多級(jí)集成油氣回收工藝應(yīng)用與展望

鄭宗能　劉迪　馬慶

摘????? 要：圍繞提高油氣回收效率和滿(mǎn)足更高的排放要求、減少裝置運(yùn)行能耗和降低運(yùn)行成本、滿(mǎn)足不同工況需求等方面，著重介紹了冷凝+膜分離+吸附、吸收+膜分離+吸附、冷凝+吸附+催化燃燒、冷凝+吸收+吸附等四類(lèi)多級(jí)集成油氣回收工藝。在今后的多級(jí)集成油氣回收工藝研究中，提高集成度高、降低運(yùn)行能耗、提升回收效率、優(yōu)化工藝流程、滿(mǎn)足多工況條件將是研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

關(guān)? 鍵? 詞：多級(jí)集成;油氣回收;工藝流程

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ 062?????? ??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A????? 文章編號(hào)： 1671-0460（2020）06-1199-04

Application and Development Prospects of Multi-stage

Integrated Oil Vapor Recovery Process

ZHENG Zong-neng， LIU Di， MA Qing

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

Abstract： From the aspects of raising the recovery efficiency， meeting higher emission requirements， reducing energy consumption and cost， and meeting the complicated conditions， four kind of integrated oil vapor recovery processes were introduced， including condensation-membrane separation-adsorption process， absorption-membrane separation-adsorption process， condensation-adsorption-catalytic combustion process and condensation-absorption- adsorption process. Further research of integrated oil vapor recovery technology should focus on improving the integration， reducing the energy consumption， improving the recovery efficiency， optimizing the technological process and meeting the complicated conditions.

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

油品在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中不可避免的會(huì)有部分輕質(zhì)組分揮發(fā)到環(huán)境中，帶來(lái)環(huán)境問(wèn)題和安全問(wèn)題。油氣回收是油氣蒸發(fā)損耗的有效控制方法^[1﹣2]。在油氣回收中，合適的回收方法和工藝是關(guān)鍵。集成油氣回收工藝可結(jié)合各類(lèi)油氣回收方法的優(yōu)點(diǎn)，獲得更好的回收效率和經(jīng)濟(jì)效益。隨著日益增加的環(huán)境保護(hù)要求，對(duì)油氣回收方法和工藝也提出了更多的挑戰(zhàn)。

為滿(mǎn)足不斷提高的油氣的回收效率和排放要求，油氣回收技術(shù)逐漸開(kāi)始更多的向多級(jí)集成油氣回收工藝發(fā)展，這也成為油氣回收工藝發(fā)展的重要研究?jī)?nèi)容。

1 ?常見(jiàn)傳統(tǒng)油氣回收工藝

在油氣回收領(lǐng)域，常見(jiàn)傳統(tǒng)油氣回收工藝有吸收法、吸附法、膜分離法、冷凝法等^[3-6]，以及由這些方法衍生出的兩級(jí)集成工藝。

1.1 ?單一油氣回收工藝

常見(jiàn)的單一油氣回收工藝吸收法、吸附法、膜分離法、冷凝法等，這些方法互有優(yōu)缺點(diǎn)。表1對(duì)各類(lèi)方法的優(yōu)缺點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和應(yīng)用范圍做了對(duì)比分析。目前，隨著對(duì)油氣回收效率、排放標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行安全和成本的要求不斷提高，單一油氣回收工藝已不能滿(mǎn)足要求，也很少應(yīng)用。

1.2? 兩級(jí)集成油氣回收工藝

集成油氣回收工藝可以結(jié)合各類(lèi)油氣回收方法的優(yōu)點(diǎn)，滿(mǎn)足更高的生產(chǎn)需求。常見(jiàn)兩級(jí)集成油氣回收工藝有吸收+吸附、吸收+膜分離、冷凝+吸附、冷凝+膜分離等幾類(lèi)^[7-11]。

