膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨(DOC 114页)

膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 摘 要 石油及其产品在加工和储运过程中产生的蒸发损耗是困扰石油加工储运和 环保行业的重要课题，推广和采用油气回收技术十分迫切和重要。本文在简单介 绍吸附法、吸收法、冷凝法等常见油气回收技术技术的基础上，重点介绍了气体 膜分离的基本原理和工艺流程。鉴于气体膜分离技术具有清洁环保、简便易用等 优点，本文针对国内外加油站油气回收技术的现状与存在的问题，提出国内应尽 快推广膜分离技术进行加油站第二阶段的油气回收。除此之外，通过分析总结国 内外典型的油气回收工艺流程，本文提出了一种油气回收通用实验研究平台的建 设方案及相应的工艺流程，并在此基础上，结合具体的油气回收处理量进行了膜 组件的结构设计，进行了相应的三维实体造型。 关键词：油气回收，加油站，膜技术 V 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 Abstract It is urgent to develop and popularize the technology of oil vapor recovery since oil vapor loss during petroleum products processed, stored and transported having become a serious problem in industries of petroleum and environmental protection for a long time. Brief introduction about three traditional types of oil vapor recovery method i.e absorption, adsorption and condensation were carried out in this paper. This paper mainly fixed on principles and processes of the membrane technology for gas separation which was cleaner, more adaptive to environment and easier handling. Based on the situation of petrol station oil vapor recovery in domestic and abroad, membrane technology for gas separation in the second stage of petrol station oil vapor recovery is in bad need of spreading. After analyzing and summing-up the typical vapor recovery process, the author put forward an experimental project and process for oil vapor recovery system. In addition, according to actual oil vapor treated in practice, detailed designs of the membrane module structure and computer solid simulation were also involved in this paper. Key words ：oil vapor recovery, petrol station, membrane technology VI 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 目 录 第一章 前 言 . 1 1.1 油气回收的工业背景及意义 . 1 1.2 常规油气回收技术 . 