吸附回收（共7篇）
吸附回收 篇1
石油和成品油储存销售业排放的主要特征污染物为烃类化合物, 特别是气态状的烃类化合物, 由于排放浓度很高, 一般俗称为油气。规范性的术语使用非甲烷总烃或总烃等。油气直接排放一是会对环境造成污染, 对人体健康造成损害, 如刺激眼、鼻、喉、皮肤等器官, 严重时会致使神经基能失调及痴呆等, 而苯族芳香烃更是致癌物质。二是对安全的危害:由于油品大部分属挥发性易燃易爆物质, 易聚积, 与空气形成爆炸性混合物后沉聚积于洼地或管沟之中, 遇火极易发生爆炸或火灾事故, 造成生命和财产的重大损失。所以随着经济的发展, 油气回收技术越来越受到重视。
现在国内的油气回收技术包括冷凝法, 吸收法, 膜分离法, 吸附法等。而目前国内主流技术是采用吸附法油气回收技术。
吸附法油气回收技术的核心内容是吸附剂。一般通过连续10次吸附和再生试验 (采用的是真空度大于0.09MPa的真空泵抽真空再生方法) , 通过吸附曲线、再生曲线的变化情况, 基本可以评价出吸附剂对油气的吸附和再生效果。用于吸附油气的活性炭是一种专门制造的活性炭。比表面积、孔容、孔径和多次的吸附容量与市场上常见的各种活性炭都不同。根据试验结果, 其它的活性炭, 包括纤维炭, 都不能用于油气的吸附, 主要原因还是不能通过抽真空的方法进行有效的再生。由于活性炭对烃类物质的吸附过程为物理放热过程, 易在床层内产生高温热点, 而油气组分自燃点低, 在300℃以下, 易发生燃烧现象, 特别是, 装置第一次使用, 新活性炭的吸附容量大, 吸附床层的升温高。因此, 必须设有温度检测控制报警系统, 以防意外情况的发生。还有失活活性炭的处理问题, 可能产生二次污染。还有, 由于活性炭填充间隙小, 吸附床层压降大 (8000~10000Pa) , 对装车鹤管的密闭要求高, 由于油罐车车型不一, 密闭系统的通用性较差, 很难做好密闭, 一般在鹤管的密闭处, 产生油气外泄。油气通过管线, 约有三分之一的烃类凝结, 油气压力降低。目前靠油气的自压很难使油气通过吸附床层。目前国内使用的吸附装置基本都出现了这一问题。即便采取抽气设备产生负压收集油气, 虽然可将油气收集起来, 但又产生两个问题, 一是多量的空气进入装置, 出现了水汽的吸附;二是, 加大了装车过程油气的逸散量, 一些精明的业主已就这一问题提出反对的意见。国内的吸附法油气回收设备普遍采用纯活性碳吸附法回收油气。此前日本也曾经使用过采用活性碳吸附法的装置。然而作为吸附剂而使用的活性碳在吸附油气时会产生相当量的吸附热, 因此难以实现稳定的运行。实际上在上世纪90年代的日本, 由于吸附热而引起异常压力上升等故障接连发生, 因此在日本政府的指导下, 这种用于汽油蒸气等高浓度可燃性气体的回收方法, 在日本就不再适用了。目前在日本, 采用活性碳吸附法只用于主要是非燃性化合物的油气回收。现在日本石油公司使用的是采用疏水性硅胶作吸附剂的改良型吸附法, 疏水性硅胶具有的优点:
►无机物, 不可燃, 本质安全, 降低安全风险
►与活性相比硬度高, 结晶结构稳定, 在设备设计使用年限内可作静设备来考虑
►定制的细孔孔径和比表面积, 有利于油气的吸附和解吸, 同时由于没有微孔和超微孔的存在, 不会形成热量的聚积
►相同体积, 热容积大于活性炭, 因吸附热带来的温升低, 相同体积, 对高浓度油气的吸附量大于活性炭, 却不会象活性炭那样因产生大量吸附热而导致系统内温度急剧上升, 疏水性硅胶温升只有10度左右, 从而大大提高了装置的整体安全性能。
►宏观为球状结构, 吸附质通过时, 不生产偏流, 没有沟道效应
►具备一定的导静电能力
图一与图二直观的显示了普通硅胶与疏水性硅胶的结构差异。
可以看到, 通过特殊的制备工艺, 在保留硅胶原有特性的情况下, 通过去除硅胶表面硅烷醇基, 使硅胶表现出不同于普通硅胶的疏水特性, 增强对油气的亲和性, 同时进一步强化了结晶结构的强度新日本石油公司为适合中国国情开发的硅胶+活性炭吸附技术, 采用下层填充硅胶, 上层填充活性炭的双层的高温热点产生几率极小, 而硅胶的强度硬度大, 使用寿命长, 可以达到20年以上, 没有更换吸附剂产生的二次污染问题。而硅胶的填充间隙大, 压损较活性炭小, 可以不加抽气设备, 相比活性炭有较大的优势。
下图是疏水性硅胶 (S-3, S-6) 与中孔活性炭 (MPC) 的等温吸附特性曲线对比
可以看出, S-6, S-3两种硅胶吸附特点如下:
S-6:平均细孔直径60
对低浓度VOC的吸附量少, 但高浓度下吸附量急剧增加。
S-3:平均细孔直径30
对低浓度VOC吸附量多, 但中高浓度的气体吸附量几乎不变。比S-6细孔直径小, 因此与S-6相比解吸效率差。
还可以看出, 中孔活性炭对低浓度油气的吸附能力大于硅胶, 所以将MPC填充于吸附塔的上层, 发挥其对低浓度油气的吸附能力强这一特点, 是一个很好的选择。
综上所述, 硅胶+活性炭改良型吸附技术优于单一的活性炭或硅胶吸附技术, 前景看好。目前这一技术已经在国内得到了应用。
提高吸附-吸收工艺油气回收效率 篇2
关键词：吸附-吸收工艺,油气,回收效率
车用汽油的成分比较复杂, 主要是烷烃, 从碳四到碳十二, 以碳五到碳九为主, 其中的轻组分具有很强的挥发性, 油品灌装过程中, 一部分轻烃组分汽化挥发至大气中, 将油品灌装过程中挥发的油气进行回收, 不仅可以减少油品数量损失和环境污染, 还能消除安全隐患。
1. 吸附-吸收工艺简介
吸附-吸收工艺包括油气收集和油气处理两个过程:油气回收鹤管对密闭油罐中挥发油气进行收集属于收集阶段;收集的油气通过管线经气液分离罐进入吸附罐和喷淋塔, 油气经过吸附、解析和吸收属于处理阶段。
