一种两段塔浅低温吸收油气回收工艺的制作方法

1.本发明涉及油气回收技术领域，更具体地说是涉及油气回收的吸收油工艺。


背景技术：

2.在将汽油、原油、石脑油、凝析油、溶剂油等轻质油品向油轮、汽车槽车、火车槽车等固定体积容器内进行装油作业时，会置换排放出略高于装油体积量的油气，这些油气通常是有机物和惰性气体，比如空气或氮气，的混合气体，其中的有机物浓度在5～60mol％左右。这些油气量大，浓度高，有机物排放强度大，如果不进行回收处理而直排大气，不但造成资源损失，还严重污染大气环境，因此，这类油气的治理一直是vocs治理的重点领域。
3.油气回收是最理想的vocs治理方式。其主要功能是将油气中的有机物与惰性气体组分分离，并将其中的有机物液化回收。由于轻质油品油气中含有相当量的c2～c4等很难液化的低沸点轻组分，因此，这类油气最常见的回收工艺一般都包含有吸附分离和吸收两个工艺过程，其中，吸附分离过程的主要功能是将有机物与惰性气体组分分离，获得几乎不含有机物的惰性气体作为尾气直排大气；吸收过程的主要功能是将油气中的有机物液化回收。
4.传统的轻质油品油气回收工艺是，将油气先进行吸附分离，油气中吸附力较强的有机物被吸附剂吸附下来，尾气达标排放；当吸附剂达到一定吸附饱和度后，切换操作，对吸附剂进行再生，通过抽真空、真空清洗、破真空等再生步骤，将有机物从吸附剂上脱附下来，使吸附剂恢复吸附活性，同时得到浓缩有机物的脱附气，最后用轻质油品做吸收油，在常温常压下，将脱附气中的有机物吸收液化进入吸收油中，吸收塔顶不凝气与原料油气混合。总体上这种工艺是一种吸附/吸收工艺(其中“/”后的单元操作代表脱附气单元操作。但这种工艺有许多缺陷，首先，尾气浓度不够低，通常只能达到10g/m3左右，相应的有机物回收率在98％左右；其次，在处理高浓度轻质油品油气时，由于浓度较高的油气直接先进吸附床，造成吸附和再生系统的负荷较大，导致装置的投资和运行费用相对较高；再次，在处理高浓度轻质油品油气时，由于浓度较高的油气直接进吸附床，导致吸附床热点温升较高，很容易就超过国标《油品装载系统油气回收设施设计规范》gb 50759-2012中规定的吸附床温度不超过65℃的限值，发生连锁停车；再次，受设备尺寸的限制，单系列处理规模最大只能达到2000m3/h左右；再次，这种工艺在一个周期内真空泵无效或低效运行时间占比较大，导致装置再生效率较低。
5.中国专利201810320266.1提出了一种适用于处理大油气量，大抽真空再生负荷的多床多阶抽真空油气回收工艺，主要设备包含至少3座吸附床，其中至少1座吸附床同时处于吸附步骤，至少2座吸附床处于不同的再生步骤，有1台初抽真空设备，和至少1台抽真空设备，以及1套脱附气回收系统，每座吸附床至少依次经历吸附步骤，初抽步骤，抽真空步骤，真空清洗步骤，终充步骤等。这种工艺实际上也是一种吸附/吸收工艺。该专利虽然解决了单系列回收处理大油气量问题，装置再生效率也得到显著提高，但仍有以下缺陷，一是，由于也是在常温下吸附，轻组分内循环量较大，而轻组分的吸附力较弱，获得更低浓度尾气
的难度较大；二是，由于油气是直接先进吸附床的，因此，当处理高浓度的轻质油品油气时，加上塔顶不凝气带入吸附床的负荷后，装置的吸附床和再生系统负荷同样较大，导致装置投资和运行费用较高；三是，吸附床热点温度高的矛盾仍然存在。
6.中国专利2020111683178提出了一种适用于回收处理油品或化工品生产厂轻质油品或化工品装卸车过程，及生产过程产生的油气的油气回收工艺。油品或化工品生产厂轻质油品或化工品油气进入油气回收装置后，先从吸收塔下部进入吸收塔，用工厂的中间产品直馏柴油或催化柴油作吸收油进行吸收，将油气中大部分有机物吸收下来，与塔顶吸收油呈相平衡的塔顶不凝气进入由至少两座吸附床组成的吸附床组中处于吸附步骤的吸附床，在穿过吸附床过程中，不凝气中的有机物被吸附剂吸附下来，mg级达标尾气直排大气，当吸附床接近饱和吸附时，切换操作，对吸附床进行再生，将吸附床上吸附的有机物脱附下来，使吸附床得到充分再生，再生过程得到的脱附气经真空泵升压后，与进装置原料气混合引入吸收塔，脱附气中的有机物最终也被吸收进入吸收油中。
