復疊法油氣分離回收系統及其分離回收方法
2023-06-26 05:13:11 2
專利名稱：復疊法油氣分離回收系統及其分離回收方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體分離回收系統及其分離回收方法，特別是一種復疊法油氣分離回收系統及其分離回收方法。
背景技術：
燃料油(汽油、柴油、煤油)是我國乃至全球使用量最大的交通能源。作為流通商品，燃油在銷售過程中必須經過多層儲運環節，在這些環節中，不可避免的揮發損失約佔到油品總量的1％。這些揮發損失主要發生在煉油廠與油庫、油庫與加油站之間的收髮油品以及加油站向車輛加油的過程中。據統計，2003年我國擁有各類汽車超過1600萬輛，僅消耗汽油就達6000萬噸，在銷售儲運環節「大呼吸」「小呼吸」，以及油品生產環節蒸發損耗超過60萬噸，這相當於每年有近20億人民幣被蒸發損失掉。
大量的油品揮發不僅造成經濟損失，而且嚴重汙染環境，同時還增加了不安全因素。
在1998年國家確定的《常見危害成份及廢物名目》中，汽油、柴油、煤油全部榜上有名。成品燃油主要成份是烷烴、烯烴、芳烴等碳氫化合物，汽油中的芳烴主要是苯、甲苯、混二甲苯等，其中苯是提高汽油抗爆性指標辛烷值的必要組份，但苯本身就是公認的有毒致癌物質並沒有安全下限；油氣中烯烴化合物在空氣中與氮氧化合物(NOx)混合，在強紫外光照射下產生「活化」反應，生成毒性更大的化學煙霧，產生致癌、溫室效應，破壞臭氧層，從而造成生態環境混亂災害。這些物質通過汙染空氣和水，經呼吸、皮膚接觸、飲水等或是直接作用、或是相加作用、或是累積作用而危害人體生命健康。醫學界臨床學者在編寫的《環境中有害因素與人體健康》一書中列舉了汽油、煤油、柴油對人體神精系統(神精分裂症、癔病等)、泌尿系統(慢性中毒腎炎等)、呼吸系統(支氣管刺激炎症、肺炎等)、循環系統(心血管損傷等)、血液系統(再生障礙性貧血、白血病等)所引發的嚴重疾病達十多種。
目前人類社會對油品揮發所帶來的嚴重問題已十分關注，並紛紛制定一系列的油氣排放標準和措施。
以美國為例，美國環保局1978年就實施了《汽油油罐車和油氣收集系統揮發性有機物洩漏控制》的標準(EPA-405/Z-78-051)，美國石油協會1997年發布了《加油站油氣回收系統安裝和測試推薦方案》(PEI/RP300-97)，1997年又修訂了《儲油庫油氣排放標準與檢測方法》(40CFR60Subpart XX 40CFR 63 Subpart R)的內容，美國加州空氣資源局2001修訂《油氣回收檢測標準》(CARBTP-201)的內容。與此同時，與這些標準相對應，先後開發出一系列油氣回收技術，如吸附、吸收、壓縮冷凝、冷凍、膜分離等技術，不僅創造了可觀的回收效益，同時保護了大氣環境，取得了經濟與環保雙重效益。
在國內，油庫(加油站)油氣回收尚處在啟步與摸索階段，目前國內油庫(加油站)中只有極小部分實現了油氣密閉與回收。絕大多數油庫(加油站)仍然將油氣直接向大氣排放。有些發達地區如北京、上海等地已認識到該問題的重要性。作為2008年奧運會的主辦城市北京市已出臺了一些地方標準與法規，北京市環保局、質量技術監督局於2003年8月25日聯合發布了三個地方性標準《加油站油排放控制與限值》(DB11/208-2003)、《油罐車油氣排放控制與檢測規範》(DB11/207-2003)、《儲油庫油氣排放控制與限值》(DB11/206-2003)，並在2004年發布的《北京市第十階段控制大氣汙染公告》中明確要求「儲油庫要嚴格執行《儲油庫油氣排放控制與限值》」，2005年將發布第十一階段公告並提出更高的要求。國家商務部公布了《成品油零售企業(加油站)市場準入標準(徵求意見稿)》，其中6.5.3.2條款要求「大中城市宜採用卸油、加油油氣回收系統」。以上標準與法規的出臺雖然起步較晚，但起點很高，要求很嚴。
