03 吸附法油气回收技术交流.ppt

吸附法油气回收技术交流,中国石化青岛安全工程研究院,目录,1,2,3,4,装置的技术路线,项目背景介绍,经济效益分析,主要设备和工作原理,5,自主知识产权,1.项目背景介绍,有数据显示，每吨汽油从炼油厂发出，经水路或铁路运输、油库储存中转、油罐车送到加油站零售的过程，至少会产生7立方米油气，我国每年仅油气排放一项就损失11.8亿元人民币。此外，温度每升高1摄氏度，汽油会排出0.21的油气。,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。,油品损失,呼吸损失,装车损耗,大呼吸,小呼吸,1.1油品主要损失途径,包括汽车加油站的油气损耗和火车、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1.3kg/m3，进行一次装卸作业所浪费的油气约占整个装车量的0.17%左右。,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。,大呼吸损耗,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。,小呼吸损耗,装车损耗,1.2油气回收的发展状况,随着工业化的进行，人类越来越重视油品的损耗问题，慢慢开始研究如何将挥发的油气进行回收利用，从而创造一定的经济和社会效益。,自20世纪40年代起，欧美国家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。从50年代在卡车上安装浓缩和压缩工艺的回收终端到60年代的低温制冷系统和吸收法回收工艺。70年代初，James CMcGill等人开始研究活性炭吸附回收技术，并于1976年申请了油气回收技术的美国专利。当时由于能耗和泄漏率的要求提高，因此吸附法迅速发展起来。2000年，美国油气回收市场中活性炭吸附法占45%之多。,国外,我国的油气回收技术起步比较晚。近年来，随着经济的迅猛发展，能源损耗问题日趋严重，集团公司党组，安环局，科技部，销售公司对此高度重视，2000开始组织国外技术考察，并于2002年下达了“吸附法油气回收技术开发及工业应用”的课题任务。,国内,在此期间，青岛安全工程研究院承担了课题任务，首先对国外相关技术进行了深入剖析，然后利用自主研发的试验装置对工艺流程和参数进行改良和优化。经过数年的实验研究与技术沉淀，第一台自主研发的吸附法油气回收装置样机于2006年在北京沙河油库开车成功。,自主研发的试验设备,1.通过对吸附材料的对比性实验，研究了其吸附性能，从而筛选出了合适的吸附材料。2.对工艺条件进行了试验研究，优化了吸附、解吸时间、真空度以及吹扫空气量等参数，为装置的工业化推广奠定了基础。,吸附法油气回收技术开发及工业应用课题于2005年10月通过了中国石化科技开发部组织的技术鉴定。在沙河油库安装的油气回收装置规模满足年装油量15万m3的油库，油气回收率不低于95%，处理每立方米混合气体（油气）能耗小于0.3kWh，冬季可最多满足三个鹤管同时装车。完全符合中国石化委托开发合同吸附法油气回收技术开发及工业应用中对工业化装置的规模要求。,安工院课题组对沙河油库工业化油气回收装置研制包括：工艺、设备、控制系统和配套工程等的设计、制造和安装等。装置能适用于炼油厂、油库、油码头、加油站等多种场合，其主要技术、经济指标优于冷凝法和吸收法油气回收装置。另外本装置具有智能化控制系统，装置操作过程完全自动化，无需专人看管。,沙河油库油气回收装置,2007年国家颁布了储油库大气污染物排放标准（GB 209502007）,要求,处理效率95%,排放浓度25mg/L,泄露点 0.05%,底部装油漏油10ml,搜集系统4500Pa,至此，储油库油气回收技术在我国迅速发展，工业化推广也已经成熟。安工院在奥运会前夕进行了第一次油气回收工业化推广，在北京周边安装了8套活性炭吸附法油气回收装置。