3 1.3 膜法油气回收技术 . 12 1.4 面向加油站的膜法油气回收技术. 17 1.5 本文的工作内容 . 26 第二章 气体膜分离基础及工业应用 . 28 2.1 气体膜分离材料 . 28 2.2 气体膜分离的机理 . 30 2.3 气体分离膜组件 . 32 2.4 有关气体分离膜的性能参数 . 36 2.5 气体膜分离的发展趋势 . 36 2.6 气体膜分离技术的工业应用 . 37 第三章 实验装置的流程及结构设计 . 56 3.1 实验装置说明. 56 3.2 膜分离器的设计 . 62 3.3 膜分离器的计算机辅助设计 . 63 第四章 试验装置的技术经济分析 . 65 第五章 结论与展望 . 67 参考文献 . 69 致 谢 . 72 附 录 . LXXIII VI 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 第一章 前 言 1.1 油气回收的工业背景及意义 油气蒸发损耗的现状 石油及其产品是多种碳氢化合物的混合物，其中的轻组分具有很强的挥发性。 在石油的开采、炼制、储运及销售过程中，由于受到工艺技术及设备的限制，不可 避免地会有一定部分较轻的液态组分气化逸入大气，造成不可回收的损失，这种现 象称为石油的蒸发损失。油品蒸发损耗属于自然损耗，多以缓慢的形式持续发生， 所以其损耗量的大小常常被产品计量误差所掩盖，不易引起人们的重视。但是典型 的调查资料表明，油气蒸发损耗的数量是十分惊人的。据 1995 年第四届国际石油 会议的报道，美国油气蒸发损耗数量占美国当年原油产量的 3 ，即蒸发损耗量每 年达 1200 万吨。具有关部门统计，世界其他国家的油气蒸发量也近乎占到各国原 油产量的 3%左右。在我国，由于油品储存和装卸还未能采用压力平衡系统实现全 密闭操作，油品损失尤为严重。据统计，一个年加油量 注:加油量是指油库给油槽 车加注汽油的总量 达 20 万吨 600 吨/天 的油库一年因装卸油造成的油气挥发损耗 为 350 吨左右。按照目前 90#汽油 3750 元/ 吨的价格计算，一年损失的总金额就达 130 多万元，其中还没有考虑油价上涨的因素。这些数据表明，油品蒸发损耗的数 量确定是相当可观的，这对当前世界范围内普遍存在的经济危机来说愈加显得问题 严重。 油品蒸发损耗的危害性1 汽油的爆炸极限 体积分数 为 0.01 0.06 ，汽油蒸气的密度约为 3.0 -3 -3 3.1kg?m STP ，空气的密度为 1.1kg?m STP 。因此，油品在储存、收发、销售过 程中，严重超过火灾爆炸极限、密度比空气大的高浓度的油气大量蒸发排放扩散， 并主要漂浮聚集在地面空间，给企业及社会带来了许多严重危害性。 1. 危及各个石油储运环节的安全 统计结果表明，在 222 例火灾爆炸事故中，由于油气引起的就有 101 起，占 45.5% 。成品油库各区的火灾发生率统计结果为:罐区：6.94%，接卸区：27.78% ， 发油区：36.0%，这三个区占 71% 。 2. 污染环境，产生不同程度的破坏 1 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 油气是气相烃类的有毒物质，比重大于空气而漂浮于地面上，从而加剧了对人 及周围环境的影响。一般裂化汽油比直馏汽油毒性大，如汽油中含不饱和烃、芳香 烃等，对大气的污染就更为严重了。人吸入不同浓度的油气，会引起慢性 轻度 中 毒或急性 重度 中毒，其呼吸系统、神经中枢系统受破坏较大，芳香烃含量大还会 影响造血系统。 表 1-1 不同浓度烃蒸汽对人体危害 烃浓度 g/m 危害程度 3849 短期接触咳嗽，眼、咽喉有刺激症状，长期接触能引起昏眩及死 2530 亡 长期接触有生命危险 1020 有急性中毒症状 9.511.5 有明显的粘膜刺激等 3.23.9 鼻及咽喉有刺激症状，少数人步态不稳 0.61.6 部分人有头疼，咽喉不适、咳嗽及粘膜刺激症状 3. 浪费能源，造成严重的经济损失 经测算，对于汽油年周转量 20 l04 吨的中型油库，单以 1 次的装车损耗量为 例，其年最小装车损耗量为 166t，汽油价格按 3500 元/t 估算，则年经济损失最少 4 4 为 58.l 10 元。