山西潞安180示范項目油氣回收裝置工藝分析

金俊杰

(山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046000)

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山西潞安180示范項目油氣回收裝置工藝分析

金俊杰

(山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046000)

山西潞安180示范一體化項目石油產(chǎn)品包括液化氣、石腦油及柴油。石腦油、柴油產(chǎn)品采用內(nèi)浮頂罐儲存。其中，石腦油飽和蒸汽壓較大，其裝載系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置油氣回收裝置。本項目油氣回收裝置采用冷凝、膜分離、吸附的組合工藝，處理效率≥99%，經(jīng)濟效益較好，年回收油品價值約120萬元。

石腦油；油氣回收；冷凝；膜分離；吸附

1 概述

液體物料儲運系統(tǒng)是山西潞安高硫煤清潔利用油化電熱一體化示范項目(簡稱潞安180示范項目)的配套工程，主要負責儲存、裝卸和輸送本項目全廠工藝裝置的液體產(chǎn)品、化學原料和中間原料。

潞安180示范項目主要石油產(chǎn)品包括液化氣、石腦油及柴油等。石油產(chǎn)品儲存于液體物料儲運系統(tǒng)儲罐區(qū)，并通過汽車或火車外運出售。該項目石腦油產(chǎn)品儲存于內(nèi)浮頂罐(4×10 000 m3)，年周轉(zhuǎn)量為25.5萬t，通過汽車(2鶴位)和火車(6鶴位)外運。根據(jù)《油品裝載系統(tǒng)油氣回收設(shè)施設(shè)計規(guī)范》GB 50759-2012要求[1]，石腦油裝載系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置油氣回收裝置，對汽車裝車及火車裝車尾氣進行回收處理。

油氣回收裝置常采用的回收方法包括膜分離法、冷凝法、吸附法和吸收法等，或其中若干種方法的組合工藝。潞安180示范項目液體儲運系統(tǒng)采用冷凝、膜分離、吸附的組合工藝進行油氣回收，預(yù)計將達到較好的回收效果。

2 油氣回收裝置簡介

潞安180示范項目液體儲運系統(tǒng)油氣回收裝置采用冷凝、膜分離、吸附的組合工藝。3種方法由于其自身特點，均有一定的局限性。

冷凝法[2-3]油氣回收工藝是依據(jù)油氣組分的基本熱力學性質(zhì)參數(shù)，采用烴類物質(zhì)在不同溫度下的蒸汽壓差異，通過降溫使油氣中一些烴類蒸汽壓達到過飽和狀態(tài)，過飽和油氣組分產(chǎn)生相變，從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，得到液態(tài)石腦油。冷凝法是一次性工藝可完成對油氣回收利用的唯一方法，而且能夠產(chǎn)生可以計量的回收石腦油。由于冷凝溫度的限制，冷凝后的油氣濃度較高，尾氣較難達到排放要求。

膜的種類有玻璃態(tài)、橡膠態(tài)等多種。膜的分離技術(shù)原理主要是“溶解—擴散”機理，即，油氣和空氣混合氣體經(jīng)加壓后送至膜分離器，在對油氣有選擇性的薄膜上，油氣分子首先被吸附并溶解于膜的高壓側(cè)表面，然后借助濃度梯度在膜中擴散，最后從膜的低壓側(cè)解吸出來，空氣則滯留在膜的表面，從而實現(xiàn)油氣和空氣的分離。按照這一說法，油氣空氣混合氣被分離成兩股物流，一股貧油氣的滯留物流，另一股富油氣的穿透物流。貧油氣的滯留物流作為凈化氣體排放，而富油氣的穿透物流作為回收物。

吸附法[2]是將收集的石腦油油氣送進吸附罐內(nèi)，以活性炭或分子篩沸石或硅膠等有豐富孔容的吸附劑將油氣先儲存起來，讓空氣排放。待油氣吸附量達到一定程度，再脫附取出油氣成分。脫附油氣的方法有高溫水蒸氣沖刷或抽真空的方式。如果以水蒸氣脫附，脫附的油氣混入凝結(jié)水中，需要進行油水分離處理。如果抽真空脫附，脫附出來的只是氣態(tài)富集油氣，要使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，還需要采用冷凝或噴淋冷石腦油的方法作二次處理。

表1對3種方法處理效果進行比較。

圖1為各處理方法廠家返回的實測處理效果圖。

圖1 3種方法處理效果分析

圖1比較結(jié)果如下：

1) 冷凝工藝在進氣總烴達到40%～50%以上的條件下，其綜合效率是最高的；隨著進氣濃度的下降，綜合效率下降速率較快。因此，冷凝工藝適宜應(yīng)用在總烴摩爾分數(shù)能夠達到40%～50%及以上的尾氣工況條件下。同時，冷凝溫度應(yīng)該根據(jù)所處工藝條件進行選擇。

表1 3種油氣回收方法的比較

2) 膜分離工藝由于膜組件疊加所造成的運行費用相對變化較小，在能效圖上表現(xiàn)出較為平均的效果。因此，該工藝可充分發(fā)揮自身技術(shù)優(yōu)勢，形成良好的上下游工藝的鏈接，體現(xiàn)出整體效果。該方法需與其余方法結(jié)合，無法得到液態(tài)油品。

3) 吸附工藝受吸附劑吸附容量的限制，在低總烴濃度段能夠充分發(fā)揮其提濃的效果。而且，隨著吸附劑性能的不斷提升和開發(fā)，一方面，表現(xiàn)在吸附能力增加，使得尾氣排放指標更為優(yōu)良；另一方面，由于脫附能力的提升，擴展了吸附工藝的適宜范圍，并降低了脫附能耗。

