吸收-吸附法油氣回收工藝優(yōu)化設計

鄭宗能　劉迪

摘????? 要：吸收-吸附集成工藝因其有較好的回收效果在油氣回收領域有很多的工業(yè)應用。 本文針對當前吸收-吸附集成油氣回收工藝存在的不適用于油氣量少、系統(tǒng)進氣不穩(wěn)定等工況和能耗較高的問題進行了優(yōu)化，設計了采用節(jié)能模式和全流程模式交替運行的吸收-吸附集成油氣回收工藝。經(jīng)過優(yōu)化設計，該工藝在運行過程中采用節(jié)能模式和全流程模式交替方式運行，從而大幅降低系統(tǒng)綜合能耗，可以很好地控制運行成本，具有更好的應用前景。

關? 鍵? 詞：集成工藝;油氣回收;工藝優(yōu)化

中圖分類號：TQ 062?????? 文獻標識碼： A?? ???文章編號： 1671-0460（2020）07-1475-04

Optimization of Oil and Gas Recovery Process

Based on Absorption-Adsorption Integration Technology

ZHENG Zong-neng， LIU Di

（Kelamay Vocational & Technical College， Kelamay Xinjiang 834000， China）

Abstract： The absorption-adsorption integrated process has many industrial applications in the field of oil and gas recovery because of its good recovery effect. The current absorption-adsorption integrated process has many process defects， such as not suitable for low import flow， unstable inlet flow and high energy consumption. To deal with these problems， the process has been optimized. A semi-process and full-process alternate mode was designed for absorption-adsorption integrated oil and gas recovery process. Optimized process can run in half-flow and full-flow alternate mode during operation， which will reduce the energy consumption and adapt to more conditions. The optimized process has better application prospect.

Key words： Integrated technology; Oil vapor recovery; Technological process

隨著我國油氣儲存與運輸行業(yè)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)過程中油氣蒸發(fā)損耗所帶來的問題也越來越受關注^[1-3]。油氣回收是減少油氣蒸發(fā)損耗比較理想的控制技術(shù)^[4-5]。當前，基于集成工藝的油氣回收技術(shù)在油氣回收工業(yè)中有著廣泛的應用^[6-8]。吸收-吸附集成工藝因其有較好的回收效果在油氣回收領域有很多的工業(yè)應用^[9-10]。該工藝采取在吸收塔后面增加一個吸附塔，將出口尾氣通入吸附塔進行深度吸附后達標排放^[11]。該集成工藝相比于比單一吸收法有更高的回收效率，比單一吸附法有更高的安全性，綜合效益顯著^[12]。但目前的吸收-吸附集成油氣回收工藝適合應用于油氣處理量大的工況，對于油氣處理量少、系統(tǒng)進氣不穩(wěn)定、進口油氣濃度小等工況時效果不是很理想。同時，當前工藝一般吸收過程與解吸過程同時進行，能耗相對比較高。本文針對當前吸收-吸附集成油氣回收工藝存在的不適用于油氣量少、系統(tǒng)進氣不穩(wěn)定等工況、能耗較高的問題進行了優(yōu)化，設計了一套適用于全工況、低能耗的新型吸收-吸附集成技術(shù)的油氣回收工藝。

1 ?吸收-吸附集成油氣回收工藝優(yōu)化設計

針對當前吸收-吸附集成油氣回收工藝存在的不適用于油氣量少、系統(tǒng)進氣不穩(wěn)定等工況、能耗較高的問題，從油氣的回收效果和經(jīng)濟角度考慮，對吸收-吸附集成技術(shù)的油氣回收工藝進行了優(yōu)化設計。

1.1? 工藝優(yōu)化設計思路

在優(yōu)化工藝中創(chuàng)新性地將整套油氣回收系統(tǒng)工藝流程設計成節(jié)能模式和全流程模式交替循環(huán)運行。

該工藝中節(jié)能模式運行時吸收和吸附過程運行，解吸操作暫不啟動。油氣從底部進入，與從塔頂噴淋下的吸收劑逆向進行吸收過程，吸收劑通過溶劑泵加壓后輸送到吸收塔上部進口處。在吸收塔中大部分的油氣被吸收，從塔頂排出的含有少量油氣的尾氣進入吸附塔進行吸附，再次降低尾氣中油氣濃度，尾氣達到國家排放標準后排入大氣中。此時，回收系統(tǒng)僅僅打開風機、溶劑泵，而真空泵、富油泵、貧油泵處于關停狀態(tài)。

