从含烃类气体中回收烃类组份的方法和流程的制作方法

专利名称：从含烃类气体中回收烃类组份的方法和流程的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种从轻质烃类液体充装过程中逸出的烃类组份与空气的混合气体中回收烃类组份的工艺方法和工艺流程。
背景技术：
在向容器(如汽车槽车、火车槽车或储罐)内充装轻质烃类液体(如汽油、煤油、原油、溶剂油、苯类产品等)的过程中，一部分烃类组份会从液体中挥发出来，与存在于容器中的空气形成烃类组份与空气的混合气体(以下称为含烃类气体)，伴随着烃类液体向容器内的充装，产生的含烃类气体会被迫排出容器。如果不对其进行回收处理，不但造成资源的浪费，还会污染大气，增大火灾和爆炸的危险。自上个世纪60年代以来，世界各国纷纷立法和制定排放标准，限制这种含烃类气体的无组织排放。如大多数国家和地区的环保法规都规定必须对轻质烃类液体充装过程中排出的含烃类气体进行处理，并要求处理后排出的尾气中含烃类组份的浓度不得高于10～35mg/l，有的国家，如德国，环保法规甚至要求排出的尾气中含烃类组份的浓度不得高于0.15mg/l。
目前处理含烃类气体的方法主要有吸附法，吸收法，冷凝法，膜分离法、氧化焚烧法等。其中吸附法以其处理后的尾气排放浓度低，经济性和可靠性好等诸多特点，是目前最为普遍采用的方法。最早的并被普遍认可的用于烃类气体回收的吸附法工艺是1978年美国专利US.Pat.No.4066423提出的用吸附法对储罐呼吸时或向容器内充装烃类液体时排出的含烃类气体中的烃类组份进行回收的工艺流程，在此之后，美国专利US.Pat.No.4276058，US.Pat.No.4462811，US.Pat.No.5480475，US.Pat.No.5951741等专利相继提出了对这种吸附法回收工艺的改进和完善。根据上述专利以及目前的商业应用情况，现有的吸附法基本工艺流程是，将充装烃类液体时排出的含烃类气体密闭收集，通过管道引入烃类气体回收装置(以下称为油气回收装置)，进入油气回收装置的含烃类气体交替地穿过两个装填着相同量固体吸附剂(通常是活性炭)床层的吸附罐，依靠吸附剂本身所具有的对烃类组份有较强的亲合力而对空气几乎没有亲和力的特性，使得当含烃类气体穿过处于吸附状态的吸附罐时，其中的烃类组份被吸附在吸附剂表面，而除去烃类组份，主要成分是空气，略含微量烃类组份的清洁尾气则穿透床层排入大气。当吸附罐内的吸附剂达到一定的吸附饱和度时，将吸附罐切换到脱附状态，通过真空泵提供的负压，将吸附在吸附剂上的烃类组份脱附出来，脱附出来的烃类组份与切换操作时吸附罐内存留的空气形成含烃类组份浓度更高的混合气体(以下简称烃类富集气体)。经过真空泵升压后的烃类富集气体被引入吸收塔，在吸收塔内，烃类富集气体与由装置外部系统引入的吸收剂(通常是与产生含烃类气体的烃类液体性质相同的烃类液体)逆流接触，烃类富集气体中的烃类组份被吸收下来。吸收了烃类组份的富吸收剂被循环返回外部烃类液体系统，从吸收塔顶排出的处于相平衡状态的空气和少量烃类组份的混合气体(或称为不凝气体)则与进入装置的含烃类气体混合后一起进入另一个处于吸附状态的吸附罐，经过吸附罐内吸附剂吸附后，清洁的尾气排入大气。在脱附再生阶段的后期，向处于脱附状态的吸附罐内注入适量的空气，进一步汽提出吸附剂上残留的少量烃类组份，使吸附剂得到彻底再生。两个吸附罐在程序控制下约每15分钟切换一次操作，使整个操作过程连续。
尽管与现有其它方法相比，吸附法在尾气排放指标、装置投资、操作费用等方面都有明显优势，但从市场的角度看，现有吸附法的装置投资仍然比较高，并且动力设备的装机容量仍比较大，能耗偏高。造成上述问题的一个重要原因是，现有的吸附法工艺装置是按照能够满足最大瞬时流量和浓度的要求来匹配整个油气回收装置的，也就是说，装置的设计原则是，即使含烃类气体的进气量和进气浓度稳定地保持最大瞬时流量和浓度，装置仍能持续地满足使用要求。我们知道，在轻质烃类液体产品充装量比较大而且集中的油库、中转站、炼油厂等场所，一天之内各时段的充装量常常是相当不均衡的，绝大部分的作业量集中在白天的作业时段内完成。即使是在白天的作业时段内，受各种因素的影响，充装量波动也很大，某一时段可能同时有几个充装鹤位为多辆槽车进行充装作业，而另一时段可能无槽车充装作业。含烃类气体是由充装过程产生的，充装作业量的不均衡，必然造成油气回收装置进气量的不均衡。