毕业论文终稿-化学工程与工艺专业-苯装车过程的气体回收研究-中石油大学（北京）.doc

1、 中国石油大学（北京）现代远程教育毕 业 设 计（论文）苯装车过程的气体回收研究姓 名： 学 号： 性 别： 专 业: 化学工程与工艺 年 级： 学习中心： 指导教师： 2022年2月28日中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）苯装车过程的气体回收研究摘 要原油和轻质油品含有大量的轻烃组分，具有很强的挥发性，在开采、炼制、储运、销售及应用等过程中，由于受到工艺、技术及设备的限制，不可避免地会有一部分液态烃组分汽化而逸入大气，造成严重的油品蒸发损耗。油品蒸发损耗问题涉及到石油、石化、装饰（油漆）、交通等诸多领域，已成为这些领域少量尚未治理的、人们投诉率较高的、急需解决的安全、节能、环保

2、难题之一。考虑到苯挥发性高、毒性大，对健康和环境危害大，选取了苯作为研究对象。本文以苯装车过程的气体回收研究为课题，通过文献资料法和案例分析法进行研究，分析油气回收的几种技术，分析苯装车过程中的蒸发损耗以及吸附分离技术，进而以大庆石化公司的苯装车系统为例，分析苯的物化性质，介绍装车气体回收处理方案，并进行技术经济分析。在该例中，采用活性炭吸附技术进行气体回收，经过实测是安全可行的，具有很大经济效益和社会效益。关键词：苯；气体回收；效益评价目 录第一章 绪 论11.1 研究的背景与意义11.2 油气蒸发排放的危害性1第二章 油气回收技术介绍32.1 吸收法32.1.1 常压常温吸收法32.1.2

3、 常压冷却吸收法42.2 吸附法42.3 冷凝法52.4 膜分离法72.5 不同油气回收工艺的比较8第三章 相关理论简述103.1 蒸发损耗的类型103.2 苯装车过程的浓度变化103.3 苯蒸汽的吸附平衡113.4 吸附剂的选择原则11第四章 苯装车的气体吸附回收方案124.1 苯的物化性质124.2 大庆石化公司苯装车系统简介124.3 装车气体回收处理方案134.3.1 苯蒸汽吸附流程简介144.3.2 处理单元的方案设计144.3.3 主要技术指标164.4 技术经济分析174.5 回收装置参数优化及运行状况18第五章 结 论19参考文献20致 谢21ii第一章 绪 论1.1 研究的背

4、景与意义前些年，我国的工业发展迅速，在发展的过程中对环境造成了很大的污染。近些年，我国开始重视工业生产中的环保问题，强调在进行工业生产的过程中不能以破坏环境为代价。主席也提出了“双碳”承诺，强调要走低碳绿色的发展道路，保护人类共同的家园。在进行工业生产的过程中，产生了大量的工业废水、工业废气和工业废渣，这对水资源、大气质量以及人体健康等都产生了很大的危害，控制住污染物的排放量，是非常重要的。我国是石油开采和消费的大国，在进行石油的装卸过程中会造成大量的气体挥发，我国每年因为挥发造成的损失非常高，挥发不仅会造成一定的经济损失，还对环境造成严重的破坏，不管是从经济效益还是环境效益来说，都需要对这些

5、油气进行回收利用1。在原油和轻质油中有大量的轻烃，它的挥发性非常强，在进行开发、运输以及销售的过程中，由于技术或是工艺的原因，会有一部分轻烃通过气化进入到大气中，造成了石油的损耗，这成为急需解决的环保和节能问题。苯是一种挥发性很强的气体，毒性比较强，可燃性强，对环境和人体危害大，因此本文将苯作为主要的研究对象。1.2 油气蒸发排放的危害性苯蒸汽的密度比空气的密度高，在储运或是运输的过程中，如果苯发生了爆炸，大量的油气进行蒸发和扩散，漂浮在空气中，造成很大的危害。（1） 危害人体健康，破坏生存环境。油气的毒性比较强，漂浮在空气中，会加剧对环境和人的影响。当吸入有毒的油气后，会对神经系统和呼吸系统

