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油罐呼吸损耗

来源:用户分享 时间:2025/5/31 14:39:06 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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西安石油大学本科毕业设计(论文)

油气首先进入吸附罐,99%以上的烃被吸附剂吸附,贫油空气由吸附罐上部的排放口排出。通常采用真空解吸,使吸附于吸附剂的烃在真空状态下挥发,解吸时所需的真空压力取决于装置允许的油气排放浓度。解吸产生的饱和油气通过分离罐分离,分离后的油气进入汽油吸收塔与成品汽油传质后,约70%的油气被汽油吸收,吸收后的尾气再进入吸附罐。

吸附剂性能的好坏直接影响吸附操作是否可行有效,用于油气分离的吸附剂应具备吸附率高、比热容及传热系数大、压降小、劣化度小、使用寿命长、机械强度高等特点。从现有的常规吸附剂来分析,活性炭及其改进型具有较为明显的特点且技术成熟、成本低廉,因此可作为首选的对象来考察,经过两年努力,中石化青岛安全工程研究院自主开发了活性炭吸附法油气回收装置,已成功应用于北京石油分公司沙河油库。

从现有的常规吸附剂来分析,活性炭及其改进型具有非极性的表面结构特

点,为疏水性和亲有机物质的吸附剂,因此特别适宜于气体或液体混合物中吸附回收有机物,但活性炭存在寿命问题,而且在吸附油成分之后有较大的温度升高,易形成过热面自燃,存在安全隐患。近几年来,国内外又不断有许多性能良好的活性炭改进型吸附剂开发问世。如活性炭纤维(ACF),其外表面积和比表面积大,细孔均匀整齐,吸附效率高,容量大,脱附容易、迅速,且阻力小,安全性好,但由于活性炭纤维的机械强度低和制造费用大,因此限制了推广应用。凹凸棒石黏土(Attapulgite)是我国近年来发现的一种新型矿种,其对低浓度的甲苯和甲醇蒸气有很好的吸附性,对控制低浓度有机气体污染物是很有前途的吸附剂。目前,我国研究的重点应在于高性能吸附剂的筛选及改进型(国产化)、装置关键零部件的优化设计(筛选)、不同分离技术与吸附分离的集成效果试验论证及评价。 4.2.3 冷凝法

冷凝法油气回收方式是利用烃类物质在不同温度下的蒸气分压差异,通过机械制冷,降低油气温度,使烃类物质蒸气分压达到饱和状态,而逐步冷凝成液态的一种油气回收方法。冷凝法油气回收装置,一般采用预冷、机械制冷、液氮制冷等步骤实现,具有安全性好、油气回收率高、符合环保要求、设备成套装配、安装简单、运行过程自动化,使用维护简便、投资回收期短等特点。工艺流程图见图4-3。

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图4-3 冷凝法油气回收工艺流程

预冷器是一单级冷却装置,其运行(冷凝)温度在油气各种组分的冷凝温度

以上,使进入回收装置的油气温度从环境温度降到4℃左右,使油气中的大部分水汽凝结为水而除去,从而使进入低温冷凝器的挥发气态状态标准化(一致),可减少回收装置的运行能耗。油气离开预冷器后进入机械制冷级。机械制冷级可使大部分油气冷凝为液体回收。若需要更低的冷却温度,就需在机械制冷之后连接液氮制冷,这时油气回收率可达99%。单级机械制冷装置的工作温度范围为-35~10℃,串联机械制冷装置压缩由浅冷(高温)级和深冷(低温)级组成,其工作温度为-73℃~-40℃,有液氮制冷的深冷装置工作温度可达到-184℃。

冷凝法的最大优点就是回收的烃类液体不含杂质(活性炭吸附法回收的烃含有炭,吸收法回收的烃含有吸收剂)。缺点就是,必须在很低的温度下才能达到较高的回收率,能耗高。冷凝法适用于高浓度烃蒸气的回收。 4.2.4 膜分离法

膜法气体分离的基本原理就是利用了高分子膜对油气的优先透过性的特点,让油气—空气混合气体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而得以“脱出”回收,而空气则被选择性地截留。与吸收、吸附及冷凝法油气回收相比,膜分离气体混合物是一种更简单有效的技术,尤其是许多性能优异的高分子膜和无机膜开发成功,使膜法气体分离成为更有效、更经济的新型分离技术膜分离法是传统的压缩、冷凝法与选择性渗透膜技术的结合。

在气体膜分离过程中,必须除去油气中可能对膜产生损害的物质,在进入膜分离器之前必须将游离的液体(润滑油等重烃类)、烃类(芳烃、卤代烃、酮类物质是醋酸纤维素膜的良溶剂)等都除去。因此在膜分离单元上游必须安装用于前处理的分离和过滤设备,以除去游离的液体、固体粒子和有害物质。此外若单