除流量不均衡外，含烃类气体的浓度也是波动的，同一辆槽车，一般充装初始产生的含烃类气体浓度低，而充装结束时浓度高；受各种因素的影响，不同环境条件、不同槽车结构、不同作业方式等也会造成含烃类气体浓度的变化。此外，现有吸附法技术的两个吸附罐的吸附/脱附切换周期一般是15分钟左右，在吸附罐处于脱附操作的15分钟时间内，有3～5分钟时间要用在阀门切换、空气汽提、压力恢复等操作工序上。也就是说，在15分钟时段内吸附的烃类组份要在10～13分钟的有效时段内完成真空脱附，这就使得再生回收部分的设备能力响应增加了13～25％。正是因为上述因素的存在，现有技术的油气回收装置的再生回收部分往往加工能力很大，大部分时间里处于闲置状态，装置利用率不高，装置内动力设备的装机容量大，效率低，能耗偏高。
现有吸附法工艺存在的上述缺陷在很大程度上制约了油气回收项目的市场推广应用，因为如果不考虑环保社会效益，投资企业单纯从回收油气产生的经济效益来权衡，这种项目缺少足够的吸引力，因而这类项目有利于减少大气污染、保护环境的社会效益也无法得以体现。
发明目的本发明的一个目的是提出一种有效降低吸附法油气回收装置的投资和运行能耗的方法。
本发明的另一个目的是提出一种低投资、低能耗的吸附法油气回收的工艺流程。

发明内容
本发明的目的是通过采用分时段吸附作业和脱附再生作业的吸附法油气回收技术来实现的。这种油气回收技术的装置有两个吸附罐，吸附罐内装填着对烃类组份具有亲和力而对空气几乎没有亲和力的固体吸附剂，两个吸附罐内吸附剂的总装填量能够满足吸附一个工作日内充装作业产生的全部含烃类气体中的烃类组份的要求，并使经过吸附后排出的尾气达到排放标准。其中的第一吸附罐承担吸附第一作业时段烃类组份的任务，第二吸附罐承担吸附第二作业时段烃类组份的任务。在真空泵提供的真空和注入少量空气进行汽提的条件下，利用充分长的第一作业时段和第二作业时段，分别对第二吸附罐和第一吸附罐内的吸附剂进行脱附再生，并将脱附出来的烃类组份回收下来。通过延长脱附再生的时间，有效降低再生回收部分的规模，达到降低装置总投资和运行能耗的目的。
本发明人对现有吸附法油气回收工艺和装置研究分析后认为，在现有技术的油气回收装置中，两个吸附罐(包含罐内装填的吸附剂)的投资通常只占装置总投资的15％左右，其余大部分投资都集中在服务于吸附剂的脱附再生和烃类组份回收功能的再生回收部分的工艺设备、仪表、电气等方面，装置的主要运行能耗也集中在此。即使现有技术有两个吸附罐，实际运行时也始终只有一个是处于吸附状态。如果将运行方式由现有技术的两个吸附罐随时相互切换操作(约15分钟切换一次)的操作模式改变为一个工作日进行一个周期的脱附再生操作的操作模式，对于吸附罐本身来说，设备无疑会增大，投资会增加，但对于整个装置的其它部分来说，由于再生回收部分的规模主要取决于所要脱附再生的烃类组份总量和脱附再生作业的时间，不必受制于进装置的含烃类气体的最大瞬时流量和最大瞬时浓度，装置可以利用充足的第二作业时段和第一作业时段来完成脱附再生作业，延长了脱附再生作业的时间，因而使得除吸附罐外其余几乎所有设备的规模大大减小，且负荷均匀。采用这种方法所带来的好处是显而易见的。首先占装置总投资主要份额的再生回收部分的规模大为降低，带来再生回收部分投资的大大降低，导致整个装置投资降低；其次，整个装置动力设备装机容量大大减少，对外部供电系统的依赖和影响降低，外部供电系统的投资降低；再者，装置无效和低效作业时间减少，使得装置运行效率提高，运行能耗降低；另外，由于再生回收部分的设备尺寸大大减小，装置制造容易实现一体化，从而减少了现场安装、调试和服务的工作量，维护费用降低；还有，再生回收部分规模的大大降低，使得整个装置的占地面积也大大减小。
以下是采用现有技术和采用本发明技术的两套同等规模、同等回收效果的用于回收处理油库汽油充装槽车时产生的含烃类气体的油气回收装置的主要技术、经济指标对比。
现有技术与本发明技术主要技术经济指标对比表

由对比可以看出，同样处理1000m3/day的含烃类气体，本发明技术与现有技术相比，总投资相当于68％，装机容量相当于12％，回收每kg烃类组份的能耗相当于45％。