6、造成很大的破坏。油气进入呼吸道后，会造成呼吸困难，肺部水肿，发热发寒等症状，对神经中枢造成很大破坏，轻度的会导致头昏，恶心，乏力和咳嗽，流泪等，严重的会出现昏迷，痉挛，脑水肿，严重的直接死亡。油气能够加快设备的腐蚀，除此之外，还会造成光化学污染。（2） 造成能源浪费，带来经济损失。从原油经过炼化厂处理生成汽油，到千家万户的手中，这个过程中需要经过很多的周转环节，在 每个环节都会造成油气的消耗，带来严重的经济损失。我们以北京市为例，每年消耗的汽油大约有200X105t的消耗量，而且处在逐渐增加的趋势上，为此带来的能源消费问题是十分严重的2。（3） 降低油品品质，影响油品使用。损耗的主要是油气中的

7、轻烃，会造成油品的质量下降，数量减少，性能变差。而且，在蒸发的过程中还会造成汽油的氧化，造成辛烷值的降低，这在一定程度上就影响了石油的品质，导致质量下降。21第二章 油气回收技术介绍随着对环境保护的重视，油气回收技术得到了广泛的重视和发展，但由于回收装置比较占空间，结构比较复杂，难以进行操作等原因，至今没有得到大范围的推广。目前，主要有四种油气回收技术：吸收法、吸附法、冷凝法和膜分离法。2.1 吸收法这是一种比较传统的方法，将混合气和液体进行接触，混合气体中有一部分组分能够进行溶解，不能溶解的保留在气相中，这样就会混合气进行了分离。这种方法包括以下两种具体的方法。2.1.1 常压常温吸收法 这

8、种方式是在常压常温下，将吸收剂和油气进行混合，进行油气的回收。目前主要有两种类型：（1）吸收剂进行循环使用。这种方法操作起来比较简单，适用性比较强，但对吸收剂的要求比较高，容易发生汽化现象。（2）吸收剂不循环使用，进入炼化厂处理。这种吸收剂使用范围比较小，在炼油厂进行处理，能够有效降低成本，操作简单，经济效益高3。在我国的长岭炼油厂就是采取这种方式的，但由于吸收剂的用量大，挥发严重，适合夏天使用。为了进一步提高回收率，在该装置中添加了分散管，制造一种真空的环境保证尾气能够顺利排出。这时，吸收塔的压力会降低，造成回收率受影响。具体见2-1。图2-1 吸收法油气回收工艺2.1.2 常压冷却吸收法这

9、种方法是利用冷却机将吸收剂进行降温，然后送到吸收塔进行溶解吸收。为了控制油气的回收，一般要冷却到-30以下，但系统需要做保温处理，防止系统因为温度太低出现结冰的现象。需要在吸收剂中加入盐等防止发生冷冻现象，而且盐水具有很好的导电性，能够有效的排出静电。与常温常压吸收法相比，这种方法的成本比较高，操作相对复杂，不适合大规模的推广。2.2 吸附法吸附法就是利用吸附剂和混合物中的组分结合力的强弱进行的，容易吸附的和不容易吸附的进行分离。这就要求吸附剂有很高的选择性，还要比热容大，导热性强，降压性小，使用寿命长。活性炭作为疏水性和亲水性的吸附剂，很适合有用于油气的回收，它具有以下优点：（1）不需要进行

10、湿汽的处理。（2）内表面大，吸附能力比较强。（3）微孔结构比较发达，孔隙多，吸附能力强。（4）抗酸碱的稳定性强，机械强度高。这种方法在欧美比较流行，具体的工艺见图2-2。图2-2 吸附法油气回收工艺在使用吸附法时，需要有吸附剂，目前常用的吸附剂是活性炭。活性碳的孔隙非常细，吸附性很强。活性炭的主要特点是：孔隙在纤维的表面，分子到达吸附的位置和时间都大大的缩短了，提高了效率，有利于吸附。活性炭中的粒子通过各种方式进行结合，形成丰富的纳米空间，在一定程度上增大了表面的面积。活性炭表面的有很多不规则的孔隙结构，这些孔隙和分子之间能够进行共同作用，形成一个分子场，保证吸附能力4。由于活性炭的直径通常只

