[發(fā)明專利]基于透平膨脹機制冷的油氣冷凝回收方法及裝置

無效

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• 申請日: 2010-10-11
• 公開（公告）號: CN102441290A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊聯(lián)友;劉立強;陸文海;彭楠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類號: B01D5/00
• 分類號: B01D5/00;F25B1/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣體污染物排放技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于透平膨脹機制冷的油氣冷凝回收方法及裝置。

背景技術(shù)

汽油等輕質(zhì)油品在生產(chǎn)、儲存、裝卸、運輸、銷售和使用過程中，由于呼吸作用及其它因素的影響，會有一部分輕烴組分揮發(fā)而逸入大氣中，這一方面浪費了油品資源，造成經(jīng)濟(jì)損失，另一方面也污染了環(huán)境，會影響人及動植物的健康，也會加劇酸雨的形成。此外，揮發(fā)到大氣中的油氣和空氣很易形成爆炸性混合物(爆炸下限一般為1-6％)，容易發(fā)生爆炸事故，給企業(yè)和消費者帶來了極大的安全隱患。因此，我國制定了嚴(yán)格的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB20950-2007)《儲油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，在儲油庫(含煉油廠發(fā)油站臺)強制推行安裝油氣回收裝置，并確定了區(qū)域和時限以及排放限制值，要求對油氣回收裝置非甲烷總烴回收率≥95％，非甲烷總烴排放濃度≤25g/m³。

目前，常用的油氣回收方法主要有吸收法、吸附法、膜分離法及冷凝法等。

其中，吸收法通過油氣/空氣混合物與吸收劑接觸，根據(jù)不同組分在吸收劑中的溶解度不同來分離回收油氣，吸收法方法簡單，但分離效率低，很難達(dá)到回收排放標(biāo)準(zhǔn)；

吸附法采用固體吸附劑如活性炭吸附油氣，然后解吸回收油氣。吸附法適合于回收低濃度、小流量的油氣，但其存在吸附熱較大、解吸較難、達(dá)到吸附平衡時間較長、吸附劑壽命短等問題；

膜分離法是利用油氣與空氣在膜內(nèi)的滲透速率不同來實現(xiàn)分離的，但也存在膜使用壽命短，成本高、投資及運行費用較大，對運行過程的現(xiàn)場監(jiān)控不夠及時等缺點；

冷凝法是利用各種烴類在不同溫度和壓力下具有不同的飽和蒸氣壓的原理來分離回收油氣。只要制冷溫度低于-90℃，就能達(dá)到油氣排放濃度不超過25g/m³，油氣回收效率不低于95％的國家標(biāo)準(zhǔn)；

前三種方法由于要頻繁更換吸收劑、吸附劑或分離膜，都存在二次污染，而冷凝法除了制冷劑的泄露外不存在二次污染。

傳統(tǒng)的冷凝法采用蒸發(fā)制冷循環(huán)來獲得油氣回收需要的低溫環(huán)境，一方面，蒸發(fā)制冷循環(huán)采用的制冷工質(zhì)如發(fā)生泄露會降低循環(huán)效率并造成二次污染，另一方面，為了達(dá)到所需的較低的制冷溫度，往往需要采用多級壓縮或復(fù)疊式制冷系統(tǒng)。因此，系統(tǒng)就比較復(fù)雜、部件多、體積大，運行效率低，使得運行、維護(hù)困難、可靠性降低，并造成回收裝置的初投資大、運行費用高。

此外，傳統(tǒng)的冷凝油氣回收法往往忽略了油氣混合氣中的水分及CO₂的去除，通常只是在3℃溫度級左右去除水分，這樣剩余的水分及CO₂在后續(xù)的更低溫度級的冷箱中很容易堵塞換熱器通道，從而使系統(tǒng)失效。

最后，傳統(tǒng)的冷凝油氣回收法如不采用環(huán)保的制冷工質(zhì)，往往會因泄露而引起新的環(huán)境污染。

基于上述問題，目前采用透平膨脹機來提供制冷環(huán)境的方式在逐步受到大家的關(guān)注，透平膨脹機制冷的原理是工質(zhì)氣體在透平膨脹機中進(jìn)行膨脹做功，輸出軸功，從而獲得制冷量。透平膨脹機在空氣分離領(lǐng)域以及天然氣液化領(lǐng)域都已得到成功應(yīng)用，因此從原理上講也完全可以利用在油氣回收領(lǐng)域。

采用透平膨脹機制冷循環(huán)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蒸發(fā)制冷循環(huán)進(jìn)行油氣回收具有以下優(yōu)點：(1)由于制冷工質(zhì)在透平膨脹機中的膨脹過程比較接近等熵膨脹，因此用透平膨脹機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蒸發(fā)制冷循環(huán)中的節(jié)流或膨脹元件，可以提高膨脹效率；(2)由于膨脹效率高，利用透平膨脹機膨脹制冷可以得到較大的制冷量和獲得較低溫度，因此采用單級壓縮膨脹制冷循環(huán)即可滿足油氣回收要求，從而大大簡化了制冷流程；(3)制冷工質(zhì)可采用環(huán)保的空氣或氮氣等，成本低，無二次污染。

盡管應(yīng)用透平膨脹機技術(shù)會帶來上述各項有益效果，但由于透平膨脹機技術(shù)相對于多級壓縮或復(fù)疊式制冷技術(shù)而言目前尚具有研制難度大、入門難的問題，因此還處于油氣回收技術(shù)的高端，在油氣回收領(lǐng)域尚未廣泛應(yīng)用。