运行后经过第三方检测，所有指标均符合国标要求。,油气回收运行检测情况,与国外技术对比,吸收法,膜分离法,冷凝法,吸附法,通过混合气体在溶剂中溶解度的差异，利用吸收剂对油气的溶解吸收来实现油气回收的技术。,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。,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，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。,利用了混合气体中各组分与吸附材料间结合力强弱的差别，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。,目前油气回收工艺主要有以上四种，其中吸附法以工艺简单、可操作性强、能耗少等特点越来越为人们接受，因此在油气回收市场的占有率也是最高的。,1.3主要回收工艺,1.油库油气灌装排放的随机性大，而且往往是阶段性作业，回收装置如果连续运行势必会造成能源的浪费，吸附法回收工艺恰恰是间歇性运行的，只有当吸附饱和后才会启动机组对吸附的油气进行回收处理，因此可以有效节约能耗。另外，油气冬夏季的浓度变化范围非常大，而吸附法可以处理的油气浓度范围比较大。2.油库在支撑装置运行的公用工程配套方面比较单一，除电能以外，往往不会具备蒸汽、冷却水和仪表风等其他回收工艺所要求的辅助条件。吸附法油气回收工艺流程则非常简单，装置正常运行时，只需要提供进回油和电能即可。3.油库等作业场所特殊，因此对安全环保要求也非常高。炭吸附法的装置正常运行时基本上属于常温常压，设备密封性好。,油库和加油站油气排放与回收的特殊性决定了其比较适合采用吸附法油气回收工艺：,1,自2002开始，安工院开展了油气回收课题，通过对国外相关技术的研究和自主创新，最终确立了吸附+吸收的油气回收工艺路线。第一台样机于2006年在北京沙河成功运行。,2009年开始自主研发苯回收技术，2010年第一套苯回收装置在南京扬子石化正式投用。,3,1,2008年奥运会前夕，油气回收装置得到了第一次大范围的推广，在河北、天津等地成功安装8套，并取得了良好的环保和经济效益。,2,2010年油气回收装置在广东省再一次得到大规模地推广，17套装置在亚运会之前均顺利投用，并一次性通过了环保等相关部门的验收。,4,到目前为止，安工院顺利完成回收装置30多套，遍及全国九个省份。其中2套为苯回收装置。,1.4主要业绩,2.装置的技术路线,本装置采用的是吸附/吸收相结合的工艺路线，即活性炭吸附真空脱附“贫油”吸收。,装车挥发的油气进入装置的吸附罐内被吸附，当活性炭吸附饱和后，通过真空泵对其进行脱附，并且将脱附下来的油气分子送入吸收塔内，然后利用罐区输送来的“贫油”对油气进行喷淋吸收，形成“富油”后再回到罐区，从而完成油气回收。,浓度约为30%的油气组分,从表中可以看出，油蒸气的组分主要由C3、C4、C5组成，本装置采用的吸附剂是活性炭，活性炭对轻烃类物质具有选择吸附性，油气通过活性炭后，烃类物质被吸附，达标气体排入大气中。,装置的吸附罐采用对称式设计，其中一个参与吸附时，另一个则处于等待状态。当第一个吸附罐吸附饱和后，则开始进行解吸，另一个等待的吸附罐继续吸附。这种设计可以保证装置24小时一直处于工作状态。,当吸附罐的活性炭吸附量达到设定值时，真空机组才会启动，对其进行脱附工艺（运行15分钟后停止，等待另一个罐吸附饱和后再启动），因此装置的动设备是间歇性运行的，这样既减轻了机组的负担，又减少了能耗。,通过真空泵脱附出来的浓油气进入吸收塔与罐区来的汽油逆流接触，利用相似相溶原理，浓油气被汽油吸收后经过管道泵回到罐区，吸收塔的吸收效率可以达到95%以上。,油气回收是一个系统工程，要系统化统筹部署。要从成品油集输到销售可能产生油气的各个环节抓起，包括：炼油厂成品油储油罐、装车栈桥，配送中心储油罐、装卸车栈桥，加油站卸加车等。