冷凝法废气处理工艺解析

石油、化工生产中的原料、中间产物、溶剂、产品中多含有大量易挥发组分,在生产、储运和销售过程中,不可避免地会有一些易挥发组分气化,并与空气混合形成油气。而油气直接排放到大气中不仅造成能源浪费,而且还会带来严重的环境污染和安全隐患。

我国环保部曾在2007年和2015年颁发了GB20950-2007《储油库大气污染物排放标准》、GB20951-2007《汽油运输大气污染物排放标准》、GB20952-2007《加油站大气污染物排放标准》和GB 31571-2015《石油化学工业污染物排放标准》等有关污染物排放控制标准,其要求对储油库、加油站、生产企业等产生的有机废气进行回收处理。

吸附法是利用活性炭、硅胶或活性纤维等吸附剂对油气/空气的吸附力不同来实现混合油气的分离。

吸收法是利用混合气中各组分在吸收剂中具有不同的溶解度来实现油气与空气的分离,常用柴油等贫油做吸收剂。

膜分离法是一种基于溶解扩散机理的气体分离技术,其分离的推动力是气体各组分在膜两侧的分压差,利用气体各组分通过膜时的渗透速率的不同进行气体分离。

冷凝法采用废气处理多级连续冷却的方法,使混合油气中的烃类各组分的温度低于凝点从气态变为液态,除水蒸汽外空气仍保持气态,从而实现油气与空气的分离。

废气中有机物是由分子大小和化学结构不同的烃类和非烃类组成的混合物,冷凝法油气回收技术的原理则是通过降温加压等手段使油蒸汽发生相变,从而让气态回到液态,完成对油气的回收处理。所以,冷凝法处理油气的技术原理与原油加工的技术原理一致,对于油气的热物理性质、迁移特性来说,是最适宜采用的。

当冷凝温度降至-110℃时,3种油气经处理后均能满足国家标准所规定的回收率高于95%和尾气浓度小于25mg/L的要求;当冷凝温度降至-120℃时,尾气中基本不含油气。

1) 第一阶段:预冷,油气在进入高温级换热器h1之前,首先经过预冷级单元预处理,温度降低至4℃左右,除去原料气中大部分水蒸汽;

2) 第二阶段:浅冷,油气进入换热器h1,放热降温至-30~-40℃,回收油气中C6等高碳烃类物质;

3) 第三阶段:深冷,油气进入中温级换热器h2,温度降至-70~-80℃,C5和大部分 C4组分被冷凝;

4) 第四阶段:油气进入低温级换热器h3,温度降至-105~-110℃ 范围,C4等高碳烃类物质碳全部冷凝,尾气中仅存少量C3以下组分。

冷凝法工艺简明直接,不需二次工艺处理,回收产品为液体汽油。吸附法、吸收法和膜分离法等工艺的油气回收处理技术,都必须采用喷淋吸收二次工艺来处理富集的油气,或再用冷凝工艺回收液体油品,工艺复杂,检修维护量大,并且能耗高。

石油、化工的生产、储运和销售环节的油气污染治理迫在眉睫,大力推进油气回收技术和装备的研发和工程应用势在必行。而冷凝法油气回收设备应用成熟的制冷技术,则可以逐级降温实现油气的分离和回收,具有不可逆传热损失小的优点,工艺流程最适合石油产品的物理化学特性,安全可靠。