密閉裝車系統含苯油氣回收方案研究及應用探討

周高鋒

(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

在裝卸時，輕質石油產品會揮發出大量的油氣混合物，繼而造成空氣污染。為了加大環境保護力度，我國不斷出臺環保政策與油氣回收標準，對油氣回收提出了更高的要求。而利用先進的方式回收含苯油氣可以減少空氣污染，因此本文將對密閉裝車系統含苯油氣回收方案研究及應用進行了簡要分析。

1 苯概述

苯屬于有機化合物，組成結構十分簡單，在常溫環境下具有較強的易燃性，且密度比水小，很難溶于水以及有機溶劑[1]。苯在石油化工產品生產中占據著重要地位，所以很多國家利用苯產量與苯生產技術衡量一個石油化工行業的發展水平。苯在諸多產品的生產中都具有重要作用。例如，在生產合成樹脂、合成橡膠、合成谷物時都可以應用到苯。

2 傳統油氣回收工藝及應用

當前，大多數企業在回收油氣時都會將冷凝工藝與吸附工藝結合起來。常用的油氣回收裝置是由增壓單元、活性炭吸附單元以及冷凝回收單元構成的，如圖1。

圖1 油氣回收裝置

在油氣回收過程中，增壓單元與冷凝回收單元的能耗相對較高。氣相回收鶴管回收大量的揮發油氣，并輸送至壓縮機當中，進行增壓處理。之后，輸送至冷箱中，進行一級冷卻，然后輸送至分液裝置中，從而實現油氣的氣液分離。在分離之后，將液相輸送至暫存罐中，將氣相輸送至冷箱中進行二級冷卻，然后輸送至分液裝置中再次進行氣液分離處理[2]。最后，分液裝置將液相輸送至暫存罐，將氣相輸送至活性炭吸附裝置中。當暫存罐的液位達到80%之后將液相輸送至原料罐中。其中，在制冷過程中，一級制冷劑采用的是最低溫度為-25 ℃ 的404A，二級制冷劑采用的是最低溫度為-60 ℃ 的R23。

由于在設置這一油氣回收裝置與回收方案時沒有綜合分析苯的低溫凝固特性，降低了苯的回收率。某處理廠的產品主要是穩定輕烴、植物油抽提溶劑，以及苯等，在密閉裝車系統中需要充分考慮苯的蒸汽組分與冷凝特性，并根據實際情況優化回收方案與回收工藝。因此本文將以該處理廠的苯與橡膠工業用溶劑油等產品氣油為回收對象，其產品組分如表1所示。

表1 苯與橡膠工業用溶劑油的主要組成

3 含苯油氣的蒸汽組分與冷凝特性

不同物質的組分不同，所以在裝車時的揮發性不同，會影響到蒸汽組分。一般情況下，油品當中的輕組分含量與油氣回收溫度是成反比的，即輕組分含量越高，揮發性越強，進行油氣回收時溫度就越低。同一種物質也會受到壓力、溫度等因素的影響，所以其蒸汽組分也不同。因此，為了增強含苯油氣回收方案的科學性需先分析其蒸汽組分與冷凝特性。在環境溫度不斷變化的過程中，處理廠密閉裝車系統的溫度也不同。例如，夏季溫度較高、冬季溫度較低。在冬季時需要利用伴熱的方式控制管道溫度，將車內的溫度控制在10～50 ℃。由于常采用常壓裝車，且裝車的壓力在 100 kPa，所以不會對蒸汽組分產生明顯影響。為此，需要在不同的裝車狀態下分析環境溫度對蒸汽組分的影響。

3.1 單獨裝車狀態下環境溫度對蒸汽組分與冷凝特性的影響

可以利用HYSYS等軟件計算當環境溫度為10～50 ℃ 時，蒸汽組分與冷凝特性會出現怎樣的變化。從計算結果來看，在環境溫度不斷升高的過程中，蒸汽組分會逐漸出現變化，當溫度達到40℃時，蒸汽組分不再變化。當溫度在從 10 ℃ 升至 40 ℃ 時，氮氣與氧氣的含量會逐漸下降，但當溫度升高到 40 ℃ 以上時，氮氣與氧氣的含量會趨于平穩[3]。同時，在溫度不斷升高的過程中，蒸汽當中苯的含量會先升高后下降，當溫度為 41 ℃ 時，苯的含量最高。當溫度達到 40 ℃ 時，C7的含量開始逐漸升高。在對比分析后發現，當環境溫度從 10 ℃ 升至 40 ℃ 時，各個壓力下的冷凝溫度都開始逐漸上升。這是因為在環境溫度不斷提升的過程中，苯的摩爾分數不斷提升，氮氣與氧氣的含量逐漸減少，蒸汽的液化性更強。當環境溫度從 40 ℃ 升至 50 ℃ 時，冷凝溫度不再出現變化。