我国 2003 年汽油产量为 477 10 吨，随着我国经济的发展和人民 生活水平的提高，汽油产量及消耗量还会有较大的增长，而且汽油从炼油厂到用户 的周转环节繁多复杂，其损耗量及带来的经济损失是十分惊人的。以北京为例，目 4 4 前已达到年消耗汽油 200 10 吨的水平，估计北京上空每年都将增加 1.410 吨 以上的汽油成分，这是一个十分严重的问题。 4. 降低油品质量，影响油品正常使用 由于损耗的物质主要是油品中较轻的组分，因此油品蒸发损耗不仅造成数量损 失，还将造成质量下降。如汽油随着轻馏分的蒸发损耗，汽油的初馏点和 10%点升 高，汽化性能变坏，即汽油的启动性能变差。此外，蒸发损耗还将加速汽油氧化， 增加胶质，降低辛烷值。 油品蒸发损耗的排放标准 鉴于油品蒸发损耗的严重性及危害性，随着科学技术的发展，人们对能源的利 用日趋合理，对环保和防火安全要求越来越高，因此如何减少在灌装运输中油品损 耗，成为研究课题。从 60 年代起，国外先进工业国家就将油气回收处理作为降低 油品蒸发损耗及防止油气污染的重点技术加以研究推广，并且对油气的排放标准加 以立法。70 年代，世界上技术先进的国家，如美国、日本、西欧国家已广泛采用 2 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 油气回收技术。我国在 1996 年出台的国家标准大气污染物综合排放标准 GB 16297-1996 规定：非甲烷总烃最高允许排放浓度为 150mg/L。按照这一标准，在轻 质油品的装车、装船过程中，必须采用一定的油气回收方法，以控制油蒸汽的排放 浓度。部分国家和地区的油气排放标准见表 1-22 。 表 1-2 各国油气排放标准 国别 排放空气中烃的含量/g?m-3 备注 中国 0.15/0.12 非甲烷总烃浓度 现有污染源、新污染源 欧共体 35 烃浓度 净化空气 美国 10 烃浓度 净化空气 德国 0.15 烃浓度 尾气 1.2 常规油气回收技术 从原理上来看，防止油品蒸发损耗及对环境污染的技术措施可分为三个方面： 一是抑制油品蒸发排放损耗；二是焚烧油品蒸发排放气；三是收集油品蒸发排放气 并加以回收处理。显然，第一点对大量的车船装卸油作业的收发油作业就很难有所 作为；第二点则经济性不好。因此，在当今油品收发作业日益频繁、油品使用量日 益增加、能源供给日益紧张、环保要求日益严格的情况下，大力开展油气回收处理 更具有明显的社会效益和经济效益，同时也是从根本上解决油品蒸发损耗问题的关 键途径。 油气回收是将汽油等易挥发油品在储运过程中挥发的油气收集起来，经过油气 回收装置的处理，重新制成汽油。油气回收装置的功能是将储运过程中排出的含烃 气体中的油气通过适当的手段与空气分离并回收下来，经过油气回收装置的处理， 重新制成汽油，净化后的气体排入大气。 现阶段传统的油气回收工艺有四种：燃烧法、冷凝法、吸收法、吸附法。回收 系统的回收率为 9099%，这主要取决于含烃气体处理的方法、所处理含烃气体的 浓度和组成等。 燃烧法 燃烧法是指在高温下用空气氧化处理难降解有机物的一种比较有效的方法，属 于破坏性的去除法。当有机物不能用其他方法有效处理时，常采用焚烧的方法，将 有机气体氧化为 CO 和 H O 。该法主要优点：VOC 去除率高，一般可达 90% 以上， 2 2 S 不产生二次污染物，无需再处理设备。缺点是燃料消耗大，且不利于油气回收。 3 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 冷凝法 冷凝法是20 世纪 90 年代以来优先选用的回收方法，该工艺的应用也比较普遍， 是目前国内外油气回收所采用的主要方法之一。工作原理：通过将操作温度控制使 油气冷却到 4 ，使油气中的大部分水蒸汽凝结、脱除，然后再冷却到-73，使约 90% 的汽油蒸汽冷凝成液体汽油，直接回收。回收率在美国已经能够达到 35mg/L 的油气排放标准。它借助热交换器进行传热冷凝回收，这种方法最大的优点是回收 的烃类液体不含杂质。美国 EDWARDS 公司还生产了不需外界电能、可自行发电 的冷凝法油气回收装置 RECOGEN 系列装置 。有了这种装置，可以使回收率高达 99% 以上，满足更高的排放标准的要求。