處理大油氣量的吸附法油氣回收工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種處理大油氣量的吸附法油氣回收工藝，特別是一種采用吸附法回 收處理原油、汽油、石腦油等易揮發(fā)油品裝船或其它充裝作業(yè)中產(chǎn)生的大油氣量的油氣回 收工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 原油、輕質(zhì)油品，如汽油、石腦油等在向容器內(nèi)充裝過程中，其中的部分輕質(zhì)烴類 組分會(huì)逸散進(jìn)入容器的氣相空間，隨著充裝過程的進(jìn)行，容器的氣相空間逐漸被液體取代， 從而置換出體積流量略大于液體體積流量的烴類組分與惰性氣體的混合氣體，人們通常稱 之為油氣。油氣的組成和濃度主要隨被充裝原油或油品的性質(zhì)、飽和蒸氣壓、充裝溫度、充 裝方式等不同而不同。由于油田原油穩(wěn)定操作條件相對煉油廠汽油、石腦油等輕質(zhì)油品穩(wěn) 定操作條件較為緩和，因此總體上原油油氣比汽油、石腦油等輕質(zhì)油品的油氣組分偏輕。原 油油氣中的烴類組分主要成分是1?6個(gè)碳原子的烴類化合物，而汽油、石腦油等輕質(zhì)油品 油氣中的烴類組分主要成分是3?7個(gè)碳原子的烴類化合物。有些原油油氣中還會(huì)含有少 量的硫化氫、硫醇、硫醚等無機(jī)或有機(jī)硫化物。油氣中的惰性氣體隨被充裝容器的不同有時(shí) 會(huì)有所不同，通常情況下，裝油前汽車火車槽車氣相空間內(nèi)存留的主要是空氣，因此汽車、 火車槽車裝油過程產(chǎn)生的油氣中惰性氣體主要成分是空氣；而裝油前的輪船船艙內(nèi)除了空 氣外，有時(shí)還會(huì)充入一些發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒廢氣，因此，裝油過程中在產(chǎn)生的油氣中的非烴類組分 可能還包括氮?dú)?、氧氣、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等氣體。通常情況下，原油充裝過程 產(chǎn)生的油氣濃度在10?30v%之間，充裝損失在0. 5kg/t原油左右；而汽油、石腦油等輕質(zhì) 油品充裝過程產(chǎn)生的油氣濃度在10?40v%之間，充裝損失在lkg/t油品左右。
[0003] 在原油從油田通過水陸或陸路到達(dá)煉油廠、再在煉油廠被加工為油品然后通過水 陸陸或陸路最終進(jìn)入汽車油箱的整個(gè)加工和流通過程中，通常會(huì)經(jīng)歷多次充裝過程。伴隨 這些充裝過程會(huì)有大量油氣排入大氣，這不但造成大量的石油資源浪費(fèi)，同時(shí)也造成嚴(yán)重 的大氣污染，是造成嚴(yán)重霧霾天氣的罪魁之一。因此世界各國政府和相關(guān)企業(yè)對油氣回收 都十分重視，自上世紀(jì)70年代以來，各國紛紛制定了適合本國國情的油氣回收標(biāo)準(zhǔn)，油氣 回收技術(shù)不斷完善，油氣回收的范圍和領(lǐng)域也不斷擴(kuò)展。美國是開展油氣回收最早的國家， 自1970年《空氣清潔法》實(shí)施以來，油氣回收技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)不斷進(jìn)步，目前美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)的油 庫汽油裝油的油氣回收尾氣非甲烷烴排放限值大體相當(dāng)于< 10g/m3。我國在2007年頒布 了《儲(chǔ)油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB20950-2007,規(guī)定油庫、煉油廠的汽車槽車、火車槽車汽 油裝油過程產(chǎn)生的油氣必須要進(jìn)行油氣回收處理，處理后外排尾氣中非甲烷非甲烷烴必須 < 25g/m3。在此之后，油氣回收在國內(nèi)油庫和煉油廠等汽油、石腦油充裝場合得到普遍的推 廣應(yīng)用。
[0004] 但是，相對于規(guī)模通常在1000m3/h油氣量以下的油庫、煉油廠的油氣回收來說， 規(guī)模更大的裝油過程，比如碼頭原油裝船過程的油氣回收，油氣規(guī)模動(dòng)輒幾千m3/h，甚至幾 萬m3/h;有些碼頭大宗汽油、石腦油等輕質(zhì)油品裝船過程的油氣回收，油氣規(guī)模也會(huì)達(dá)到 幾千m3/h;以及大宗火車原油裝車過程的油氣回收等油氣回收領(lǐng)域，在國家政策法規(guī)、油 氣回收技術(shù)成熟度，以及整個(gè)油氣回收系統(tǒng)配套等方面都明顯滯后，在國內(nèi)市場上還幾乎 沒有這方面的商業(yè)案例。