11、有几毫米，孔道很短，不需要进行加压就可以让气体充满整个孔道，使它的吸附能力很快，吸附能力很大，而且它能够加工成不同的形态。由于活性炭具有众多的优点，是非常重要的吸附材料。2.3 冷凝法 这种方法非常的常见，具体的工艺见图2-3。采用连续冷却的方法，降低油气的温度进行回收。油气在经过预冷器后，温度会降低到4以下，除去一部分水，然后进行一级冷却，温度降低到-40，在经过二级冷却，温度降低到-73，这时候大部分的有机物都冷凝成液体，如果要求更高，还需要进行三级冷却，通过液氮将温度降低到-184，在这样的温度下，99%的有机物能够得到回收。由于一级、二级和三级的冷却器在工作时，温度都在0以下，油气中含

12、有的水分造成了凝霜现象，需要定期的进行除霜处理，在除霜的过程中，另一台设备循环进行工作。还有一种冷凝回收装置就是利用感应式发电机组进行冷却的方法，油气经过多级冷却后，回收率能达到90%，其余的10%可以用来发电，供冷凝设备使用。但这套设备的价格比较高，还需要额外的缓冲装置，保证在卸载大量油气时能够保证稳定，这都导致成本提高。图2-3 冷凝法工艺流程2.4 膜分离法膜分离技术诞生以来，因为绿色环保而广受欢迎，在油气分离方面，膜分离技术的分离机理主要是：（1）油气通过致密膜进行溶解和扩散。（2）可凝性气体在膜中进行多层吸附，减少气相的流动，在压力差的作用下，加强分离和渗透。膜分离油气时，会增加“压

13、缩+冷凝”的工序，这样更加有利于分离。在油气分离中，常用的是无机膜，这种膜抗高温高压、抗腐蚀、渗透量大、分离性能好。膜分离工艺见图2-4 膜分离工艺。随着技术的发展，纳滤膜的分离性能更高，分离效果更好5。图2-4 膜分离工艺由于油气和空气中的分子直径大小不一样，在进行渗透时差别很大，使用膜分离法就可以很好的利用薄膜的渗透性保证分离的效果。在进行分离的过程中，首先要进行压缩和换热，保证吸收塔内的温度，通过这一过程，70%左右的蒸气能够被回收，尾气通过薄膜进行分离，分离后的油气再次重复上述动作，保证分离的效果，然后将空气进行排放。通过膜分离技术进行回收的效率能达到95%。2.5 不同油气回收工艺的

14、比较上面提到的四种工艺中，最常用的是：冷凝法和吸附法。下面从技术层面、经济层面等对四种工艺进行分析，见表2-1。表2-1 四种工艺比较工艺经济性能综合比较吸收法优点：工艺简单，操作方便，投资较低。缺点：吸收液费用高，寿命短。不适合油气控制要求高的地区吸附法优点：工艺简单、回收率高、寿命长。缺点：维修成本高，容易对环境有污染。较为成熟、投资少、综合性能好。冷凝法优点：操作简单、维修量小、适用范围广。缺点：工艺复杂。适合工业化膜分离法优点：操作简单、适用范围广、没有二次污染。缺点：造价高。成本高，发展潜力大。 通过对上述工艺进行分析，发现对于苯来说，利用活性炭吸附法是可行的，这种方法占地面积比较小

15、，投资相对低，回收率高，技术也比较成熟。第三章 相关理论简述3.1 蒸发损耗的类型（1）自然通风损耗在罐顶的孔眼如果不处在同一高度上，空气进入后，掺杂着混合气体从另一个孔眼流出，在这个过程中就造成损耗，在有风的情况下，损耗更大。（2） “小呼吸”损耗油气罐在静止的状态下，蒸汽充斥在整个罐内，当因为太阳照射或是其他原因引起温度上升时，呼吸阀进行工作，这时候造成一定的损耗。（3） “大呼吸”损耗在进行收油时，油面不断的上升，混合气体在压缩的过程中压力不断提高，当压强大于呼吸阀的压强时，呼吸阀会自动打开，气体逸出产生损耗6。3.2 苯装车过程的浓度变化在进行苯装车的过程中，大量的苯会从罐内逸出，导致混合气体中苯的浓度逐渐上升。根据相关数据表明，在进行苯装罐时，白天的损耗会比晚上少，主要是因为白天的昼夜温差小，装罐需要的时间短，这时候苯的温度可能认为是不变的。夜晚的昼夜温差比较大，白天温度要高于油温，晚上温度要低于油温。在进行装罐的过程中，苯蒸汽会向上以及发生对流运