吸附-吸收工艺是利用吸附剂将油气中的烃类组份吸附在其表面, 将烃类组份与空气分离, 当吸附剂吸附饱和后通过降压解析进行再生, 利用真空泵对吸附罐抽真空, 吸附罐压力下降时吸附剂失去吸附能力 (真空度越低, 吸附剂吸附能力越差) , 此时烃类组份脱离活性炭表面, 雾状烃类组份在喷淋塔中用车用汽油进行吸收, 从而将烃类组份回收, 具体流程如图所示。
2. 影响回收效率的因素
吸附剂的选用、活性炭吸附油气数量、活性炭吸附次数、活性炭温度、吸附罐真空度等因素对整个装置的回收效率都有重要的影响。
(1) 吸附剂的选用
本装置使用的吸附剂是活性炭, 活性炭的特性是表面积很大, 因此具有很强的吸附作用, 与其它吸附剂相比, 它主要具有以下三个优点:
①因为它具有很大的表面积, 因此可以吸附更多的烃类分子。②对热量的吸附强度一般要低于其它吸附剂, 因而比较容易解析, 使用的能耗也较低。③活性炭吸附法能够吸收低浓度的油气, 使油气浓度控制范围较大, 满足不同数量货位同时灌装油品。
(2) 活性炭吸附油气数量
每次活性炭吸附油气数量越少, 油气在活性炭滞留时间也就越长, 油气的吸附效果亦越高;反之, 吸附效果越低。
(3) 活性炭吸附次数
活性炭吸附率随吸附循环次数增加而降低, 原因有以下几点:
①吸附的油气中所生成的高分子物质在活性炭中不断蓄积, 在吸附热的作用下, 吸附物质通过化学反应, 活性炭中的有效孔隙被堵塞, 活性炭吸附表面积逐渐减少。
②吸附解析过程中不能将所有油气解析出来, 随着循环使用次数的增多, 活性炭将不断聚积烃类组份, 使得活性碳吸附功能不断下降。
(4) 活性炭温度
油气进入吸附罐后, 油气中烃组分被活性炭吸附的过程是一个放热的过程。因为在灌装过程中排放的油气体积较大, 而活性炭的导热能力比较低, 这样吸附热使热量不断蓄积致使吸附床层温度剧烈上升。吸附热对油气回收装置的不利影响有二:
①碳床温度上升对活性炭的吸附性能的影响是直接的, 造成吸附率下降, 直接使活性炭使用寿命缩短。20℃时活性炭的油气吸附率为34%, 活性炭在30℃时其吸附率却只有30%。②当活性炭床温度不断上升至活性炭的自燃点时, 则有发生爆炸引起火灾事故的可能。所以必须降低吸附罐进气温度, 提高活性炭床的吸附效率和安全性。
(5) 吸附罐真空度
吸附罐真空度越高, 活性炭的吸附能力越低, 活性炭的再生效果越好, 油气的吸附效率越高;但不能为了提高吸附效果, 将真空度一直提高, 本装置使用的真空泵运行20min可使吸附罐压力降至3KPa, 但将吸附罐压力降至2KPa需用80min, 虽然提高了吸附效果, 但吸附效率大幅降低。
3. 提高回收效率方案
(1) 油气在碳床的停留时间建议在10s以上, 本装置设定吸附罐单次吸附油气混合物为140m3, 保证回收效果的同时, 也不会影响回收速率。
(2) 定期进行深度解析, 即用真空泵对吸附罐进行长时间抽真空, 单个吸附罐深度解析时间不少于90min, 目的是为了将活性炭中聚积烃类组份全部解析, 本装置每月进行一次深度解析。
(3) 活性炭在使用前进行钝化处理, 活性炭通过48小时不间断进行吸附-再生操作, 经过钝化处理后活性炭活性降低, 在正常吸附过程中碳床不再产生较高的吸附热, 防止堵塞活性炭中的有效孔隙。
(4) 在满足生产运行的前提下, 尽可能增加真空泵运行时间, 本装置真空泵运行时间为25min。
4. 效果检查
(1) 装置回收油量统计
小组在对2016年1月-3月油气回收装置回收油量统计汇总的基础上, 将油气损失进行分类, 并绘制油气损失排列图。
小组对2017年7-9月份油气回收装置回收油量统计及柱状图如下:
从7-9月回收油量统计情况来看, 油气回收装置平均每次脱附回收油量由8.1Kg提高至13.8Kg。
(2) 装置出口油气浓度对比
2015年与2016年油气回收装置出口油气浓度检测数据对比:
从第三方检测机构的测试数据可以看出, 装置出口油气浓度2016年较2015年有明显下降。
5. 存在的不足
(1) 活性炭每次吸附解析的时候, 活性炭都会大量粉化并有大量活性炭孔隙被堵塞死亡, 初期使用活性炭油气回收装置时排放的尾放均能合格达标, 但是中后期由于以上原因尾气便会超标。
(2) 活性炭其机械强度低、制造费用大、填充难度大且填充设备体积大。
(3) 装置使用真空泵等很多泵阀操控, 日常维护费用高。
(4) 只采用活性炭吸附-吸收作为油气回收方式, 装置运行的开始阶段尾气排放可以达标, 但是中后期由于各种原因尾气排放会超标, 所以从环保角度出发需要对装置尾气浓度进行定期检测。
(5) 吸附法一般用于油气浓度较低的油气回收, 较小流量的混合气体处理, 而从油罐车回收的混合气体的由气体积分数最大可达到50%, 如果流量较大时活性炭吸附能力下降, 因此, 在无法改变装置工作的情况下, 需降低活性炭吸附油气数量。
6. 结束语
油气回收工艺是一项新兴的工艺, 现在环保要求较高, 环保达标压力较大, 油品储运企业必须认真选择适合的油气回收工艺, 吸附-吸收工艺是一种技术成熟的油气回收工艺理应得到大力推广运用。在工艺操作过程中找到装置运行的平衡点极其重要, 油品储运企业要不断探索装置的运行规律, 总结出适合本单位的操作方法, 以提高吸收效率、延长装置使用寿命。
参考文献
[1]黄维秋.油气回收基础理论及其应用[M].北京:中国石化出版社2011:11~15.
[2]何月.石油企业油气回收实施方案的研究[D].北京:北京交通大学, 2008.
[3]彭星来.吸附法轻烃回收系统研究[D].山东:山东大学, 2007.
[4]张宏, 孙禾.活性炭吸附法油气回收系统在石油库的应用[J].安全、健康和环境, 2004, 4 (7) :14-15.
[5]段剑锋.活性炭吸附法油气回收系统研究[D].山东:中国石油大学.2007.
[6]黄维秋, 吕爱华, 钟璩.活性炭吸附回收高含量油气的研究[J].环境工程学报, 2007, 1 (2) :73-77.