据Edwards 公司介绍，炼油厂、油库如采 用冷凝法油气回收装置，大约 4 年左右，回收油气的经济效益可支付该装置投资。 3 该法用于加油站油气回收过程的原理如图 1-1 所示 ： 图 1-1 加油站密闭加油及油气冷凝回收系统 油气冷凝法的流程优点：适用于有高峰流量的大型装运设施 船运码头 的油气 回收；对于含较高吸收热的组份、高浓度烃含量的油气的吸收不存在安全问题；吸 3 收率比较高，排放气体含烃量一般为 20g/m ，满足一般的油气排放要求。 吸收法 吸收法首先将储运过程产生的含烃气体引入吸收塔，使吸收剂与油气逆流接 触，油气被吸收剂吸收下来。吸收了油气的富吸收剂进行解析，解吸出来的油气再 经油品进行吸收，原理如图 1-2 所示4 。吸收法分为常温吸收法和变温吸收法。常 温吸收法是在常温常压下，利用吸收剂使其与排放气体接触以去除油蒸汽的一种方 法。减压解吸，变温吸收法在低温下吸收，加热解吸。变温吸收流程自 1983 年开 发至今，在世界范围内已有不少应用。常温吸收法是美国 70 年代、欧洲 80 年代较 4 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 为流行的装置，随着环保要求的提高，自 90 年代以来已逐渐由其它方法所取代。 图 1-2 吸收法油气回收原理图 吸收法工艺比较简单，设备投资较低，操作和维修费用基本与碳吸附法相当， 由于吸收介质是采用煤油和吸收液，因此没有二次污染问题。但该工艺的回收效果 较差，采用煤油做吸收液仅能达到 80mg/L 的尾气排放标准，如果采用专用吸收液 基本上可以达到 35mg/L 的尾气排放标准。但由于专用吸收液的使用寿命较短、费 用较高。因此，该工艺方法仅适于油气排放控制要求不高地区。 活性碳吸附法 活性炭吸附法油气回收工艺是世界上低蒸汽压油气回收经济效益最高，应用最 为广泛的工艺之一。20 世纪 70 年代在美国开始应用，现已在世界范围内推广。该 流程相对简单并且回收效率很高，特别适用于汽油油气回收。吸附分离过程是利用 混合物中各组分与吸附剂之间结合力强弱的差别，即在吸附剂与流体相间分配不同 的性质，使混合物中难吸附与易吸附组分实现分离。它的特点是合适的吸附剂对各 组分的吸附有很高的选择性。吸附分离技术已在各行业得到广泛的应用和发展，并 也成为一项重要的气体分离技术。用于油气分离的吸附剂除一般要求外，还应具有 压降小、比热容及导热系数大、劣化度小、使用寿命长等特点。 1. 国外的研制情况 目前，许多油气回收行业中的佼佼者都在采用并继续发展这一回收工艺。其中 有四家公司处于国际领先地位。这四 家公司是美国乔丹技术公司 Jordan Technologies 、美国西迈克斯公司 Symex Americas 、美国约翰公司 John Zink Co. 、 丹麦库索深公司 CoolSorption 。这里结合最具有代表性的美国乔丹技术公司 Jordan 5 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 Technologies 和美国西迈克斯公司 Symex Americas 的产品工艺流程进行介绍。 1 美国乔丹公司活性炭吸附法油气回收装置的运行流程5 图 1-3 乔丹公司活性炭油气回收工艺流程 基于活性炭油气回收的工作原理，乔丹公司的工艺流程如图 1-3 所示。当油罐 车开始装油时，罐口产生的油气经电动阀 V521 进入活性炭床 520，混合气体在经 过活性炭层时，其中的烃类被吸附在活性炭表面，而净化后的空气则由出口被排向 大气。当吸附量达到设定升数时，汽油供给和返回线上的切断阀 V540 和 V570 打 开，启动汽油供给泵 P3 和汽油返回泵 P4 使汽油开始循环。在此过程当中两个炭床 交替切换再生。 打开乙二醇的电磁阀和控制阀，同时启动真空泵 P1 和乙二醇泵 P2 。当真空泵 入口管线的真空度达到设定值，控制系统打开活性炭床的再生阀，对活性炭床进行 再生，再生方式为真空脱附和空气吹扫，真空脱附是指再生后期引入干净空气使更 多的烃类从活性炭床上脱附下来的过程。 当活性炭床内的油气被真空泵 P1 吸出时，与真空泵的封液乙二醇混合进入旋 风分离器，在分离器内被分开。乙二醇送入换热器，重新进入真空泵。