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浅谈冷凝法回收有机挥发气体的必要性
点击次数:917  更新时间:2017-06-10  【打印此页】  【关闭

能源与环境是当今世界发展的主题也是我国发展必须面对的问题。随着环保意识的增强和可持续发展的要求,有机挥发气体回收工作将会受到越来越多的重视。有机气体挥发存在于石化行业的生产、装卸、储存、罐装及工艺生产线等各个环节(例如:炼厂、油品码头、油库,化工厂等场所)。


    1、有机挥发气体回收的必要性
    自1993年我国成为石油净进口国以来,我国石油对外依存度到2002年已经达到33%,根据预测,到2020年,这个数字很有可能达到50%-60%,与美国目前的58%相当。据中国社会科学院2008 年4 月7 日发布的《中国能源发展报告(2008)》蓝皮书预计,2010 年和2020 年中国石油消费量将分别达到4.07 亿吨和5.63 亿吨。虽然目前对于石油的蒸发损耗率还没有一个统一的数字,但各国统计数据表明,单次装卸蒸发损耗率基本介于1‰~3‰之间,从炼油厂到用户按照4次装卸来计算,消费量按照4亿吨计算,我国每年石油蒸发损失约160~480 多万吨,按每吨价格为5000 元计算,直接经济损失80~240亿元。
    我国对有机挥发气体回收装置的潜在需求量很大,这正是国外公司纷纷想抢滩中国市场的主要原因。目前,国外几家有影响力的挥发气体回收供应商已进入我国,想捷足先登占领市场,美国HEALY公司、美国OPW公司、德国劳伦斯公司的油气回收系统,在国内已有几十个加油站安装使用。但是由于国外进口设备本身价格昂贵,后期维护成本高昂,再加上实际使用中很少有装置真正实现挥发气体液化回收的直接利用,在经济效益不能凸显的情况下环保的进度亦不能同步跟上。
    总之,大量有机挥发气体的直接排放,对我们的环境、健康、安全、经济等都造成了极大的损害。有机挥发气体真正实现有效的回收利用。


2、有机挥发气体回收的方法
   1)、吸附法:利用活性炭、硅胶或活性碳纤维等吸附剂对不同分子吸附力的差异,实现有机挥发气体和空气的分离。混合气体通过吸附剂时,有机气体组分被吸附在吸附剂表面,达标空气透过吸附剂直接排放,富集挥发气体的吸附剂经过特殊工艺手段解析后进入再吸附工序循环使用。    
优点:排放浓度低。    
缺点:工艺复杂,需要二次处理; 吸附床容易产生高温热点,存在安全隐患;三苯易使活性炭失活,活性炭失活后存在二次污染问题;满负荷运行时活性炭寿命一般为2年左右,换一次活性炭成本很高。
   2)、吸收法:根据混合挥发气体中各组分在吸收剂中的溶解度的大小,来进行挥发气体和空气的分离。一般用柴油等重油做吸收剂,采用挥发气体与从吸收塔顶淋喷的吸收剂进行逆流接触,吸收剂对烃类组分进行选择性吸收,未被吸收的气体经阻火器排放,吸收剂进入真空解吸罐解吸,富集挥发气体再用油品吸收。      
优点:工艺简单,投资成本低。     
缺点:回收率太低,一般只能达到80%左右,无法达到现行国家标准;设备占地空间大;能耗高;吸收剂消耗较大,需不断补充;吸收剂需要二次处理;压力降太大,达5000帕左右。
   3)、膜分离法:利用特殊高分子膜对有机分子有优先透过性的特点,让挥发气体和空气混合气在一定压力的推动下,使挥发气体分子优先透过高分子膜,而空气组分则被截留排放,富集的挥发气体传输回油罐或用其他方法液化。    
优点:技术先进,工艺相对简单;排放浓度低。    
缺点:投资大;膜尚未能实现国产化,价格昂贵,而且膜寿命短;膜分离装置要求稳流、稳压气体,操作要求高;膜分离后级的吸收设备需要用重油吸收并统一进行后级再处理。 
   4)、冷凝法:利用制冷技术将挥发气体的热量置换出来,实现挥发气体组分从气相到液相的直接转换。冷凝法是利用挥发气体各组分在不同温度下的蒸汽压差异,通过降温使挥发气体中一些烃类蒸汽压达到过饱和状态,过饱和蒸汽冷凝成液态直接回收利用的挥发气体回收方法。一般采用多级连续冷却方法降低挥发气体的温度,使之凝聚为液体回收,根据挥发气的成分、要求的回收率及最后排放到大气中的尾气中有机化合物浓度限值,来确定冷凝装置的最低温度。       一般按预冷、机械制冷等步骤来实现。预冷器是一单级冷却装置,为减少回收装置的运行能耗,现已开发出一种使用冷量回用的技术,使进入回收装置的气体温度从环境温度下降至4℃左右,使气体中大部分水汽凝结为水而除去。气体离开预冷器后进入浅冷级。可将气体温度冷却至-30℃~-50℃,根据需要设定,可回收挥发气体中近一半的烃类物质。离开浅冷的挥发气体进入深冷级,可冷却至-73℃到-110℃,根据不同的要求设定温度并进行相应的系统配置。 
优点:工艺原理简单;可直观的看到液态的回收油品;安全性高;自动化水平高 。
缺点:对于不需要连续运行挥发气体回收装置的场所,某些烃类采用单一冷凝法实现达标排放需要降到很低的温度 ,能效比相对较低。
   5)、冷凝+吸附法:利用制冷技术将挥发气体的热量置换出来,实现绝大部分挥发气体组分从气相到液相的直接转换。对挥发气体中的未分凝的组分,靠活性碳等吸附材料进行进一步处理。
    优点:充分结合了单一工艺的优点,有效避开了各自工艺的缺点,工艺原理简单;可直观的看到液态的回收油品;安全性高;自动化水平高,同时使挥发气体满足达标排放的要求。
    缺点:无法摆脱吸附法的部分不足(如:占地面积偏大、增加系统压降)。
一般油库、炼厂、码头的挥发气体排放装置都采用“冷凝+吸附”的方法。先将挥发气体冷凝到一定温度,使大部分挥发气体液化,剩余挥发气体经过吸附罐进行吸附,结合吸附可以达到很高的回收率,排放浓度也低,可以达到国家标准。另外,经过冷凝的低温挥发气体也有效的防止了活性碳吸附床容易产生高温热点的问题。
    综合比较以上挥发气体的回收方法可以看出:冷凝法是真正实现挥发气体回收的有效可行方法,适合我国的国情,成本相对较低,工艺简单,安全高效,能够真正实现挥发气体的液化回收。针对不需要连续运行挥发气体回收装置的场所,某些烃类采用单一冷凝法实现达标排放需要降到很低的温度 ,此时推荐采用冷凝+吸附的组合法。