活性炭吸附油气回收工艺的应用 篇3
防止汽油蒸发损耗以及控制其对环境污染的途径可分为三种: 一是加强管理, 完善制度, 改进操作措施; 二是焚烧排放气; 三是回收油气。显然第二种方法是不经济的, 在当今油品收发作业 ( 车、船、罐等) 日益频繁及对安全环保日益重视的情况下, 在加强管理的同时, 开展油气回收工作非常必要。
1 工艺技术方案比选
目前常用的油气回收技术从原理上分为4种, 即吸收法、冷凝法、吸附法及膜分离法。经过工艺方案比较和资料调研, 溶剂吸收工艺回收率太低, 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, 已逐渐成为淘汰工艺; 冷凝 + 吸附工艺需要深冷温度, 三套冷凝系统维护费用较高。因此, 方案在膜分离法和吸附法中优选。吸附和膜回收工艺现实可行, 但膜回收装置核心部件除了真空泵、膜组件外还有一组压缩机系统, 根据现场考察结果来看, 吸附的排放浓度要比膜回收的排放浓度低, 综合考虑投资、占地、操作简便程度, 中捷石化采用了活性炭吸附工艺。
2 活性炭吸附法工艺方案
油气回收系统建设范围包括油气收集及平衡系统、油气回收系统两部分。收集采用中石化燕山石化的ZUO-QM型密封罩专利产品, 油气回收采用乔丹的活性炭吸附工艺, 解析后的烃蒸汽用日发汽油来完成吸收。
2. 1 油气收集
油气收集是油气回收系统可以正常运行的关键, 中捷石化为上装发车, 装车鹤管手动操作, 密封罩为通用的锥型密封罩, 无法实现密闭装车, 尤其在夏季, 发车现场油气泄漏异常严重。如何使上装车实现密闭是需要解决的首要问题, 是油气回收能否进行的基本条件。
ZUO-QM型密封罩充分利用了装车时油气产生的压力, 实现车口密封盖的压力平衡, 可以实现车口的密封作用。ZUO-QM型密封罩由平面式密封盖、平衡器、油气排放组件和报警平压器组成。其基本原理是: 回收罩安装在槽车口, 油气自密封盖进入平衡器流通面, 平衡器流出口的油气将对两个平面产生压力, 这两个力作用方向相反, 可以起到相互抵消的作用, 从而使得罐车内部对密封盖底部的向上作用力的合力降低, 这样在密封盖重力较小的情况下, 就可以使密封盖平衡, 从而起到密封作用。另外, 平面式密封盖的重量选择将影响平衡器的直径, 重量越大, 平衡器的直径可以越小, 就能确保平衡器的安全。同时, 采用柔性好的氟橡胶补偿器, 可以保证槽车在装车重载情况下的车口补偿要求, 柔性好的密封垫, 使得密封性能得到了很大的改善。
安装报警平压器可以解决装车安全问题。根据鹤管装车实际情况, 在鹤管顶部与平面式密封盖适当位置安装接头, 这样就在鹤管与槽车内部建立起压力平衡, 安装在鹤管内的报警器检测到的液面就是未失真的罐车液面。
2. 2 油气回收
2. 2. 1 工艺简述
活性炭吸附工艺是利用活性炭表面动能的动力吸引碳氢化合物, 当空气—碳氢化合物混合气体通过巨大的吸收表面之后, 碳氢化合物被吸引到活性炭表面, 混合气体中的空气成分不受活性炭的影响, 通过活性炭之后进入大气, 其中掺杂的碳氢混合物会大幅度降低。
油气进入两个吸附塔中的一个。每个吸附塔都装满了特殊的活性炭。在吸附过程中, 油气吸附在活性炭的表面。一旦活性炭接近其设计吸附极限, 炭床必须再生, 以继续作为吸附剂发挥作用。油气回收系统通过使炭暴露在高真空 ( 负压) 下的方式实现炭的再生。高真空能产生足够大的解吸能量, 破坏烃分子和活性炭颗粒间的分子水平粘合。一旦这种粘合被打破, 碳氢化合物片断就会从活性炭颗粒中释放出来, 并通过炭颗粒间的真空从炭床底部流出。这种再生的现象叫做“解吸”。
活性炭中解吸出来的碳氢化合物蒸汽被送入一个质量转换塔, 叫做“吸收塔”。在吸收塔 ( 立式) 中, 浓缩碳氢化合物片断向上运动, 穿过一层厚厚的特殊的质量转换至随机填料层。同时, 从油库储藏汽油的日罐抽到油气回收装置中的汽油, 流向吸收塔顶部, 在这里被均匀分配, 向下流过填料。填料为向下流动的汽油和向上运动的烃蒸气提供了足够大的接触表面积。这种接触使浓缩的气相碳氢化合物片断在液体汽油中溶解, 这一步叫做“吸收”。液体汽油向下流入吸收塔底部, 在这里汽油被收集并抽回到油库日罐。日罐里的汽油被再次出售, 实现投资成本的回收。
2. 2. 2 活性炭吸附剂技术指标
在整套系统中起关键作用的吸附剂为活性炭。Calogn公司生产的活性炭具有比表面积大, 粒度均匀, 具有物理吸附和化学吸附的双重特性, 活性炭的内表面积大, 吸附的容积率高。Calogn公司针对油气回收的特殊工艺, 在活性炭的加工过程中采用相对的处理方法, 使活性炭可以有选择的吸附气相中的烃类物质, 而其中的空气成分穿过碳层排到空气中。当烃类达到饱和时, 在真空的条件下, 很快的解吸, 可逆性强, 使用寿命长, 在没有严重污染的条件下, 使用寿命可以超过10年, 在正常使用的情况下不需要维护和保养。
2. 2. 3 设备选型
真空泵: 采用德国Busch油气回收专用干式螺杆真空泵, 具有结构紧凑、布局合理、占地面积小, 抽速大、极限真空度高的特点, 从而使系统解吸能力强, 泵的本身有降温设计, 无需再配套冷却设施, 从而可以节约采购成本, 在设备的运行中节能, 降低运营成本。同时此泵在日常运行中操作简单, 与自控系统连接, 可以实现自动控制, 无需人员的直接操作。日常维护简单, 使用寿命长等诸多优点。
贫富油泵: 考虑中捷石化地处海边, 空气潮湿易腐蚀, 采用日本尼可尼公司优质油泵。
仪器仪表、电动阀、电磁阀: 电动阀、电磁阀均采用进口部件, 其中贫富油管线进出口均采用停电自锁阀, 紧急情况下自动关闭阀门, 切断来回油管线, 保证设备安全。
2. 2. 4 操作条件
基本操作条件见表2。
2. 2. 5 进出口浓度联合监测节能系统
入口浓度监测节能系统 ( CISM) 与出口浓度监测节能系统 ( CESM) 配合使用, 监测含烃气体入口的流量和油气的浓度, PLC根据这些数据在线计算出进入炭床的油气总量。当油气总量未达到设定值时, 油气回收系统处于“待机”状态, 活性炭床吸附油气, 而不消耗任何能源, 当吸附油气的总量达到预先设定值时, 装置进入全面工作状态, 当再生完成后, 系统又切换到被动吸附状态, 等待另一个活性炭床吸附达到设计负荷后重新启动。
2. 2. 6 运行效果
