柴油低溫臨界吸收油氣回收技術的應用

2013-09-06 07:24:26劉忠生廖昌建方向晨王海波

石油煉制與化工 2013年8期

劉忠生，廖昌建，方向晨，王海波

（中國石化撫順石油化工研究院，遼寧撫順 113001）

在石油煉制和儲運過程中易產生和排放含大量油氣的廢氣，即高濃度揮發性有機化合物（VOCs）廢氣，排放的廢氣種類有酸性水罐呼吸氣、污油罐和油品中間罐呼吸氣、粗汽油堿渣罐呼吸氣、汽油氧化脫硫醇廢氣、輕質油品裝車（船）過程排放油氣等。廢氣的VOCs組分主要有揮發性有機硫化物（甲硫醇、甲硫醚、二硫化碳、二甲二硫、噻吩類）、苯系物、輕烴類等。這些廢氣直接排放后，易產生惡臭、光化學煙霧、霧霾等大氣污染，并且浪費資源。因此，必須對其進行回收和治理。

目前常用的油氣回收方法有吸收法、吸附法、冷凝法和膜分離法，其中，吸收法有常壓常溫吸收法、常壓低溫吸收法［1－2］。常壓常溫吸收法采用輕柴油或專用吸收劑，油氣回收率可達85%～90%，凈化氣體難以達到我國現行排放標準［3－4］；常壓低溫吸收法將汽油冷卻到約－30℃后作為吸收劑，投資大，運行費用高，且受汽油揮發性限制，凈化氣體難以達到排放標準。本課題從吸收過程分析出發，提出低溫臨界吸收概念，并在此基礎上開發了柴油低溫臨界吸收技術，該技術已廣泛應用于石油煉制和儲運過程的油氣回收，取得了良好的經濟效益和社會效益。

1 低溫臨界吸收概念

影響油氣吸收效率的因素有油氣組成、吸收劑性質、吸收塔填料層高度（或塔板數）、液氣比、氣速、溫度、壓力等。在煉油廠，一般選擇柴油作為吸收劑。在影響油氣吸收效率的諸多因素中，溫度是提高柴油吸收油氣回收率的關鍵：①溫度影響油氣在柴油中的溶解度。一般情況下，降低溫度，溶解度增大。對純組分，在吸收劑冰點溫度下溶解度最大［1－2］；對柴油－油氣體系，溫度降低，溶解度也會增大，甚至有油氣凝結液化現象，但在接近凝點時，柴油中出現石蠟晶體，柴油對油氣的溶解能力反而可能下降。②溫度影響油氣吸收速率。溫度降低，柴油黏度、表面張力增大，氣液傳質系數變小，單位高度填料層的氣液傳質能力下降［5－6］。

綜合以上分析可知，在柴油吸收油氣回收裝置上，一旦填料層高度、液氣比、壓力等參數確定，受熱力學和動力學限制，在常溫到柴油凝點之間，存在使油氣回收率最高的最佳溫度。由于該吸收過程的溫度接近吸收液的凝點，故稱其為低溫臨界吸收。對氣液吸收體系，低溫臨界吸收概念有普遍意義。

2 柴油低溫臨界吸收油氣回收技術的開發

2.1 工藝流程

根據低溫臨界吸收概念，結合煉油工藝，在模擬計算和小型試驗的基礎上，開發了柴油低溫臨界吸收油氣回收技術，其工藝流程示意見圖1。吸收油經過制冷機組冷卻至最佳溫度，從塔頂進入吸收塔，吸收油與VOCs廢氣進行逆流接觸，傳質、傳熱；富吸收油經過泵提升、制冷機組冷量回收后出裝置。VOCs廢氣在吸收塔內由下至上流經填料層，氣體在流經填料層的過程中同時發生了冷卻、冷凝、溶解現象，廢氣中的有機烴重組分經過冷卻、冷凝后，以液態的形式混合在吸收油中，未被冷凝的有機烴輕組分在吸收油中發生溶解。廢氣中未被冷凝、溶解的有機組分隨凈化氣由塔頂排出。

在煉油廠，宜采用常二線柴油餾分或催化裂化分餾塔柴油餾分作為吸收油，富吸收油去柴油加氫裝置或分餾塔處理。

圖1 柴油低溫臨界吸收油氣回收工藝流程

2.2 模擬計算

以中國石化金陵分公司酸性水罐區排放氣為處理對象，采用該廠催化裂化分餾塔柴油（初餾點160℃）作為吸收油，吸收塔填充38mm的鮑爾環填料，應用ASPEN PLUS軟件，選擇SRK物性計算方法，按圖1工藝流程進行模擬計算，考察液氣比、溫度、填料層高度對油氣回收率的影響。

在壓力101.325kPa、填料高度3m的條件下，液氣比－吸收溫度－油氣回收率的關系見圖2。在壓力101.325kPa、液氣比150L／m3的條件下，填料高度－吸收溫度－油氣回收率的關系見圖3。

從圖2和圖3可以看出，液氣比越大，填料層越高，油氣回收率越高，但受溶解度和柴油自身揮發性影響，填料層超過一定高度后油氣回收率趨于不變；而且填料層越高，裝置占地和造價越大。

從圖2和圖3還可以看出，柴油吸收溫度過高、過低都不利于油氣回收，最佳溫度為－5～15℃。需要說明的是，受計算軟件原始數據庫限制，該最佳溫度沒有計入接近柴油凝點時溶解度變化以及油氣中高沸點組分冷凝的影響，僅反映了溫度對柴油黏度、表面張力和氣液傳質速率的影響。

2.3 柴油低溫臨界吸收油氣回收小型試驗

圖2 液氣比－吸收溫度－油氣回收率的關系

圖3 填料高度－吸收溫度－油氣回收率的關系

在小型試驗裝置上，用空氣和汽油產生模擬油氣，分別選取1號催化裂化柴油、2號催化裂化柴油、常二線柴油餾分、常三線餾分油為吸收油，考察柴油來源、溫度、液氣比、填料層高度等參數對油氣回收率的影響。

試驗結果表明，選用催化裂化柴油、常二線柴油餾分油作為吸收油，在11～18℃、液氣比75～200 L／m3的條件下，油氣回收率可達到95%以上，凈化氣體油氣濃度達到小于25g／m3的排放標準。

3 柴油低溫臨界吸收油氣回收技術的應用

3.1 吸收裝置和操作參數

將柴油低溫臨界吸收－堿液吸收技術應用于中國石化金陵分公司酸性水罐區排放氣的治理，廢氣治理裝置處理規模為150m3／h，吸收油餾程為160～360℃，吸收塔填料傳質高度為5m，吸收壓力為常壓，液氣比為150L／m3。主要工藝設備有制冷機組、吸收塔、油泵，其中制冷機組為集成設備，機組內壓縮機采用進口的螺桿式壓縮機，功率為37kW，壓縮制冷工質采用R22；機組內蒸發器和冷卻器均采用高效板式換熱器。吸收塔為填料塔，塔內設置有吸收油分布器、高效傳質填料、高效除霧器等內構件，塔內壓降小于500Pa。富油泵為離心泵，材質為碳鋼，泵的額定流量為25m3／h，電機功率為18.5kW。