冷凝法油氣回收的原理及工藝流程
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[時間:2009-10-09 油氣回收 關注度:0]
摘要: 冷凝法回收油氣設施是采用多級連續冷卻方法降低揮發油氣的溫度，使油氣中的輕油成分凝聚為液體而排出潔凈空氣的一種回收方法。冷凝法回收裝置的冷凝溫度一般按預冷、機械制冷、液氮制冷等步驟來實現，具有安全性好、油氣回收率高、符合環保要求、設備成套...
冷凝法回收油氣設施是采用多級連續冷卻方法降低揮發油氣的溫度，使油氣中的輕油成分凝聚為液體而排出潔凈空氣的一種回收方法。冷凝法回收裝置的冷凝溫度一般按預冷、機械制冷、液氮制冷等步驟來實現，具有安全性好、油氣回收率高、符合環保要求、設備成套裝配、安裝簡單、運行過程自動化、使用維護簡便、投資回收期短等特點。
一、冷凝法回收裝置的工作原理及工藝流程
冷凝法又可分為冷凝壓縮法和直接冷凝法，直接冷凝法將油氣直接冷凝成液體回收，這種方法由于在低溫下操作，安全性好，所用的設備較少，在一定規模下運行時，運行費較低，經濟效益較好，成為近年來優先選用的方法之一。美國Edwards Engineering公司是直接冷凝法油氣回收工藝的典型代表，目前直接冷凝法油氣回收裝置有SVR、DE、LN2、RECOGEN 4個系列，在世界各地已有500多套投入使用。圖2.1所示為直接冷凝法工藝流程，冷凝法回收裝置一般采用多級連續冷卻方法降低油氣的溫度，使之凝聚為液體回收。根據揮發油氣的成分、要求的回收率及最后排放尾氣中的油氣含量來確定冷凝裝置出口處油氣的溫度值。
冷凝法回收裝置的冷凝溫度一般按預冷、機械制冷、液氮制冷等步驟來實現。預冷器是一單級冷卻裝置，其運行(冷凝)溫度在油氣各成分的凝固溫度以上，使進入回收裝置的油氣溫度從環境溫度下降到4℃左右，使油氣中的大部分水汽凝結為水，從而使進入低溫冷凝器的揮發氣狀態標準化(一致)，減少回收裝置的運行能耗。油氣離開預冷器后進入機械制冷級，機械制冷級可使大部分油氣冷凝成為液體回收。若需要更低的冷卻溫度，則機械制冷級之后連接液氮制冷，這樣可使油氣回收率達到99％。單級機械制冷裝置的工作溫度范圍為－35～10℃，串聯機械制冷裝置壓縮由淺冷(高溫)級和深冷(低溫)級組成，其工作溫度為－73～－40℃，有液氮制冷的深冷裝置工作溫度可達到－184℃。
油氣在冷凝器金屬翅面上被帶走熱量而冷凝成液體回收，由于油氣中難免帶入水汽，在冷熱交換的翅面上會有凝霜，凝霜過多要影響熱交換效率，因而冷凝器需要定期除霜。一般以24h為一周期的時間內，需停止運行1～2h作為除霜時間。有的回收裝置采用兩套冷凝系統交替工作，則不需專門安排停機時間來給冷凝器除霜。除霜系統所需熱量來自壓縮機的氣體-液體熱交換器，通過冷凝器中的第二套管道傳送熱暖流使冷凝器上的結霜融化。
回收裝置可以按設定程序自行運行而無需人員值守。全部控制系統、機械制冷設備、各種檢測儀表(如流量記錄、氣體分析等) 都安裝在人可進入的密閉箱體內，所有設備都安裝在型鋼做成的框座上，可以方便地起吊運輸和安裝在水泥平臺上。進行熱交換的冷凝管、除霜管及其翅片安裝在有隔熱保護層的冷凝箱內，冷凝箱與密閉箱之間有往返傳遞冷量和熱量的管道相連接。油氣在冷凝箱中冷凝得到的汽油和水都通過沉淀分離器進行油水分離，儀表計量出回收汽油的數量，油泵將油送回油罐或直接使用，冷凝水則排放到污水池處理。
用冷凝法進行汽油油氣回收所得到的汽油數量與進入回收裝置的油氣濃度及裝卸汽油的數量有關，回收裝置的效益還取決于其能量消耗。美國Edwards Engineering公司根據其多年生產油氣設備的實際經驗得出：若油氣的濃度為40％時，每裝載1000加侖(1加侖=3.785dm3，下同)汽油，大約可回收1.7加侖汽油。中石化銷售公司曾引進一套DEC-900型直接冷凝法油氣回收裝置，試運行半年多，于1991年12月18日由中石化銷售公司主持驗收。評審紀要認為該裝置處理油氣能力為100m3／h，回收率達88％以上；1999年因油庫周轉量銳減、缺乏油氣來源而將該裝置轉讓給鎮海煉化公司，同年調試運行正常，回收率在96%左右，即使在油氣回收效率不高的除霜階段，其回收率也達87％。此外，邯鄲石油公司直屬油庫也自行設計安裝了水冷油氣回收裝置。
另一種冷凝油氣回收工藝是利用感應式發電機組代替液氮冷卻系統，油氣經過預冷、一級和二級冷卻回收85％～90％，其余的10％～15％用于發電，產生的電能等于或略大于冷凝設備所需的電量。但其設備造價比深冷工藝高10％～15％；此外，該裝置需要一個緩沖罐，以儲存裝卸高峰時的大量油氣，保證供給油氣平穩，避免發電機頻繁啟動和停機。該裝置排放的尾氣中油氣含量低于1mg／L。
二、冷凝法回收油氣的應用范圍
在單個儲罐儲存條件下，將冷凝器安裝在儲罐拱頂的排氣口，制冷裝置安裝在儲罐附近地面，用管道將冷媒往返送到冷凝器帶走熱量，儲罐中的揮發氣在排氣口被冷凝后，在重力作用下流回儲罐。其流程圖見圖2.2。
如果多個儲罐所儲存的油料相同，最經濟的辦法是將各罐頂排氣口用管道連通到一個共同的回收裝置中，再將冷凝回收的液體打回儲罐，見圖2.3。如果多個儲罐所儲存的油料各不相同，則要求各自單獨冷凝。可在每個儲罐上安裝一個排氣口冷凝器，由同一個制冷裝置向各冷凝器供給冷媒制冷，見圖2.4。
如果儲罐罐頂結構妨礙安裝排氣口冷凝器，則可將冷凝器制冷裝置安裝在地面，罐內氣體用管道送到冷凝器，冷凝后的液體用泵輸回罐內。
冷凝法回收裝置用于油庫裝車、裝船時的流程見圖2.5和圖2.6。
三、冷凝法回收汽油油氣的經濟效益
用冷凝法回收汽油油氣的經濟效益與進入回收裝置的油氣濃度及油氣數量有關，而所排放油氣的數量則與裝卸汽油的數量成正比。因此，油氣回收裝置的經濟效益取決于汽油裝卸數量、氣溫、裝卸方式等，同時也與回收裝置本身的能耗有關。有關冷凝法回收油氣的收益與裝載量之間的關系見圖2.7。
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