當節(jié)能流程模式運行到計算時間值或達到一定的進氣量時，整套回收裝置可自動或手動切換為全流程模式運行。此時，解吸操作開啟，解吸塔中的富吸收劑和吸附塔中的富吸附劑開始解吸操作，即吸收油氣后的富吸收劑在真空解吸塔中進行解吸再生。通過設計兩個吸附塔的設置，吸附塔可以交替進行吸附和解吸操作，從吸收劑解吸塔和吸附塔中解吸出來的油氣由回收塔底部進入回收塔中，使用汽油對油氣進行吸收回收，未被回收的油氣回到吸收塔循環(huán)吸收。此時，回收系統(tǒng)全部動力設備（即風機、溶劑泵、真空泵、富油泵、貧油泵）處于運行狀態(tài)。

當全流程模式運行到設定時間后，停止解吸及回收操作，切換回節(jié)能操作模式運行，從而實現(xiàn)節(jié)能模式和全流程模式的交替循環(huán)操作。系統(tǒng)運行過程中，可以依據(jù)流量計進口的油氣和空氣的混合氣累積體積量，適當調(diào)整切換節(jié)能模式和全流程模式的設定時間。

通過優(yōu)化后的工藝在節(jié)能模式操作運行時，只進行油氣吸收和吸附操作，油氣解吸和回收單元操作不啟用。全流程模式操作運行時，整套油氣回收系統(tǒng)所有的單元操作同時開啟運行。油氣回收系統(tǒng)按設定運行時間或按進入系統(tǒng)的油氣和空氣的混合氣累積體積量而自動或手動選定節(jié)能模式回收工藝或全流程模式回收工藝。由于采用節(jié)能模式和全流程模式交替循環(huán)運行，該套裝置可以很好地適用于油氣進口氣量較少及進口氣體流量不穩(wěn)定的工況，也適合處理進口油氣流量大的工況，而且能夠降低裝置整體的運行能耗，大幅減少了運行成本。

1.2? 工藝優(yōu)化

1.2.1 ?工藝流程優(yōu)化設計

該工藝流程如圖1所示，流量計1出口端與風機2進口端相連接，風機2出口端與吸收塔3下部的進氣口端相連接;吸收塔3頂部（出氣端）連接至吸附塔10、11下部，上部連接到溶劑泵4的出口端，底部連接至解吸塔5;吸附塔10、11的底部連接至真空泵6的進口端;解吸塔5在下部與吸收劑泵4相連接，真空泵6進口與解吸塔5相連;真空泵6出口與汽油回收塔7相連接;汽油回收塔7在底部與富油泵8相連接，貧油泵9出口與汽油回收塔7上部連接，處理后的尾氣從上部出口輸送至吸收塔3重新吸收。

1-流量計;2-風機;3-油氣吸收塔;4-吸收劑泵;5-吸收劑解吸塔;6-真空泵;7-油氣回收塔;8-富吸收劑泵;9-貧吸收劑泵;10、11-油氣吸附塔;12-19-控制閥。