油气回收系统正常投用后。从现场监测数据来看, 鹤管发车系统油气泄漏现象明显好转, 油气进入收集系统而不是直接排放, 现场安全隐患得到了有效治理。油气回收撬装设备运行不需要水、汽、风, 只需供应设备用电即可。根据日报表及PLC回收数据显示, 油气回收装置运行时, 碳床满180 L后解吸, 通过检测29天数据监测, 共发成品汽油4. 3万t, 真空泵运行105 h, 炭床运行161次, 回收油品28. 98 m3, 回收率大约在0. 5‰左右, 这与发车系统的密闭系统操作有关, 密封罩为手动操作, 受人为因素影响较大。
根据《储油库大气污染物排放标准》 ( GB20950—2007) , 处理装置净化效率按下面公式计算:
式中: E———处理装置净化效率, % ;
C1———装置进口油气质量浓度, g /m L;
φ1———装置进口油气平均体积分数, % ;
C2———装置出口油气质量浓度, g /m L;
φ2———装置出口油气平均体积分数, % 。
实测φ为20% , C1为600×10- 6g / m L, C2为1×10- 6g / m L, φ2为0. 034% , 计算得E =99. 87% 。回收率大于95% , 排放浓度小于25 g /m3, 满足国家环保要求, 达到了预期效果。
3 结 语
汽油、苯类油品等在储存、运输过程中挥发的油气对环境、健康和安全产生的危害越来越引起人们的重视。我国于2007年6月发布了《储油库大气污染物排放标准》 ( GB 20950—2007) , 并于2007年8月1日开始实施。根据该标准的要求, 装油时产生的油气应进行密闭收集和回收处理。经过回收处理的油气排放浓度要≤25 g /m3 ( 非甲烷烃) , 处理效率要≥95% , 同时, 标准规定了油气排放控制标准实施区域和时限要求, 河北省实施日期为2008年5月1日。
吸附回收 篇4
本工作对前期成功研制的新型吸附材料AGS在加油站模拟油气回收装置上进行了放大试验, 并在某油库现场油气回收装置上进行了应用。
1 实验部分
1.1 材料、试剂和仪器
AGS介孔材料:自制, 球形, 直径2~4 mm;柱状活性炭 (PAC) :粒径4 mm。液态正丁烷、液氮:分析纯。
RI-415型红外便携式可燃气体检测仪:日本Riken公司;ASAP 2020 M+C型物理吸附仪:美国Micromeritics公司;S-3400型SEM仪:日本Hitachi公司。
1.2 实验装置
加油站模拟油气回收装置:吸附罐容量为65L;正丁烷与氮气混合气为模拟油气;干式真空泵:标称功率4 k W, 用于油气脱附;PLC控制终端:自制, 用于装置的运行控制;气体流量计和温度计:分别显示进气流量和床层温度。
现场油气回收装置:位于广东某油库, 容量为10 m3, 汽油日发油量约1 000 t, 装置额定处理能力为500 m3/h。
1.3 实验方法
1.3.1 吸附等温线的测定
在物理吸附仪上将AGS和PAC分别在150℃, 真空度1.33×103 Pa条件下预先抽真空4 h, 然后测定二者在-196.15℃条件下的氮气吸附等温线;材料的比表面积用Brunauer-Emmett-Tell (BET) 方法计算得到, 孔体积用Barrett-Joyner-Halenda (BJH) 方法计算得到。
1.3.2 吸附效果的测定
将一定浓度 (ρ0) 的油气通入吸附罐, 并实时检测吸附罐的出口质量浓度 (ρ) , 当出口质量浓度达到入口质量浓度的50% (φ) 时, 认为吸附材料床层已穿透。记录ρ/ρ0随时间的变化关系, 得到穿透曲线, 随后将吸附罐的出口和入口阀门关闭, 让吸附材料充分吸附油气过夜, 使吸附材料饱和吸附油气, 然后再开启真空泵进行脱附, 即所谓的“钝化处理”。
钝化处理结束后, 将吸附罐中通入油气, 并测定出口质量浓度, 待出口质量浓度达到25 g/m3, 停止吸附并记录进气量, 然后启动真空泵脱附15min, 测定真空泵的出口质量浓度。在脱附最后5min, 小心地打开吸附罐的反吹进气阀引入少量新鲜空气进行反吹。
1.4 分析方法
采用SEM对吸附材料的微观结构进行观察, 观察前对材料进行喷金处理。
2 结果与讨论
2.1 吸附等温线
AGS与PAC的吸附等温线见图1。由图1可见:AGS的吸附等温线属于Ⅳ型, 表明AGS为典型的介孔材料, PAC具有Langmuir型吸附等温线形状, 是典型的微孔材料;PAC的吸附速率很快, 在较低的气体分压下就可达到很高的吸附量值, 当气体分压超过0.7时, AGS的吸附量开始大于PAC。
AGS和PAC的主要结构参数见表1。由表1可见:AGS的比表面积较小, 平均孔径较大;与AGS相比, PAC的比表面积更大, 平均孔径更小, 这种孔隙特征上的区别必将导致二者对油气吸附-脱附性能的差异。
2.2 SEM照片
PAC (a) 和AGS (b) 表面的SEM照片见图2。由图2可见:PAC表面具有高度发达的孔隙结构, 且在内部很深处互相连通形成大量沟壑, 这是PAC比表面积很大从而气体吸附量很大的原因;此外, PAC的孔壁较薄容易因磨损产生粉末;AGS的骨架坚实, 但是孔隙不够发达, 造成比表面积较小。
2.3 油气吸附穿透曲线
当模拟油气质量浓度为1 140 g/m3、流量为3.0m3/h时, PAC和AGS的吸附穿透曲线见图3。由图3可见:当进气时间为0~50 min时, AGS吸附罐出口质量浓度非常低, 当进气时间为50~70 min时, 出口质量浓度迅速上升达到了入口质量浓度的50%, 即床层穿透;当进气时间为0~140 min时, PAC吸附罐的出口质量浓度基本为0, 在进气时间为140~190 min时, 出口质量浓度逐渐上升到入口质量浓度的50%。说明PAC的初始吸附量和吸附速率比AGS的高很多。由于PAC的油气吸附量很大, 导致在吸附过程中床层的温升最高可达到68℃, 而AGS床层的温升最高仅有22℃, 这是由于油气吸附量较小造成的。
2.4 入口质量浓度和流量对吸附量的影响
将AGS、PAC和AGS-PAC (体积比为4∶1) 混合物分别装填入吸附罐, 钝化处理后通入模拟油气进行吸附, 待出口质量浓度达到25 g/m3后, 停止吸附并记录油气吸附量, 然后各脱附15 min。入口质量浓度对吸附量的影响见表2。入口流量对吸附量的影响见表3。
