山西潞安180示范项目油气回收装置工艺分析

金俊杰

(山西潞安煤基清洁能源有限责任公司，山西 长治 046000)



山西潞安180示范项目油气回收装置工艺分析

金俊杰

(山西潞安煤基清洁能源有限责任公司，山西 长治 046000)

山西潞安180示范一体化项目石油产品包括液化气、石脑油及柴油。石脑油、柴油产品采用内浮顶罐储存。其中，石脑油饱和蒸汽压较大，其装载系统应设置油气回收装置。本项目油气回收装置采用冷凝、膜分离、吸附的组合工艺，处理效率≥99%，经济效益较好，年回收油品价值约120万元。

石脑油；油气回收；冷凝；膜分离；吸附

1 概述

液体物料储运系统是山西潞安高硫煤清洁利用油化电热一体化示范项目(简称潞安180示范项目)的配套工程，主要负责储存、装卸和输送本项目全厂工艺装置的液体产品、化学原料和中间原料。

潞安180示范项目主要石油产品包括液化气、石脑油及柴油等。石油产品储存于液体物料储运系统储罐区，并通过汽车或火车外运出售。该项目石脑油产品储存于内浮顶罐(4×10 000 m3)，年周转量为25.5万t，通过汽车(2鹤位)和火车(6鹤位)外运。根据《油品装载系统油气回收设施设计规范》GB 50759-2012要求[1]，石脑油装载系统应设置油气回收装置，对汽车装车及火车装车尾气进行回收处理。

油气回收装置常采用的回收方法包括膜分离法、冷凝法、吸附法和吸收法等，或其中若干种方法的组合工艺。潞安180示范项目液体储运系统采用冷凝、膜分离、吸附的组合工艺进行油气回收，预计将达到较好的回收效果。

2 油气回收装置简介

潞安180示范项目液体储运系统油气回收装置采用冷凝、膜分离、吸附的组合工艺。3种方法由于其自身特点，均有一定的局限性。

冷凝法[2-3]油气回收工艺是依据油气组分的基本热力学性质参数，采用烃类物质在不同温度下的蒸汽压差异，通过降温使油气中一些烃类蒸汽压达到过饱和状态，过饱和油气组分产生相变，从气态变为液态，得到液态石脑油。冷凝法是一次性工艺可完成对油气回收利用的唯一方法，而且能够产生可以计量的回收石脑油。由于冷凝温度的限制，冷凝后的油气浓度较高，尾气较难达到排放要求。

膜的种类有玻璃态、橡胶态等多种。膜的分离技术原理主要是“溶解—扩散”机理，即，油气和空气混合气体经加压后送至膜分离器，在对油气有选择性的薄膜上，油气分子首先被吸附并溶解于膜的高压侧表面，然后借助浓度梯度在膜中扩散，最后从膜的低压侧解吸出来，空气则滞留在膜的表面，从而实现油气和空气的分离。按照这一说法，油气空气混合气被分离成两股物流，一股贫油气的滞留物流，另一股富油气的穿透物流。贫油气的滞留物流作为净化气体排放，而富油气的穿透物流作为回收物。

吸附法[2]是将收集的石脑油油气送进吸附罐内，以活性炭或分子筛沸石或硅胶等有丰富孔容的吸附剂将油气先储存起来，让空气排放。待油气吸附量达到一定程度，再脱附取出油气成分。脱附油气的方法有高温水蒸气冲刷或抽真空的方式。如果以水蒸气脱附，脱附的油气混入凝结水中，需要进行油水分离处理。如果抽真空脱附，脱附出来的只是气态富集油气，要使其转变为液态，还需要采用冷凝或喷淋冷石脑油的方法作二次处理。

表1对3种方法处理效果进行比较。

图1为各处理方法厂家返回的实测处理效果图。

图1 3种方法处理效果分析

图1比较结果如下：

1) 冷凝工艺在进气总烃达到40%～50%以上的条件下，其综合效率是最高的；随着进气浓度的下降，综合效率下降速率较快。因此，冷凝工艺适宜应用在总烃摩尔分数能够达到40%～50%及以上的尾气工况条件下。同时，冷凝温度应该根据所处工艺条件进行选择。

表1 3种油气回收方法的比较

2) 膜分离工艺由于膜组件叠加所造成的运行费用相对变化较小，在能效图上表现出较为平均的效果。因此，该工艺可充分发挥自身技术优势，形成良好的上下游工艺的链接，体现出整体效果。该方法需与其余方法结合，无法得到液态油品。

