周健生

安徽萬緯工程管理有限責(zé)任公司,　安徽　安慶　246001

0　前言

航空煤油是多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?其中的烴類組分具有很強(qiáng)的揮發(fā)性,在儲運(yùn)過程中不可避免地會有一部分烴類組分汽化后排入大氣,造成蒸發(fā)損耗、環(huán)境污染和安全隱患,傷害人體健康，引發(fā)燃燒爆炸。因此,航空煤油儲運(yùn)環(huán)節(jié)的油氣污染治理和安全隱患消除迫在眉睫,大力推進(jìn)油氣回收技術(shù)和工程應(yīng)用勢在必行[1-4]。中國石化某分公司航空煤油儲運(yùn)裝置構(gòu)建一套油氣回收器對航空煤油儲運(yùn)過程中的油氣進(jìn)行回收利用,避免了環(huán)境污染,消除了安全隱患。

1　油氣回收技術(shù)

目前國內(nèi)外油氣回收主要有冷凝、吸附、吸收和膜分離等技術(shù),每種技術(shù)都有其最佳應(yīng)用范圍、最優(yōu)回收工況,但也有各自的缺陷。利用幾種技術(shù)的集成組合,發(fā)揮每種技術(shù)的優(yōu)勢,是油氣回收技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的一個方向[5-13]。

該分公司采用油氣冷凝和吸附技術(shù)的組合對航空煤油油氣進(jìn)行回收利用[14-19]。油氣冷凝回收技術(shù)利用制冷原理和油氣組分的基本熱力學(xué)性質(zhì)將油氣的熱量置換出來,實(shí)現(xiàn)油氣組分從氣相到液相的直接轉(zhuǎn)換。航空煤油烴類組分在不同溫度下的蒸汽壓存在差異,通過降溫使油氣中一些烴類蒸汽壓達(dá)到過飽和狀態(tài),過飽和

油氣組分產(chǎn)生相變,從氣相變?yōu)橐合?得到可直接利用的液態(tài)航空煤油。

油氣吸附回收技術(shù)利用多孔固體介質(zhì)(吸附劑)將航空煤油油氣中的烴類組分捕獲,收集在吸附劑孔隙中,將其與空氣分離;當(dāng)吸附劑吸附的烴類組分達(dá)到飽和時,吸附劑通過抽真空解析再生,脫附出來的氣態(tài)富集油氣再次冷凝,轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)航空煤油。

2　結(jié)構(gòu)設(shè)計

航空煤油油氣回收器由冷凝回收、吸附回收和航空煤油回送3個單元組成,處理量200 m3/h。油氣回收器結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖1。

2.1　冷凝回收單元

油氣經(jīng)冷凝回收單元中的換熱預(yù)冷和機(jī)械制冷設(shè)備冷卻降溫后冷凝為液體,再被回收利用。換熱預(yù)冷為單級冷卻系統(tǒng),由引風(fēng)機(jī)和預(yù)冷器組成;機(jī)械制冷為2級制冷系統(tǒng),一級制冷系統(tǒng)由1套壓縮機(jī)和風(fēng)冷器制冷機(jī)組組成,二級制冷系統(tǒng)由2套壓縮機(jī)和風(fēng)冷器制冷機(jī)組A和B組成,一套工作,另一套備用。

為了節(jié)能降耗,換熱預(yù)冷系統(tǒng)利用通過預(yù)冷器管程的經(jīng)2級機(jī)械制冷冷凝器冷卻的低溫氣體與通過預(yù)冷器殼程的油氣換熱,將油氣溫度從環(huán)境溫度降至3～5℃,使油氣中絕大部分水蒸汽冷凝液化。

1.進(jìn)氣控制電磁閥V 9;2.壓力控制器P1;3.預(yù)冷器;4.一級冷凝器;5.一級壓縮機(jī);6.一級壓縮機(jī)風(fēng)冷器;7.二級壓縮機(jī)A;8.二級壓縮機(jī)A風(fēng)冷器;9.二級冷凝器;10.二級壓縮機(jī)B;11.二級壓縮機(jī)B風(fēng)冷器;12.分離罐;13.吸附罐A;14.吸附-再生控制電磁閥V 1-V 8;15.阻火排氣口;16.吸附B;17.溫度控制器T 1-T 6;18.真空泵;19.暫存罐;20.液位控制器L 1;21.輸油泵;22.引風(fēng)機(jī);23.流量控制器F 1

圖1油氣回收器結(jié)構(gòu)設(shè)計

經(jīng)預(yù)冷器預(yù)冷后的油氣進(jìn)入一級冷凝器,油氣溫度被冷卻至-30℃,冷凝回收油氣中近一半的烴類組分;然后油氣進(jìn)入二級冷凝器,二級冷凝器將油氣冷卻至-73℃,使油氣中大部分高濃度烴類組分冷凝液化。

2.2　吸附回收單元

油氣吸附回收單元由2個吸附罐(A和B)、吸附-再生控制電磁閥、溫度控制器、阻火排氣口、真空泵等設(shè)備組成。吸附罐內(nèi)的吸附劑采用吸附性能良好的活性炭,活性炭的再生采用干式真空泵真空脫附和空氣吹掃。兩個吸附罐按照設(shè)定的時間進(jìn)行吸附或再生自動輪流切換,實(shí)現(xiàn)循環(huán)運(yùn)行?！拔?再生”過程設(shè)計為:

2)當(dāng)吸附罐B進(jìn)入“再生”狀態(tài)時,電磁閥V 3打開,V 2、V 4、V 6、V 8關(guān)閉,干式真空泵對吸附罐B抽真空至10 kPa(a)以下;活性炭孔隙中的烴類組分被脫附,送入冷凝回收單元的前端,再一次被冷凝回收處理;為了保證活性炭床中的烴類組分被徹底脫附,在再生后階段電磁閥V 8打開,引入少量空氣對炭床進(jìn)行吹掃,并使罐內(nèi)的壓力逐步恢復(fù)至常壓;脫附過程完成后,吸附罐B等待進(jìn)入下一個“吸附”狀態(tài)。

2.3　航空煤油回送單元

航空煤油油氣經(jīng)過冷凝和吸附單元處理后成為含有雜質(zhì)的液態(tài)航空煤油,進(jìn)入航空煤油回送單元收集后,送至航空煤油生產(chǎn)裝置處理。航空煤油回送單元由輸油泵、暫存罐、液位控制器L1等設(shè)備組成。當(dāng)暫存罐內(nèi)回收油的液位達(dá)到設(shè)定的高液位時,輸油泵自動啟動,將回收油加壓泵送到油罐區(qū);當(dāng)回收油的液位下降到設(shè)定的低液位時,輸油泵自動停止。暫存罐內(nèi)的殘留油氣從罐頂引至冷凝回收單元前端,再次冷凝回收處理。

3　設(shè)備選型

3.1　制冷機(jī)組

制冷機(jī)組選用比澤爾公司產(chǎn)品,一級制冷機(jī)組為SV-JZ-300 H-A,二級制冷機(jī)組為SV-JZ-300 H-B。為提高制冷效率保證穩(wěn)定運(yùn)行,機(jī)組配有相序、缺相、高低壓、過載等保護(hù)功能,確保機(jī)組安全可靠運(yùn)行。

3.2　真空泵

活性炭吸附劑再生所用的真空設(shè)備選用干式螺桿真空泵[20],選型阿法帕DPD-040真空泵。干式螺桿真空泵的能耗較低,占地面積較小,能在全天候狀態(tài)下工作,運(yùn)行溫度不超過40℃。通過自動控制系統(tǒng)控制其轉(zhuǎn)速,將功率消耗直接與烴類組分的脫附量聯(lián)系在一起,以降低吸附劑過熱風(fēng)險。當(dāng)烴類組分濃度升高后,能自行處理掉泵中的液滴。

3.3　控制系統(tǒng)

油氣回收器的油氣入口設(shè)計流量控制系統(tǒng)(F 1)和壓力控制系統(tǒng)(P 1)等監(jiān)控系統(tǒng)對進(jìn)入回收器的油氣流量和壓力進(jìn)行控制。流量和壓力變送器選用羅斯蒙特3051變送器系列產(chǎn)品。暫存罐設(shè)計液位控制系統(tǒng)(L1),主要管道上安裝就地壓力表,對收集和輸送管路壓力進(jìn)行監(jiān)測。電器控制組件選用施耐德MSX-160電器組件。

4　安裝調(diào)試

4.1　充注制冷劑和潤滑油

制冷機(jī)組是油氣回收器的關(guān)鍵設(shè)備,安裝后首先進(jìn)行制冷劑和潤滑油充注。對壓縮機(jī)的高、低壓側(cè)抽真空后充注制冷劑;再連接制冷劑儲液罐,利用壓差的作用使制冷劑壓入冷凝器內(nèi),直到壓入機(jī)組的制冷劑量達(dá)到機(jī)組規(guī)定重量;然后添加機(jī)組專用潤滑油;機(jī)組投運(yùn)一個月后更換一次潤滑油。

4.2　參數(shù)調(diào)整

油氣回收器入口油氣壓力設(shè)計為200 Pa,調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥V 9開啟的壓力,使之為200 Pa;調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)的起動壓力,當(dāng)油氣入口壓力小于200 Pa時,引風(fēng)機(jī)由壓力控制系統(tǒng)(P 1)控制,自動起動,將壓力提高到200 Pa。

由于活性炭吸附烴類組分為放熱過程,過高的溫度會使活性炭失效或引發(fā)安全事故,因此炭床的上、中、下位置設(shè)計多個測溫點(diǎn)(T 1～T 6),設(shè)定炭床各位置高溫報警值,溫度控制系統(tǒng)在溫度超限時報警,并自動切換至另一個吸附罐進(jìn)行吸附,該罐進(jìn)行解析再生。

5　特點(diǎn)及效果

5.1　設(shè)計特點(diǎn)

采用冷凝和吸附技術(shù)組合的油氣回收器設(shè)計具有以下特點(diǎn):

1)冷凝技術(shù)與吸附技術(shù)相組合,吸取兩種技術(shù)優(yōu)點(diǎn),排放氣體濃度低于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。

2)吸附設(shè)備安全保護(hù)系統(tǒng)能有效防止活性炭吸附熱效應(yīng)引起的活性炭失效,延長活性炭使用壽命。

3)冷凝單元出口低濃度余氣中的烴類組分濃度被大大降低,減少了吸附單元活性炭用量,并使吸附罐體積縮小、降低油氣回收器能耗。

5.2　應(yīng)用效果

6　結(jié)論

采用冷凝和吸附技術(shù)組合的航空煤油油氣回收器進(jìn)行油氣回收是航空煤油儲運(yùn)節(jié)能環(huán)保的有效措施。冷凝油氣回收技術(shù)應(yīng)用制冷技術(shù),通過逐級降溫實(shí)現(xiàn)油氣的分離和回收,回收的液體為純質(zhì)、液態(tài)航空煤油,可直接回用;吸附油氣回收技術(shù)對低濃度油氣中的烴類組分進(jìn)一步吸附,二者的組合保證了航空煤油儲運(yùn)過程中排放的氣體符合國家排放標(biāo)準(zhǔn),具有良好的油氣治理效果和環(huán)境保護(hù)社會效應(yīng)。