由表2可见:在相同入口流量下, 入口质量浓度越大, 3种材料的油气吸附量也越大, 这是因为油气浓度较高时, 单位时间内与吸附材料碰撞的油气分子的量也越大, 从而使吸附材料的吸附量有所增加;3种材料吸附量从大到小顺序为PAC>AGS-PAC混合物>AGS;当入口流量为5 m3/h、入口质量浓度为1 553.6 g/m3时, AGS-PAC混合物的吸附量与PAC基本相等。
由表3可见, 相同入口质量浓度下, 随着入口流量增大, PAC与AGS-PAC混合物的吸附量先减小后增大。这是因为气体流量对油气的吸附量有两方面影响:一方面气体流量增大, 油气分子的动能也会随之增大, 气体更容易从颗粒的缝隙中穿过, 会导致出口质量浓度较快达到预设值, 吸附量较小;另一方面, 流量增大使单位时间内和吸附材料接触的气体分子增多, 吸附速率加快, 使材料对油气分子的吸附量增大[19,20]。
2.5 脱附效果
真空泵出口质量浓度随脱附时间的变化见图4。由图4可见, 与PAC相比, AGS与AGS-PAC混合物在脱附时的真空泵出口质量浓度较小, 特别是AGS的出口质量浓度可达到很低的数值。这表明AGS上吸附的油气特别容易真空脱附出来, AGS的脱附效果更好, 这可能与其孔径较大、与油气分子之间的相互作用较小有关。
2.6 现场油气回收装置应用效果
某油库的现场油气回收装置有两个吸附罐, 编号分别为120#、130#, 容量均为10 m3。为进行比较, 120#罐装填PAC, 130#罐装填AGS与少量PAC的混合物。当油气入口质量浓度为652.8 g/m3、流量为330 m3/h时, 钝化过程相关参数见表4, 动态吸附-脱附结果见表5。
由表4可见, 与PAC相比, 装有AGS的吸附罐的钝化时间更短, 钝化过程中的温升值仅为50℃, 既能有效地提高装置安全性、又节约操作时间。
由表5可见:随着吸附量的增加, 两个吸附罐的出口质量浓度均逐渐增大, 装置的处理效率均逐渐减小;当吸附量小于60 m3时, 装有PAC的120#吸附罐的出口质量浓度和处理效率可同时满足相关指标要求 (出口质量浓度不大于25 g/m3, 装置处理效率不小于95%[1]) ;而装有AGS的130#罐的吸附量小于90 m3时可满足要求。在130#罐中, AGS布置在吸附罐下层, 因此高浓度油气首先被AGS吸附, 吸附后浓度有所降低的油气再被上层PAC吸附。由于AGS对高浓度气体的吸附量大于PAC, 而PAC对低浓度油气的吸附速率更快, 二者的结合使装置具有更大的油气吸附量和更好的回收效果。
3 结论
a) AGS是一种典型的介孔吸附材料, 其比表面积较小、孔径较大。PAC的孔隙发达, 油气初始吸附量和吸附速率比AGS大, 但是AGS的脱附效果更好。
b) AGS与PAC混合使用时同时具有二者的优点, 既具有较高的油气吸附量, 又具有良好的脱附性能。
吸附回收 篇5
目前油气回收处理的方法中活性炭吸附法由于其回收效率高, 能耗少的特点, 在国内得到了大力的推广, 但活性炭在吸附回收的过程中有些关键点, 在工艺执行过程中控制不到位、不及时就会有可能造成排放不达标, 甚至出现危险报警状况[2]。以下就活性炭吸附法油气回收处理工艺过程当中的关键电气控制进行介绍。
1 活性炭吸附法油气回收的工艺原理
活性炭吸附法是利用活性炭对油气/空气混合气吸附力大小的不同, 实现油气和空气的分离。油气通过活性炭等吸附剂时, 油气组分吸附在吸附剂表面, 然后再经过减压脱附, 富集的油气用真空泵抽吸到吸附塔经过喷淋汽油吸收液化;而活性炭等吸附剂对空气的吸附力非常小, 未被吸附的尾气经排气管排放。
吸附法油气回收处理装置, 主要由吸附、脱附和吸收2部分组成。吸附部分主要由2个交替使用的吸附罐组成, 其中一个吸附罐处于吸附油气阶段, 另一个吸附罐则处于对吸附饱和的吸附剂进行脱附的阶段, 吸附剂采用油气回收专用活性炭;脱附过程由真空泵完成。吸收部分采用汽油作为吸收剂, 吸收过程在喷淋回收塔中完成, 塔顶未吸收完全的尾气经二次回气管重新返回吸附罐的入口循环吸附, 吸收部分是将富油气变成液态汽油[3]。
2 生产工艺中电气控制的关键点
2.1 活性炭吸附油气时温升大
活性炭作为油气回收处理装置的吸附剂, 优点在于其比表面积大, 对烃分子的选择性吸附能力强等。但缺点是在吸附油气当中的烃分子时, 由于范德华力等因素的存在, 活性炭会释放较高的热量, 而活性炭本身散热能力差, 热量容易堆积, 在短时间内活性炭内部温度会达到100℃, 此时就需要控制系统做出反应, 及时切换工作状态, 对吸附饱和活性炭进行解析。由于在解析时, 要吸收一定的热量, 由此可使温度控制在合理的安全范围内。
2.2 进入真空泵的气体浓度超过极限范围
解析再生一方面可以使被吸附的油气得到回收, 另一方面可以使活性炭重新具备较强的吸附能力。在解析的最后阶段, 由于罐内压力较低 (5 k Pa左右) , 此时将外界的空气引入罐中, 利用高速流动的气流, 将一些分子量较大的、不易脱附的烃分子从活性炭表面吹扫下来, 但由于空气的进入, 在一定的时间范围内, 通过吸附罐进入真空泵的气体浓度处于爆炸极限范围之内, 而真空泵内螺杆在高速运转的过程中, 由于螺杆不断摩擦会产生高温甚至火花, 此时发生爆炸的可能性较大。为避免事故的发生, 此时需要通过一定的电气控制手段改变进入真空泵的油气浓度从而消除安全隐患。
2.3 控制汽油吸收液的进出流量达最佳吸收效率
进入吸收塔内的喷淋汽油流量较小时, 不能最大限度地吸收来自吸附罐的高浓度油气, 流量较大时, 喷淋汽油自身的挥发量增加, 降低回收效率;另外进出吸收塔的喷淋汽油必须达到动态平衡, 也就是液位平衡, 这样可以保持塔内的气体压力平衡, 有利于油气被汽油吸收。
3 电气控制方案
3.1 整体电气控制方案
为实现油气回收处理装置的全自动化、无人值守功能, 且从安全生产的角度出发, 充分利用PLC控制技术在自控领域的独特优势, 使油气回收处理装置达到各项工艺要求, 真正达到降低污染排放、回收汽油的目的, 装置采用的电气控制系统见图1。
现场仪表对装置运行过程中的温度、压力、流量、液位进行监控, 并将信号反馈至控制室内的PLC系统, PLC接收到信号后对现场的阀门、管道泵、电磁阀等执行元件做出指令, 使装置按照规定的工艺流程进行运作, 当某一温度、压力、流量或液位超过设定值时, 控制系统会自动报警或停机, 确保装置安全运行[4]。
3.2 现场电气设备功能简述
炭吸附法油气回收处理装置的管道仪表工艺流程主要包括吸附部分、再生部分、吸收部分、电气控制柜。