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独采用膜技术,则投资过高,经济效益较差,采用膜技术与其它技术藕合的工艺, 如目前油气回收采用最多的工艺流程集合了冷凝/压缩、吸收、膜分离、变压吸附等工艺,可以充分发挥各技术的优点。其工艺流程图见图4-4。

图4-4 膜分离法油气回收工艺流程

生产操作中产生的油气与空气混合气体,经过压缩机压缩至0.390~0.686

MPa,同时经过换热,然后混合油气进入吸收塔,进入吸收塔的油气温度在5℃~20℃之间,油气在吸收塔内与成品汽油传质,约70%的烃蒸气在这一过程中被回收。吸收塔的尾气再经过薄膜将烃蒸气与空气分离,分离后的油气返回压缩机入口与装卸产生的油气一起重复上述工艺过程,空气排入大气。膜分离法回收率可以达到95%。同传统的化工分离技术相比,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。但是能耗大、投资高。目前,上海灵广加油站和上中加油站采用了VA-CONOVENT 膜法油气回收技术,排放气中的油气体积分数降至1.0%(约30 g/m3)以下,可以满足欧洲标准。

作为一门新技术,今后的研究重点应该是[15]:

(1)高分离性能的高分子膜材料和无机膜材料,尤其是不同功能材料的复合膜制作和应用。

(2)考虑国情,应尽可能改造现有的传统回收系统,如吸附无法满足排放要求,加入膜系统后,排放即可达到标准,同时可增加经济效益。

(3)膜分离新工艺的开发,应加大力度研究膜法和其它回收方法相耦合的组合工艺,如膜基吸收工艺、冷凝法和吸收法进行前置处理,再利用膜分离方法、多级分离优化等。

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4.3 油气回收技术综合比较

经济、高效的油气回收技术成为控制蒸发损耗的研究热点。

吸附法、吸收法、冷凝法和膜分离法各自具有其特点,普通吸收法无法实现有机废气的达标排放;冷凝法必须在很低的温度下才能达到较高的回收率,能耗高;吸附法吸附效率高,但吸附量小,解吸困难;膜分离法回收率高,但设备投资相对较高。对于浓度高、油气挥发量大的场所,综合采用冷凝-吸收-膜分离-变压吸附联合工艺在国内外已经得到广泛应用,成为大势所趋。膜分离法具有占地面积小,操作灵活、简便,性能可靠,油气回收率高,适宜与其他技术集成,无二次污染等其他技术无法比拟的优点,随着今年来国内外膜技术的快速发展,新型膜材料的开发和国产化,膜分离法在油气回收中优势明显,成为研究和推广的重点[16]。

冷凝法在国外已有大量的应用实例 ,在传统机械制冷的基础上连接液氮制冷装置,可使油气(有机物) 的回收率达到99%。但是深冷装置的投资偏大,装置在连续运行状态下的运行成本也偏高,因此只有用于大浓度大排放量的场合才具有比较好的经济性。冷凝法技术先进,维护简便,可靠性高,但与其他回收技术相比,投入偏大,需进一步降低投资和运行的费用。

吸收法分为常压常温吸收法和常压冷却吸收法。常压冷却吸收法在国外的应用比较广泛,J acobsen A J 和Modiset te J L 等人已申请了美国专利,介绍了常压冷却吸收油气的方法和相关装置。由于在温度与吸收剂性能间没有取得较好的平衡,常压冷却吸收法在国内很少应用。胡丙坤等人虽然也研发了冷吸法油气吸收的成套装置,但由于吸收剂的长效性较差,已停止使用。

吸附分离技术的工艺流程已经非常成熟,在国外也得到了广泛的应用。黄维秋等人在考察了活性炭的油气吸附能力后认为,活性炭对我国高烯烃高硫油品的吸附能力较弱,再生性和使用寿命受油品影响大。在提高活性炭的再生性和使用寿命的研究方面,邹建国等人[17] 研究了凹凸棒石粘土对柴油机尾气的吸附效果,试验表明吸附效果很好。由于石粘土原料来源广泛,且可以循环利用,有望成为活性炭的替代品。

在吸附分离技术的研究领域,有必要进一步开展吸附剂的优选研究,以期研究出方便易得、吸附效率高、解析能力强的吸附剂;也有必要进一步开展吸附工艺的优化研究,以期进一步减少投资,提高经济效益。

有机膜分离法的技术难点在于解决高分离率与高渗透率之间的矛盾。该技术在国外已经得到了工业应用,其中以德国SIHI公司和美国ARID公司 的有机膜产品最为先进,回收率超过99.9 %,主要采用了深度分离工艺,由于投资成本较高,

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