7.这是一种用中间柴油做吸收油，在常温常压下进行吸收的工艺，总体上属于吸收 吸附/吸收工艺(其中“ ”连接的是原料气单元操作。尽管实践证明，这是一种高效，并可实现稳定的mg级达标的油气回收工艺，但这种工艺的应用有一定局限性，需要借助于工厂的中间柴油做吸收油，将回收下来的有机物带回工厂加工流程中，这使得这种工艺难以在生产型企业以外的场合使用。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本发明提供了一种适合处理高浓度轻质油品油气，可以有效降低吸附和再生负荷，并进而降低装置投资和运行能耗，和有利于获得更低尾气浓度和更高有机物回收率，以及明显降低吸附床热点温度的油气回收工艺。
9.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
10.本发明提出一种采用轻质油品做吸收油的两段塔浅低温吸收油气回收工艺，原料油气从上塔段的下部进入吸收塔，外部系统来的贫吸收油经换热和浅冷至浅低温后，从上塔段的上部进入吸收塔，两者在上塔段逆流接触传质传热，经吸收处理后得到的塔顶不凝气进入吸附床组中处于吸附步骤的吸附床，油气中的有机物被吸附剂吸附下来，达标尾气直排大气，当吸附剂达到一定吸附饱和度后，对吸附床进行再生，通过抽真空、真空清洗、破真空的再生步骤，将吸附剂上吸附的有机物脱附下来，使吸附剂恢复吸附活性，再生过程得到的浓缩有机物的脱附气经抽真空设备升压至微正压后，从下塔段的下部进入吸收塔，与从上塔段下来的吸收油在下塔段逆流接触，脱附气中的有机物被吸收油吸收油下来，未被吸收的上升油气与原料油气混合进入上塔段，吸收了回收有机物的富吸收油落入塔底，经塔底富吸收油泵升压后，先与贫吸收油换热，再进一步吸收抽真空设备放出的热量后送出装置。
11.本发明所说的原料油气，指的是轻质油品装船或装车过程等产生的有机物浓度在5～60mol％左右的高浓度油气。
12.本发明所说的吸收油是轻质油品。尤其是与装船或装车油品性质相同或相似的轻质油品。这时吸收了回收的有机物后，吸收油的品质不会受到不利影响。
13.本发明所说的浅冷温度是0～20℃。选择浅冷温度在0℃以上的目的是避免油气中
含有的水分在换热器表面形成结霜，阻塞油气通道；而当浅冷温度高于20℃后，浅冷效果不十分明显。
14.适宜的上塔段理论板数为3～20层，下塔段理论板数为1～15层。
15.模拟计算结果显示，与现有技术相比，本发明提供的两段塔浅低温吸收油气回收工艺，在合适的浅低温温度下，经过吸收处理后的塔顶不凝气有机物浓度相对于原料气有明显的降低，流量也有相应的降低。
16.造成上述结果的一个很重要因素是，脱附气中的有机物绝大部分在下塔段被上塔段下来的吸收油吸收下来，导致进入上塔段的油气量，特别是低沸点轻组分有机物量大幅较少，装置内循环量减少。
17.而进入吸附床的塔顶不凝气浓度和油气量降低，以及温度的降低带来的直接好处，一是，吸附进料气低温低浓度有利于获得更低的尾气浓度，和更高的有机物回收率；二是，吸附进料气低浓度和低温使得吸附温升减小和吸附床基础温度降低，从而可以显著降低吸附床热点温度；三是，吸附进料浓度和油气量降低使得吸附床尺寸减小，吸附剂用量减少，再生负荷明显较低。
18.浅冷吸收油所付出的制冷能耗代价通过以下方式得到补偿：一是，浅低温吸收所需的吸收油量比常温吸收所需的吸收油量大幅减少；二是，制冷冷量一部分通过与富吸收油的换热，以及富吸收油与抽真空设备的换热得到回收，这使得制冷负荷不是太大；三是，抽真空再生系统投资和能耗的降低明显大于制冷机组投资和能耗的增加。这使得本发明工艺比现有技术的常规吸附法工艺有明显的优势。尤其是在面对轻质油品装船后期排出的连续、大流量、高浓度油气时，这种优势更加突出。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明技术，下面用附图对本发明做进一步介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
20.图1附图为两段塔浅低温吸收油气回收工艺流程示意图。
具体实施方式
