專利名稱：復(fù)疊法油氣分離回收系統(tǒng)及其分離回收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體分離回收系統(tǒng)及其分離回收方法，特別是一種復(fù)疊法油氣分離回收系統(tǒng)及其分離回收方法。
背景技術(shù)：
燃料油(汽油、柴油、煤油)是我國(guó)乃至全球使用量最大的交通能源。作為流通商品，燃油在銷售過(guò)程中必須經(jīng)過(guò)多層儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，在這些環(huán)節(jié)中，不可避免的揮發(fā)損失約占到油品總量的1％。這些揮發(fā)損失主要發(fā)生在煉油廠與油庫(kù)、油庫(kù)與加油站之間的收發(fā)油品以及加油站向車(chē)輛加油的過(guò)程中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年我國(guó)擁有各類汽車(chē)超過(guò)1600萬(wàn)輛，僅消耗汽油就達(dá)6000萬(wàn)噸，在銷售儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)“大呼吸”“小呼吸”，以及油品生產(chǎn)環(huán)節(jié)蒸發(fā)損耗超過(guò)60萬(wàn)噸，這相當(dāng)于每年有近20億人民幣被蒸發(fā)損失掉。
大量的油品揮發(fā)不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重污染環(huán)境，同時(shí)還增加了不安全因素。
在1998年國(guó)家確定的《常見(jiàn)危害成份及廢物名目》中，汽油、柴油、煤油全部榜上有名。成品燃油主要成份是烷烴、烯烴、芳烴等碳?xì)浠衔?，汽油中的芳烴主要是苯、甲苯、混二甲苯等，其中苯是提高汽油抗爆性指標(biāo)辛烷值的必要組份，但苯本身就是公認(rèn)的有毒致癌物質(zhì)并沒(méi)有安全下限；油氣中烯烴化合物在空氣中與氮氧化合物(NOx)混合，在強(qiáng)紫外光照射下產(chǎn)生“活化”反應(yīng)，生成毒性更大的化學(xué)煙霧，產(chǎn)生致癌、溫室效應(yīng)，破壞臭氧層，從而造成生態(tài)環(huán)境混亂災(zāi)害。這些物質(zhì)通過(guò)污染空氣和水，經(jīng)呼吸、皮膚接觸、飲水等或是直接作用、或是相加作用、或是累積作用而危害人體生命健康。醫(yī)學(xué)界臨床學(xué)者在編寫(xiě)的《環(huán)境中有害因素與人體健康》一書(shū)中列舉了汽油、煤油、柴油對(duì)人體神精系統(tǒng)(神精分裂癥、癔病等)、泌尿系統(tǒng)(慢性中毒腎炎等)、呼吸系統(tǒng)(支氣管刺激炎癥、肺炎等)、循環(huán)系統(tǒng)(心血管損傷等)、血液系統(tǒng)(再生障礙性貧血、白血病等)所引發(fā)的嚴(yán)重疾病達(dá)十多種。
目前人類社會(huì)對(duì)油品揮發(fā)所帶來(lái)的嚴(yán)重問(wèn)題已十分關(guān)注，并紛紛制定一系列的油氣排放標(biāo)準(zhǔn)和措施。
以美國(guó)為例，美國(guó)環(huán)保局1978年就實(shí)施了《汽油油罐車(chē)和油氣收集系統(tǒng)揮發(fā)性有機(jī)物泄漏控制》的標(biāo)準(zhǔn)(EPA-405/Z-78-051)，美國(guó)石油協(xié)會(huì)1997年發(fā)布了《加油站油氣回收系統(tǒng)安裝和測(cè)試推薦方案》(PEI/RP300-97)，1997年又修訂了《儲(chǔ)油庫(kù)油氣排放標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)方法》(40CFR60Subpart XX &40CFR 63 Subpart R)的內(nèi)容，美國(guó)加州空氣資源局2001修訂《油氣回收檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》(CARBTP-201)的內(nèi)容。與此同時(shí)，與這些標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)，先后開(kāi)發(fā)出一系列油氣回收技術(shù)，如吸附、吸收、壓縮冷凝、冷凍、膜分離等技術(shù)，不僅創(chuàng)造了可觀的回收效益，同時(shí)保護(hù)了大氣環(huán)境，取得了經(jīng)濟(jì)與環(huán)保雙重效益。