另外，油气收集系统和油气回收装置要同步进行。目前油气回收体系主要包括三个环节：一次回收、二次回收和三次回收。,一次油气回收也叫卸油油气回收。GB20952-2007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。,二次油气回收是指加油站油气回收。在加油站对汽车加油过程中，油箱口会挥发一定量的油气，二次油气回收系统就是将这部分油气通过密闭方式进行收集使其重新返回地下油罐。二次油气回收主要是针对加油机和加油枪的改造。,三次油气回收主要指油气回收处理装置，一般加油站会在油罐排放口处安装油气回收处理装置，主要用于收集由于二次回收引起油罐压力过高所排放的油气。目前油气回收装置已经成为油气回收体系中最重要、有效的一个环节。,目前储油库中安装的油气回收装置属于三次油气回收，但与一次回收也密切相关，因为油气回收装置回收的正是一次回收返回油罐车的油气，如果一次回收效果不理想，到储油库加油的油罐车内就会混有大量空气，付油挥发的油气浓度降低，从而影响了装置的回收效率。,油库付油必须保证密封装车，因为油气回收装置对油气没有驱动力，挥发的油气是通过油罐车加油过程中舱内空间减小所产生的挤压力将其通过外围管道压入油气回收装置入口的，这种压力本身就只有几百帕，如果鹤管密封性不好的话，可能会导致油气在装车过程中已经泄漏，根本无法进入回收装置，从而完成回收。,上装鹤管改造,因此，油库安装油气回收装置的同时，必须就密封问题对鹤管进行改造。可以对上装鹤管密封性进行改造，也可以改造为下装发油。集气管将油气输送到油气回收装置进行回收。,以500立油气回收装置工艺参数,工艺流程图,3.主要设备和工作原理,吸附部分:包括吸附罐、控制阀门、气体流量计等。来自油罐车的油气通过油气缓冲罐、气体流量计、进口控制阀进入吸附器，油气被活性炭床层吸附，达标气体由放空阀排放到大气中。,整套装置主要包括吸附、解吸、吸收三个部分。,装置入口的超声波气体流量计主要用于测量进入装置油气的体积，当累积量达到工艺要求时，会提示控制系统切换吸附罐。吸附罐体安装了现场和远传的温度计，监控吸附罐内的温度，一旦达到设定值时，会在上位机上报警或者联锁停车。吸附部分安装了4个电动阀，可以自动控制两个吸附罐进气、排气相应切换的。排气管道安装了两个吹扫电磁阀，当脱附后期时，达到工艺要求时开始，向罐内引入空气对活性炭床层进行吹扫，使更多的油气分子从活性炭中脱附出来。,解吸部分:包括解吸阀门、干式真空泵和相应冷却设备等。真空泵对床层进行真空操作，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从活性炭微孔中脱附出来。脱附出来的油气经过管路送往下个吸收系统。,解吸部分的主要部件是真空泵，当活性炭吸附饱和后真空泵启动，将活性炭罐内抽到绝对压力5KPa，对活性炭进行脱附。真空机组的入口装有过滤器，防止杂质进入泵体。出口装有温度变送器，时刻监控泵出口的温度，防止真空泵高温运行。真空泵配有独立的冷却系统，冷却液是汽油，冷却油经进油管道进入真空泵的腔体内后，再通过吸收塔回到罐区。冷却系统保证真空泵运行时出口温度不超过85。,吸收部分:包括循环油泵、吸收塔、填料、液体流量计等。被真空系统解吸出来的油气由吸收塔底部进入吸收塔，和逆流的塔顶汽油接触，传质过程中，油气被汽油吸收，未被吸收的油气回到吸附床层。汽油的循环由两台汽油循环泵完成。,循环油泵包括进油泵和回油泵，通过进油泵将“贫油”从罐区抽到吸收塔内用于喷淋，进油管道上安装了液体流量计，用于监控进油量。回油泵通过变频器可以变频，从而保证进入吸收塔内的汽油能维持一个动态平衡。吸收塔上部装有波纹填料，增大了油气和汽油的接触面积，提高了回收率。吸收塔下部装有磁翻板液位计，既可以现场显示也可以远传到控制室内。当液位高于或低于设定值时，装置会报警或者联锁停车。