現有的油氣分離回收方法有以下幾種1、吸附吸收方法。吸附吸收方法是利用活性炭或其它吸附吸收劑對油氣中的有機組份進行吸附或吸收，然後利用熱能或減壓方式進行解吸再生，再生氣再用汽油、柴油等進行吸收，從而達到油氣分離與回收的目的。這種方法雖可達到理想排放要求，但投資巨大，運行費用高。
2、低溫冷凍分離方法。低溫冷凍方法是將油氣用一級或多級冷凍的方法，在常壓下將溫度冷卻到很低的溫度，如-40℃，-80℃等。由於低溫下油氣中的有機組分飽和蒸汽壓較低，從而使有機組分凝結為液態汽油，而不凝性氣體排放，從而實現分離回收的目的。用這種分離方法要達到理想的排放要求，必須將油氣冷凍到極低的溫度，運行費用很高。
3、壓縮冷凝方法。壓縮冷凝方法是將油氣經壓縮機壓縮到一定壓力後，高溫高壓氣體經水冷卻到常溫，此時有機氣體蒸汽分壓高於其飽和蒸汽壓，從而凝結成優質汽油，不凝性氣體排放，從而達到分離與回收的目的。同樣這種方法要達到很高的排放要求，從經濟上和安全上皆不可行(需要的壓力太高)。
4、膜及膜分離方法。膜是90年代以來高速發展的高分子橡膠態氣體分離膜，該膜是將非多孔性高分子聚合物(如矽像膠等)在多孔性高分子聚合物(如聚醯亞胺、聚碸等)與支撐層(如無紡布等)組成的基膜上塗覆成膜而形成的氣體分離膜，又稱有機蒸汽膜。利用這種膜對有機氣體和氮氣、氧氣等常規氣體有很大的選擇透過性從而達到氣體分離的目的。燃油(汽油、煤油、柴油等)蒸汽中主要有機氣體組分，如丙烷、丁烷、戌烷、庚烷、辛烷、苯等，在壓差的驅動下在膜中溶解、擴散，解溶速率即透過速率比常規氣體(如氮氣、氧氣)快十倍至幾十倍，所以在混合氣體通過膜組時，滲透側形成有機氣體高濃度滲透流，在高壓透餘側形成常規氣體富集的透餘氣流，從而完成氣體分離。這種油氣分離方法的優點是結構簡單、投資省、運行費用低，但缺點也非常明顯，剩餘氣中仍含有一定量的揮發性有機氣體，尤其在進氣中有機氣體濃度較高時(如超過20％)，剩餘氣中揮發性有機組分無法達標排放。另外，混合氣中含有的水蒸汽在膜中透過速度更快，從而無法解決脫水問題。同時，該方法只能回收富含有機組分的氣流，無法直接回收液態汽油再用。
綜上所述，吸附吸收法可以獲得理想的達標排放濃度，但回收效率較低且設備投資較大。如果採用兩級變溫吸收法，可以取得比較滿意的回收效率與排放達標，但設備投資巨大。如200Nm3/h處理量的一套兩級變溫吸收系統進口的需40-50萬美元，即使國產系統亦需超過120萬元/套。壓縮冷凝法與低溫冷凍法雖然投資相對較省，但排放氣濃度很難達標，如果一定要達到標準則壓縮壓力必須很高或製冷溫度必須很低，以低溫冷凍法為例，要達到《儲油庫排放標準與限值》(DB11/206-2003)要求，處理裝置排放濃度在標準狀態下不應大於25g/m3和淨化效率E不應低於98％，低溫冷凍法的製冷溫度需達到-80℃以下，這將使投資與運行費用大增，從而回收裝置經濟效益大打折扣。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有油氣分離回收技術的不足，復疊採用壓縮、冷凝、膜分離方法的油氣分離回收系統及其分離回收方法。
本發明所述的復疊法油氣分離回收系統，包括壓縮機、預冷器、冷凝器、加熱器和膜分離器，並依次相連，膜分離器的出口與壓縮機的進口相連。
在預冷器和冷凝器間設有二級壓縮機。
本發明所述的復疊法油氣分離回收方法是1、油氣經壓縮機壓縮後進預冷器冷卻至常溫並切出飽和水分；2、經壓縮並冷卻後的油氣進冷凝器，冷凝出汽油；3、不凝油氣進加熱器加熱後，進膜分離器，滲透氣回壓縮機入口，透餘氣排空。
本發明將壓縮、冷凝、透膜分離回收方法復疊使用，其工作原理是收集的油氣經壓縮機一級壓縮至3-4Kg/Cm2的壓力後，經冷卻至常溫，此時油氣中水蒸汽組分的蒸汽分壓在空氣溼度較高時(50％以上相對溼度)已超過飽和蒸汽壓，超過60％的水分被冷凝切出，而同時油氣中絕大部分有機氣體的蒸汽分壓仍低於相應的飽和蒸汽壓，有機組分與不凝氣體以氣態通過，經二級壓縮8-12Kg/m2並經冷卻至常溫後，在冷凝器中有機氣體的蒸汽分壓將大大超過其相應的飽和蒸汽分壓，此時70％以上有機組分冷凝成優質汽油回收再用，而不凝氣體加熱10-20℃溫升後進入膜分離器進一步分離，其中滲透氣中富含有機組份氣體返回壓縮機入口循環處理，透餘氣中清潔空氣排放到大氣中去。