在國(guó)內(nèi)，油庫(kù)(加油站)油氣回收尚處在啟步與摸索階段，目前國(guó)內(nèi)油庫(kù)(加油站)中只有極小部分實(shí)現(xiàn)了油氣密閉與回收。絕大多數(shù)油庫(kù)(加油站)仍然將油氣直接向大氣排放。有些發(fā)達(dá)地區(qū)如北京、上海等地已認(rèn)識(shí)到該問(wèn)題的重要性。作為2008年奧運(yùn)會(huì)的主辦城市北京市已出臺(tái)了一些地方標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)，北京市環(huán)保局、質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局于2003年8月25日聯(lián)合發(fā)布了三個(gè)地方性標(biāo)準(zhǔn)《加油站油排放控制與限值》(DB11/208-2003)、《油罐車(chē)油氣排放控制與檢測(cè)規(guī)范》(DB11/207-2003)、《儲(chǔ)油庫(kù)油氣排放控制與限值》(DB11/206-2003)，并在2004年發(fā)布的《北京市第十階段控制大氣污染公告》中明確要求“儲(chǔ)油庫(kù)要嚴(yán)格執(zhí)行《儲(chǔ)油庫(kù)油氣排放控制與限值》”，2005年將發(fā)布第十一階段公告并提出更高的要求。國(guó)家商務(wù)部公布了《成品油零售企業(yè)(加油站)市場(chǎng)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)(征求意見(jiàn)稿)》，其中6.5.3.2條款要求“大中城市宜采用卸油、加油油氣回收系統(tǒng)”。以上標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)的出臺(tái)雖然起步較晚，但起點(diǎn)很高，要求很?chē)?yán)。
現(xiàn)有的油氣分離回收方法有以下幾種1、吸附吸收方法。吸附吸收方法是利用活性炭或其它吸附吸收劑對(duì)油氣中的有機(jī)組份進(jìn)行吸附或吸收，然后利用熱能或減壓方式進(jìn)行解吸再生，再生氣再用汽油、柴油等進(jìn)行吸收，從而達(dá)到油氣分離與回收的目的。這種方法雖可達(dá)到理想排放要求，但投資巨大，運(yùn)行費(fèi)用高。
2、低溫冷凍分離方法。低溫冷凍方法是將油氣用一級(jí)或多級(jí)冷凍的方法，在常壓下將溫度冷卻到很低的溫度，如-40℃，-80℃等。由于低溫下油氣中的有機(jī)組分飽和蒸汽壓較低，從而使有機(jī)組分凝結(jié)為液態(tài)汽油，而不凝性氣體排放，從而實(shí)現(xiàn)分離回收的目的。用這種分離方法要達(dá)到理想的排放要求，必須將油氣冷凍到極低的溫度，運(yùn)行費(fèi)用很高。
3、壓縮冷凝方法。壓縮冷凝方法是將油氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮到一定壓力后，高溫高壓氣體經(jīng)水冷卻到常溫，此時(shí)有機(jī)氣體蒸汽分壓高于其飽和蒸汽壓，從而凝結(jié)成優(yōu)質(zhì)汽油，不凝性氣體排放，從而達(dá)到分離與回收的目的。同樣這種方法要達(dá)到很高的排放要求，從經(jīng)濟(jì)上和安全上皆不可行(需要的壓力太高)。
4、膜及膜分離方法。膜是90年代以來(lái)高速發(fā)展的高分子橡膠態(tài)氣體分離膜，該膜是將非多孔性高分子聚合物(如硅像膠等)在多孔性高分子聚合物(如聚酰亞胺、聚砜等)與支撐層(如無(wú)紡布等)組成的基膜上涂覆成膜而形成的氣體分離膜，又稱有機(jī)蒸汽膜。利用這種膜對(duì)有機(jī)氣體和氮?dú)?、氧氣等常?guī)氣體有很大的選擇透過(guò)性從而達(dá)到氣體分離的目的。燃油(汽油、煤油、柴油等)蒸汽中主要有機(jī)氣體組分，如丙烷、丁烷、戌烷、庚烷、辛烷、苯等，在壓差的驅(qū)動(dòng)下在膜中溶解、擴(kuò)散，解溶速率即透過(guò)速率比常規(guī)氣體(如氮?dú)?、氧?快十倍至幾十倍，所以在混合氣體通過(guò)膜組時(shí)，滲透?jìng)?cè)形成有機(jī)氣體高濃度滲透流，在高壓透余側(cè)形成常規(guī)氣體富集的透余氣流，從而完成氣體分離。這種油氣分離方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資省、運(yùn)行費(fèi)用低，但缺點(diǎn)也非常明顯，剩余氣中仍含有一定量的揮發(fā)性有機(jī)氣體，尤其在進(jìn)氣中有機(jī)氣體濃度較高時(shí)(如超過(guò)20％)，剩余氣中揮發(fā)性有機(jī)組分無(wú)法達(dá)標(biāo)排放。另外，混合氣中含有的水蒸汽在膜中透過(guò)速度更快，從而無(wú)法解決脫水問(wèn)題。同時(shí)，該方法只能回收富含有機(jī)組分的氣流，無(wú)法直接回收液態(tài)汽油再用。
