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面向加油站的油气回收处理装置及其关键技术

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面向 加油站 油气 回收 处理 装置 及其 关键技术
资源描述:
    以 上 所 讨 论 的 因 接 触 而 产 生 的 静 电 力 产 生 在 粉尘 粒 子 与 收 尘 极 板 之 间 ,在 粉 尘 粒 子 之 间 也 存 在 这 种静 电 力 。 因 为 对 大 多 数 粉 尘 粒 子 而 言 ,尽 管 粒 子 内 部的 性 质 是 相 似 的 ,但 其 表 面 的 逸 出 功 却 很 可 能 不 一样 ,所 以 每 个 粒 子 表 面 的 逸 出 功 是 不 均 匀 的 。 也 就 是说 ,粒 子 间 也 存 在 接 触 电 位 差 。 显 然 ,这 种 电 位 差 的存 在 是 有 利 于 粒 子 间 的 凝 并 ,有 利 于 提 高 振 打 效 果 。3   结 语在 此 仅 从 静 电 力 的 方 面 定 性 讨 论 了 沉 积 在 收 尘极 板 上 的 粉 尘 粒 子 的 力 学 性 质 。 实 际 上 ,影 响 沉 积 粉尘 层 粘 结 力 的 因 素 很 多 ,很 有 必 要 对 这 方 面 的 问 题 进行 定 性 定 量 的 分 析 研 究 ,以 深 化 人 们 对 这 一 问 题 的 认识 ,并 指 导 人 们 的 实 践 。参 考 文 献[ 1 ]   of 004’ 2004 , 130921311.[ 2 ]   管 义 夫 . 静 电 手 册 (中 译 本 ) . 北 京 :科 学 出 版 社 ,1981 :23248.[ 3 ]   杨 有 启 . 静 电 安 全 技 术 ,北 京 ;化 学 工 业 出 版 社 ,1983 :79298.[ 4 ]   贾 启 民 . 电 磁 学 . 上 海 :复 旦 大 学 出 版 社 ,1987 : 通 讯 处   唐 敏 康   341000   江 西 省 赣 州 市 红 旗 大 道 86 号   江 西理 工 大 学 205 号 信 箱2006 - 05 - 29 收 稿面 向 加 油 站 的 油 气 回 收 处 理 装 置 及 其 关 键 技 术 3陈 家 庆   曹 建 树   王 建 宏   李 汉 勇(北 京 石 油 化 工 学 院 ,北 京 102617)摘 要   在 阐 述 加 油 站 油 气 回 收 特 点 与 可 行 措 施 的 基 础 上 ,介 绍 发 达 国 家 几 种 面 向 加 油 站 发 油 环 节 的 膜 法 强 化 油 气 回收 处 理 装 置 ,并 从 膜 分 离 材 料 类 型 和 膜 组 件 结 构 等 角 度 对 其 有 关 的 关 键 技 术 进 行 分 析 。关 键 词   加 油 站   烃 类 强 化 油 气 回 收   气 体 膜 分 离3 北 京 市 科 技 新 星 计 划 项 目 (2005;北 京 市 教 委 科 技 发 展 计 划 项目 ( 着 汽 车 等 燃 油 交 通 运 输 工 具 的 普 及 ,油 品 销 售行 业 迅 速 发 展 ,油 库 、 加 油 站 的 数 量 继 续 逐 渐 增 多 ,但在 这 些 油 品 收 发 场 所 不 可 避 免 地 存 在 油 气 蒸 发 损 耗问 题 。 蒸 发 损 耗 的 油 气 实 际 上 是 烃 类 空 气的 混 合 物 ,不 仅 危 害 健 康 、 污 染 环 境 、 浪 费 能 源 、 影 响安 全 生 活 与 生 产 ,而 且 还 降 低 了 油 品 质 量 [1 ] 。 