膜分離法油氣回收現狀分析與對策

李紅偉,鄧 迪,史宇科,蘇永帥,孫小兵,王 侃

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

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膜分離法油氣回收現狀分析與對策

李紅偉,鄧 迪,史宇科,蘇永帥,孫小兵,王 侃

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

介紹了膜分離法油氣回收技術的工作原理和工藝控制過程,分析了油氣回收裝置運行過程中存在吸收劑含水率高和夏季吸收劑溫度高的問題，通過引進柴油低溫臨界吸收技術和膜前增加分水裝置等措施，提出裝置運行優化方案。在低能耗、低成本的基礎上徹底解決現有油氣回收裝置運行瓶頸，提高油氣回收裝置平穩率和VOCs(揮發性有機化合物)廢氣回收總量，確保裝置尾氣濃度達標排放。

油氣回收 吸收劑 低溫臨界吸收 氣液分離器

某石化企業兩套膜分離法油氣回收裝置采用的是以膜技術為核心的有機蒸汽回收技術，設計處理能力分別為250 m3/h和880 m3/h，吸收處理苯、石腦油、汽油等充裝過程中揮發的油氣。2010年投用以來，兩套設施投用初期采用的吸收劑是成品柴油，裝置運行平穩，累計運行時間超過15 000 h。由于成品柴油對兩套油氣回收裝置供應緊張，后改為來自二催化中間柴油。兩套裝置運行過程中，因吸收劑溫度高和含水率高，經常出現真空泵、壓縮機運行溫度高造成裝置連鎖自停，油氣回收平穩率和油氣回收效果降低。

國家環保部門對VOCs(揮發性有機化合物) 廢氣的治理力度不斷加大，依據GB 31570—2015 《石油煉制排放標準》,非甲烷總烴質量濃度由原來的25 g/m3降低到120 mg/m3,苯由原來的12 mg/m3降低到4 mg/m3，該標準于2015年7月1日開始實施。所以，分析油氣回收過程，徹底解決油氣回收現有運行瓶頸非常迫切。

1 膜分離法油氣回收工藝簡介

裝車過程中揮發出的油氣/空氣的混合物(簡稱：油氣)，以微負壓力經過密封管線集中并送入膜分離法油氣回收裝置中。

進入膜分離法回收系統中的油氣，經液環壓縮機加壓至操作壓力(通常約為0.23 MPa)。液環式壓縮機使用柴油密封，形成非接觸的密封環，可吸收一部分氣體壓縮產生的熱量。壓縮后的氣體與柴油一起進入噴淋塔中部。在塔內通過切向旋流可將液體與壓縮氣體分離。

油氣在塔內由下向上流經填料層與自上而下噴淋的柴油對流接觸，柴油會將大部分油氣吸收，形成富集的柴油。富集的柴油經回液泵送往三聯合加氫裝置。剩下的油氣經塔頂流出后進入膜分離器。

真空泵在膜的滲透側產生真空，以提高膜分離的效率。膜分離器將油氣分成兩股——含有少量烴類的截留物流和富集烴類的滲透物流。凈化的截留物中烴類的質量濃度低于25 g/m3，苯的質量濃度低于12 mg/m3，滿足排放標準，可以直接排入大氣。

貧油自二催化裝置餾出口經463號管線進油氣回收裝置的貧油泵加壓后，分為三路，一路直接進入吸收塔，兩路進入液環式壓縮機與油氣一起進入吸收塔。富油自吸收塔底流出，經富油泵加壓后再回到463號管線，送往三聯合加氫裝置。

滲透物流循環至裝置入口，與收集的油氣相混合，進行上述循環。膜分離法油氣回收系統流程見圖1。

2 油氣回收運行過程中存在的問題

2.1 吸收劑溫度高

油氣回收裝置吸收劑要求的溫度是不超過35 ℃，而進入夏季二催化來油溫度超過40 ℃，不

圖1 膜分離法油氣回收系統流程

能滿足裝置運行要求。2015年5月對油氣回收進行了工藝調整，吸收劑采用大循環，即二催中間柴油直供四聯合酸性水油氣回收裝置,再送至輕油車間油氣回收裝置，調整后柴油溫度由原來的43 ℃左右降低到30 ℃以下，但是進入7—8月吸收劑溫度屢次超過35 ℃。二催化出裝置的柴油量約45 t/h,硫磺回收裝置用量僅16 t/h，四聯合出裝置冷油(溫度0 ℃)與剩余熱油混合后溫度升高，再加上長流程輸送受外界氣溫影響，吸收劑到油氣回收裝置溫度再次升高。裝置運行過程中各參數溫度曲線見圖2。

