多級集成油氣回收工藝應用與展望

鄭宗能　劉迪　馬慶

摘????? 要：圍繞提高油氣回收效率和滿足更高的排放要求、減少裝置運行能耗和降低運行成本、滿足不同工況需求等方面，著重介紹了冷凝+膜分離+吸附、吸收+膜分離+吸附、冷凝+吸附+催化燃燒、冷凝+吸收+吸附等四類多級集成油氣回收工藝。在今后的多級集成油氣回收工藝研究中，提高集成度高、降低運行能耗、提升回收效率、優化工藝流程、滿足多工況條件將是研究的重點和難點。

關? 鍵? 詞：多級集成;油氣回收;工藝流程

中圖分類號：TQ 062?????? ??文獻標識碼： A????? 文章編號： 1671-0460（2020）06-1199-04

Application and Development Prospects of Multi-stage

Integrated Oil Vapor Recovery Process

ZHENG Zong-neng， LIU Di， MA Qing

（Kelamay Vocational & Technical College， Kelamay Xinjiang 834000， China）

Abstract： From the aspects of raising the recovery efficiency， meeting higher emission requirements， reducing energy consumption and cost， and meeting the complicated conditions， four kind of integrated oil vapor recovery processes were introduced， including condensation-membrane separation-adsorption process， absorption-membrane separation-adsorption process， condensation-adsorption-catalytic combustion process and condensation-absorption- adsorption process. Further research of integrated oil vapor recovery technology should focus on improving the integration， reducing the energy consumption， improving the recovery efficiency， optimizing the technological process and meeting the complicated conditions.

Key words： Integrated process; Oil vapor recovery; Technological process

油品在儲存和運輸過程中不可避免的會有部分輕質組分揮發到環境中，帶來環境問題和安全問題。油氣回收是油氣蒸發損耗的有效控制方法^[1﹣2]。在油氣回收中，合適的回收方法和工藝是關鍵。集成油氣回收工藝可結合各類油氣回收方法的優點，獲得更好的回收效率和經濟效益。隨著日益增加的環境保護要求，對油氣回收方法和工藝也提出了更多的挑戰。

為滿足不斷提高的油氣的回收效率和排放要求，油氣回收技術逐漸開始更多的向多級集成油氣回收工藝發展，這也成為油氣回收工藝發展的重要研究內容。

1 ?常見傳統油氣回收工藝

在油氣回收領域，常見傳統油氣回收工藝有吸收法、吸附法、膜分離法、冷凝法等^[3-6]，以及由這些方法衍生出的兩級集成工藝。

1.1 ?單一油氣回收工藝

常見的單一油氣回收工藝吸收法、吸附法、膜分離法、冷凝法等，這些方法互有優缺點。表1對各類方法的優缺點、技術關鍵和應用范圍做了對比分析。目前，隨著對油氣回收效率、排放標準、運行安全和成本的要求不斷提高，單一油氣回收工藝已不能滿足要求，也很少應用。

1.2? 兩級集成油氣回收工藝

集成油氣回收工藝可以結合各類油氣回收方法的優點，滿足更高的生產需求。常見兩級集成油氣回收工藝有吸收+吸附、吸收+膜分離、冷凝+吸附、冷凝+膜分離等幾類^[7-11]。

吸附法和膜分離法對低質量濃度油氣有較好的分離效果，但直接應用于高質量濃度油氣回收，吸附法存在運行負荷大帶來發熱高、吸附劑加速老化等問題，膜分離法也會因為高負荷帶來投資巨大的問題。吸收法對高質量濃度油氣恰好有較好的回收效率，此時，可在吸附法和膜分離法工藝前加上吸收法工藝，發揮各自優點。在吸收+吸附、吸收+膜分離集成工藝中，高質量濃度油氣先進入吸收工序，吸收后的油氣再進入吸附或膜分離工序，這樣在提高回收率、降低尾氣質量濃度的同時，有利于提高活性炭的壽命和安全生產或減少膜分離工序的投資^[8﹣9]。

冷凝法油氣回收工藝可直接回收得到油氣，工藝相對簡單。但當對回收效率有較高要求時，工藝需增加深冷部分，會帶來能耗增大、制冷環節設備增多的問題。采用冷凝+吸附或冷凝+膜分離集成工藝，可先利用冷凝工序將高質量濃度油氣中的大部分回收，冷凝處理后的低質量濃度油氣再進入吸附或膜分離工序，從而滿足更高的油氣回收要求，集成工藝可取消冷凝工序的深冷部分，大大降低裝置能耗，同時也可以減少吸附或膜分離工序的負荷^[10﹣11]。

2? 多級集成油氣回收工藝

隨著油氣回收效率和排放、減少裝置運行能耗，降低運行成本、滿足不同工況需求等要求的不斷提高，多級集成回收工藝也不斷的發展和應用。

2.1? 冷凝+膜分離+吸附集成

冷凝+膜分離+吸附集成油氣回收工藝是在冷凝+吸附集成油氣回收工藝的基礎上加入了膜分離工藝，該多級集成工藝很好的組合了三種單一油氣回收方法的優點。該工藝中油氣在高質量濃度的時候先進入冷凝工序，冷凝法對高質量濃度油氣有很好的處理效率，經過冷凝工序后的油氣濃度有所降低，此時加入膜分離工序，膜分離工序處理效率比較穩定，在冷凝和吸附工序之間可以起到平穩過渡的作用;吸附法對低質量濃度的油氣有較好的處理效果，在最后加入吸附工序可以更好的對低質量濃度油氣進行處理，從而滿足較高的油氣回收要求。該工藝應用在油品槽車裝卸等過程中有較好的應用，具體工藝流程如圖1所示。裝車揮發的油氣經壓縮→冷凝→膜分離→吸附→尾氣排放等系統，實現油氣的高效率回收利用^[12]。