3) 吸附工艺受吸附剂吸附容量的限制，在低总烃浓度段能够充分发挥其提浓的效果。而且，随着吸附剂性能的不断提升和开发，一方面，表现在吸附能力增加，使得尾气排放指标更为优良；另一方面，由于脱附能力的提升，扩展了吸附工艺的适宜范围，并降低了脱附能耗。

综上所述，冷凝法适合于浓度较高的进气初步处理，能迅速降低油气浓度；吸附工艺对于较低浓度油气处理有较高效率，应设置在系统尾部；膜分离对油气浓度适应性较好，但无法直接得到液态产品，适合于作为冷凝法和吸附工艺的中间连接工艺。本项目油气回收装置采用组合工艺，根据油气浓度不同选用最为合适的工艺方法处理。根据目前该组合工艺装置实际运行效果，处理效率≥99%。

3 工艺流程

本项目油气回收装置采用冷凝、膜分离及吸附组合工艺处理。高浓度油气首先由冷凝工艺处理，冷凝将回收得到大部分液态油品及低浓度的油气；低浓度油气通过膜进行分离，出膜后得到较低浓度的油气；最后，较低浓度油气通过吸附塔吸附后，尾气达标排放。

图2为本项目的油气回收工艺流程图。当有油气进入设备，设备通过对泵的信号采集将自动开启。当油气进入设备之后，将经过压缩机增压至0.75 MPa。然后，通过预冷器进行预冷。预冷器中的冷源是冷凝器中未冷凝的低浓度油气。经过预冷的油气将会再次进入冷凝器进行冷凝，温度达到1 ℃～5 ℃时，会有50%～70%的油气被冷凝成液体进去储油罐。而未冷凝的气体作为冷源进入预冷器，在预冷器中的低浓度油气将会有10 ℃～20 ℃的温升。

图2 油气回收装置工艺流程图

然后，进入膜分离组件进行分离。膜分离器中渗透气富含有机组分气体返回压缩机入口复叠处理，透余气中有机气体摩尔分数小于1%，进入吸附罐吸附，从而达到排放标准排放。2个吸附罐根据吸附时间自动切换吸附及解吸运行状态，解吸气体通过真空泵回到压缩机入口重新处理。当入口气体压力到达低值后，回收装置自动停止运转。其中，制冷压缩机根据储能罐中冷媒水的温度自动开停。

4 经济效益分析

本项目共采购了2套油气回收装置，处理量分别为200、400 m3/h，石脑油年装载量为25.5万t。

表2为供货商根据用户反馈提供的实际运行数据。从数据可以看出，一般情况下，该油气回收装置回收成本需2 a～3 a。

表2 油气回收装置应用实例

本项目由于汽车装卸栈台与火车装卸栈台距离较远，根据实际情况设置了2套油气回收装置。通过分析比较，潞安180示范项目采购的冷凝、膜分离及吸附组合工艺油气回收装置每年回收油品价值约为120万元，预计4 a后能够回收设备投资成本。

5 结语

随着国家对环境保护的逐渐加强，《储油库大气污染物排放标准》[4](GB 20950-2007) 、《油品装载系统油气回收设施设计规范》(GB 50759-2012)等标准、规范相继颁布和实施，石油化工企业、石油及液体化工品库内的汽油、石脑油、航空煤油、溶剂油、芳烃或类似性质油品的装载系统均应设置油气回收系统。

本示范项目采购的油气回收装置采用了冷凝、膜分离、吸附组合工艺，根据实际经验，处理效率≥99%，高于GB 20950-2007要求(处理效率≥95%，油气排气质量浓度≤25 g/m3)。该油气回收装置有较好的经济效益，年回收油品价值约120万元。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.油品装载系统油气回收设施设计规范：GB 50759-2012[S].北京：中国标准出版社，2012.

[2] 刘建华.冷凝和吸附组合工艺油气回收装置的应用及优化[J].石油库与加油站,2015(24):19.

[3] 王蒙，王铁军，杨叶，等.冷凝法油气回收工艺优化[J].油气储运，2013,32(3):329-333.

[4] 国家环境保护总局.储油库大气污染物排放标准：GB 20950-2007[S].北京：中国标准出版社，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年毕业于吉林化工学院，助理工程师，现从事煤化工生产工作。

专题讨论

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

TQ547；TE86

A

1004-7050(2016)05-0065-03