圖2 裝置運行各參數溫度曲線

2.2 油氣回收吸收劑含水率高

裝置原設計為成品柴油作為吸收劑，用以吸收揮發油氣，回收油氣以溶解于富油的形式被回收。前期裝置使用成品柴油作為吸收劑，裝置運行正常，排放尾氣也達到了預期的效果，滿足排放要求。由于成品柴油對車間供應緊張，后吸收劑改為二催化粗柴，水含量較高，柴油相對密度約845 kg/m3，而現場檢測的柴油吸收劑相對密度為900 kg/m3。

油氣經過吸收塔吸收后，水含量較大的蒸汽經過膜組件，在膜前至放空口和膜后至真空泵均產生了大量水約1～2 L/h，需要定期手動排出,對膜組件造成傷害。水進入真空泵導致潤滑油乳化嚴重，油面上升, 油量計(油位計) 測量的油量值不準確。乳化后的潤滑油一旦堵塞進油管，潤滑油不能流入壓縮機室，造成旋轉體軸承干磨損傷。真空泵運行溫度升高至105 ℃，造成裝置連鎖自停,使大量VOCs廢氣直接放空到大氣中，危害職工身體健康，污染環境。

由于膜組件和真空泵均為進口設備，配件昂貴，大大增加了油氣回收裝置運行維護成本。

3 吸收劑溫度高工藝技術處理措施

3.1 采用低溫臨界吸收技術

影響油氣吸收效率的因素有油氣組成、吸收劑性質、吸收塔填料層高度(或塔板數)、液氣比、氣速、溫度和壓力等。在影響油氣吸收效率的諸多因素中，溫度是提高柴油吸收油氣回收率的關鍵。在壓力101．325 kPa、填料高度3 m的條件下，液氣比和吸收溫度對油氣回收率的影響見圖3。在壓力101．325 kPa、液氣比150 L/m3的條件下，填料高度和吸收溫度對油氣回收率的影響見圖4。可以看出，液氣比越大，填料層越高，油氣回收率越高，但受溶解度和柴油自身揮發性影響，填料層超過一定高度后油氣回收率趨于不變；而且填料層越高，裝置占地和造價越大[1]。

圖3 液氣比和吸收溫度對回收率影響

從圖3和圖4還可以看出，柴油吸收溫度過高、過低都不利于油氣回收，最佳溫度為0～15 ℃。

所以，在現有膜分離法工藝流程前加一組換熱器和制冷機組，使柴油溫度冷卻到0～15 ℃，吸收劑既可以滿足裝置運行溫度又可以達到最佳吸收效果，再結合膜組件對貧氣進一步吸收，裝置油

氣處理能力有效提高，尾氣排放濃度更低。

圖4 填料高度和吸收溫度對回收率影響

3.2 低溫臨界吸收工藝流程

柴油低溫臨界吸收油氣回收技術工藝流程見圖5。吸收劑經過換熱、制冷機組冷卻至最佳溫度，從塔頂進入吸收塔，吸收劑與油氣進行逆流接觸，傳質、傳熱；富吸收劑經過泵提升、制冷機組冷量回收出裝置。油氣在吸收塔內由下至上流經填料層，氣體在流經填料層的過程中同時發生了冷卻、冷凝和溶解，油氣中的有機烴重組分經過冷卻、冷凝后，以液態的形式混合在吸收劑中，未被冷凝的有機烴輕組分在吸收劑中發生溶解。油氣中未被冷凝、溶解的少量有機組分經塔頂流出后進入膜分離器。膜分離器將油氣分成兩股——含有少量烴類的截留物流和富集烴類的滲透物流。凈化的截留物中烴類的含量低于排放標準，可以直接排入大氣。滲透物流循環至裝置入口，與收集的油氣相混合，進行上述循環。