綜上所述，冷凝法適合于濃度較高的進氣初步處理，能迅速降低油氣濃度；吸附工藝對于較低濃度油氣處理有較高效率，應(yīng)設(shè)置在系統(tǒng)尾部；膜分離對油氣濃度適應(yīng)性較好，但無法直接得到液態(tài)產(chǎn)品，適合于作為冷凝法和吸附工藝的中間連接工藝。本項目油氣回收裝置采用組合工藝，根據(jù)油氣濃度不同選用最為合適的工藝方法處理。根據(jù)目前該組合工藝裝置實際運行效果，處理效率≥99%。

3 工藝流程

本項目油氣回收裝置采用冷凝、膜分離及吸附組合工藝處理。高濃度油氣首先由冷凝工藝處理，冷凝將回收得到大部分液態(tài)油品及低濃度的油氣；低濃度油氣通過膜進行分離，出膜后得到較低濃度的油氣；最后，較低濃度油氣通過吸附塔吸附后，尾氣達標排放。

圖2為本項目的油氣回收工藝流程圖。當有油氣進入設(shè)備，設(shè)備通過對泵的信號采集將自動開啟。當油氣進入設(shè)備之后，將經(jīng)過壓縮機增壓至0.75 MPa。然后，通過預(yù)冷器進行預(yù)冷。預(yù)冷器中的冷源是冷凝器中未冷凝的低濃度油氣。經(jīng)過預(yù)冷的油氣將會再次進入冷凝器進行冷凝，溫度達到1 ℃～5 ℃時，會有50%～70%的油氣被冷凝成液體進去儲油罐。而未冷凝的氣體作為冷源進入預(yù)冷器，在預(yù)冷器中的低濃度油氣將會有10 ℃～20 ℃的溫升。

圖2 油氣回收裝置工藝流程圖

然后，進入膜分離組件進行分離。膜分離器中滲透氣富含有機組分氣體返回壓縮機入口復(fù)疊處理，透余氣中有機氣體摩爾分數(shù)小于1%，進入吸附罐吸附，從而達到排放標準排放。2個吸附罐根據(jù)吸附時間自動切換吸附及解吸運行狀態(tài)，解吸氣體通過真空泵回到壓縮機入口重新處理。當入口氣體壓力到達低值后，回收裝置自動停止運轉(zhuǎn)。其中，制冷壓縮機根據(jù)儲能罐中冷媒水的溫度自動開停。

4 經(jīng)濟效益分析

本項目共采購了2套油氣回收裝置，處理量分別為200、400 m3/h，石腦油年裝載量為25.5萬t。

表2為供貨商根據(jù)用戶反饋提供的實際運行數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)可以看出，一般情況下，該油氣回收裝置回收成本需2 a～3 a。

表2 油氣回收裝置應(yīng)用實例

本項目由于汽車裝卸棧臺與火車裝卸棧臺距離較遠，根據(jù)實際情況設(shè)置了2套油氣回收裝置。通過分析比較，潞安180示范項目采購的冷凝、膜分離及吸附組合工藝油氣回收裝置每年回收油品價值約為120萬元，預(yù)計4 a后能夠回收設(shè)備投資成本。

5 結(jié)語

隨著國家對環(huán)境保護的逐漸加強，《儲油庫大氣污染物排放標準》[4](GB 20950-2007) 、《油品裝載系統(tǒng)油氣回收設(shè)施設(shè)計規(guī)范》(GB 50759-2012)等標準、規(guī)范相繼頒布和實施，石油化工企業(yè)、石油及液體化工品庫內(nèi)的汽油、石腦油、航空煤油、溶劑油、芳烴或類似性質(zhì)油品的裝載系統(tǒng)均應(yīng)設(shè)置油氣回收系統(tǒng)。

本示范項目采購的油氣回收裝置采用了冷凝、膜分離、吸附組合工藝，根據(jù)實際經(jīng)驗，處理效率≥99%，高于GB 20950-2007要求(處理效率≥95%，油氣排氣質(zhì)量濃度≤25 g/m3)。該油氣回收裝置有較好的經(jīng)濟效益，年回收油品價值約120萬元。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.油品裝載系統(tǒng)油氣回收設(shè)施設(shè)計規(guī)范：GB 50759-2012[S].北京：中國標準出版社，2012.

[2] 劉建華.冷凝和吸附組合工藝油氣回收裝置的應(yīng)用及優(yōu)化[J].石油庫與加油站,2015(24):19.

[3] 王蒙，王鐵軍，楊葉，等.冷凝法油氣回收工藝優(yōu)化[J].油氣儲運，2013,32(3):329-333.

[4] 國家環(huán)境保護總局.儲油庫大氣污染物排放標準：GB 20950-2007[S].北京：中國標準出版社，2007.

Process analysis on VRU (vapor collecting system) in annual production-180 ton demonstration project of Shanxi Lu'an Group

JIN Junjie

(Shanxi Lu’an Coal-Based Clean Energy Co., Ltd., Changzhi Shanxi 046000, China)

The annual-production-180 tons demonstration project produces a variety of products including liquefied gas, naphtha and diesel. The naphtha and diesel are stored by floating roof tank. Because the saturation vapor pressure of naphtha is higher, the recycle equipment is required in the loading system. The recycle equipment including combined technologies of condensation, adsorption, membrane separation and so on. The equipment efficiency of the recycle device is higher than 90% and brings good economic benefits about 1.2 million yuan to the company.

naphtha; VRU(vapor collecting system); condensation; membrane separation; absorption

2016-07-18

金俊杰，男，1987年出生，2010年畢業(yè)于吉林化工學院，助理工程師，現(xiàn)從事煤化工生產(chǎn)工作。

專題討論

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.18

TQ547；TE86

A

1004-7050(2016)05-0065-03