本发明为实现上述油气回收方法提出的工艺流程是将一个工作日分为两个作业时段，即第一作业时段和第二作业时段。在第一作业时段，第一吸附罐处于吸附状态，充装过程产生的含烃类气体通过管线被引入油气回收装置的第一吸附罐，利用吸附罐内装填着的对烃类组份具有亲和力的固体吸附剂，将含烃类气体中的烃类组份吸附在吸附剂的表面上，经过吸附处理后几乎不合烃类组份，达到排放标准的清洁尾气排入大气。第一作业时段结束进入第二充装作业时段时，第一次切换操作，使第一吸附罐进入脱附再生状态，同时，第二吸附罐进入吸附状态。对吸附剂的脱附再生是通过真空脱附和空气汽提的方法实现的，在真空泵产生的真空条件下，将吸附在第一吸附罐内的吸附剂表面的大部分烃类组份脱附下来。得到的烃类富集气体经真空泵升压和冷却后进入回收单元，同时回收真空泵升压和冷却后生成的烃类液体。在回收单元，烃类富集气体中的绝大部分烃类组份被回收下来，得到空气与少量未被回收的烃类组份混合的不凝气体。将上述不凝气体与这一时段进入装置的含烃类气体混合引入第二吸附罐，当这些气体穿过吸附剂床层时，其中的烃类组份吸附在吸附剂表面上，达到排放标准的清洁尾气排入大气。当第一吸附罐的压力降低至设定压力时，向第一吸附罐内注入适量的空气，对吸附剂进行汽提，进一步将吸附剂上残留的少量烃类组份脱附出来。汽提过程完成后，第一吸附罐恢复常压。第一吸附罐脱附再生过程结束后，第二次切换操作，装置又由第二作业时段转为第一作业时段，第一吸附罐恢复到吸附状态，在第一作业时段的前期，第二吸附罐处于脱附状态。以与第一吸附罐脱附再生相似的过程对第二吸附罐内的吸附剂进行脱附再生，并将脱附再生过程中回收单元排出的不凝气体与进入装置的含烃类气体混合引入第一吸附罐，使经过吸附处理后的尾气达到要求排放。当第二吸附罐内的压力降低至设定压力时，同样也注入适量的空气，对吸附剂进行汽提，进一步将吸附剂上残留的少量烃类组份脱附出来。第二吸附罐脱附再生结束后，恢复常压，关停除第一吸附罐外的其余动设备和静设备。整个油气回收装置进入又一个工作日的循环。
在本发明的流程中，两个吸附罐内装填的吸附剂量应满足能够吸附整个工作日内充装过程排放出的含烃类气体中的全部烃类组份，并能保证含烃类气体经过吸附剂吸附后排出的尾气达到排放标准。其中第一吸附罐内装填的吸附剂量至少满足吸附处理第一作业时段进入装置的含烃类气体和第一作业时段回收单元排出的不凝气体的要求，第二吸附罐内装填的吸附剂量至少满足吸附第二作业时段进入装置的含烃类气体和第二作业时段回收单元排出的不凝气体的要求。第一、第二吸附罐的大小及罐内吸附剂的装填量主要取决于各自接收和吸附处理的烃类组份量和所采用的吸附剂的饱和吸附能力。接收和吸附处理的烃类组份量越大，所需的吸附剂量也就越大；吸附剂的饱和吸附能力越大，吸附相同量的烃类组份所需的吸附剂量就越小。
第一吸附罐在第一作业时段吸附处理的含烃类气体量与第二吸附罐在第二充装作业时段吸附处理的含烃类气体量需根据用户的具体情况确定。通常情况下，可以将整个工作日中比较集中地产生大部分含烃类气体的作业时段(譬如白天)作为第一作业时段，该时段内产生的含烃类气体由第一吸附罐吸附处理，这样第一吸附罐是一个装填着较大量吸附剂的较大的吸附罐；而其余产生少量含烃类气体甚至无含烃类气体的作业时段(譬如夜间)作为第二作业时段，该时段内产生的含烃类气体由第二吸附罐吸附处理，那么第二吸附罐就是一个装填着较少量吸附剂的较小的吸附罐。
吸附罐内使用的吸附剂可以是各种对烃类组份具有较好的亲和力和对空气几乎没有亲和力，并具有良好的真空脱附性能的固体吸附剂，从使用性能和价格等因素综合对比看，活性炭是理想的吸附剂。
第一次切换操作的时刻，即第一作业时段切换至第二作业时段的时刻，是一个重要的参数，不仅影响着两个吸附罐内吸附剂装填量的多少，也影响着油气回收装置再生回收部分的规模。一般来说，第一次切换操作的时刻最好选在工作日比较集中的充装作业结束、进入比较稀少的充装作业后，并满足在下一个工作日的集中充装作业来临之前，有足够的时间作为第二作业时段完成对第一吸附罐的脱附再生操作的要求。第一次切换操作的时刻可能会随不同的用户条件以及不同的季节变化而不同。实际应用时，第一次切换操作可以通过在控制程序中设定时刻切换；或根据测量参数(如进入第一吸附罐的含烃类气体的流量和浓度，第一吸附罐排出尾气的烃类组份浓度等)结合设定时刻切换；也可以手动操作切换。