[0005] 從油氣回收技術(shù)方面來看，除了美國專利US. Pat. No. 4462811公開的用冷煤油吸 收處理裝船過程油氣的油氣回收工藝外，專利文獻(xiàn)中鮮有適用于大規(guī)模原油和汽油、石腦 油等輕質(zhì)油品充裝過程的油氣回收技術(shù)。技術(shù)方面的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在，一是由于大油氣量 帶來的設(shè)備規(guī)模限制，二是原油中含量相對較高的C2和C3等輕組分需要油氣回收過程比 汽油油氣回收過程更苛刻的操作條件才能達(dá)到同等的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0006] 對于油庫、煉油廠的火車槽車裝油、汽車槽車裝油等輕質(zhì)油品充裝過程來說，相 對于低溫冷凝法、吸收法、膜分離法，吸附法工藝以其排放尾氣中非甲烷烴低，投資和運(yùn)行 費(fèi)用低，技術(shù)成熟等特點(diǎn)被認(rèn)為是最理想的，也是目前工業(yè)應(yīng)用最為普遍的油氣回收工藝。 該工藝的基本原理是將密閉充裝過程收集的油氣引入油氣回收裝置，利用吸附劑對不同 吸附質(zhì)吸附力的差異，將油氣中吸附力較強(qiáng)的烴類組分與吸附力較弱的惰性氣體實(shí)現(xiàn)分 離，達(dá)到回收烴類組分外排清潔惰性氣體的目的。美國專利US. Pat. No. 4066423, US. Pat. No. 4276058, US. Pat. No. 4462811，US. Pat. No. 5480475, US. Pat. No. 5951741 等是這類吸附 法油氣回收工藝的典型代表。這些吸附法油氣回收工藝的主要設(shè)備包括兩座內(nèi)部裝填著吸 附劑（通常是活性炭）的吸附床，一個(gè)對吸附床進(jìn)行再生操作的真空泵，和一個(gè)用于吸收脫 附下來的烴類組分的吸收塔。其基本工藝過程是，進(jìn)入油氣回收裝置的油氣交替地穿過兩 座吸附床，當(dāng)穿過處于吸附狀態(tài)的吸附床時(shí)，在常溫、常壓的吸附條件下，油氣中容易被吸 附的烴類組分被吸附劑吸附，不易被吸附空氣則作為尾氣穿透床層排入大氣。當(dāng)吸附床內(nèi) 的吸附劑達(dá)到一定的吸附飽和度時(shí)，兩座吸附床自動(dòng)切換操作，吸附床切換至再生狀態(tài)，而 另一座先前處于再生狀態(tài)的吸附床轉(zhuǎn)換為吸附狀態(tài)。吸附床的再生過程是，首先用真空泵 對吸附床進(jìn)行抽真空，通過真空泵提供的負(fù)壓，將吸附在吸附劑上的烴類組份脫附出來，脫 附出來的烴類組份與吸附床內(nèi)存留的空氣形成非甲烷烴更高的脫附氣，脫附氣經(jīng)過真空泵 升壓至常壓后被引入吸收塔，最終在吸收塔內(nèi)脫附氣中的烴類組分被來自罐區(qū)的汽油吸收 后隨汽油返回罐區(qū)，而吸收塔頂與吸收汽油呈相平衡、非甲烷烴30v%左右的塔頂油氣則與 原料油氣混合。在吸附床再生操作的后期，再從吸附床出口側(cè)引入少量空氣對床層進(jìn)行真 空清洗，通過注入空氣的降低油氣分壓作用，進(jìn)一步將吸附床上吸附的烴類組分脫附下來。 真空清洗結(jié)束后，從吸附床出口側(cè)引入空氣，將吸附床充壓至常壓，完成吸附床再生過程。 兩座吸附床在計(jì)算機(jī)程序控制下周期性切換操作，使整個(gè)油氣回收工藝連續(xù)。通常油氣回 收裝置的切換周期在15min左右，一方面這樣的切換周期與汽車槽車和火車槽車的裝油時(shí) 間大體相匹配，這樣可以最大限度地利用每輛槽車裝油的間隙時(shí)間，同時(shí)吸附床的尺寸以 及再生效率也都在比較合理的范圍內(nèi)。
[0007] 但是對于大規(guī)模油氣量的油氣回收，尤其是大規(guī)模原油油氣的油氣回收來說，采 用現(xiàn)有吸附法油氣回收工藝面臨以下幾方面的困難：
[0008] 首先，由于裝置運(yùn)行時(shí)只有一座吸附床處于吸附狀態(tài)，從吸附劑動(dòng)態(tài)吸附容量、吸 附動(dòng)力學(xué)、吸附床氣相流速和床層壓降、滿足氣體分布要求所需的高徑比等方面看，需要很 大直徑和高度的吸附床才能滿足工藝要求，這會(huì)帶來制造安裝方面的困難，投資也會(huì)大大 增加。其次，由于抽真空負(fù)荷大，尤其是原油油氣回收可能需要更低的抽真空壓力，因而需 要更大負(fù)荷的干式抽真空設(shè)備，因而投資會(huì)顯著增加。還有，整個(gè)裝置的管道閥門的尺寸都 會(huì)很大，可能超出工業(yè)通用設(shè)備的尺寸范圍，這會(huì)給制造、安裝和維護(hù)帶來困難。再有，吸附 床壓力和再生過程真空泵流量波動(dòng)都很大；另外，現(xiàn)有兩床吸附法油氣回收裝置