美 国 、德 国 等 西 方 发 达 国 家 自 20 世 纪 80 年 代 以 来 纷 纷 颁布 法 令 要 求 在 这 些 场 合 进 行 油 气 回 收 处 理 ,并 最 终 实现 零 排 放 。 目 前 国 内 在 面 向 加 油 站 油 气 回 收 处 理 工艺 技 术 方 面 所 取 得 的 实 质 性 进 展 不 大 ,迫 切 需 要 有 针对 性 地 开 展 研 究 开 发 工 作 。1   加 油 站 油 气 回 收 处 理 的 特 点 与 可 行 措 施据 欧 美 发 达 国 家 的 实 践 ,涉 及 到 加 油 站 的 油 气 回收 可 划 分 为 密 闭 卸 油 和 密 闭 发 油 两 个 阶 段 。 如 图 1所 示 ,密 闭 卸 油 就 是 当 油 罐 车 卸 油 时 ,将 油 罐 车 与 地下 储 油 罐 采 用 输 油 管 及 油 气 回 收 管 连 接 成 密 闭 系 统 ,地 下 储 油 罐 中 同 体 积 的 油 气 被 回 收 到 油 罐 车 中 ;密 闭加 油 是 利 用 特 殊 的 加 油 枪 将 机 动 车 油 箱 中 的 油 气 经加 油 枪 、 抽 气 泵 回 收 到 地 下 储 油 罐 内 饱 压 [2 ] 。图 1   加 油 站 密 封 卸 油 和 密 闭 发 油 系 统 流 程 示 意 图111   加 油 站 油 气 回 收 的 特 点在 常 压 状 态 下 ,汽 油 蒸 气 的 体 积 约 为 同 质 量 液 态汽 油 体 积 的 250 倍 ,因 此 需 要 收 集 和 回 收 处 理 的 油 气体 积 显 然 大 于 油 液 的 收 发 体 积 。 环 境 温 度 不 同 时 ,因自 然 蒸 发 而 形 成 的 油 气 浓 度 也 有 所 不 同 ;环 境 温 度 为40 ℃ 时 ,油 气 浓 度 可 达 42 % (体 积 百 分 比 ,下 同 ) ;环14环   境   工   程2007 年 2 月 第 25 卷 第 1 期境 温 度 为 5 ℃ 时 ,油 气 浓 度 可 达 29 % ;环 境 温 度 为- 15 ℃ 时 ,油 气 浓 度 可 达 20 % ;环 境 温 度 为 - 30 ℃时 ,油 气 浓 度 可 达 15 %。 由 于 在 从 油 罐 车 向 地 下 储油 罐 卸 油 以 及 从 地 下 储 油 罐 向 机 动 车 油 箱 发 油 时 ,油液 处 于 快 速 运 动 和 互 相 冲 击 状 态 ,加 剧 了 油 分 子 脱 离油 液 液 面 的 可 能 性 ,形 成 浓 度 很 高 的 雾 状 油 气 ,其 浓度 也 远 远 高 于 相 同 温 度 时 因 自 然 蒸 发 而 形 成 的 油 气浓 度 。 在 从 油 罐 车 向 地 下 储 油 罐 卸 油 时 ,油 气 流 量 最大 可 达 800 连 续 发 生 时 间 在 013~ 017 h ,最 大油 气 浓 度 可 达 90 %左 右 ,存 在 一 定 时 间 的 稳 态 ,因 此地 下 储 油 罐 的 出 气 口 总 是 排 放 油 气 浓 度 最 大 、 最 集 中的 固 定 点 。 单 纯 实 现 加 油 站 密 闭 卸 油 工 艺 的 难 度 较小 ,只 要 解 决 好 油 库 方 面 对 油 罐 车 中 收 集 油 气 的 后 续回 收 处 理 问 题 即 可 。 但 密 闭 发 油 环 节 所 涉 及 的 设 备和 技 术 较 为 复 杂 ,所 存 在 的 问 题 也 较 多 ,因 此 通 常 面向 加 油 站 的 油 气 回 收 装 置 主 要 针 对 加 油 站 的 发 油 环节 而 言 。