1) 吸附部分用来吸附油气。主要部件包括:油气吸附罐D120, D130;活性炭床;进气阀MOV102, MOV103;放空阀MOV104, MOV105;再生阀MOV106, MOV107;吹扫电磁阀SV110, SV111, 用于炭床上活性炭的再生;温度变送器TT121, TT131用于监测炭床活性炭温度, 温度异常时发出报警;进口流量变送器用于累计油气进气量, 使系统对两个吸附罐的工作状态进行切换;压力传感器PT106, PT107用于监测吸附罐内压力, 当压力值满足一定条件时, 系统控制吹扫电磁阀的开闭, 以控制炭床吹扫开始和结束。
2) 再生部分用来脱附活性炭床中的油气, 并将其送至吸收部分。主要包括:干式螺杆真空泵、电机、冷却管道、测量仪表等。
3) 吸收部分用来吸收再生部分的油气。主要包括:吸收塔、进回油泵、MOV302进油阀、MOV304回油阀、LT301液位仪用于监测吸收塔内吸收液的液位高低, 并将信号反馈给PLC, PLC控制回油泵变频器改变回油泵流量, 使液位处于平衡状态;FT302涡街流量计用于监测进油流量, 针对不同型号的设备, 通过对阀门开度进行调整达到较为合理的流量。
4) 电气控制柜由动力柜和PLC柜组成, 上位机为一台戴尔商务机。
3.3 活性炭吸附法的电气控制方法
3.3.1 针对活性炭吸附油气时温升大的控制方案
通过对活性炭的特性进行试验, 发现活性炭在第一次吸附油气时放热反应尤为强烈, 尤其是在有氧气的环境当中, 堆积在一起的活性炭在吸附油气时, 内部温度能迅速上升到100℃以上, 再加上氧气的作用, 烃分子开始氧化分解, 放出大量热量, 温度极难控制。通过实验另外发现活性炭一旦吸附过一次油气之后, 不管使用什么办法脱附再生, 之后再进行吸附油气时, 吸附热量就会变得很小, 温度最高也不会超过90℃, 一般在60℃。
针对上述特性, 控制程序的编写除正常运行的主程序外, 另外编写一个子程序, 即钝化程序, 该程序只在装置投运之前或装置更换活性炭后使用。
具体方案是, 在钝化之前, 启动真空泵将吸附罐内的空气全部抽出, 然后置换成体积浓度为99%的氮气, 此时起动钝化程序, 电动阀门MOV102, MOV104, MOV105, MOV107打开, 真空泵起动, 进回油管道泵起动, 在真空泵的作用下, 气体在吸附罐和吸收塔之间形成循环流动的流体, 在流动过程中利用管道泵内汽油循环产生的油气, 作为钝化的吸附气体对罐内的活性炭钝化。在钝化过程中, 吸附罐上的温度变送器将时时数据反馈至PLC系统, 并在上位机上显示并记录下来, 当温度上升过高过快时, 系统发出报警, 当温度超出链锁值时, 系统停止工作, 钝化停止, 系统发出指令关闭油气进口和排气口的电动阀门, 打开再生阀门, 真空泵起动对高温报警的炭床进行抽真空再生, 从而使温度停止上升并逐渐下降下来。
3.3.2 防止进入真空泵气体浓度过高的方案
在吹扫开始后, 空气迅速进入吸附罐, 部分烃分子继续从活性炭上脱附出来, 一些烃分子在空气流的强力吹扫下也被脱附下来, 此时形成混合的气体, 在这个混合的过程中, 气体体积浓度在某一时间区间内会处于1%~8%的爆炸极限范围内, 这个混合气体直接进入真空泵, 由于真空泵内温度高而存在爆炸的隐患。这就需要使进入真空泵的油气浓度发生改变, 脱离出爆炸极限范围之内。
具体方案:在二次回气管与真空泵进气管之间增加一套旁路管, 使二次回气管内的油气与处于爆炸极限范围内的油气混合, 提高油气浓度, 然后再进入真空泵。增加旁路管以后为避免对吸附罐的解析和再生造成影响, 所以要在旁路管上增加一个电磁阀门, 编写控制程序时, 将该电磁阀打开的条件设置为吹扫阀打开时该阀门打开, 吹扫结束时该阀门关闭即可。
3.3.3 进油流量以及吸收塔内液位平衡的控制
进油泵开启后, 进油管道上流量计开始计量并显示流速, 因为不同回收装置所需要的流量是不同的, 但流量计本身不具备流量调节的功能, 此时需要根据流量计测量出的数据进行手动的调节, 通过调整管道上阀门的开度将流量调整到与该型号装置匹配的流量, 然后锁定阀门把手, 此时的流量可使真空泵解析出来的高浓度油气得到较高的回收率, 不同处理量的油气回收处理装置进油流量见表1。
喷淋汽油 (贫油) 进入吸收塔内喷淋高浓度油气, 吸收了油气的汽油 (富油) 需要及时发回储油罐, 此时如果进油和回油的速度相差较大, 塔内的液位不能稳定在一定范围内, 则可能致使塔内压力不稳定, 影响吸收效果, 并且液位不易控制, 容易使汽油倒灌真空泵和吸附罐, 所以进油流量调整好后, 在电气控制方面做了如下控制方案。
在吸收塔上安装磁浮子流量计, 回油泵增加变频器。进油泵开启, 塔内液位设定高度40 cm, 回油泵因增加了变频器控制, 其转速的快慢由变频器的输出频率所决定, 变频器输出频率由塔内实际液位与设定高度40 cm的差值来决定, 当液位超过设定值越多, 回油泵转速越快, 回油流量越大, 反之亦然。通过PLC变频控制使塔内的液位始终维持在设定范围内, 使装置能一直保持最佳吸收率。
4 油气回收处理装置的防雷和防静电接地
活性炭吸附法油气回收处理装置因使用环境处于爆炸性气体环境的Ⅱ区, 存在较高的安全风险隐患, 因此整套装置应具备相应的防爆等级, 同时应严格按照相关规定设置防雷、防静电接地装置。在接地的同时考虑到设备的整体外观质量, 在设备的每一个电器元件的下方设置了独立的接地点, 根据不同元器件的大小及特点选择不同截面的导线, 确保良好的接地, 并满足SH 3097—2000石油化工静电接地设计规范的要求。
5 结束语
活性炭吸附法油气回收装置的电气部分采用了"组态王软件"和PLC控制, 实现了吸附、解析 (再生) 、喷淋、空气分离、排放洁净空气、回收的富汽油输入到油库储油罐等功能, 实现了手动及远程控制和过程监测, 同时通过人机画面可以更直观的观测设备运行情况并输出报表, 操作简单易于用户掌握。满足了GB 3836—2000爆炸性环境用电气设备的要求, 使装置在安全性上得到了保障。
参考文献
[1]魏星, 郭建春, 赵金洲, 等.中国油气资源现状及发展建议[J].中外能源, 2008 (5) :17-22.
[2]黄维秋, 林毅, 刘海, 等.油气回收技术的应用研究[J].中外能源, 2006 (5) :21.
[3]任海军.活性炭吸附法油气回收技术及其应用[J].石油库与加油站, 2011 (8) :17-18.