本發明與現有技術相比，其顯著優點是1、系統結構簡單，分離回收效果好，運行成本低廉。2、集壓縮、冷凝、膜透分離回收方法的優點為一體，使得本發明更能廣泛地被運用於各種油氣處理場所。3、排放指標能夠符合國內外最嚴格的環保排放標準要求。
四
附圖是本發明的結構示意圖。
五具體實施例方式
如圖所示，本發明設計的油氣分離回收系統，由壓縮機1、預冷器2、二級壓縮機6、冷凝器3、加熱器4和膜分離器5組成，其中各裝置均為現有結構和技術，在此不再詳述。其連接關係是壓縮機1的出口與預冷器2的進口連接，預冷器2的出口與二級壓縮機6的進口連接，二級壓縮機6的出口與冷凝器3的進口連接，冷凝器3的出口與加熱器4的進口連接，加熱器4的出口與膜分離器5的進口連接，膜分離器5的芯管出口與壓縮機1的進口連接。冷凝器3設有冷卻水進出口和汽油出口。
該分離回收系統為混合氣(含一種或多種有機氣體，包括但不限於烷烴、烯烴、芳烴、醋酸類、酮類、醚類、滷化碳氫化合物類等，與一種或多種常規氣體，包括但不限於氧氣、氮氣、二氧化碳、一氧化碳等混合的氣體)經過任何形式的單級或多級壓縮(包括但不限於活塞式、螺杆式、隔膜式等)和冷凝，並充分利用不凝性氣體的餘壓做為非多孔性橡膠態高分子氣體分離膜組件的分離動力，膜分離滲透氣回壓縮機入口循環處理，膜透餘氣排放。
利用上述系統進行油氣分離回收處理時，其主要工藝節點狀態參數如下表所示
以混合氣200Nm3/h處理量為例，其主要工藝節點流量復疊結果是
其系統分離效果1、處理裝置標準狀態下排放有機氣體≤15g/m3。
2、處理裝置淨化效率E＝[1-(1-C進)C出/(1-C出)C進]×100％≥98.8％。
式中E-淨化效率；C進-進口平均濃度(有機氣體V/V％)；C出-排放平均濃度(有機氣體V/V％)。
權利要求
1.一種復疊法油氣分離回收系統，其特徵在於它包括壓縮機(1)、預冷器(2)、冷凝器(3)、加熱器(4)和膜分離器(5)，並依次相連，膜分離器(5)的出口與壓縮機(1)的進口相連。
2.根據權利要求1所述的復疊法油氣分離回收系統，其特徵在於在預冷器(2)和冷凝器間(3)設有二級壓縮機(6)。
3.根據權利要求1或2所述的復疊法油氣分離回收系統，其特徵在於冷凝器(3)設有冷卻水的進出口和汽油出口。
4.權利要求1所述的復疊法油氣分離回收系統的分離回收方法，其特徵在於該方法包括以下步驟(1)油氣經壓縮機壓縮後進預冷器冷卻至常溫並切出飽和水分；(2)經壓縮並冷卻後的油氣進冷凝器，冷凝出汽油；(3)不凝油氣進加熱器加熱後，進膜分離器，滲透氣回壓縮機入口，透餘氣排空。
5.根據權利要求4所述的復疊法油氣分離回收系統的分離回收方法，其特徵在於經壓縮機壓縮後的壓力為8-12Kg/m2，可先預壓縮至3-4Kg/Cm2的壓力。
6.根據權利要求4所述的復疊法油氣分離回收系統的分離回收方法，其特徵在於經加熱器加熱後的溫度為10-20℃。
全文摘要
本發明公開了一種復疊法油氣分離回收系統及其分離回收方法，分離回收系統包括壓縮機、預冷器、冷凝器、加熱器和膜分離器，並依次相連，膜分離器的出口與壓縮機的進口相連。分離回收方法是油氣經壓縮機壓縮後進預冷器冷卻至常溫並切出飽和水分；經壓縮並冷卻後的油氣進冷凝器，冷凝出汽油；不凝油氣進加熱器加熱後，進膜分離器，滲透氣回壓縮機入口，透餘氣排空。本發明的其顯著優點是系統結構簡單，分離回收效果好，運行成本低廉。集壓縮、冷凝、膜透分離回收方法的優點為一體，使得本發明更能廣泛地被運用於各種油氣處理場所。
文檔編號B01D53/00GK1621131SQ20041006497
公開日2005年6月1日 申請日期2004年10月15日 優先權日2004年10月15日
發明者黃道軍 申請人:黃道軍