圖5 工藝流程

3.3 主要工藝設備及操作參數

油氣回收工藝中主要設備包括吸收塔、貧油泵、富油泵、液環真空泵、膜分離器以及新加的一套換熱器和制冷機組。兩套油氣回收裝置主要設備和設備操作參數分別見表1和表2。

表1 油氣回收裝置設備

表2 主要設備操作參數

4 吸收劑含水處理措施

解決目前吸收液含水問題，原計劃在吸收液進油氣回收裝置之前利用T-01和T-02罐凈化除水，但此種方案耗資大，而且效果存在不確定性，操作困難，可實施性不強。針對目前吸收液現狀，脫水效果較好的改進措施是更換吸收塔絲網除霧器和在膜前增加分水過濾裝置。

4.1 更換吸收塔頂除霧器

原吸收塔為了解決柴油造成泡沫攜帶的問題，在設計時增加絲網除霧器。但是在柴油含水的情況下，由于柴油泡沫顆粒大，而水霧顆粒小，去除柴油泡沫的同時，會在絲網內形成油膜，造成水汽的二次夾帶。針對這種情況，需更換對柴油泡沫和水汽都有效的特制的絲網除霧器，有效去除3～10 μm顆粒的油霧泡沫和水汽，降低從塔頂出來的泡沫，從而減少水汽的二次夾帶。

4.2 膜前增加分水過濾裝置

裝置現有油氣分離聚結器，用于分離柴油油氣中的柴油顆粒，過濾精度為0.01 μm，但柴油帶水無法克服。在吸收塔出口增加分水器，有效過濾3 μm的水分子，并在分水器后串聯油氣分離聚結器。

第一級為氣液分離器(見圖6)，主要用于分離壓縮空氣、真空、管道氣體中懸浮狀液滴與凝結水，去除3 μm以上液體顆粒。分離出的水由底部的自動排水閥排出。最高干燥度為98%，最低壓力降為0.5%。

第二級為油氣聚結器(見圖7)，去除0.01 μm以上油霧、水霧顆粒，濾芯由原來的3組增加為6組，增加有效過濾聚結面積，減少流速，增加停留時間，大大提高聚結能力，使過濾下來的柴油分離至濾材下端，并通過排油閥排出。對于目前水含量及油含量較大的狀況將更加有效。每種濾芯都為兩級過濾，實現四級過濾效果。

圖6 氣液分離器結構

圖7 油氣分離器結構

5 結 論

(1)通過以上優化措施，將徹底解決夏季吸收劑溫度高、吸收劑含水的問題。同時，低溫臨界柴油吸收技術與膜分離技術復合工藝進一步提高了油氣回收裝置的處理能力，尾氣排放濃度更低，油氣回收率可達95%以上。

(2)油氣回收裝置平穩運行，可以有效回收油品裝車過程中揮發的大量VOCs廢氣(如輕烴類、苯系物和有機硫化物等有害物質)，減少了廢氣直接排放對大氣的污染，大大提升了裝置對VOCs廢氣的處理能力實現達標排放，改善了職工工作環境，消除了裝車現場火災爆炸隱患。

[1] 劉忠生，廖昌建，方向晨，等．柴油低溫臨界吸收油氣回收技術的應用[J]．石油煉制與化工，2013，44(8)：37-40．

(編輯 張向陽)

Status Quo Analysis and Suggestions for Gasoline Vapor Recovery by Membrane Separation Method

LiHongwei,DengDi,ShiYuke,SuYongshuai,SunXiaobin,WangKan

(SINOPECLuoyangCompany,Luoyang471012,China)

Working principle and process control of membrane separation technology are introduced and the problems are analyzed, such as high water concentration in the absorbent and high absorbent temperature in summer during the operation of gasoline vapor recovery equipment. Optimization scheme of equipment operation is put forward through applying low temperature critical absorption technology of diesel oil and adding water separation device in front of the membrane. On the basis of low energy consumption and low cost, the bottleneck of existing oil and gas recovery unit is completely solved. Recovery rate of gasoline vapor and total recovery of VOCs (volatile organic compounds) are increased, which can ensure that tail gas of the equipment reaches the discharge standard.

gasoline vapor recovery, absorbent, low temperature critical absorption technology, gas-liquid separator

2016-12-13；修改稿收到日期：2017-03-10。

李紅偉，工程師，本科，1991年畢業于鄭州大學化學工程與工藝專業，從事油氣儲運管理。E-mail:dengdi_2008@126.com