3.2 同時裝車狀態下環境溫度對蒸汽組分與冷凝特性的影響

若同時對苯與植物油抽提溶劑進行裝車處理，蒸汽組分與冷凝溫度也會出現相應的變化。從變化情況來看，在環境溫度從 10 ℃ 升至 40 ℃ 時，氮氣與氧氣的含量會逐漸下降，苯的摩爾分數會不斷提高，其他烴類組分的含量也會有所上升。當環境溫度在 41 ℃ 時，苯的摩爾分數達到頂點，之后會逐漸下降。在對比分析后發現，當環境溫度從 10 ℃ 升至 40 ℃ 時，各個壓力下的冷凝溫度都開始逐漸上升。當環境溫度從 40 ℃ 升至 50 ℃ 時，冷凝溫度不再出現變化。

所以，在任何裝車狀態下，環境溫度都會對蒸汽組分與冷凝特性產生一定的影響。但并不是環境溫度越高，輕烴組分的含量就越高。另外，在液化壓力相同的狀態下，液化溫度越高，輕烴回收率就越高。但蒸汽當中的苯會影響到油氣回收的制冷量，即苯的含量越高，蒸汽的液化能力就越強，會加大管道凍堵的幾率。此外，當環境溫度為 41 ℃時，蒸汽當中的苯含量最高，所以在制定回收方案時需要將回收溫度設置為 41 ℃，從而優化回收效果。

4 密閉裝車系統含苯油氣回收工藝優化

為了提高含苯油氣的回收率，應對回收裝置以及回收工藝進行簡化處理，即對油氣進行壓縮處理、一級制冷與二級制冷。從氣體的冷凝特性來看，壓力會對蒸汽液化的溫度以及蒸汽液化所需要的冷量產生影響，所以需要為壓縮機與冷箱提供大量的能量。同時，需要利用相應的公式計算油氣回收過程中產生的能耗：N=W+Q一級+Q二級。其中，N指的是回收過程中產生的能耗，W指的是增壓設備的功耗，Q一級指的是一級冷箱的能耗，Q二級指的是二級冷箱的能耗，單位都是kW[4]。

研究密閉裝車系統含苯油氣回收的主要目的是提高苯的回收率，但是也需要控制回收能耗，所以需要對單位液態產品能耗這一參數進行優化。液化壓力與液化溫度會對液化過程中的制冷量產生一定的影響，就會對油氣回收的能耗產生影響，所以若想優化位液態產品能耗這一參數就需要深入研究壓縮機的出口壓力、一級與二級冷箱的出口溫度，從而優化回收方案。根據這些參數構建優化模型為：

F=min∑iΔN=f(W,Q一級，Q二級，q(輕質油))

5 密閉裝車系統含苯油氣回收方案及應用

5.1 回收方案

利用HYSYS軟件構件含苯油氣回收簡化流程的模型，將處理量假設為 11.5 m3/h，明確蒸汽組分，最后利用軟件優化器進行優化求解。從優化計算的結果來看，在不同裝車狀態下，壓縮機出口壓力的最佳值、一級冷箱與二級冷箱出口溫度的最佳值不同。即在單獨裝車狀態下，需要將壓縮機的出口壓力設置為 101.1 kPa，將一級冷箱的出口溫度設置為 12.28 ℃，將二級冷箱的出口溫度設置為 12.28 ℃，此時單位液態產品能耗為0.103990[5]。在同步裝車狀態下，需要將壓縮機的出口壓力設置為 124.5 kPa，將一級冷箱的出口溫度設置為 10.76 ℃，將二級冷箱的出口溫度設置為 -43.29 ℃，此時單位液態產品能耗為0.190367。該處理廠油氣回收裝置的溫度設置一級冷箱溫度的上限為 15 ℃，開機正壓為 -150 Pa；一級冷箱溫度的下限為 10.0 ℃，停機負壓為 -2000 Pa；二級冷箱溫度的上限為 10 ℃，吸氣負壓為 -400 Pa；二級冷箱溫度的下限為 10.0 ℃，油位上限為 -2000 Pa 。這些參數并不合理，所以需要根據優化結果調整參數，為油氣回收提供支持。

5.2 工藝應用

為了檢驗密閉裝車系統含苯油氣回收方案的應用效果，該處理廠于2020年10月19日應用了該回收方案。在裝車之前，該處理廠對相關參數進行了調整，在設備啟動之后開啟了裝車泵，并對裝車過程中產生的能耗以及油氣回收情況進行了詳細記錄(如表2所示)。從裝車情況來看，應用該回收方案不會造成凍堵的情況。在單獨對苯進行裝車處理時，利用了冷凝回收的方式，且苯的回收率為81.7%。在同步裝車的過程中，苯的回收率為94.5%。在回收過程中也對油氣濃度進行了全面檢測，發現油氣濃度并沒有超標。

表2 密閉裝車系統含苯油氣回收方案的應用效果

6 結語

在分析環境溫度對含苯油氣蒸汽組分與冷凝特性的影響后發現，提高環境溫度并不能一直提高蒸汽當中笨的濃度與輕烴的濃度。且將溫度控制在 41 ℃ 時，苯的摩爾分數最高，所以在制定回收方案時需要將溫度設置在 41 ℃。同時，需要根據含苯油氣的特點構建油氣回收優化模型，對工藝參數進行全面優化，從而提高苯的回收率。