吸附回收 篇6
对油气进行回收再利用是目前较为经济且环保的处理方法, 其原理是将挥发的油气与空气分离后, 将分离出的油气以液态形式进行回收利用, 而分离出的达到排放标准的空气直接排放。这类油气回收的方法主要有吸收法、吸附法、冷凝法和膜分离法等。对于这四种技术已有多篇文献进行了详细的阐述和比较, 在此不再赘述。本文对吸附法油气回收处理技术及吸附剂的特点进行了介绍, 从理论上计算了装置运行过程中产生的吸附热引起的床层温升, 论述了吸附热对装置的影响, 并提出了防止吸附热积聚过多而采取的有效措施。
1 吸附法油气回收工艺流程及吸附剂特点概述
1.1 吸附法油气回收工艺流程 (图1)
吸附法油气回收处理技术是当前世界上油气回收处理行业经济效益最高、应用最为广泛的技术。该技术是利用活性炭材料作为吸附剂, 利用吸附剂与烃分子的亲和作用而达到油气与空气的分离目的。该技术具有回收效率高, 安全稳定等优点。
1.2 吸附剂的特点
活性炭作为油气吸附首选吸附剂, 最主要的原因是: (1) 其具有高度发达的微孔结构, 能吸附各种不同大小的分子和组分, 活性炭机械强度、抗酸耐碱化学稳定性好; (2) 具有非极性表面, 为疏水性 (亲有机物质) 吸附剂, 分离过程不需要严格除去水蒸汽, 特别适宜于气体或液体混合物中有机物的吸附回收; (3) 根据制备工艺不同, 活性炭表面含有酸性或碱性基团, 有利于烃类物质的吸附; (4) 吸附分子的解吸较容易, 吸附再生时的能耗较低。
活性炭对各种烃类的等温吸附曲线基本上全部符合Langmuir单分子吸附模型。在低压下, 分子量越大的烃蒸汽分子吸附量越高, 越易液化的烃蒸汽也越易于被吸附。
2 吸附剂产生的吸附热
吸附过程是一个放热过程, 油气含量越高放出的吸附热就越高, 而活性炭导热系数低, 吸附热无法及时散发, 积聚的热量使吸附床层的温度剧增, 直接影响其吸附能力。
并且在高吸附热及活性炭催化作用下, 汽油中的不饱和烃及硫等杂质易发生氧化、焦化、聚合, 形成化学吸附, 填住活性炭有效微孔, 使炭活性吸附表面积下降, 无法再生完全, 从而造成吸附容量下降, 使用寿命缩短。更重要的是, 吸附罐中油气含量正好处在其爆炸极限范围内, 即使吸附床层温度未升到活性炭或油气的自燃点, 但因油气或活性炭在高吸附热的作用下容易发生自氧化 (催化) , 故有可能使吸附质及吸附剂燃烧, 造成严重的火灾事故。
黄维秋从工程实用角度出发, 推导出了针对活性炭吸附热效应的近似计算式, 如 (1) 所示。
Gvin、Gvout-分别为油气总进量及总出量, g;
Gaout、Gac-分别为空气的出量、活性炭总装填量, g;
cpv、cpa、cac、lcv-分别为油气、空气、活性炭、液化油气比热容, cpv=1.70J/g·℃,
q, Δh-活性炭吸附量, g/g;活性炭油气吸附热, 值为628J/g。
依据吸附热公式 (1) 和表1可以计算出乌石化公司炼油厂油气回收装置活性炭的吸附热情况。经计算可以看出, 当进料中油气体积分数达55%时, 活性炭床层温升可达102℃, 正常进料情况下, 床层温升也达91℃, 极易发生危险。
因此针对活性炭吸附过程中产生的吸附热, 我装置在实际运行过程中对新鲜的吸附剂采用了自循环活性炭钝化技术来控制吸附热的积聚, 确保装置回收率和安全性。
3 吸附剂的钝化
新充装的活性炭遇油气后, 释放出的吸附热随吸附量的增加而增加。若直接投用, 大量的油气易造成吸附热急剧增加, 床层温度快速升高。在正常开工期间, 活性炭的再生仅能脱附出部分汽油, 因而, 当再次吸附油气时, 所吸附的汽油并不多, 单位时间内释放的热量也就有限, 可以确保活性炭在投运时不产生超温现象, 因此只需对新充装的活性炭进行钝化。
自循环活性炭钝化过程:关闭装车油气回收入口, 打开喷淋汽油循环通路, 喷淋汽油挥发出来的少量油气进入依次进入两个活性炭罐, 活性炭缓慢吸附, 使吸附热能够及时带出, 保证活性炭床的温度控制在安全范围内。新充装的活性炭钝化过程中, 活性碳罐的温升曲线如图2、3所示。图2中 (3) 线为罐V110的钝化曲线, 图3中 (2) 线为罐V130的钝化曲线。
从图2、3中可以看出, 床层温度先升高后缓慢降低, 温度变化呈抛物线型。活性炭在钝化过程中, 随吸附量的增加床层温度急剧上升, 吸附饱和后由于重烃组分置换吸附, 吸附热略有上升, 当该点温度达到最高值 (V110-69℃, V130-61℃) 时, 可近似认为已吸附饱和。随着油气—空气混合气继续流过, 尽管仍存在着置换吸附, 但净吸附量变化不大, 而且流动的混合气连续带走吸附热, 因此床层温度逐渐下降。
新充装的活性炭钝化后, 装置进行了试运行, 基本达到了运行指标。图4为运行中活性碳罐的温升曲线, 从图4可以看出, 活性炭罐吸附时床层温度上升, 再生时温度下降, 形成波状曲线。活性炭温升范围差值在8℃~10℃, 没有发生床层超温事故, 且具有吸附能力, 同时具有活性炭脱附能力。由此可以看出, 活性炭钝化对于油气回收装置的正常运行有非常重要的作用。
4 结语
本文对吸附法油气回收处理技术及吸附剂的特点进行了介绍, 计算了装置运行过程中产生的吸附热引起的床层温升, 当进料中油气体积分数达55%时, 活性炭床层温升可达102℃, 正常进料情况下, 床层温升也达91℃, 极易发生危险, 而利用自循环钝化技术可以防止活性炭床层超温事故的发生, 是保证装置正常运行的有效手段。
参考文献
[1]潘立南.油气回收技术的比较[J].民营科技, 2008, 10:23～24.
[2]黄维秋.油气蒸发排放及其控制技术的研究[D].南京:南京理工大学, 2004.
[3]Jan L.Allen, JenniferL.Gatz.Peter C.Eklund.Applications for activated car-bons from used tires:butane workingcapacity[J].Carbon, 1999, 37 (9) :1485～1489.