綜上所述，吸附吸收法可以獲得理想的達(dá)標(biāo)排放濃度，但回收效率較低且設(shè)備投資較大。如果采用兩級(jí)變溫吸收法，可以取得比較滿意的回收效率與排放達(dá)標(biāo)，但設(shè)備投資巨大。如200Nm3/h處理量的一套兩級(jí)變溫吸收系統(tǒng)進(jìn)口的需40-50萬(wàn)美元，即使國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)亦需超過(guò)120萬(wàn)元/套。壓縮冷凝法與低溫冷凍法雖然投資相對(duì)較省，但排放氣濃度很難達(dá)標(biāo)，如果一定要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)則壓縮壓力必須很高或制冷溫度必須很低，以低溫冷凍法為例，要達(dá)到《儲(chǔ)油庫(kù)排放標(biāo)準(zhǔn)與限值》(DB11/206-2003)要求，處理裝置排放濃度在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下不應(yīng)大于25g/m3和凈化效率E不應(yīng)低于98％，低溫冷凍法的制冷溫度需達(dá)到-80℃以下，這將使投資與運(yùn)行費(fèi)用大增，從而回收裝置經(jīng)濟(jì)效益大打折扣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有油氣分離回收技術(shù)的不足，復(fù)疊采用壓縮、冷凝、膜分離方法的油氣分離回收系統(tǒng)及其分離回收方法。
本發(fā)明所述的復(fù)疊法油氣分離回收系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、預(yù)冷器、冷凝器、加熱器和膜分離器，并依次相連，膜分離器的出口與壓縮機(jī)的進(jìn)口相連。
在預(yù)冷器和冷凝器間設(shè)有二級(jí)壓縮機(jī)。
本發(fā)明所述的復(fù)疊法油氣分離回收方法是1、油氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)預(yù)冷器冷卻至常溫并切出飽和水分；2、經(jīng)壓縮并冷卻后的油氣進(jìn)冷凝器，冷凝出汽油；3、不凝油氣進(jìn)加熱器加熱后，進(jìn)膜分離器，滲透氣回壓縮機(jī)入口，透余氣排空。
本發(fā)明將壓縮、冷凝、透膜分離回收方法復(fù)疊使用，其工作原理是收集的油氣經(jīng)壓縮機(jī)一級(jí)壓縮至3-4Kg/Cm2的壓力后，經(jīng)冷卻至常溫，此時(shí)油氣中水蒸汽組分的蒸汽分壓在空氣濕度較高時(shí)(50％以上相對(duì)濕度)已超過(guò)飽和蒸汽壓，超過(guò)60％的水分被冷凝切出，而同時(shí)油氣中絕大部分有機(jī)氣體的蒸汽分壓仍低于相應(yīng)的飽和蒸汽壓，有機(jī)組分與不凝氣體以氣態(tài)通過(guò)，經(jīng)二級(jí)壓縮8-12Kg/m2并經(jīng)冷卻至常溫后，在冷凝器中有機(jī)氣體的蒸汽分壓將大大超過(guò)其相應(yīng)的飽和蒸汽分壓，此時(shí)70％以上有機(jī)組分冷凝成優(yōu)質(zhì)汽油回收再用，而不凝氣體加熱10-20℃溫升后進(jìn)入膜分離器進(jìn)一步分離，其中滲透氣中富含有機(jī)組份氣體返回壓縮機(jī)入口循環(huán)處理，透余氣中清潔空氣排放到大氣中去。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分離回收效果好，運(yùn)行成本低廉。2、集壓縮、冷凝、膜透分離回收方法的優(yōu)點(diǎn)為一體，使得本發(fā)明更能廣泛地被運(yùn)用于各種油氣處理場(chǎng)所。3、排放指標(biāo)能夠符合國(guó)內(nèi)外最嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
四

附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實(shí)施例方式
如圖所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)的油氣分離回收系統(tǒng)，由壓縮機(jī)1、預(yù)冷器2、二級(jí)壓縮機(jī)6、冷凝器3、加熱器4和膜分離器5組成，其中各裝置均為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和技術(shù)，在此不再詳述。其連接關(guān)系是壓縮機(jī)1的出口與預(yù)冷器2的進(jìn)口連接，預(yù)冷器2的出口與二級(jí)壓縮機(jī)6的進(jìn)口連接，二級(jí)壓縮機(jī)6的出口與冷凝器3的進(jìn)口連接，冷凝器3的出口與加熱器4的進(jìn)口連接，加熱器4的出口與膜分離器5的進(jìn)口連接，膜分離器5的芯管出口與壓縮機(jī)1的進(jìn)口連接。冷凝器3設(shè)有冷卻水進(jìn)出口和汽油出口。