国 标 ( 据 加 油 站 地 下 储 油 罐 的 总容 积 将 加 油 站 分 为 3 个 等 级 ,所 用 自 封 式 加 油 枪 的 口径 一 般 都 为 19 规 定 加 油 枪 的 流 量 ≯ 60 ] 。在 常 规 的 密 闭 发 油 工 艺 中 ,为 了 防 止 地 下 储 油 罐 内 压力 过 高 造 成 油 气 从 呼 吸 阀 或 阻 燃 阀 排 放 到 大 气 中 ,必须 要 求 抽 气 泵 的 “ 气 液 体 积 比 ( ” ≤ 1 ,即 返 回 地下 储 油 罐 的 气 态 混 合 物 体 积 与 所 发 液 态 油 品 的 体 积相 等 (或 略 小 ) ,以 保 持 地 下 储 油 罐 内 轻 微 的 负 压 。 但美 国 加 州 大 气 资 源 委 员 会 ( 现 场 测 试 表 明 ,此 类 系 统 90 %是 泄 漏的 ;德 国 环 保 部 门 测 评 的 结 果 也 显 示 ,此 类 负 压 系 统的 油 气 回 收 效 率 只 有 7419 %。 简 单 有 效 的 解 决 方 法是 提 高 ,但 若 仅 仅 简 单 地 提 高 该 值 而 不 采 取其 它 辅 助 措 施 ,则 会 使 得 地 下 储 油 罐 内 的 压 力 过 高 ,油 气 又 会 从 呼 吸 阀 或 阻 燃 阀 排 放 到 大 气 中 。 因 此 必须 在 提 高 的 同 时 安 装 排 放 处 理 设 备 ,对 回 收到 地 下 储 油 罐 的 油 气 混 合 物 进 行 分 离 。 通 过 将部 分 空 气 分 离 后 排 空 来 维 持 地 下 储 油 内 的 压 力 平 衡 ,同 时 避 免 油 气 通 过 呼 吸 阀 或 阻 燃 阀 排 放 到 大 气 中— — — 这 也 就 是 2000 年 以 来 所 推 行 的 强 化 油气 体 回 收 (。实 际 运 行 过 程 中 ,自 加 油 枪 口 所 收 集 油 气 的 流 量和 浓 度 既 与 事 先 设 定 的 有 关 ,又 与 车 型 有 关 。例 如 美 国 出 产 的 汽 车 装 有 一 个 大 的 活 性 炭 罐 — — — 燃油 蒸 发 排 放 控 制 装 置 (on ,在 加 油 过 程 中 所 产 生 的 全 部 油 气 首 先 经 过 活性 炭 吸 附 ,然 后 清 洁 空 气 返 回 到 地 下 油 罐 中 ,而 这 种清 洁 空 气 又 将 会 引 起 汽 油 挥 发 [4 ] 。 这 就 导 致 所 回 收油 气 的 流 量 和 浓 度 变 化 频 繁 ,很 少 出 现 稳 态 ;同 时 每支 加 油 枪 都 是 一 个 油 气 收 集 点 源 。 因 此 ,加 油 站 需 要的 是 能 够 处 理 回 收 气 量 远 大 于 加 油 油 量 、 油 气 浓 度 时高 时 低 的 回 收 处 理 设 备 。 一 般 工 作 环 境 条 件 下 ,油 气回 收 处 理 装 置 的 进 口 油 气 温 度 为 5~ 40 ℃ ,进 口 油 气浓 度 可 取 值 为 30 %~ 50 % ;当 希 望 回 收 率 ≮ 90 % (质量 分 数 ) 时 ,处 理 后 外 排 空 气 中 的 残 存 油 气 浓 度 为3 %~ 5 %。112   可 行 的 油 气 回 收 处 理 方 法实 施 加 油 站 强 化 油 气 回 收 的 关 键 在 于 主 动 进 行油 气 混 合 物 的 分 离 ,使 分 离 后 浓 度 达 标 的 空 气直 接 排 入 大 气 ,高 浓 度 的 油 气 则 返 回 地 下 储 油 罐 的 气相 空 间 。 