21.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.在图1所示的两段塔吸收油气回收工艺流程中，主要设备有1座由上塔段2和下塔段3构成的两塔段吸收塔1，包含若干座吸附床的吸附床组4，抽真空设备7，换热器8，浅冷器9和富吸收油泵10等。
23.原料油气自管线13引入装置后，从上塔段下部引入吸收塔1。贫吸收油自管线11引入装置后，先经换热器8与富吸收油换热降温，再经浅冷器9与制冷机组提供的制冷剂换热，进一步降温至浅低温温度，再经管线12，从上塔段上部进入吸收塔1。油气与吸收油在上塔段逆流接触传质传热，油气中大部分有机物被吸收进入吸收油中，与贫吸收油呈相平衡的
较低浓度塔顶不凝气经管线14进入吸附床组4中处于吸附步骤的吸附床5，在穿过吸附床过程中，油气中吸附力较强的有机物被吸附剂吸附下来，达标尾气经管线15排出，经在线浓度检测仪16检测记录尾气浓度后，经阻火器17排入大气。当吸附床上有机物的吸附前沿接近吸附床出口，吸附床达到一定吸附饱和度时，切换操作，对吸附床进行再生作业，比如这时已饱和吸附的吸附床切换至吸附床6进行再生作业。这时，用抽真空设备7对吸附床先后进行抽真空、真空清洗、破真空等再生步骤的操作，将吸附剂上吸附的有机物脱附下来，使吸附剂恢复吸附活性，同时得到浓缩有机物的脱附气。脱附气经管线18，再经抽真空设备7升压后，经管线19从下塔段下部进入吸收塔1。吸附床6再生作业结束后，再次切换操作，转入吸附步骤。如此按照时序控制逻辑往复循环，实现整个吸附再生工艺过程的连续。沿管线19进入吸收塔的脱附气在上升经过下塔段3时，与从上塔段2下来的吸收油逆流接触传质传热，由于脱附气浓度高，其中的绝大部分有机物在下塔段被吸收进入吸收油中，剩余较低浓度的油气与原料油气一起进入上塔段2，而吸收了回收有机物的塔底富吸收油经富吸收油泵10升压后，经管线20，再经换热器8与贫吸收油换热，再经管线21，再吸收抽真空设备7放出的热量后，最终经管线22送出装置。
24.实施例1
25.5000m3/h成品油码头汽油装船油气回收装置，吸收部分采用两段塔浅低温吸收油气回收工艺，吸收塔直径2m，塔内填料为规整填料250y，上塔段填料高3m，下塔段填料高2m；吸附部分采用6床2泵工艺。原料油气组成详见表1。
26.表1原料油气组成表
[0027][0028][0029]
吸收油为装船汽油，吸收油流量70t/h，吸收油浅冷后入塔温度10℃。
[0030]
模拟计算结果显示，制冷机组用电负荷180kw。吸收塔进出物料主要参数见表2。
[0031]
表2实施例1吸收塔进出物料主要参数表
[0032][0033]
从表2看出，进入下塔段的脱附气中的有机物流量33.35kmol/h，而离开下塔段的油气中的有机物流量2.8kmol/h，下塔段有机物单程回收率高达91.6％。说明脱附气中的绝大部分有机物都在下塔段被回收下来。整个吸收塔的单程回收率也达到68％。
[0034]
从表2还看出，与原料气直接进吸附床，脱附气进吸收塔，采用一段塔，常温吸收的现有技术相比，本发明工艺的进吸附床原料气浓度由33.25mol％左右降至18.56mol％。加上现有技术塔顶不凝气循环带入吸附床的有机物量占比大约15％，进入吸附床的吸附进料的总流量由现有技术的211.43*1.15＝243.14kmol/h，降至179.68kmol/h，吸附进料量降低了26.1％。其中吸附进料中的有机物流量由现有技术的70.3*1.15＝80.85kmol/h，降至33.35kmol/h，吸附进料有机物量降低幅度高达58.8％。
[0035]
吸附进料量降低，意味着吸附床体积接近以相同比例减小，带来吸附床投资的明显降低；而吸附进料中有机物量降低，意味着抽真空再生设备投资和运行能耗大幅减小。相比浅冷吸收油所付出的投资和能耗代价，吸附床和抽真空设备所节省的投资和运行能耗要大得多。
[0036]
根据模拟计算和已有的工程经验，本实施例尾气浓度可以稳定达到nmhc《10mg/m3，有机物回收率》99.999％。吸附床热点温度《56℃。
[0037]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。