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新型規整填料在油氣回收技術中的應用及發展
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新型規整填料在油氣回收技術中的應用及發展

2019-08-11      閱讀:
填料塔作為一種傳質設備,具有效率高、壓降低、持液量小等優點,廣泛用于化工過程分離操作。論述了國內外油氣回收的發展現狀,詳細介紹了油氣回收吸收塔應用的各種散裝填料、規整填料及其結構特點和流體力學性能,重點突出規整填料的優點。同時展望了規整填料在油氣回收方面的發展趨勢及應用前景。

填料塔具有效率高、壓降低、持液量小、構造簡單、安裝容易、投資少等優點,是石油化工廣泛應用的氣液傳質設備。油氣回收裝置中吸收塔通常采用填料塔。近幾年,由于環保排放指標越來越嚴格,需要高效吸收塔的場合越來越多,開發及應用新型高效油氣回收吸收塔技術已經迫在眉睫。
 
1     油氣回收行業發展現狀
 
1. 1  國外油氣回收發展現狀
 
國外油氣回收發展較早。早在 20 世紀初,發達國家就意識到有機蒸汽蒸發的危害及回收的經濟價值。并對油氣回收技術開始研究,獲得很多專利。特別是在美國洛杉磯發生光化學煙霧事件后,政府制定了嚴苛的環境質量標準和法規,同時加大研究和開發推廣油氣回收技術的力度,使得油氣回收技術快速發展。在 20 世紀 70 年代初,歐洲和北美各國及已經建立了完善的油氣回收行業。

目前,美國、歐洲、日本等國的油氣回收行業已經很成熟,基礎理論研究也基本完善。在各大煉廠、碼頭、油庫、加油站等油氣排放量大的地方都安裝了油氣回收設施,油氣排放都在毫克級別,大部分的油氣都被回收,油氣的損耗量很低,既保護了環境,又產生了很好的經濟效益。
 
國外油氣回收裝置比較成熟公司主要有美國 Jordan 公司的“吸附 + 吸收”法油氣回收工藝,德國 GKSS 開發的膜法油氣回收工藝,美國 Edwards 公司的直接冷凝法油氣回收工藝。其中,“吸附 + 吸收”法是應用最廣泛、運行最穩定的工藝。
 
1. 2  國內油氣回收發展現狀
 
1. 2. 1  油氣回收工藝的發展現狀
 
我國油氣回收行業的起步較晚。20 世紀 70 年代,國內的科研機構和企業開始研究油氣回收技術。一開始研究單純的吸收工藝,如長嶺煉廠建成的柴油吸收法油氣回收裝置。但工藝的回收效果差,排放濃度高。后來研究組合工藝,將吸收法、吸附法工藝組合,此工藝流程簡單,尾氣排放的油氣濃度低,動設備少,能耗低,自動化程度高等特點在各油庫、煉廠得到大規模應用。
 
冷凝法、膜法屬于新技術的油氣回收工藝。2003年我國自主研發了三級冷凝油氣回收裝置,最低冷凝溫度為 - 75 ,打破了國外的技術壟斷。但目前國內冷凝技術還不成熟,動力設備較多,故障頻發影響了冷凝法的推廣使用。2006 年以來,依托中國科學院膜科學研究所的技術力量,不少公司投入大量人力、物力開發膜技術油氣回收工藝,使我國的膜工藝油氣回收技術有了長足的發展。
 
1. 2. 2  油氣回收行業標準規范的發展現狀近幾年我國油氣回收行業迅速發展,同時國家相關部門陸續公布實施了多個標準和規范,指導和促進行業健康發展。如 GB 50759《油品裝載系統油氣回收設施設計規范》、GB 20951《汽油運輸大氣污染物排放標準》、GB 20952《加油站大氣污染物排放標準》等,對油庫、加油站等油氣排放量大的地區進行規范、指導,有利于推動我國油氣回收行業的發展及提升。
 
2015 年,國家對石油煉制企業和石油化學企業針對性地提出排放標準及指導,GB 31570《石油煉制工業污染物排放標準》、GB 31571《石油化學工業污染物排放標準》均提出更嚴格的排放指標及技術要求。
 
2     規整填料在油氣回收中的應用現狀
 
2. 1  現有吸收塔采用的填料類型
 
吸收塔是“吸附 + 吸收法”中重要的工藝設備。吸收塔應用比較廣泛的主要有兩類: 一類是板式塔,一類是填料塔。填料塔相比于板式塔具有許多優點,如傳質效率高、通量大、壓降低等優點,故油氣回收裝置通常采用填料塔。填料是填料塔中最重要的塔內件,屬于微分氣液接觸的操作。填料可以分為散堆填料和規整填料。目前,吸收法吸收塔基本采用散裝填料。采用主要填料類型有金屬拉西環、金屬鮑爾環、金屬階梯環。比如無機化工行業 HCl、SO2 等氣體吸收通常采用塑料鮑爾環散堆填料。
 