目 前 油 气 混 合 物 的 分 离 回 收 处 理 方 法可 分 为 吸 收 法 、 吸 附 法 、 冷 凝 法 及 膜 分 离 法 等 ,吸 收法 、 吸 附 法 因 所 涉 及 的 吸 收 塔 或 吸 附 床 体 积 较 为 庞大 ,运 行 维 护 较 为 复 杂 ,仅 适 用 于 大 油 气 回 收 量 的 场合 时 方 能 显 示 出 较 好 的 经 济 效 益 。 对 于 加 油 站 发 油环 节 的 油 气 回 收 处 理 而 言 直 接 冷 凝 法 、 膜 分 离 法 及 其组 合 相 对 较 有 优 势 [5 ,6 ] 。11211   直 接 冷 凝 法冷 凝 法 是 利 用 各 种 烃 类 不 同 温 度 和 压力 下 具 有 不 同 的 饱 和 蒸 气 压 ,通 过 降 低 温 度 或 增 加 压力 ,使 某 些 有 机 物 首 先 凝 结 出 来 。 汽 油 等 轻 质 油 品 由原 油 加 热 蒸 馏 而 得 到 ,通 常 其 初 馏 点 为 40~ 60 ℃ ,终馏 点 为 180~ 205 ℃ (加 工 工 艺 不 同 ,终 馏 点 也 有 所 不同 ) ,因 此 只 要 将 油 气 降 温 到 初 馏 点 以 下 ,就 有 可 能 从气 态 返 回 液 态 。冷 凝 装 置 的 冷 凝 温 度 需 要 根 据 挥 发 气 的 成 分 、 要求 的 回 收 率 及 最 后 外 排 尾 气 中 的 残 存 油 气 浓 度 来 确定 。 美 国 司 是 直 接 冷 凝 法 油 气回 收 处 理 工 艺 的 典 型 代 表 ,目 前 世 界 各 地 约 有 500 套投 入 使 用 ,该 公 司 按 预 冷 、 机 械 制 冷 、 液 氮 制 冷 等 步 骤来 达 到 不 同 的 回 收 率 [7 ] 。 预 冷 器 是 一 单 级 冷 却 装 置 ,进 入 的 油 气 温 度 可 从 环 境 温 度 下 降 到 4 ℃ 左 右 ,油 气混 合 物 中 的 大 部 分 水 蒸 气 凝 结 为 水 从 而 使 进 入 低 温冷 凝 器 的 气 态 混 合 物 状 态 均 一 化 ,减 少 回 收 装 置 的 运行 能 耗 。 机 械 制 冷 可 使 大 部 分 油 气 冷 凝 成 为 液 体 回收 ,单 级 机 械 制 冷 装 置 的 工 作 温 度 范 围 从 - 35~10 ℃ ;串 联 机 械 制 冷 装 置 压 缩 由 浅 冷 和 深 冷 两 级 组24环   境   工   程2007 年 2 月 第 25 卷 第 1 期成 ,其 工 作 温 度 为 - 73~ - 40 ℃ 。 若 需 要 更 低 的 冷却 温 度 ,则 可 在 机 械 制 冷 之 后 联 接 液 氮 制 冷 ,工 作 温度 可 到 - 184 ℃ ,这 样 可 使 油 气 回 收 率 达 到 99 %。虽 然 直 接 冷 凝 法 在 理 论 上 可 达 到 很 高 的 净 化 程度 ,但 当 其 浓 度 低 于 415 × 10 - 7 ,需 采 取 深 度冷 冻 而 使 得 运 行 成 本 大 大 提 高 。 但 该 法 可 作 为 净 化烃 类 预 处 理 。11212   膜 分 离 法膜 分 离 法 是 利 用 烃 类 空 气 在 膜 内 扩 散性 能 (即 渗 透 速 率 ) 的 不 同 来 实 现 分 离 ,即 让 烃 类 混 合 物 在 一 定 压 差 推 动 下 经 过 膜 的 “ 过 滤作 用 ” ,使 混 合 气 中 的 烃 类 先 通 过 膜 得 以 分离 回 收 ,而 空 气 则 被 选 择 性 截 留 。 因 为 烃 类 有 易 冷 凝 和 易 爆 炸 的 特 性 ,为 操 作 安 全 和 防 止 气 体 在膜 组 件 中 冷 凝 侵 蚀 膜 设 备 ,故 常 用 在 透 过 侧 减 压 的 方式 来 形 成 膜 两 侧 的 压 力 差 。