2.2? 吸收+膜分離+吸附集成

吸收+膜分離+吸附集成油氣回收工藝是在吸收+膜分離集成油氣回收工藝的基礎上加入了吸附工序。

該工藝如圖2所示，首先高質量濃度油氣經壓縮后進入吸收工序完成初步的油氣回收;進吸收塔回收后的油氣進入膜分離工序，同樣，膜分離工序可以在吸收和吸附工序之間可以起到平穩過渡的作用，最后經過兩級處理的低質量濃度油氣進入變壓吸附（PSA）工序，提高油氣的回收效率和處理效率。該油氣回收工藝集成了吸收、膜分離、變壓吸附等回收方法，可以最大程度的發揮各方法的優點，達到高回收效率的要求。同時，該工藝可根據不同的排放標準和油氣回收效率要求，選擇是否需要變壓吸附（PSA）工序^[13]。

2.3? 冷凝+吸附+催化燃燒集成

冷凝+吸附+催化燃燒集成油氣回收工藝是在冷凝+吸附集成油氣回收工藝的基礎上加入了催化燃燒工序。該工序中，利用對部分回收油氣的催化燃燒產生的熱量為冷凝系統的冷凝劑提供冷量，從而可以降低凝+吸附油氣回收系統的能耗。該工藝系統包含冷凝工序、吸附工序、催化燃燒工序、氨水制冷工序等部分，如圖3所示。

高質量濃度油氣先經過冷凝工序冷凝回收，冷凝處理后的油氣大部分進入吸附工序，解吸后回到冷凝工序冷凝回收;另外的一小部分油氣進入催化燃燒工序，燃燒產生的熱量通過氨水吸收制冷系統轉化為冷量，提供給冷凝工序，達到降低能耗的目的。景海波等^[14]使用Aspen Plus軟件對該集成工藝流程進行了模擬研究，結果表明該油氣回收工藝的油氣回收率和能耗均隨二級冷凝溫度的升高而降低;對比冷凝+吸附法集成工藝，該集成工藝的能耗降低了30%左右，回收率僅降低了2%。

2.4? 冷凝+吸收+吸附集成

冷凝+吸收+吸附集成油氣回收工藝，在吸收+吸附集成油氣回收工藝的基礎上加入了冷凝工序。該集成工序可以根據生產實際，綜合考慮油氣的組分、質量濃度，處理效率，排放要求、系統能耗等因素，通過終端控制系統智能啟動，能夠實現吸附、吸收、冷凝、冷凝+吸附、吸收+吸附、冷凝+吸收+吸附等回收處理工藝之間的切換。王國棟等^[15]介紹了冷凝+吸收+吸附集成油氣回收工藝在碼頭罐區對轉儲運過程中產生的尾氣進行回收處理的實際應用。碼頭罐區儲品種類繁多，所以收發油品過程中產生的油氣也組分各不相同。利用該多級集成回收工藝，可根據實際情況切換不同的處理工序流程，滿足生產實際需求的同時，具有集成度高，占地面積小，降低運行成本等優點，能實現多組分、低能耗、高效率的油氣回收和排放要求。

3? 多級集成油氣回收工藝優缺點分析

通過前面介紹的幾種多級集成油氣回收工藝可以看到，冷凝+膜分離+吸附集成油氣回收工藝和吸收+膜分離+吸附集成油氣回收工藝都是在工藝流程中間加入了膜分離工藝，可以更好適應高質量濃度油氣的處理要求，滿足高要求油氣回收效率。冷凝+吸附+催化燃燒集成油氣回收工藝把回收的油氣進行催化燃燒，可以大幅降低運行能耗，獲得較好的經濟效益。冷凝+吸收+吸附集成油氣回收工藝可以通過工藝流程的切換，滿足多種油品，多種工況場合的油氣回收要求。由此可見，多級集成油氣回收工藝主要是為了滿足以下幾方面需求：提高油氣回收效率和滿足更高的排放要求;減少裝置運行能耗，降低運行成本;滿足不同工況需求等。這些也是多級集成工藝的優點。但是，多級集成油氣回收工藝由于工序增加，也會帶來設備增多，工藝變復雜，操作繁瑣，投資成本變高等問題。所以，在選擇多級集成油氣回收工藝過程中，要根據生產實際，進行綜合對比分析，滿足生生產需求的同時，又要有一定的經濟性。

4? 多級集成油氣回收工藝的工業應用展望

集成油氣回收工藝可結合各類油氣回收方法的優點，獲得更好的回收效率和經濟效益。多級集成油氣回收工藝，可以滿足不斷提高的油氣的回收效率和排放要求，也逐漸成為油氣回收工藝發展的重要研究內容。隨著多級集成油氣回收工藝的不斷應用，對其在集成度，占地面積大小，操作運行簡便，檢修維護成本，多組分、高效率、低能耗等方面也有了更高的要求。在今后的多級集成油氣回收工藝研究中，提高集成度高、降低運行能耗、提升回收效率、優化工藝流程、滿足多工況條件將是研究的重點和難點。

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