烃类蒸汽进 入吸收塔被吸收，送回汽油储罐。未被吸收的少量油气重新回到活性炭吸附床被吸 附。富油气进入吸收塔后，绝大部分的烃类组分被汽油喷淋吸收。作为吸收介质使 用的汽油物流有两个功能：一是作为吸收剂进入填料吸收塔，二是作为换热器的冷 介质取走封液的热量。系统中所有回收的产品用泵 P4 回送到汽油储罐，返回的富 6 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 汽油在储罐中被稀释，对油品性质影响很小。没有被吸收下来的少量油气和空气从 吸收塔的顶部出来，重新回到处于吸附状态的活性炭床。 2 Symex 公司的干式活性炭吸附系统 DryVACTM 运行流程 Symex 公司的活性炭吸附系统在吸附机理上与其他公司相似，在此不在累述。 工艺流程如图 1-4 所示。该技术能够防止在油罐卸油、载油的过程中所挥发的蒸气 组分泄露到大气中，达到防治污染并经济回收的目的。 图 1-4 Symex 公司干式活性炭吸附系统工艺流程 该公司最大的技术特点在于干式真空泵的应用。事实上，其他的技术公司或制 造商中也有应用干式真空泵的设备，但大都应用于较为简单的工艺中。SYMEX是唯 一一家将干式螺旋真空泵应用于油气回收系统的公司。干式螺旋真空泵，与传统的 液环式真空泵的不同之处在于，液环式泵不仅要负责高浓度油气流的传送动力，还 要负责封液的循环动力，因此油气回收中的液式泵又称为封液循环泵。因为液环式 泵中的大部分流体为液态，所以运行所需的能量要明显高于干式螺旋真空泵，通常 3 的 做相同的工作，液环式泵的耗能比干式泵耗能高 3035% 。干式泵每处理 1 ft 油气，只需消耗 0.00280.0043 KWh 的能量。由于不存在分离循环封液和油气的 需要，干式油气分离系统不需要设置分离装置，占地较小。 干式油气回收工与其他油气回收工艺很相似，但并不完全相同。据 SYMEX 公 司的产品说明分析，该工艺中的活性炭是专门适合于干式工艺的特殊成形活性炭。 这种成形活性炭的使用，能够使炭床所承受的压降最小化，因此也大大减少了活性 7 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 炭破碎的几率。成形活性炭中间的孔隙也要更大一些，更有效的提高了炭床的吸附 效率。SYMEX 公司的活性炭油气回收设备，国内还没有相关引进的实例。 2. 国内 但是我国国内目前使用的油气回收设备均从国外引进，尚无相关的国产化设 备，现阶段我国的一些相关高等院校及科研院所也在从事活性炭吸附等方面的实验 研究，并取得了可喜的成绩。 1 江苏石油化工学院的研究工作1 在有关活性炭吸附回收油气的技术方面，江苏石油化工学院分别就活性炭的静 态吸附、动态吸附效率进行了试验研究，得出影响活性炭吸附性能的一些参数之间 的关系，并在此基础上设计了一套活性炭回收油气的研究方案如图 1-5 所示。 CA-压缩空气；P-压力表；R-转子流量计；CW-冷却水； T-温度计；C-气体取样点；HW-加热水；S-液体取样点 图 1-5 活性炭吸附回收汽油蒸汽实验装置原理图 首先由压缩空气鼓吹汽油罐中的汽油而产生设定浓度和流量的油气混合气。该 常温常压混合气通过吸附塔，其中汽油蒸汽 烃组分 被活性炭吸附，空气从吸附塔 顶排出。该吸附塔对称布置若干组带肋板换热器，并布置一些温度测试点，由传感 器经计算机采集处理。利用带有 XP112 热导检测器及角鲨烷填充柱的 GC1102 的气 相色谱仪分析进、出混合气中的油气浓度 组成 。温度及油气组成是由计算机来实 现数据自动采集及分析。在吸附过程中，主要测试吸附量 吸附率 、吸附饱和时间 速 度 、吸附热 温度 、出口浓度、塔降等，并对不同活性炭的性能进行综合对比评价。 8 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 当活性炭达到饱和时，通过真空泵进行解吸，从而可以考察活性炭的解析性能。 在活性炭油气回收试验研究的基础上，江苏石油化工学院又开发、设计并加工 出油气吸收回收中间规模的试验装置 系统 。其油气储运中心于2004 年 12 月开始 招标建造油气回收实验平台。由浙江乐清市银河特种设备有限公司承包建设的实验 平台流程装置如图 1-6 所示。