膜法油气回收技术在长炼贮运系统的应用.doc

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膜法油气回收技术在长炼贮运系统的应用

黄建新方卫

〔中石化长炼分公司油品管理处414012〕

摘要:介绍了膜法回收油气的原理和工艺设计,分析了膜回收装置的运行状况、回收效果及效益等情况,综合比拟了多种油气回收方法在贮运系统应用时的优缺点和适用范围,认为吸收法和膜法回收技术可在油品装卸系统实践中联合运用。应用膜法油气回收装置将带来明显的环境效益及经济效益。

关键词:膜别离装卸油气回收效益

概论

石化、石油等领域在生产、储存、运输、销售、使用汽油等轻质油品时,由于油品非常容易挥发,存在着严重的蒸发损耗。如将这些油气直接排入大气,不但严重污染环境,而且造成大量的油品损失,且装卸区的油气挥发易造成火灾事故。因而装卸区实现油气回收意义重大。

国际上,兴旺国家均有自己的油气排放标准,严格控制其排放浓度。日本、美国在六、七十年代就已成功地研制出油气回收装置,开发了成套的活性炭吸附法、贫油吸收法和冷凝法油气回收装置。随着科技的不断进步,膜技术作为一种新兴的化工别离技术,逐渐在油气回收领域崭露头角。同传统的化工别离技术相比,膜技术具有适用范围广、操作灵活、简便、占地面积小、运行费用低、易于维护、便于放大等诸多优点,很快得到广泛应用。在目前新建的油气回收装置中,膜别离技术已占据60%以上的市场份额。上世纪80年代末,德国GKSS研究所〔世界著名的膜技术研究机构〕与BORSIG公司〔世界上最大的专业从事膜法油气回收的国际知名企业〕合作,成功地将膜技术应用于油气回收领域,至今已建成数百套工业化装置,享誉全球。

2008年4月长炼分公司通过北京欧科公司将这一技术应用于贮运油气回收系统,通过屡次标定数据说明其回收率达95%以上,油气的排放浓度控制在25g/Nm3以内,到达欧洲、美国环保标准。

膜法回收技术

原理

膜别离技术的根本原理是利用了高分子膜对油气优先透过性的特点,让油气/空气的混合气在一定的压差推动下经膜的“过滤作用”使混合气中的油气优先透过膜得以“脱除”回收,而空气那么被选择性的截留。膜片为复合结构,由三层不同的材料构成。表层为致密的硅橡胶层,很薄、厚度小于1μm,起别离作用。中间层材料为聚丙烯腈,最下层为无纺布,这两层结构疏松,主要起支撑作用,以增强膜片的机械强度。与传统的卷式和中空纤维式膜组件相比,德国GKSS的膜组件是专门为油气回收过程而设计,更加平安可靠。其组件是由数十个近似圆环状的膜袋并排套封在一个开孔的中心管上,然后装入桶状容器中而制成。膜袋是由两张膜片中间夹上格网,然后在膜袋中间开孔,四周密封而制成。这样的设计使膜的渗透侧流道变短,流速可调,一方面减少了压力损失,另一方面也可防止膜内产生静电,消除了爆炸的可能性,从而使膜组件更加高效、平安。

组件工作时,进料气在膜片两侧的压差推动下,从膜袋外渗透入膜袋内侧,然后由中心管收集排出,未渗透的气体那么由组件的另一端排掉。由于油气通过膜片的渗透速率远大于空气,从中心管流出的〔膜的渗透气〕为富集的油气。从尾气端流出的〔未渗透气〕那么是脱除了油气的净化空气。下列图为GKSS膜组件结构图

工艺流程

目前国际流行的油气回收方案是采用膜与其他技术耦合的工艺。下列图为膜法油气回收装置采用最多的工艺流程。该流程集成了压缩/冷凝、吸收、膜别离、变压吸附等工艺原理,充分发挥各技术的优点,避其缺点,使整个油气回收工艺到达最优。如图一所示:

图1油气回收系统示意图

该工艺由三局部组成。第一局部为液环压缩机与吸收塔构成传统的压缩/冷凝、吸收工艺;第二局部为膜别离工艺;第三局部是变压吸附〔PSA〕工艺。根据不同的排放要求,第三局部可选。原料气中的油气浓度与温度、压力及汽油的装卸过程有关,一般为30~40%。油气经压缩机增压后送入吸收塔用汽油吸收。从吸收塔顶流出的饱和油气/空气混合物流进入膜别离单元,进一步回收其中的油气。经过膜别离器后产生两股物流:富集油气的渗透气,返回压缩机前循环;净化后的空气,其中含有少量的油气,可以满足欧洲94/63/EC排放标准〔35g/m3〕。假设在膜别离后采用变压吸附工艺,可进一步将油气浓度降至150mg/m3。

该流程充分发挥了各种工艺的优点。首先,利用压缩/冷凝、吸收工艺将原料气压力升高,这样既可以借助冷凝、吸收工艺回收其中的局部油气,也为吸收和膜别离操作创造了有利条件。因为压力越高,冷凝、吸收的效果越好;同时膜是以压差为推动力的,膜的进料压力和渗透压力相差越大越利于膜的别离操作。经过前两个单元处理后,由膜尾气侧排出的物流油气含量已经可达10g/m3。如果在膜单元后接入变压吸附单元,利用其低尾排的特点,可将尾气浓度进一步降低。由于大局部的油气在进入变压吸附前已经被回收,会使变压吸附单元的负荷大大降低,从而降低PSA的投资和维护本钱,提高其使用寿命,最终使整个油气回

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