第一次切换操作与第二次切换操作之间的时间间隔也就是第二作业时段的时间的长短主要取决于第一作业时段第一吸附罐内吸附的烃类组份量和再生回收部分的规模。所说的再生回收部分的规模指的是单位时间内再生回收部分的处理能力。第一吸附罐内吸附的烃类组份量越大，再生回收部分的规模越小，第二作业时段的时间就越长；反之，第一吸附罐内的烃类组份量越小，再生回收部分的规模越大，第二作业时段的时间就越短。与第一次切换操作不同，第二次切换操作是在第一吸附罐的脱附再生过程结束后，是由程序控制自动实现的。
第一吸附罐和第二吸附罐内的吸附剂的脱附再生是在真空条件下实现的，设定压力是决定脱附再生效果的重要因素。在脱附再生阶段的初期，吸附罐内的压力是常压，随着脱附再生过程的进行，罐内压力逐渐降低，烃类组份也逐渐从吸附剂上脱附出来，直至接近或达到设定压力时，绝大部分烃类组份都从吸附剂上脱附出来。从理论上讲，设定压力越低，吸附剂上的烃类组份脱附得越彻底，切换至吸附状态后，经过吸附排放出的尾气中烃类组份含量就越低。但是，由于普遍使用的液环式真空泵所能达到的最低吸入压力受到循环封液饱和蒸气压的限制，当需要很低的设定压力时，需要其它型式的真空泵或串联真空泵来实现，这将增加投资和操作费用，因此，通常情况下，人们是根据油气回收装置所要满足的尾气排放指标来确定设定压力的。目前世界上多数国家和地区的尾气排放指标是不高于10～35mg/l，采用活性炭作为吸附剂时，设定压力通常为40～110mmHg(绝压)，而当尾气排放指标要求达到不高于0.15mh/l时，设定压力则甚至需要达到1mmHg(绝压)。
回收单元的主要功能是将真空泵出口升压后的烃类富集气体中的烃类组份回收下来。具体实现方法可以采用吸收法工艺，或冷凝法工艺。
吸收法工艺就是用来自装置外部系统、与含烃类气体中烃类组份性质相同或相似的烃类液体(通常是采用与产生气体烃类组份的液体性质相同的烃类液体)作吸收剂，在吸收塔内与烃类富集气体逆流接触，在此过程中，烃类富集气体中的大部分烃类组份被吸收剂吸收，经过吸收后含有少量烃类组份的不凝气体从吸收塔顶排出，吸收了烃类组份的富吸收剂则被送回外部系统。相对来说，吸收法工艺比较简单，投资和运行成本也比较低，回收的烃类组份直接与吸收剂混合，可以省去对回收的烃类液体进行专门储存和混合的麻烦。
冷凝法工艺的基本原理是，通过降低冷凝温度或提高冷凝压力，将烃类富集气体中的烃类组份冷凝为烃类液体。根据相平衡原理，烃类富集气体中的烃类组份沸点越低，浓度越低，所需的冷凝温度就越低，冷凝压力越高。对于一定组成和浓度的烃类富集气体来说，冷凝温度越低，则所需的冷凝压力也越低；反之，冷凝温度越高，则所需的冷凝压力也越高。因此可以通过降低烃类富集气体冷凝过程的冷凝温度即低温冷凝，或提高冷凝压力即压缩冷凝，或同时降低冷凝温度和提高冷凝压力即低温压缩冷凝来实现将烃类组份冷凝为液体的目的。根据本发明人所作的工艺模拟计算，通常情况下，回收单元的冷凝温度宜在-40℃～常温，冷凝压力宜在0～2.0Mpa(表压)，冷凝温度过高或冷凝压力过低会造成烃类组份在回收单元不能被充分冷凝；而冷凝温度过低或冷凝压力过高会造成过大的设备投资和运行成本的增加。与直接将含烃类气体进行常压低温冷凝的现有冷凝法油气回收技术相比，本发明在回收单元采用冷凝工艺更加合理可行。首先，从吸附罐脱附出来的气体是烃类富集气体，其中的烃类组份的平均浓度达到90％左右，远高于含烃类气体的35％左右平均浓度，显然冷凝烃类富集气体比冷凝含烃类气体所需的冷凝条件更温和；再者，与进入装置的含烃类气体相比，本发明中进入回收单元的烃类富集气体的最大瞬时流量大大减小，流量和浓度更均匀，所需的致冷负荷也就比较小；另外，本发明中从回收单元排出的不凝气体还要经过另一个处于吸附状态的吸附罐的吸附处理后才排入大气，这样，从回收单元排出的不凝气体的烃类组份的浓度不必受制于排放标准的限制，可以允许相对高些，这也使得冷凝条件更为温和。回收单元采用冷凝工艺为那些想要准确了解和掌握所回收的烃类液体量，或采用吸收法工艺由外部系统提供吸收剂循环有困难的用户提供了一种选择。
为了增强脱附再生效果，在吸附罐脱附阶段的后期，也就是吸附罐内的压力达到设定压力时，可以向吸附罐内注入适量空气，利用注入的空气进一步降低罐内油气分压，通过空气的汽提作用，可以使残留在吸附剂上的烃类组份得到更彻底的脱附。除空气外，也可以用其它惰性气体如氮气等作汽提用气。
本发明的工艺流程虽然特别适合于回收充装作业量和浓度波动比较大的轻质烃类液体产品，如汽油、煤油、原油、溶剂油、苯类产品等时产生的含烃类气体中的烃类组份，但也同样适合于回收加工、储存烃类液体时产生的流量和浓度波动比较大的含烃类气体中的烃类组份，或加工、储存、充装其它挥发性有机物液体时排放出的流量和浓度波动比较大的含挥发性有机物气体中的挥发性有机物组份。