该实验平台技术及设备选型合理先进，参数测量精度 高，操作方便，安全可靠，达到工业化水平，应用广泛并有一定的代表性，在国内 形成鲜明的特色。 工艺流程及控制要素说明如下： 空压机提供的压缩空气经气柜暂存、平衡均压后向汽油罐吹气人为制造设 定的油气空气混合气流量 Q 及油气体积分数 C ，而后该混合气全部进入回收装 g in 置。 平台流程之一为吸收解吸吸收过程。油气回收原理 步骤 ：汽油蒸气和 空气的混合气从第一立式填料塔 即吸收塔 底部进入，而来自解吸卧罐的新鲜吸收 剂 贫吸收剂 AbsFOV-97 从吸收塔上部进入并向下喷淋来吸收油气，不能被吸收的 进入油气回收管线经真空泵抽吸进入分离罐进入第二吸收塔吸收。而吸收油气后的 富吸收剂流入解吸卧罐而被液环真空泵系统真空薄膜闪蒸解吸。分离后的油气进入 第二立式吸收填料塔 即回收塔 而被液态汽油所吸收。第二吸收塔有部分未被吸收 的油气和空气混合气 尾气 重新进入第一吸收塔。整个回收过程可分为三部分：吸 收 吸收塔吸收分离 解吸 解吸罐解吸浓缩 回收 回收塔吸收回收 。 平台流程之二为吸附/吸收过程。吸附罐中活性炭的的解吸借助于真空泵和 气液分离器，解吸后的油气进入第二吸收塔，为被吸收的油气从塔顶直接回流至吸 附塔入口完成循环过程。 设计 控制 指标：处理量：Q 10m3 -1 -1 ?h 8kg?h ，；系统进料油气体积分数： Cin 050%；系统尾气油气体积分数：Cout 5%；油气回收率：95% ；气、剂、 3 -1 油的体积流量比 m ?h ：10:l:0.5；解吸真空度：9295kPa 93.3 kPa 。 在该实验平台流程当中，测量参数包括温度、压力、真空度、压差、流量及累 积体积、油气体积分数等。油气组成及含量分析由在线色谱分析系统在线取样分析 测定。入口油气体积分数的调节通过空气配比管来调节，管线流量由调节阀 球阀 来调节，溶剂泵 滑片泵 、汽油泵 齿轮泵 流量通过打回流来调节，真空泵的抽气 速率与真空度由日本 SANKEN 电气株式会社生产的MF-7.5K-380 型电动机调速用 高性能数字式变频器来调节控制。 9 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 10 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 2 天津大学化工学院的吸附研究 采用称量法测定室温 20 下 ACF 对有机蒸汽 CCl 、CS 、C H 、C H 的平 4 2 6 6 3 6 衡吸附量吸附时间曲线和不同饱和度平衡吸附量曲线，从而评价 ACF 对有机 蒸汽的平衡吸附性能。实验流程示意图如图 1-7 所示。 1-氮气钢瓶；2.3-转子流量计；4.5-饱和蒸汽发生器；6-缓冲瓶；7-混合瓶；8-ACF 吸附柱 图 1-7 测定有机蒸汽平衡吸附曲线的流程示意图 3 石油大学有关轻烃在 KL 吸附剂上的吸附与脱附性能研究 实验仪器包括热重仪、真空泵、恒温水浴、浮子流量计等，装置示意图如 1-8 所示。实验条件为：温度 20 、压力 0.1MPa，N2 的流量为 1.43ml/s。经浮子流量 计计量的 N2 通过饱和器将饱和轻烃蒸汽带入热重系统，并由热重仪检测吸附剂对 轻烃的吸附量，吸附后的气体由 N2 带出放空。当吸附达平衡后，吸附质停止进料， -3 在 20 下抽空脱附，脱附压力为2.0 10 MPa 。 图 1-8 轻烃的吸附与脱附实验装置示意图 4 齐鲁石化的装车油气回收装置 齐鲁石化公司储运厂 400#装车是利用装车鹤管 共 72 套装车鹤管，其中 8 套苯 鹤管，8 套对二甲苯鹤管 通过机泵管输至火车槽车，操作上不仅造成油气损耗，而 且由于苯类化工产品毒性较大，挥发导致油气排入大气污染环境，影响职工的身心 健康。从装车设施排放气中回收有机蒸汽是一个间歇性操作过程，而且要求回收后 11 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 的气体达到国家规定排放气标准，从这两方面看，用吸附法回收远比溶剂法或冷却 冷凝法更为合适。该装置油气回收的示意图见图 1-9 所示。 