别为进料中油气、空气摩尔质量， =29.1g/mol，=65.5g/mol；-分别为油气、空气比热容，=1.70J/g*，=1.01J/g*；-为混合气进塔总摩尔数，mol；-活性炭比热容，=0.942 J/g*；-液化油气比热容，=2.38 J/g*；-进料中油气摩尔分数，mol/mol；-活性炭-油气吸附热，=628J/g-活性炭升温，；其他参数同上。将上参数数据带入得式：由上式可以根据温差来求得活性炭在此温度时的吸附量，或者由穿透曲线求得q后对床层升温的估计，据有文献记录，与实际测得温差误差为5%以内。5、优化和建议a、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化，在提高吸附效率的同时，降低了床层阻力。吸附塔内维持一定的压力有利于吸附向正方向移动，从而提高了吸附效率。b、床层内部设置多层细金属网支撑结构，增强了床层的导热性，增加床层安全系数，可有效避免恶性氧化升温现象c、活性炭多次循环吸附/解吸后，有所增大，穿透时间缩短，吸附容量q下降是由于解吸不彻底的原因。d、吸附穿透时间随吸附床高径比增大而变长，一般吸附床高径比为14，在允许的塔压降内，可取较大值。e、活性炭的油气吸附量是随着床层温度的变化而变化的，在最高温度下，吸附量会下降50%甚至更多，所以在活性炭的用量上应该加一个修正系数来平衡温度带来的影响。f、在解吸时活性炭微孔中的油气不可能得到完全的解吸，而堵塞的微孔影响下一次活性炭的吸收容量，但随着解析次数的增加趋于稳定。下降的幅度可以达10%-20%，视活性炭的品质不同而有所不同。g、解析是一个吸热过程，要使解吸较彻底，可先采取真空解吸，后在解吸的后期（3/4时段为宜）加入微量热空气吹扫，这样不但有利于深度解吸，也有利于卸真空，空气量不能过多，以免稀释解吸的浓油气而影响下一阶段的吸收效率，吹扫空气温度应低于50为佳，以免低烃炭化自燃。h、煤油、柴油的挥发损失较汽油小，如果工艺允许可以改用煤油、柴油替代汽油或者混合油进行吸收操作，可以提高吸收效率。i、解吸时间可控制在60min内，但不宜太小。解吸真空度（一般为3Kpa左右）越高越有利于彻底解吸。由于进料中油气摩尔分数大，活性炭吸附量也大，从而要求解吸抽气率也要大，但真空设备投资将急剧增加。j、在解吸时，若塔中各测温点温度趋向一致并保持稳定时此时可认为解吸已基本完成。k、在汽油油气接触活性炭之前，浓缩的油气浓度一定要降到爆炸极限以下；严格控制导入的混合气线速度，不使活性炭发生静电反应；活性炭表面事先涂上碳水化合物、并用水润湿表面，降低活性炭的发热。l、油气吸收过程中主要由气膜传质控制，液膜传质属于次要因素，在气油比低的情况下，气相的湍动程度小，气膜阻力较大，传质阻力反而较大，因此影响了吸收效果；气油比高，油气在吸收剂中的停留时间短，油气吸收过程中油气还没有得到有效的吸收，还保持在气相中，造成出口的油气浓度升高，因此，气油比存在一个较好的区域，在此时油气的出口浓度低，吸收效果较好。气油比在150 - 200h-1效果较好。m、吸收剂浓度低，吸收过程中气一 液的传质推动力小，油气吸收过程中气膜和液膜之间进行传质效果差，造成出口的油气浓度升高，使得吸收效果比较差；吸收剂浓度高，油气在吸收剂中含量低，吸收过程中气-液的传质推动力大，而且油气返回气相的少，吸收效果更好，高浓度吸收剂对吸收过程有利。提高吸收剂浓度有利于油气吸收。对于油气吸收过程来说，吸收剂浓度越高越好，但是考虑到成本及操作因素，吸收剂浓度控制在70 % - 90 %较好n、从传质角度分析，油气浓度越高吸收效率越高，吸收剂浓度越高吸收效率越高。o、吸收塔底应维持一定的液量，液量以油气能稳定冒出为佳，以利用空化效应来提高吸收剂对油气的吸收效率。p、油气吸收装置对真空泵要求较高，在低气压时仍要求较高的抽气速率，液环真空泵使床层在真空下操作，达到解吸压力后，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。液环真空泵的封液采用乙二醇。乙二醇封液有以下几个作用：为真空泵提供液环，冬季操作时防冻，冷却系统防锈，带走真空泵产生的热量，润滑轴承的机械密封。具体见下图：q、经吸附饱和的吸附罐内油气浓度很高几乎不含有空气。由于爆炸需要空气和点火及可燃物，所以当真空泵利用真空压力从吸附塔中抽走吸附过的气体时，真空泵不能因漏气而使油气与空气混合达到