图-1是本发明的流程示意图。
图-2是回收单元采用吸收法工艺的流程示意图。
图-3是回收单元采用冷凝法工艺的流程示意图。
图-4是一个工作日油气回收装置操作切换过程示意图。
具体实施例方式
在图-1所示的流程中，第一吸附罐(1)和第二吸附罐(6)是两个内部装填着固体吸附剂(活性炭)床层(9)和床层(10)的吸附设备，含烃类气体进入油气回收装置的入口管线(30)一端连接排放源(图中未画出)，另一端分别通过管线(31)和管线(44)与第一吸附罐(1)和第二吸附罐(6)的入口连通。管线(32)的一端连通第一吸附罐(1)的出口，另一端连通大气。管线(45)的一端连通第二吸附罐(6)的出口，另一端连通大气。在吸附罐的入口管线(31)、管线(44)和出口管线(32)、管线(45)上，分别安装着开关阀(20)、开关阀(24)和开关阀(21)、开关阀(25)。管线(34)和管线(47)分别是第一吸附罐(1)和第二吸附罐(6)的空气注入线，其一端直接连通大气，另一端分别连通管线(32)和管线(45)，在管线(34)和管线(47)上分别设置着开关阀(22)和开关阀(26)。用来提供真空条件的真空泵(2)是一液环式真空泵，液环式真空泵使用的封液是水和乙二醇的混合液。之所以采用液环式真空泵，不但因为其真空性能较好，价格低廉，更重要的是其压缩过程接近等温压缩和运行过程中不会发生机械摩擦打火，因此运行安全性好。当脱附再生要求的压力很低时，可以在液环式真空泵之前增加一个真空增压泵(图中未画出)。当然，其它形式的真空泵也同样可以满足工艺使用要求。真空泵(2)有一个入口、一个出口和一个封液返回口。真空泵入口管线(36)的一端与真空泵(2)的入口连接，另一端分别通过管线(35)和管线(48)与第一吸附罐入口管线(31)和第二吸附罐入口管线(44)连通，管线(35)和管线(48)上分别设有开关阀(23)和开关阀(27)。真空泵出口管线(37)的一端与真空泵出口相连，另一端与第一分离器(3)的上部连通。第一分离器(3)是一个三相分离器，可以将真空泵升压后的烃类富集气体、真空泵升压过程中可能生成的烃类液体、以及循环的封液分离开来。第一分离器(3)顶部的烃类富集气体管线(38)连通虚线框(100)所代表的回收单元，经过回收单元回收烃类组份后排出的不凝气体通过管线(43)与进装置含烃类气体管线(30)连通。在第一分离器(3)内，烃类液体和封液因比重差分为上下两层，处于上层的是烃类液体(7)，处于下层的是封液(8)。连接在分离器(3)中部的管线(42)是烃类液体的排出管线，通过该管线可将在第一分离器(3)得到的烃类液体自压或用泵(图中未画出)升压后排入外部系统储罐，或排至回收单元，与回收单元得到的烃类液体相混合。第一分离器(3)底层的液体(8)是真空泵(2)的封液，封液泵(4)的入口端通过管线(39)与第一分离器(3)底部连通，封液泵(4)的出口通过管线(40)与冷却器(5)入口相连，冷却器(5)的出口通过管线(41)与真空泵(2)封液返回口相连。
虚线框(100)代表的是回收单元，根据不同的条件和要求，回收单元可以采用吸收法工艺或冷凝法工艺。
图-2是回收单元采用吸收法工艺的流程示意图。吸收塔(50)内装填着适合于传质的填料或塔板(51)。来自第一分离器(3)顶部的管线(38)连接在吸收塔(50)的中部，塔顶管线(43)是经过吸收后的不凝气体出口管线，连接在塔上部的管线(53)是吸收剂入口管线，其另一端与外部吸收剂系统相连(图中未画出)。吸收剂泵(52)是吸收了烃类组份后的富吸收剂的排出泵，吸收剂泵(52)的入口通过管线(54)与塔底连通，其出口通过管线(55)连接到外部吸收剂系统(图中未画出)。
吸收塔(50)和第一分离器(3)可以分体设置(如图-1和图-2所示)，也可以组合为一体，即吸收塔(50)坐落于第一分离器(3)的顶部，这时塔底的富吸收剂直接与真空泵出口冷凝出来的烃类液体混合后排出。