該分離回收系統(tǒng)為混合氣(含一種或多種有機(jī)氣體，包括但不限于烷烴、烯烴、芳烴、醋酸類、酮類、醚類、鹵化碳?xì)浠衔镱惖?，與一種或多種常規(guī)氣體，包括但不限于氧氣、氮?dú)?、二氧化碳、一氧化碳等混合的氣體)經(jīng)過(guò)任何形式的單級(jí)或多級(jí)壓縮(包括但不限于活塞式、螺桿式、隔膜式等)和冷凝，并充分利用不凝性氣體的余壓做為非多孔性橡膠態(tài)高分子氣體分離膜組件的分離動(dòng)力，膜分離滲透氣回壓縮機(jī)入口循環(huán)處理，膜透余氣排放。
利用上述系統(tǒng)進(jìn)行油氣分離回收處理時(shí)，其主要工藝節(jié)點(diǎn)狀態(tài)參數(shù)如下表所示

以混合氣200Nm3/h處理量為例，其主要工藝節(jié)點(diǎn)流量復(fù)疊結(jié)果是

其系統(tǒng)分離效果1、處理裝置標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下排放有機(jī)氣體≤15g/m3。
2、處理裝置凈化效率E＝[1-(1-C進(jìn))C出/(1-C出)C進(jìn)]×100％≥98.8％。
式中E-凈化效率；C進(jìn)-進(jìn)口平均濃度(有機(jī)氣體V/V％)；C出-排放平均濃度(有機(jī)氣體V/V％)。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)疊法油氣分離回收系統(tǒng)，其特征在于它包括壓縮機(jī)(1)、預(yù)冷器(2)、冷凝器(3)、加熱器(4)和膜分離器(5)，并依次相連，膜分離器(5)的出口與壓縮機(jī)(1)的進(jìn)口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)疊法油氣分離回收系統(tǒng)，其特征在于在預(yù)冷器(2)和冷凝器間(3)設(shè)有二級(jí)壓縮機(jī)(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)疊法油氣分離回收系統(tǒng)，其特征在于冷凝器(3)設(shè)有冷卻水的進(jìn)出口和汽油出口。
4.權(quán)利要求1所述的復(fù)疊法油氣分離回收系統(tǒng)的分離回收方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)油氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)預(yù)冷器冷卻至常溫并切出飽和水分；(2)經(jīng)壓縮并冷卻后的油氣進(jìn)冷凝器，冷凝出汽油；(3)不凝油氣進(jìn)加熱器加熱后，進(jìn)膜分離器，滲透氣回壓縮機(jī)入口，透余氣排空。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)疊法油氣分離回收系統(tǒng)的分離回收方法，其特征在于經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的壓力為8-12Kg/m2，可先預(yù)壓縮至3-4Kg/Cm2的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)疊法油氣分離回收系統(tǒng)的分離回收方法，其特征在于經(jīng)加熱器加熱后的溫度為10-20℃。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)疊法油氣分離回收系統(tǒng)及其分離回收方法，分離回收系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、預(yù)冷器、冷凝器、加熱器和膜分離器，并依次相連，膜分離器的出口與壓縮機(jī)的進(jìn)口相連。分離回收方法是油氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)預(yù)冷器冷卻至常溫并切出飽和水分；經(jīng)壓縮并冷卻后的油氣進(jìn)冷凝器，冷凝出汽油；不凝油氣進(jìn)加熱器加熱后，進(jìn)膜分離器，滲透氣回壓縮機(jī)入口，透余氣排空。本發(fā)明的其顯著優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分離回收效果好，運(yùn)行成本低廉。集壓縮、冷凝、膜透分離回收方法的優(yōu)點(diǎn)為一體，使得本發(fā)明更能廣泛地被運(yùn)用于各種油氣處理場(chǎng)所。
文檔編號(hào)B01D53/00GK1621131SQ20041006497
公開(kāi)日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2004年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月15日
發(fā)明者黃道軍 申請(qǐng)人:黃道軍