隨著油氣回收工藝的研究及發展,要求吸收效率高及特殊介質吸收的工藝率先采用了規整填料,類型為不銹鋼金屬絲網規整填料。吸收效率、壓降等都有了很大的提升。
 
規整填料鑒于其高效的優點,在其他化工生產過程比如高液氣比的吸收、精密精餾中已經廣泛應用。但在油氣回收領域,由于基礎理論研究的不足和回收物料的復雜多樣性,導致新型規整填裝在此領域還沒有大規模應用。
 
2. 2  規整填料相對其他填料優點
 
規整填料是在塔內按均勻幾何圖形排布,整齊堆砌填料。目前規整填料種類多,形狀不同,性能各異。新型規整填料類型包括絲網波紋填料、金屬孔板波紋填料、陶瓷板波紋填料等。規整填料上的網孔或波紋板便于液膜的形成,其波紋的導向性有良好的細分布作用,且使液體的溝流大大減少。由于規整填料的結構特性及高比表面積,使規整填料具有以下特點: 分離效率高,通量及操作彈性大,阻力壓降小,放大效應低,液體滯留量小,節能的同時還能降低塔徑。表 1為 500 型波紋規整填料與鮑爾環的參數比較,可以看出規整填料的優勢。
新型規整填料在油氣回收技術中的應用及發展
2. 3  規整填料選型參數
 
規整填料在油氣回收吸收塔應用選型主要考慮
 
以下幾個參數: 填料材質、比表面積、空隙率、理論板壓降、滯留量。根據吸收工藝要求,選擇合適參數的填料,使吸收塔效率達到最優,這是填料選擇的目的及要求。在油氣回收吸收塔可應用的規整填料見表
 
2、表 3。
新型規整填料在油氣回收技術中的應用及發展
規整填料在石油、化工行業已經發展了三十多年,填料性能穩定,效率高,故在油氣回收吸收塔大規模采用可以滿足及提高油氣及廢氣的吸收效率。
 
3     規整填料在油氣回收應用前景
 
3. 1  規整填料結構發展趨勢
 
規整填料自 20 世紀 70 年代開始快速發展,此后規整填料的新品層出不窮。里程碑式的代表是 70 年代瑞士 Suler 公司研發的 Mellapak 帶孔波紋板填料,材質為不銹鋼,比表面積達到 700 m2 / m3 ; 80 年代瑞士 KUHNI 公司研究開發了 Rombopak 填料,率先開辟了按照氣液最佳流路設計的垂直板網類規整填料;
 
近幾年,德國 Raschig 公司開發了 Raschig-Supak300,在相同的比表面積及分離效率的條件下,通量提高了26% ,壓降降低了 33% 。
 
近幾年國內規整填料的研發也非常迅速,如天津大學研發的 Zupak 系列規整填料,上;ぱ芯吭貉邪l的 SM、SW、SC、SB 系列新型規整填料,南京大學開發的 SINOPAK 新型規整填料等。
 
以上新型規整填料相對于通用規整填料有顯著特點: 比表面積增加 5% ~ 10% ,開孔率增加 30% ~ 40% ,通量提高 20% ~ 36% ,壓力降降低 30% 左右,分離效率提高 10% ~ 25% 。所以,規整填料結構以后發展的趨勢就是不斷優化以上幾個參數,在相同重量的前提下,使吸收塔在特點的工藝要求條件下,各參數達到最優狀態。
 
3. 2  規整填料材質發展趨勢
 
規整填料最開始采用的金屬材質,一般采用金屬薄板。后來隨著規整填料應用越來越廣泛,逐漸研發出用塑料、陶瓷或金屬絲網材質,但它們都具有較大的比表面積和較小的摩擦阻力。有規則的排列產生許多不連續的氣體和液體流道,從而獲得高效率、低壓降和大通量。
 
目前,應用比較廣泛、技術比較成熟的規整填料是不銹鋼絲網波紋規整填料,CY 系列、BX 系列,可應用與汽油油氣回收、苯系物回收、無腐蝕性化工品等介質。對于接觸腐蝕性氣體的吸收塔,現在已經開發了塑料絲網波紋填料,塑料材質由聚丙烯線、聚丙烯腈線編織而成,具有良好的化學穩定性,耐腐蝕,原料來源豐富,可大規模應用。另外,還有玻璃纖維波紋填料,也具有良好的耐腐蝕性和水溶液潤濕性。
 
對于高溫、高濕、高腐蝕性的工藝,金屬及塑料均布能滿足要求,故不少公司及科研單位投入大量人力、物力,研發了陶瓷波紋板填料,比如天津大學研發的 TCP-1 陶瓷波紋板填料,瑞士蘇爾壽公司研發的 Kerapak 填料,是由高機械強度的薄壁陶瓷波紋片組成的,在油氣回收及廢氣治理方面應用也在逐漸擴大。
 
隨著油氣回收及廢氣治理的發展,會有越來越多的物質必須進行處理后才能排放,工藝物料的復雜性會催生更多性能各異、適用專一的填料材質的研發及應用,所以規整填料材質以后會越來越多樣化。
 
4    結束語
 
本文就油氣回收發展現狀、新型規整填料的應用及發展等進行論述,就新型高效填料在油氣回收應用的前景進行展望。今后規整填料會不斷朝簡單化,高效化發展,同時也會促進油氣回收行業向模型化,復合化,節能化發展。
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