图 1-9 装车油气回收装置结构示意图 为了减小气体通过吸附层的阻力，设计采用气流径向流动的缠绕圆筒式吸附器 2 个 ；吸附器内填有活性炭纤维 炭毯 ，每个吸附柱装活性炭纤维 90kg，炭纤维 总用量 360kg 。装车过程中排出的有机蒸汽，由引风机抽吸进入槽车上方的集气管， 并由此进入新敷设的集气总管，沿管廊输送至吸附装置，为调节集气管吸入口压力 在引风机前装有调节阀。该套装置可轮换吸附对二甲苯、苯，因此，参数的设置要 兼顾对二甲苯和苯 2 种介质。吸附装置分成 2 个吸附室，由 PLC 控制，自动切换、 交替进行吸附和再生操作。 进入吸附装置的有机蒸汽 如苯-空气混合气 ，经气体过滤器由第一吸附室下部 挡板阀进入吸附柱的外环空间，由此穿过吸附柱外的活性炭纤维层，气体中的有机 蒸汽 苯 被炭纤维吸附，惰性气体 空气 经吸附室上部的挡板阀排入大气。 1.3 膜法油气回收技术 燃烧法、吸收、吸附法、冷凝法等传统的油气分离技术，在具有各自优势的同 时，也有着其局限性。例如，燃烧法对有VOCS 的处理彻底，但很容易造成二次污 染，同时它的氧化性能使该工艺不利于能源的回收利用；吸收、吸附法去除效率高， 工艺成熟，应用广泛，但是该工艺要求进口废气中 VOCS 的浓度很低，且脱附工 12 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨 艺和吸附剂的再生成本较高。冷凝法较其它油气回收工艺复杂，单纯的制冷剂冷却， 如果要达到 10 mg/L 的环保要求，则需要液氮冷却或采用尾气发电装置，增加了维 6 修费用。表 1-3 列出了膜法、碳吸附法及冷凝法回收 VOCs 的比较 。 表 1-3 膜法、碳吸附法及冷凝法回收 VOCs 的比较 适用 废气处理量 VOCs 的回 回收方法 -6 3 -1 二次污染 备注 V （VOCs ）/10 m ?b 收率，% 再生剂， 不适用于相对湿度大于 碳吸附法 205000 600360000 9095 废活性剂 50%的废气 对含沸点小于 38VOCs 的 冷凝法 500012000 600120000 5090 废气不适用 膜分离法 500 9099 无 膜的通量较小 注：V 为体积分数的法定符号 膜法油气分离技术是本世纪开发成功的一种高新技术。膜分离技术的基本原理 是利用高分子膜对油气优先透过性的特点，让油气/空气的混合气在一定压差推动 下经过膜的“过滤作用”而使得混合气中的油气优先过膜得以脱除回收，而空气则 被选择性截留。膜分离法的最大特点是驱动力为压力，不伴随需要大量热能的变化， 因而有节能、可持续操作、便于自动化优点。据专家断言：“今后，谁掌握了膜分 离技术，谁就掌握了石油化工的未来”，因此欧、美、日等发达国家，不惜花巨额 资金，投入开发研究以期取得在石油化工领域的领先地位。但是在油库等油气挥发 量较大的场合，单纯使用膜分离装置存在成本过高等不足，因此一般将膜法与其他 工艺相结合，现阶段，气体膜分离技术的研究和开发已成为世界各国在高新技术领 1 域中竞争的热点，表 1-4 列入了部分有机膜分离技术的商业应用实例及工艺参数 。 表 1-4 膜法油气回收应用实例 开发公司 技术要点 分离回收工艺 及技术指标 膜吸附 深度分离、备选 ，分离出高浓度油气经压缩、再用汽油吸收 回收 ARID 技术公司 Q 3 -1 in 8508500m ?h ，Cin 40% ，99.9 MTR 公司 膜分离，分离出高浓度油气经压缩，再冷凝，C 0.5 ，9099 in 高聚物膜分离，分离出高浓度 VOC 经压缩、再冷凝高浓度 VOC 经压缩，再冷 SIHI 公司 凝。VOC 渗透量为空气的 10100 倍，C 90 ，99.99 in 分离工艺 1：单独使用多组膜分离 GKSS 公司 分离工艺 2 ：膜分离与催化焚烧炉或变压吸附等相结合 板框式高聚物膜组件 3 -1 -3 -3 Qin 1002000m ?h ，Cin 600g?m ，Cout 1020 g?m ， 97% Nitto Denko 公司 膜分离出高浓度油气经真空泵抽出后，再用汽油吸收 回收 VOC 渗透率； 1.4 -8 3 -2 -1 -1 卷式高聚物膜组件 5.5 10 m ?m ?s ?Pa STP 比空气高数十倍 13 膜分离法油气回收实验装置的设计与探讨