图-3是回收单元采用冷凝法工艺回收烃类组份的流程示意图。在该流程中，烃类组份气体在冷凝器(60)内被冷凝为液体，冷凝过程所需的低温致冷介质由专门的制冷机组(图中未画出)或其它外部冷源提供。当冷凝压力不太高时，可以直接在真空泵(2)的出口压力下冷凝，由于受真空泵自身条件的限制，通常情况下冷凝压力不高于0.2Mpa(表压)；当需要更高的冷凝压力时，可以在冷凝器前设置专门的压缩机(图中未画出)，通过压缩机的升压，使烃类组份在更高的压力下冷凝为液体。来自第一分离器(3)顶部的烃类富集气体管线(38)与冷凝器(60)的入口相连，冷凝器出口管线(63)连接在第二分离器(61)的中部，连接在第二分离器(61)顶部的管线(43)是不凝气体出口管线，冷凝压力可以通过设在该管线上的自力式压力控制阀(63)来控制(当冷凝压力为大气压力时，不设此控制阀)。冷凝过程中生成的烃类液体可以通过烃类液体泵(62)升压后送出装置，烃类液体泵(62)的入口通过管线(65)与第二分离器(61)底部连通，其出口通过管线(66)连通外部系统的烃类液体储罐(图中未画出)。需要说明的是，回收单元采用冷凝法工艺的具体实现方法可以有多种。可以采用上述间接冷凝工艺，也可以采用通过冷却烃类液体，再用冷却至低温的烃类液体对烃类富集气体进行直接吸收冷凝的直接冷凝工艺等。对于熟悉本专业领域的工程技术人员来说，根据本发明的精神，不难提出众多的具体工艺的改进方案。
图-4是为便于理解本发明作业流程而绘制的一个实施例的一个工作日油气回收操作过程切换示意图。图中的水平轴代表时间坐标轴，上面是第一吸附罐在第一作业时段和第二作业时段的运行状态，下面是第二吸附罐在第一作业时段和第二作业时段的运行状态。3条纵向粗点划线将一个工作日的24小时分为第一作业时段和第二作业时段两个时段，其中，中间的纵向粗点划线代表第一次切换操作的时刻。横向粗实线表示吸附罐处于吸附状态，横向粗虚线表示吸附罐处于脱附再生状态，纵向细点画线表示第二吸附罐脱附再生过程结束的时刻。
以下结合图-1、图-2和图-4对整个工艺过程的运行操作情况进行说明。
在第二吸附罐(6)脱附再生结束后的第一作业时段(图-4中5时至20时的时段)，整个装置除开关阀(20)和(21)打开外，其余阀门均关闭，装置所有动设备均处于停机状态，充装过程产生的含烃类气体经管线(30)、开关阀(20)和管线(31)进入第一吸附罐(1)，吸附罐内的吸附剂(9)将其中的烃类组份吸附下来，几乎不含烃类组份的清洁尾气则通过管线(32)和开关阀(21)排入大气。
当第一吸附罐(1)在吸附状态下运行至20时时，到达第一次切换操作的时刻，这时，开关阀(23)、(24)、(25)打开，其余阀门均关闭，第一吸附罐(1)进入脱附再生状态，第二吸附罐(6)进入吸附状态。若回收单元采用吸收法(如图-2所示)，这时从外部吸收剂系统引入吸收剂，并启动吸收剂泵(52)，吸收剂形成循环；。启动封液泵(4)，封液循环；启动真空泵(2)，第一吸附罐(1)的脱附再生开始。随着真空泵(2)入口气体的不断被吸入，第一吸附罐(1)内的压力逐渐降低，第一作业时段吸附在吸附剂上的烃类组份逐渐脱附出来，与罐内存留的含烃类气体混合形成烃类富集气体沿管线(35)、经开关阀(23)和管线(36)进入真空泵(2)。与烃类富集气体一起同时进入真空泵(2)的还有来自管线(41)的循环封液。经真空泵(2)升压后，烃类富集气体以及压缩后可能生成的少量烃类液体与封液混合形成的气液混合物通过管线(37)进入第一分离器(3)。进入第一分离器(3)后，气液混合物分离，气体从顶部通过管线(38)进入回收单元。液相可能会有两相，一相是循环的封液，另一相是烃类富集气体升压后其中较重的烃类组份冷凝形成的烃类液体。由于两种液体存在显著的比重差并互不相溶，在分离器内两相自动分层，比重较小的烃类液体(7)处于上层，比重较大的封液(8)处于下层。下层的封液由管线(39)抽出，经封液泵(4)升压后，通过管线(40)进入冷却器(5)冷却，冷却后经管线(41)进入真空泵形成循环。封液冷却器(5)的冷却形式可以采用空气冷却或循环水冷却或工艺介质冷却，当装置的回收单元采用吸收法工艺时，最好采用吸收剂作冷却介质。第一分离器(3)内上层的烃类液体(7)通过管线(42)自压或用泵(图中未画出)升压后排入外部系统储罐，或排至回收单元与回收单元得到的烃类液体相混合。