吸附回收 篇7
1 PSA回收尾气
1.1 工艺原理
工业上主要采用深冷、膜选择分离、吸附等方法分离提纯含烃类气体。PSA的基本原理是利用吸附剂对不同吸附介质在不同分压下有不同吸附容量、吸附速度、吸附推动力,而且在一定压力下对混合气体中各组分具有选择吸附的特性,加压时完成混合气体的吸附分离,减压时完成吸附剂的再生,从而实现对不同气体的分离[2]。
PE装置尾气中含有氮气、乙烯、甲烷、乙烷、1-丁烯、异戊烷、氢气等。可采用的专用吸附剂有CAN 529,153,314,229,421五种。在PSA系统,原料气吸附脱除微量烷基铝后从吸附床层通过,烃类组分被吸附剂选择性吸附,氢气和氮气基本上不被吸附,可以99%纯度(体积分数)离开吸附床。在吸附床层中,吸附剂对烃类的吸附量是一定的,系统通过降压、排放、抽真空、逆放等工艺过程使烃类物质从吸附剂上有效解吸附,实现吸附剂的重复利用。PSA技术5-1-1工艺流程主要包括升压过程(A至B)、吸附过程(B至C)、顺放过程(C至D)、逆放过程(D至E)和抽真空冲洗过程(E至A),其中1台吸附床层的真空解吸过程示意如图1所示[3]。
1.2 工艺路线
尾气在0.6～0.7MPa及-7～-10℃工艺条件下进入变压吸附单元,先经预处理器将其中可能夹带的微量烷基铝脱除,后用蒸汽加热器升温至30～40℃,计量后进入由5台吸附器(A至E)和一系列程序控制阀门组成的回收净化系统。变压吸附单元采用5塔操作,1塔进料,1次均压,置换加真空解吸工艺流程。在吸附回 收 系 统中,任一时刻总是有1台吸附器处于吸附步骤,由入口端通入不含烷基铝的尾气,氢氮产品气(主要组分为H2及N2)从吸附器顶部出口排出,先进入缓冲罐,计量后以恒定压力连续稳定地输出界区外,进入火炬管网。逆放和抽空过程得到的气体为富烃产品气。逆放前期气体(压力较高)先经逆放气缓冲罐,再经调节阀调节,然后与逆放后期气体(压力较低)和抽空过程获得的气体一起进入混合气缓冲罐。从混合气缓冲罐出来的富烃气体经压缩机加压至0.3～0.4MPa,一部分以大于0.3MPa压力送出界区外,进入燃料气管网供裂解、苯乙烯装置作为燃料使用。另一部分作为置换气先经调节阀降压至0.2～0.3MPa,然后进入置换气缓冲罐,缓冲后返回吸附器,从下至上将吸附器中的氢、氮组分置换出来,从吸附器顶部获得的置换废气排出界区,进入火炬管网。PSA变压吸附单元示意性工艺流程如图2所示。
在不同时间,每台吸附器依次经历吸附(A)、均压降(ED)、置换(RP)、逆放(D)、抽空(V & P)、均压升(ER)和升压(FR)步骤。逆放步骤排出了吸附器中吸留的大部分烃类组分,剩余烃类组分通过抽空冲洗步骤进一步完全解吸。经均压升步骤后,通过充压调节阀缓慢而平稳地用产品氢、氮气将吸附塔压力升至吸附压力。经过这个过程后吸附塔便完成了1个完整的吸附-再生循环,又为下一次吸附做好了准备。PSA技术的5-1-1变压吸附工艺时序如表1所列。
1.3 吸附剂
吸附剂是PSA技术的核心部分之一,其性能决定着工业装置的单元大小、混合组分的分离效果等技术问题。PE装置尾气中含有从甲烷到戊烷的一系列烃类组分。从PE装置尾气中回收氢、氮和烃类组分,变压吸附单元采用的吸附剂必须对从C1～5一系列饱和及不饱和烃类组分均具有吸附选择性且解吸速度较快,尤其是对沸点较高、分子动力学直径较大的较高碳数组分,必须保证在不长时间内逆放且在抽空步骤内达到解吸与吸附平衡,以保证吸附剂上吸附的组分不积累,确保变压吸附单元能够长周期运行。同时还要求吸附剂对氢氮组分和烃类组分有较好的分离效果,以达到将氢、氮气从体系中提取出来的目的。
根据PE装置尾气回收对变压吸附单元的要求,配合四川天一科技股份有限公司吸附剂分公司活化工艺,研制生产了CAN 229,CAN 153专用吸附剂,采用复合装填技术,吸附塔由上至下装填有性能与作用不同的CAN 153,314,229,421吸附剂,从吸附剂的角度尽量提高变压吸附单元对PE装置尾气中烃类组分的吸附浓缩效果,达到氢氮组分与烃类组分分离的目的。
1.4 吸附塔进出口物料组成
由表1可以看出,在变压吸附单元中,吸附塔依次经历8个步骤完成了1个完整的吸附-再生循环。在这个过程中,令开始进入吸附塔的物料(即原料气)为F1,从吸附器顶部出口排出的氢氮气为F2,逆放和抽空过程获得的富烃气为F3(其中的一部分返回吸附器将氢氮组分置换出来),从吸附器顶部获得的置换废气为F4,4股物料的典型组成如表2所列。
2 使用效果
2.1 运行状况
变压吸附单元于2011年4月8日进行N2联运。4月28日实物料试车并一次开车成功,5月16日富烃气合格并入燃气管网。5月16日至5月19日装置内部对变压吸附单元进行了初次标定。2011年9月19日至22日进行了第2次标定分析。
2.2 分离效果
标定过程(2011年9月19日12时至9月22日12时)中反应负荷不变,未进行真空泵P-0101 A/B切换,操作塔均压时间、逆放一时间、逆放二时间及吸附时间均保持不变。原料气、氢氮气、置换气及废气的压力均保持稳定。富烃气(产品)、氢氮气(产品)和置换废气(副产物)的质量分别如图3,4,5所示。
由图3可以看出,富烃气中烃类的体积分数均大于90%,优于设计指标87%。目前富烃气并入燃料气管网作为加热炉的燃料使用,取消了火炬,达到了预期的环保效益,但是高品位物料作低品位燃料使用必然造成浪费,影响着企业的产品能耗及经济效益。建议通过2种途径再利用富烃气:增压后返回反应器;作为干气制乙苯装置的原料使用。
由图4可以看出,氢氮气产品中氢和氮的总体积分数大于98%。由图5可以看出,置换废气中氢和氮的总体积分数可大于95%。在系统调优过程中根据装置的实际特点,综合考虑置换废气的质量,最终结果是氢氮气的纯度基本接近设计指标99%,置换废气的质量远优于设计值76%。对这2股气流进行适当脱氢处理后,可作为PE装置脱气仓的脱气使用。
由于根据装置的实际运行特点对过程参数(产品气压力、置换气流量等)进行了调整,所以实际流量与设计值有差异。由于原料气尾气的实际流量比设计值大,无法直接使用烃类回收率公式计算,所以使用物料平衡估算的烃类回收率大于90%,优于设计值74%。
3 投入产出
PE装置尾气变压吸附回收单元投入产出数据如表3所列。
*:m(标准油)/时间。
由表3可以得出,目前PE平均产量按600t/d计算,尾气变压吸附回收项目投用后如果折算为综合能耗[m(标准油)/m(PE)],可使PE装置的综合能耗下降3.76kg/t。
4 结论