吸附法和膜分離法對(duì)低質(zhì)量濃度油氣有較好的分離效果，但直接應(yīng)用于高質(zhì)量濃度油氣回收，吸附法存在運(yùn)行負(fù)荷大帶來(lái)發(fā)熱高、吸附劑加速老化等問(wèn)題，膜分離法也會(huì)因?yàn)楦哓?fù)荷帶來(lái)投資巨大的問(wèn)題。吸收法對(duì)高質(zhì)量濃度油氣恰好有較好的回收效率，此時(shí)，可在吸附法和膜分離法工藝前加上吸收法工藝，發(fā)揮各自?xún)?yōu)點(diǎn)。在吸收+吸附、吸收+膜分離集成工藝中，高質(zhì)量濃度油氣先進(jìn)入吸收工序，吸收后的油氣再進(jìn)入吸附或膜分離工序，這樣在提高回收率、降低尾氣質(zhì)量濃度的同時(shí)，有利于提高活性炭的壽命和安全生產(chǎn)或減少膜分離工序的投資^[8﹣9]。

冷凝法油氣回收工藝可直接回收得到油氣，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。但當(dāng)對(duì)回收效率有較高要求時(shí)，工藝需增加深冷部分，會(huì)帶來(lái)能耗增大、制冷環(huán)節(jié)設(shè)備增多的問(wèn)題。采用冷凝+吸附或冷凝+膜分離集成工藝，可先利用冷凝工序?qū)⒏哔|(zhì)量濃度油氣中的大部分回收，冷凝處理后的低質(zhì)量濃度油氣再進(jìn)入吸附或膜分離工序，從而滿(mǎn)足更高的油氣回收要求，集成工藝可取消冷凝工序的深冷部分，大大降低裝置能耗，同時(shí)也可以減少吸附或膜分離工序的負(fù)荷^[10﹣11]。

2? 多級(jí)集成油氣回收工藝

隨著油氣回收效率和排放、減少裝置運(yùn)行能耗，降低運(yùn)行成本、滿(mǎn)足不同工況需求等要求的不斷提高，多級(jí)集成回收工藝也不斷的發(fā)展和應(yīng)用。

2.1? 冷凝+膜分離+吸附集成

冷凝+膜分離+吸附集成油氣回收工藝是在冷凝+吸附集成油氣回收工藝的基礎(chǔ)上加入了膜分離工藝，該多級(jí)集成工藝很好的組合了三種單一油氣回收方法的優(yōu)點(diǎn)。該工藝中油氣在高質(zhì)量濃度的時(shí)候先進(jìn)入冷凝工序，冷凝法對(duì)高質(zhì)量濃度油氣有很好的處理效率，經(jīng)過(guò)冷凝工序后的油氣濃度有所降低，此時(shí)加入膜分離工序，膜分離工序處理效率比較穩(wěn)定，在冷凝和吸附工序之間可以起到平穩(wěn)過(guò)渡的作用;吸附法對(duì)低質(zhì)量濃度的油氣有較好的處理效果，在最后加入吸附工序可以更好的對(duì)低質(zhì)量濃度油氣進(jìn)行處理，從而滿(mǎn)足較高的油氣回收要求。該工藝應(yīng)用在油品槽車(chē)裝卸等過(guò)程中有較好的應(yīng)用，具體工藝流程如圖1所示。裝車(chē)揮發(fā)的油氣經(jīng)壓縮→冷凝→膜分離→吸附→尾氣排放等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)油氣的高效率回收利用^[12]。

2.2? 吸收+膜分離+吸附集成

吸收+膜分離+吸附集成油氣回收工藝是在吸收+膜分離集成油氣回收工藝的基礎(chǔ)上加入了吸附工序。

該工藝如圖2所示，首先高質(zhì)量濃度油氣經(jīng)壓縮后進(jìn)入吸收工序完成初步的油氣回收;進(jìn)吸收塔回收后的油氣進(jìn)入膜分離工序，同樣，膜分離工序可以在吸收和吸附工序之間可以起到平穩(wěn)過(guò)渡的作用，最后經(jīng)過(guò)兩級(jí)處理的低質(zhì)量濃度油氣進(jìn)入變壓吸附（PSA）工序，提高油氣的回收效率和處理效率。該油氣回收工藝集成了吸收、膜分離、變壓吸附等回收方法，可以最大程度的發(fā)揮各方法的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到高回收效率的要求。同時(shí)，該工藝可根據(jù)不同的排放標(biāo)準(zhǔn)和油氣回收效率要求，選擇是否需要變壓吸附（PSA）工序^[13]。