在回收单元的吸收塔(50)内，由管线(38)从塔中部进入塔内的烃类富集气体自下而上地与由管线(53)从塔顶进入塔内的吸收剂(如汽油)自上而下地在填料(51)上逆流接触，在此过程中，烃类富集气体中大部分烃类组份被吸收剂吸收，吸收了烃类组份的富吸收剂最终从塔底抽出，通过管线(54)，并经吸收剂泵(52)升压后，在塔底液位控制回路(图中未画出)的控制下，经管线(55)循环返回到外部的吸收剂系统中。未被吸收的烃类富集气体中的空气和与吸收剂呈相平衡的烃类组份混合形成的不凝气体则从塔顶排出，经管线(43)与此时由管线(30)进入装置的含烃类气体混合后，经过开关阀(24)和管线(44)进入处于吸附状态的第二吸附罐(6)，吸附罐内的吸附剂(10)同样将混合气体中的烃类组份吸附下来，经过吸附处理后的气体也同样是几乎不合烃类组份的清洁尾气，该气体最终通过管线(45)和开关阀(25)排入大气。
随着第一吸附罐(1)脱附再生过程的进行，吸附罐内压力逐渐降低，越来越多的烃类组份从吸附剂上脱附出采，直至吸附罐内的压力达到70mmHg的设定压力时，绝大部分的烃类组份都被脱附出来并被回收。为了使吸附剂再生得更彻底，此时注入少许空气进行汽提。打开开关阀(22)，空气经由管线(34)、开关阀(22)进入第一吸附罐(1)，空气的进入降低了罐内的烃类组份的分压，使吸附剂上残留的烃类组份被彻底脱附，吸附剂得到完全再生。
注入空气程序完成后，将第一吸附罐(1)恢复常压。关闭开关阀(23)、(22)，缓慢打开开关阀(21)，空气经开关阀(21)和管线(32)进入第一吸附罐(1)，使吸附罐内压力逐渐恢复常压。在第一吸附罐(1)恢复常压的过程中，真空泵(2)可以停止运行或进出口气体循环。
当第一吸附罐(1)内的压力恢复常压后，开始第二次切换操作(图-4中是4时)，第一吸附罐(1)恢复到吸附状态，第二吸附罐(6)进入脱附再生状态。这时，开关阀(20)、(21)、(27)打开，其余阀门关闭，真空泵(2)开启，来自第二吸附罐(6)的烃类富集气体经管线(48)、开关阀(27))和管线(36)进入真空泵(2)，之后与前述的来自第一吸附罐(1)的烃类富集气体所经历的回收过程相同，烃类富集气体中的大部分烃类组份在回收单元被回收下来。所不同的是，离开回收单元的不凝气体经由管线(43)排出后，与由管线(30)进入装置的含烃类气体混合后经开关阀(20)和管线(31)进入第一吸附罐(1)，由第一吸附罐(1)吸附处理后排入大气。同样，当第二吸附罐(6)内的压力达到70mmHg的设定压力时，打开开关阀(26)，让少量的空气经由管线(47)、开关阀(26)进入第二吸附罐(6)，使第二吸附罐(6)内的吸附剂(10)得到彻底再生。之后，关停所有动设备，使后吸附罐(6)恢复常压，最后，关闭除开关阀(20)和(21)外的所有阀门，装置开始又一个工作日的循环(此时图-4中是5时)。由于第二作业时段里进入第二吸附罐(6)的烃类组份量比较少，因此，第二吸附罐(6)的脱附再生所需的时间远少于第一吸附罐(1)的脱附再生所需的时间。
当装置回收单元采用图-3所示的冷凝法工艺时，除了回收单元外，装置其余部分的设备编号和工作原理与图-1相同，此处不再赘述。根据图-3所示的工艺流程，从第一分离器(3)顶部排出的烃类富集气体，当冷凝压力不太高时，经管线(38)直接进入冷凝器(60)，当冷凝压力比较高时，经压缩机(图中未画出)升压后，进入冷凝器(60)。在冷凝器(60)内，烃类富集气体被致冷介质冷凝冷却，其中的烃类组份被冷凝为烃类液体，离开冷凝器(60)的烃类液体和不凝气体的气液混合物经管线(64)进入第二分离器(61)。之后，在第二分离器(61)中气液分离，分离出来的不凝气体从设在顶部的管线(43)排出，冷凝压力由自力式压力控制阀(63)自动控制，当回收单元的操作压力高于设定值时，控制阀(63)开大，反之，控制阀(63)关小。第二分离器(61)底部得到的烃类液体经管线(65)，通过烃类液体泵(62)升压后，在液位控制回路(图中未画出)的控制下经管线(66)送出装置。
需要说明的是，整个油气回收装置为一个有机整体，上述工艺过程的操作全部由工业控制计算机或PLC根据测得的操作参数，按照预先设定的程序自动完成。
权利要求