3、冷凝法回收有机挥发气体回收的必要性
    冷凝法回收有机挥发气体的基本原理就是:采用压缩机制造低温冷源,在特殊设计的换热器中氟利昂和挥发气体实现充分的热量交换,氟利昂吸收挥发气体中的热量,将挥发气体温度分级降至分压力下各组分对应的露点温度,有机挥发气体的不同组分分级冷凝为液态,由于换热器采取了特殊的工艺设计,在其中液态的有机组分可与气态的空气实现液体与气体的充分分离。整个工艺流程中挥发气体各组分被连续分凝,直接回罐利用,没有任何二次污染,充分分凝后的低温清洁空气经特殊设计的换热器进行回热交换,直至末端常温达标排放。
    冷凝法在易挥发液体回收装置中(以油气回收装置为例)的应用主要有两种:
一种是通过压缩机制冷提供-25℃、-75℃和-110℃的低温场,根据各组分不同温度下饱和分压力的差别,分阶段实现有机气体的液化回收,冷凝后的气体经回热利用后可以直接实现常温达标排放。
    另一种是利用“冷凝+吸附”的工艺,前级通过压缩机制冷提供-25℃和-75℃的低温场,使油气中约95%的非烷烃有机组分直接冷凝回收,后级极少量有机组分通过吸附的方式达到一定的富集浓度后解析进入前级再冷凝处理,最终仍然是通过冷凝的方法实现回收利用。这种方法对于一些达标排放为mg级的有机气体排放尤为适用,大大提高了挥发气体的处理效率。
    综合以上两种方法中,真正实现挥发气体直接回收的环节取决于冷凝部分的直接分凝,针对具体气体成分尾气处理的不同要求来确定是否需要后级再处理装置。也就是说,挥发气体的回收的本质在于实现气体到液体的相变,排除加压液化(挥发气体中一般都含有大量的空气,增加压力存在很多危险因素)来讲,冷却分凝即冷凝法是挥发气体回收的唯一简单而有效的方法。
本方法的特点:一是根据各有机组分不同温度下饱和分压力的差异采用梯度降温的方式降低整机能耗,二是本工艺的特点在于混合气在常压低温下工作,不产生高温点,使用过程安全可靠。
    我公司生产的冷凝法油气回收装置实现了对挥发气体从收集、液化、分离到输送全程处理:油蒸汽收集阶段采用自主研制的裙式鹤管密封装置收集,确保挥发气体收集过程无泄漏;制冷系统采用压缩机复叠制冷技术,前级制冷系统同时为后级制冷和挥发气体提供冷量,分阶段实现挥发气体的冷凝回收,大大提高了制冷系统的能效比;在挥发气体分凝阶段利用不同沸点的制冷剂直接蒸发吸收挥发气体热量,使挥发气体中多种组分温度分梯度降至凝点以下,通过合理设计的挥发气体换热分离器实现挥发气体的高效分离回收;对回收到集油罐的液态油采用自主知识产权的易挥发性物质冷凝回收自动输送装置实现油品的可靠输送。吸附撬块采用目前国内成熟的变压吸附和变温吸附技术,以满足不同用户的实际需求,实现尾气可靠达标排放。


4、市场应用情况
目前,各种回收工艺在市场上都有一定的应用,我公司研发的挥发气体回收装置分纯冷凝及冷凝与吸附技术相结合两大类,去年至今年初已经有三十余台装置在各地大型油库使用,用户反映良好,满足挥发气体达标的同时得到了可观的经济收益。该系列装置真正能够实现循环经济、节能环保等多重收益,有着广泛的应用前景和推广价值。

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