,控制系统:包括现场控制部分和控制室内部分。上位机监控软件通过以太网端口和PLC控制器实时通讯，用于监视油气回收装置的运行状况。正常情况下显示各个仪表的当前数值，一旦装置出现异常情况，上位机监控软件会以声光报警的形式通知操作员，同时会给出装置的报警原因以及处理问题的方法。,控制柜和动力柜,上位机上工艺流程画面,日常工作时，操作员只需要将上位软件设置到自动即可，装置就会处于全自动运行模式。上位机不仅可以显示仪表的实时数据，还可以查看压力、温度、液位等重要参数的历史曲线。上位机的报警分为实时报警和历史报警。实时报警画面会在装置出现新报警时自动弹出，报警消失，也随之消失。历史报警画面会记录装置运行以来所有出现过的报警及恢复、用户登陆时间及退出时间。上位机的报表系统可以记录油气回收系统每天运行时间，每个炭床吸附的量，炭床压力，油气入口流量。每小时记录一次，可以输出Excel表格，便于操作员的记录和存档。,2010年开始，增加了远程监控配置，通过中石化内部网络，在单位的服务器终端可以对现场的油气回收装置运行状况进行远程监控，协助油库操作员，进一步提高装置的稳定性。,装置的安全性,1.装置的外围安装了直排口，当装置需要停车检修时，可以关闭进口的闸阀，打开直排，油气会从直排口排出，不影响油库正常的发油作业。2.装置在正常工作时，基本上处于常温常压状态。另外，吸附罐顶部装有减压阀，即使罐内压力异常时也会进行泄压操作。3.装置设有多处报警联锁点，即使出现故障，也会先停车，然后等待工作人员处理。4.现场设置了紧急停车按钮，可以帮助巡检人员应对紧急状况。5.控制柜内配备了UPS，对装置提供了断电保护，即使油库紧急停电，UPS也会保障所有阀门全部关闭。6.现场所有仪表和带电设备全部具备防爆功能。,油库工作,1.对发油鹤管进行改造，为油气回收装置提供气源。2.为油气回收控制柜提供电源保障，并做好接线准备。3.做好控制室到现场的仪表线埋线工作。4.为装置打好地基，保证装置到现场能直接定位安装。5.做好进出油管道与油罐的连接工作。6.做好静电接地排的安装工作。,地基图,500立油气回收地基图,1,1,2,3,4,5,8,6,7,9,10,11,12,15,16,1吸附罐,2防爆箱,3压力表,4真空泵,5吸收塔,6进油泵,7回油泵,8止回阀,9电动球阀,10过滤器,11电动蝶阀,12压力变送器,13,14,13温度变送器,14温度表,15流量计,16吹扫电磁阀,工作原理,挥发的油气首先进入吸附罐被吸附，吸附部分是两个填充满活性炭的吸附罐，工作时两个活性炭罐交替使用，油气进入其中一个活性炭罐被吸附，达标气体排入大气中。当活性炭罐吸附饱和后，真空泵启动对活性炭进行抽真空解吸，浓缩的油气通过真空泵进入吸收塔，吸收塔内采用罐区输送来的贫汽油作为喷淋液，喷淋液在吸收塔内与解吸的浓油气进行逆向接触，浓油气被贫汽油吸收变成富汽油。富汽油再次返回罐区从而完成对油气的回收。没有被完全吸收的油气从吸收塔的顶部回到装置的入口重新被吸附。,4.经济效益分析,以500立油气回收装置为例,1)由上表可以看出：该装置正常运行3年即可收回成本，经济效益可观。2)大大降低了发油平台周围油气浓度，消除了安全隐患，使装车安全性大幅度提高；同时，油气挥发得到控制避免了对工人身体的危害，有效的保护了工人们的身体健康，并且大大地改善了工作环境。3)油库发油采用密闭装车和油气回收装置后，有效地避免了在装车过程中的损耗，回收的汽油产生了客观经济效益。同时，还减少了对环境的危害，产生了良好的社会效益。,装置具有显著经济效益和社会效益，可广泛应用于炼厂、油库、码头等场所。,5.自主知识产权,装置申请了实用新型专利,展望,近年来，安工院在油气回收技术的研发方面一直没有停止脚步：1.自主研制了新型吸附材料疏水性硅胶，增加了吸附材料的种类。2.搭建新型试验装置，用于筛选吸附材料、研发新的回收工艺，并尝试吸附罐标准化的研究工作。,疏水性硅胶研制,放大试验装置,试验装置,谢谢！,