2.3? 冷凝+吸附+催化燃燒集成

冷凝+吸附+催化燃燒集成油氣回收工藝是在冷凝+吸附集成油氣回收工藝的基礎(chǔ)上加入了催化燃燒工序。該工序中，利用對(duì)部分回收油氣的催化燃燒產(chǎn)生的熱量為冷凝系統(tǒng)的冷凝劑提供冷量，從而可以降低凝+吸附油氣回收系統(tǒng)的能耗。該工藝系統(tǒng)包含冷凝工序、吸附工序、催化燃燒工序、氨水制冷工序等部分，如圖3所示。

高質(zhì)量濃度油氣先經(jīng)過(guò)冷凝工序冷凝回收，冷凝處理后的油氣大部分進(jìn)入吸附工序，解吸后回到冷凝工序冷凝回收;另外的一小部分油氣進(jìn)入催化燃燒工序，燃燒產(chǎn)生的熱量通過(guò)氨水吸收制冷系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為冷量，提供給冷凝工序，達(dá)到降低能耗的目的。景海波等^[14]使用Aspen Plus軟件對(duì)該集成工藝流程進(jìn)行了模擬研究，結(jié)果表明該油氣回收工藝的油氣回收率和能耗均隨二級(jí)冷凝溫度的升高而降低;對(duì)比冷凝+吸附法集成工藝，該集成工藝的能耗降低了30%左右，回收率僅降低了2%。

2.4? 冷凝+吸收+吸附集成

冷凝+吸收+吸附集成油氣回收工藝，在吸收+吸附集成油氣回收工藝的基礎(chǔ)上加入了冷凝工序。該集成工序可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，綜合考慮油氣的組分、質(zhì)量濃度，處理效率，排放要求、系統(tǒng)能耗等因素，通過(guò)終端控制系統(tǒng)智能啟動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)吸附、吸收、冷凝、冷凝+吸附、吸收+吸附、冷凝+吸收+吸附等回收處理工藝之間的切換。王國(guó)棟等^[15]介紹了冷凝+吸收+吸附集成油氣回收工藝在碼頭罐區(qū)對(duì)轉(zhuǎn)儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行回收處理的實(shí)際應(yīng)用。碼頭罐區(qū)儲(chǔ)品種類(lèi)繁多，所以收發(fā)油品過(guò)程中產(chǎn)生的油氣也組分各不相同。利用該多級(jí)集成回收工藝，可根據(jù)實(shí)際情況切換不同的處理工序流程，滿(mǎn)足生產(chǎn)實(shí)際需求的同時(shí)，具有集成度高，占地面積小，降低運(yùn)行成本等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)多組分、低能耗、高效率的油氣回收和排放要求。

3? 多級(jí)集成油氣回收工藝優(yōu)缺點(diǎn)分析

通過(guò)前面介紹的幾種多級(jí)集成油氣回收工藝可以看到，冷凝+膜分離+吸附集成油氣回收工藝和吸收+膜分離+吸附集成油氣回收工藝都是在工藝流程中間加入了膜分離工藝，可以更好適應(yīng)高質(zhì)量濃度油氣的處理要求，滿(mǎn)足高要求油氣回收效率。冷凝+吸附+催化燃燒集成油氣回收工藝把回收的油氣進(jìn)行催化燃燒，可以大幅降低運(yùn)行能耗，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。冷凝+吸收+吸附集成油氣回收工藝可以通過(guò)工藝流程的切換，滿(mǎn)足多種油品，多種工況場(chǎng)合的油氣回收要求。由此可見(jiàn)，多級(jí)集成油氣回收工藝主要是為了滿(mǎn)足以下幾方面需求：提高油氣回收效率和滿(mǎn)足更高的排放要求;減少裝置運(yùn)行能耗，降低運(yùn)行成本;滿(mǎn)足不同工況需求等。這些也是多級(jí)集成工藝的優(yōu)點(diǎn)。但是，多級(jí)集成油氣回收工藝由于工序增加，也會(huì)帶來(lái)設(shè)備增多，工藝變復(fù)雜，操作繁瑣，投資成本變高等問(wèn)題。所以，在選擇多級(jí)集成油氣回收工藝過(guò)程中，要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行綜合對(duì)比分析，滿(mǎn)足生生產(chǎn)需求的同時(shí)，又要有一定的經(jīng)濟(jì)性。