1.2.2 ?解吸塔工藝優(yōu)化設計

工藝中解吸塔5為關鍵設備，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

解吸塔5為立式解吸塔，其直徑根據(jù)油氣回收系統(tǒng)的處理量而定，一般可設計為?800～3 000 mm。解吸塔5的頂蓋中央設有直徑為?80～150 mm的吸收劑回流口20，頂蓋側(cè)部設有直徑為?150～300 mm的解吸油氣出口21。該出口中應設有除霧及除沫的構(gòu)件，如圖2中的除霧器22。在解吸塔5的下部側(cè)面設有與回流口20相同直徑的另一吸收劑回流口24。在解吸塔5的底蓋側(cè)部設有與回流口20相同直徑的吸收劑出口25。吸收劑出口25應伸入塔內(nèi)100～200 mm。解吸塔5的底蓋中央設有直徑為?25～50 mm的排凝口26。在解吸塔5內(nèi)部設有4～7層塔板23，各層塔板間隔距離為100～250 mm。塔板使用花紋鋼板或花紋不銹鋼板制成。每塔板上設有若干個溢流小管，如圖2中的溢流小管28。溢流小管28直徑為?15～30 mm，管口離塔板面為5～10 mm（即伸出塔板5～10 mm高）。每層塔板上設置的溢流小管的總截面積為解吸塔5截面積的5%～8%（即開孔率）。每層塔板中央都開有一個直徑?10 mm的排凝孔，如附圖2中的排凝孔29。每相鄰兩層塔板的溢流小管口應錯開布置，以免有一些吸收劑從上到下從各層塔板的溢流小管直接穿過流下，而沒有在各塔板上稍微停留。

在節(jié)能模式操作運行時，吸收塔3中的液位應比解吸塔5中的液位略高，以使吸收塔3中的吸收劑能夠自流回到解吸塔5中。真空泵6的選取，應根據(jù)處理的油氣或其他有機廢氣成分，來選擇液環(huán)真空泵或干式真空泵。如選用液環(huán)真空泵，還要配套選用一個高效液氣分離器，同時其密封液應選用不與油氣互溶、難揮發(fā)、低黏度的液體。如回收汽油油氣時，可選用乙二醇做密封液。為了使解吸塔5、吸附塔10（或11）的真空度保持（控制）穩(wěn)定，以及保護真空泵6不會處于超真空狀態(tài)運行，可以選用變頻真空泵，通過解吸塔5、吸附塔10（或11）中的真空度來自動變頻控制真空泵6的抽氣量。為了使吸收塔3、解吸塔5中的吸收劑液位保持（控制）穩(wěn)定，可以選用變頻溶劑泵，通過解吸塔5或吸收塔3中的液位來自動變頻控制溶劑泵4的輸送流量。為了使回收塔7的液位保持（控制）穩(wěn)定，可以選用變頻富油泵、變頻貧油泵，通過回收塔7中的液位來自動變頻控制富油泵8、貧油泵9的輸送流量。為了不對油氣集氣系統(tǒng)中油氣和空氣的混合氣過分引流，可以選用變頻風機，通過風機2入口的壓力或真空度來自動變頻控制風機2的抽氣量。

2? 吸收-吸附集成工藝優(yōu)化運行簡介

優(yōu)化后的工藝流程中主要設備包括：流量計、風機、油氣吸收塔、活性炭吸附塔、吸收劑泵、真空泵、富吸收劑解吸塔、汽油回收塔等。利用裝置進口集氣系統(tǒng)，將待回收處理的油氣傳輸?shù)交厥昭b置中，使用流量計記錄進口氣的體積流量及累積體積。整套油氣回收系統(tǒng)工藝流程根據(jù)實際工況按節(jié)能模式和全流程模式循環(huán)交替運行。

2.1? 節(jié)能模式油氣回收運行工藝

油氣收集系統(tǒng)收集到的油氣和空氣的混合氣經(jīng)流量計1后，由風機2將其輸送到吸收塔3底部，進入塔中?；旌蠌U氣從吸收塔3底部進入塔中，在吸收塔中油氣與貧吸收劑逆向接觸開始吸收。貧吸收劑通過泵4加壓后從吸收塔上部進入。在節(jié)能模式回收工藝中，解吸塔5內(nèi)部壓力為常壓或略低于常壓，此時控制閥19開啟，吸收塔3中吸收油氣后的吸收劑通過閥19經(jīng)由解吸塔5下部的回流口24自流回到解吸塔5。經(jīng)吸收塔3吸收后的含有少量油氣的尾氣進入吸附塔10進行深度吸附，然后含少量油氣的尾氣從吸附塔10頂部排入大氣中。此時控制閥12、16開啟，控制閥13、14、15、17關閉，當吸附塔10吸附到一定時間后（即吸附達到穿透點后），控制閥15、17開啟，控制閥12、16關閉，尾氣切換進入吸附塔11繼續(xù)進行深度吸附。