1.一种从含烃类气体中回收烃类组份的方法，其特征在于有两个吸附罐，吸附罐内装填着对烃类组份具有亲和力而对空气几乎没有亲和力的固体吸附剂，两个吸附罐内吸附剂的总装填量能够满足吸附一个工作日内充装过程产生的全部含烃类气体中的烃类组份的要求，并使经过吸附后排出的尾气达到排放标准，其中的第一吸附罐承担吸附第一作业时段烃类组份的任务，第二吸附罐承担吸附第二作业时段烃类组份的任务，在真空泵提供的真空和注入少量空气进行汽提的条件下，利用充分长的第一作业时段和第二作业时段，分别对第二吸附罐和第一吸附罐内的吸附剂进行脱附再生，并将脱附出来的烃类组份回收下来，通过延长脱附再生的时间，有效降低再生回收部分的规模，达到降低装置总投资和运行能耗的目的；其工艺流程主要包含以下步骤a)在第一作业时段，第一吸附罐处于吸附状态，充装过程产生的含烃类气体通过管线被引入油气回收装置的第一吸附罐，利用吸附罐内装填着的对烃类组份具有亲和力而对空气几乎没有亲和力的固体吸附剂，将含烃类气体中的烃类组份吸附在吸附剂的表面上，经过吸附处理后几乎不含烃类组份，达到排放标准的清洁尾气排入大气；b)第一次切换操作，装置由第一作业时段进入第二作业时段，第一吸附罐进入脱附再生状态，同时，第二吸附罐进入吸附状态；c)在真空泵产生的真空条件下，将吸附在处于脱附再生状态的吸附罐内吸附剂表面的大部分烃类组份脱附下来，得到烃类富集气体；d)步骤c)得到的烃类富集气体经真空泵升压和冷却后进入回收单元，同时经真空泵升压和冷却后生成的烃类液体被回收；e)在回收单元，烃类富集气体中的绝大部分烃类组份被回收，同时得到空气与少量未被回收的烃类组份混合的不凝气体；f)将步骤e)得到的不凝气体与第二作业时段进入装置的含烃类气体混合引入第二吸附罐，当这些气体穿过吸附剂床层时，其中的烃类组份吸附在吸附剂表面上，达到排放标准的清洁尾气排入大气；g)当第一吸附罐的压力降低至设定压力时，向第一吸附罐内注入适量的空气，对吸附剂进行汽提，进一步将吸附剂上残留的少量烃类组份脱附出来；h)第一吸附罐恢复常压；i)第二次切换操作，装置由第二作业时段转为第一作业时段，第一吸附罐恢复到吸附状态，同时，第二吸附罐进入脱附再生状态；j)依次执行步骤c)至e)；k)将步骤j)得到的不凝气体与这一时段进入装置的含烃类气体混合引入第一吸附罐，当这些气体穿过吸附剂床层时，其中的烃类组份吸附在吸附剂表面上，达到排放标准的清洁尾气排入大气；l)当第二吸附罐内的压力降低至设定压力时，注入适量的空气，对吸附剂进行汽提，进一步将吸附剂上残留的少量烃类组份脱附出来；m)第二吸附罐恢复常压；n)除第一吸附罐处于吸附状态外，关停其余所有动设备和静设备，进入又一个工作日的循环。
2.根据权利要求1所述的工艺方法和流程，其特征在于第一吸附罐内装填的吸附剂量至少满足吸附处理第一作业时段进入装置的含烃类气体和第一作业时段回收单元排出的不凝气体的要求，第二吸附罐内装填的吸附剂量至少满足吸附处理第二作业时段进入装置的含烃类气体和第二作业时段回收单元排出的不凝气体的要求。
3.根据权利要求1所述的工艺方法和流程，其特征在于工作日中比较集中地产生大部分含烃类气体的作业时段为第一作业时段，因而第一吸附罐是一个装填着较大量吸附剂的较大的吸附罐，而产生其余少量含烃类气体的作业时段为第二作业时段，因而第二吸附罐是一个装填着较小量吸附剂的较小的吸附罐。
4.根据权利要求1、2和3所述的工艺方法和流程，其特征在于第一吸附罐和第二吸附罐内装填的固体吸附剂是活性炭。
5.根据权利要求1所述的工艺流程，其特征在于步骤b)中所说的第一次切换操作是通过在控制程序中设定切换时刻来实现的。
6.根据权利要求1所述的工艺流程，其特征在于步骤b)中所说的第一次切换操作是根据测量参数结合设定切换时刻来实现的。
7.根据权利要求1所述的工艺流程，其特征在于步骤b)中所说的第一次切换操作是通过手动切换操作来实现的。
8.根据权利要求1所述的工艺流程，其特征在于步骤g)和l)中所说的设定压力为1～110mmHg(绝压)。
9.根据权利要求1所述的工艺流程，其特征在于步骤e)中所说的回收单元采用吸收法工艺。
10.根据权利要求1所述的工艺流程，其特征在于步骤e)中所说的回收单元采用冷凝法工艺。
全文摘要
一种吸附法回收含烃类气体中的烃类组分的方法和流程，将工作日分为两个作业时段，在第一作业时段，第一吸附罐处于吸附状态，第二吸附罐处于再生状态；在第二作业时段，第二吸附罐处于吸附状态，第一吸附罐处于再生状态。利用充分长的两个作业时段，分别对第二吸附罐和第一吸附罐进行真空和汽提脱附再生，并回收脱附出来的烃类组分。通过延长脱附再生时间，有效降低单位时间再生回收部分的规模，从而降低装置总投资和运行能耗。
文档编号C10G5/02GK1749360SQ20041007999
公开日2006年3月22日 申请日期2004年9月18日 优先权日2004年9月18日
发明者张国瑞 申请人:宁波海曙洁源气体处理工程有限公司