4? 多級(jí)集成油氣回收工藝的工業(yè)應(yīng)用展望

集成油氣回收工藝可結(jié)合各類(lèi)油氣回收方法的優(yōu)點(diǎn)，獲得更好的回收效率和經(jīng)濟(jì)效益。多級(jí)集成油氣回收工藝，可以滿(mǎn)足不斷提高的油氣的回收效率和排放要求，也逐漸成為油氣回收工藝發(fā)展的重要研究?jī)?nèi)容。隨著多級(jí)集成油氣回收工藝的不斷應(yīng)用，對(duì)其在集成度，占地面積大小，操作運(yùn)行簡(jiǎn)便，檢修維護(hù)成本，多組分、高效率、低能耗等方面也有了更高的要求。在今后的多級(jí)集成油氣回收工藝研究中，提高集成度高、降低運(yùn)行能耗、提升回收效率、優(yōu)化工藝流程、滿(mǎn)足多工況條件將是研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]HUANG W Q， FANG J， LI F， et al. Numerical simulation and applications of equivalent film thickness in oil evaporation loss evaluation of internal floating-roof tank[J]. Process Safety and Environmental Protection， 2019， 129：74-88.

[2]黃維秋. 油氣回收技術(shù)的若干關(guān)鍵問(wèn)題[J]. 油氣儲(chǔ)運(yùn)， 2017， 36 （06）： 606-616.

[3]王晶， 王炳華， 劉忠生， 等. 石化企業(yè)VOCs廢氣治理技術(shù)概述[J]. 當(dāng)代化工， 2017， 46 （11）： 2338-2341.

[4]KHAN F I， GHOSHAL A K. Removal of volatile organic compounds from polluted air[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries， 2000， 13 （6）：527-545.

[5]佟樂(lè). 化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)無(wú)組織排放氣治理[J]. 當(dāng)代化工， 2019， 48 （8）： 1819-1822+1827.

[6]GHOSHAL A K， MANJARE S D. Selection of appropriate adsorption technique for recovery of VOCs： an analysis[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries， 2002， 15 （6）：413-421.

[7]董立華. 吸收+吸附油氣回收法在液體儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)的應(yīng)用[J]. 廣州化工， 2017， 45 （10）： 147-149.

[8]魏昕， 欒金義， 酈和生， 等. 膜法油氣回收技術(shù)工業(yè)應(yīng)用[J]. 石油化工， 2019， 48 （4）： 405-410.

[9]SHI L， HUANG W Q. Sensitivity analysis and optimization for gasoline vapor condensation recovery[J]. Process Safety and Environmental Protection， 2014， 92 （6）：807-814.

[10]黃維秋，石莉，胡志倫，等. 冷凝和吸附集成技術(shù)回收有機(jī)廢氣[J]. 化學(xué)工程， 2012， 40 （6）： 13-17.

[11]姜國(guó)新. 冷凝膜油氣回收技術(shù)在輕質(zhì)油汽車(chē)裝車(chē)中的應(yīng)用[J]. 安全、健康和環(huán)境， 2012， 12 （3）： 30-32.

[12]李偉， 方衛(wèi).“冷凝+膜分離+吸附”組合工藝在油氣回收中的應(yīng)用[J]. 中外能源， 2016， 21 （11）： 93-97.

[13]龔朝兵， 閆乃鋒， 花飛. 油氣回收集成工藝的應(yīng)用淺析[J]. 中外能源， 2014， 19 （11）： 90-94.

[14] 景海波， 汪城， 黃維秋，等. 集成催化燃燒和氨水吸收制冷的油氣冷凝吸附回收系統(tǒng)[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)， 2018， 12 （2）： 382-387.

[15] 王國(guó)棟， 劉文勇， 李有森. 冷凝﹣吸附﹣吸收法油氣回收系統(tǒng)在液體化學(xué)品儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)的應(yīng)用[J]. 低溫與特氣， 2015， 33 （4）： 45.