解吸過程是整個吸收-吸附集成油氣回收工藝主要的耗能單元。在節(jié)能模式操作工藝時，解吸單元操作不啟動，富吸收劑解吸塔和吸附塔單元解吸都不運行，這可以結(jié)合實際運行工況，減少整套裝置的總體運行能耗，降低生產(chǎn)成本。

2.2? 全流程模式油氣回收工藝

當節(jié)能流程模式運行到計算設定的時間值或達到一定的進氣量時，整套回收裝置可自動或手動切換為全流程操作模式運行。

油氣收集系統(tǒng)收集到的油氣和空氣的混合氣經(jīng)流量計1后，由風機2將其輸送到吸收塔3底部，進入塔中。該混合氣從吸收塔3底部進入塔中，其中大多數(shù)的油氣被從塔頂噴淋下的貧吸收劑所吸收。該貧吸收劑是由溶劑泵4提升到吸收塔的頂部。在全流程模式回收工藝中，由于解吸塔5處于真空解吸狀態(tài)，此時控制閥19關閉，控制閥18開啟，吸收塔3中吸收油氣后的吸收劑經(jīng)過閥18從頂部流入解吸塔5中。吸收油氣后的吸收劑從解吸塔5上端自上而下流經(jīng)塔內(nèi)的塔板23時，由于此時解吸塔5處于高真空狀態(tài)，所以在吸收劑下流的過程中，其所吸收的油氣被解吸出來。解吸塔5的真空度是由真空泵6抽氣來實現(xiàn)的。在解吸塔5進行真空解吸再生的同時，控制閥13開啟，控制閥12、16關閉，對吸附塔10中的吸附劑進行高真空解吸。當吸附塔10中的吸附劑解吸完成后，控制閥13關閉，控制閥10、12打開。從吸收塔3頂部出來的尾氣重新切換進入吸附塔10中而深度吸附回收。此時，關閉控制閥15、17，打開控制閥14，對吸附塔11中的吸附劑進行高真空解吸。吸附塔10、11就是這樣循環(huán)切換而實現(xiàn)吸附-解吸，從而保證油氣回收系統(tǒng)的連續(xù)運行。吸附塔10或11的真空度也是由真空泵6抽氣來實現(xiàn)的。真空泵6將從解吸塔5和吸附塔10（或11）解吸出來的高濃度油氣送入回收塔7底部。該油氣在回收塔7中向上流動的過程中，被來自貧油泵9打來的貧汽油所噴淋吸收回收，吸收油氣后的富汽油經(jīng)富油泵8輸出到指定儲罐或管線，未被汽油吸收的少量油氣回到吸收塔3而被循環(huán)吸收。

當全流程操作模式運行到設定時間后或處理的油氣進量達到設定值時，可自動切換回節(jié)能模式運行，此時整套裝置的解吸操作單元不運行。

3? 結(jié)束語

本文對當前吸收-吸附集成油氣回收工藝存在的問題，進行了工藝優(yōu)化設計。優(yōu)化后的工藝采用節(jié)能模式和全流程模式循環(huán)交替運行，不僅適用于不同油氣進量和進氣不穩(wěn)定的工況，同時也適合于大油氣進量的工況。優(yōu)化后的油氣回收工藝可以根據(jù)不同工況，在運行過程中采用節(jié)能模式和全流程模式循環(huán)交替運行，從而大幅降低系統(tǒng)綜合能耗，可以很好地控制運行成本，具有更好的市場應用前景。

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基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)自然科學基金青年基金（項目編號：2018D01B40）。

收稿日期：2020-03-27

作者簡介：鄭宗能（1987-），男，江西上饒人，講師，碩士研究生，2013年畢業(yè)于常州大學油氣儲運工程專業(yè)，研究方向：油氣儲運技術(shù)。

E-mail：358770452@qq.com。