第 1 套 用 于 油 库 油 气 回 收 的 膜 装 置 由 日 本 司 在 1988 年 建造 ,用 于 处 理 含 烃 类 5 %~ 20 %的 汽 油 油 气 合 物 ,处 理 后 外 排 空 气 中 残 存 的 烃 类 量低 于 5 %。 德 国 究 中 心 于 1989 年 在 成 第 1 套 膜 分 离 法 油 气 回 收 处 理 装 置后 ,20 世 纪 90 年 代 末 又 在 世 界 上 首 次 推 出 了 面 向 加油 站 发 油 过 程 的 膜 分 离 法 油 气 回 收 处 理 装 置 [8210 ] 。11213   预 冷 凝 2膜 分 离 组 合 工 艺由 于 膜 分 离 法 分 离 烃 类 能 将 其 以 100 %的 纯 度 分 离 出 来 ,只 是 将 其 浓 缩 。 因 此 对 油 气 排 放 浓度 要 求 较 严 格 的 场 合 (如 德 国 准 中 规 定 的 烃类 质 量 浓 度 为 150 ,若 单 独 采 用 膜 分 离 技 术 ,即 使 花 费 很 高 的 投 资 也 难 以 达 标 ,此 时 可 采 用 膜 分 离技 术 与 其 他 技 术 结 合 的 工 艺 。 但 从 加 油 站 的 实 际 情况 来 看 ,预 冷 凝 2膜 分 离 组 合 工 艺 相 对 较 为 经 济 、 合理 [11 ,12 ] 。 此 外 ,部 分 有 机 蒸 气 的 渗 透 活 化 能 为 负 值 ,温 度 降 低 ,渗 透 速 率 增 加 ;而 对 小 分 子 气 体而 言 ,渗 透 活 化 能 为 正 值 ,温 度 下 降 ,渗 透 速 率 减 小 ,因 此 低 温 有 利 于 有 机 蒸 气 的 膜 分 离 。美 国 司 的 R. W. 人 采 用 压 缩 、 冷凝 与 气 体 膜 分 离 集 成 系 统 回 收 废 气 中 的 基 本工 艺 流 程 如 图 2 所 示 ,含 有 废 气 经 压 缩 后 进入 冷 凝 器 ,冷 凝 液 中 含 有 大 量 的 剩 余 气 体 进 入膜 组 件 ,透 余 气 直 接 排 放 到 大 气 中 ;渗 透 气 中 富 含将 其 循 环 至 压 缩 机 的 进 口 。 由 于 系 统中 的 循 环 ,回 路 中 浓 度 迅 速 上 升 ,当 进 入 冷凝 器 的 压 缩 气 达 到 凝 结 浓 度 时 , 被 冷 凝 下 来 。采 用 该 工 艺 回 收 的 括 苯 、 甲 苯 、 丙 酮 、 三 氯 乙烯 等 20 种 。图 2   回 收 气 的 压 缩 、 冷 凝 与 膜 分 离 集 成 工 艺 流 程2   国 外 加 油 站 油 气 回 收 处 理 装 置 简 介211   美 国 司 的 油 气 封 存 冷 凝 系 统图 3   的 油 气 封 存 冷 凝 系 统 结 构 及 总 体 示 意 图美 国 司 在 加 油 机 与 地 下 储 油 罐 之 间 采 用分 散 式 油 气 回 收 系 统 。 而 在 地 下 储 油 罐 与 压 力 真 空阀 之 间 采 用 油 气 封 存 冷 凝 系 统 ( 。 分 散式 油 气 回 收 系 统 的 真 空 泵 转 速 随 加 油 机 流 速 而 改 变 ,能 保 证 最 合 适 的 ; 效 地 进 行油 气 混 合 物 的 分 离 处 理 ,使 地 下 储 油 罐 处 于 低负 压 状 态 , 从 而 控 制 油 气 的 排 放 。 如 图 3 所 示 , 型 真 空 泵 、 小 型 压 缩 机 、 带 有 冷 却 散热 片 的 冷 凝 单 元 以 及 连 接 管 路 组 成 。 使用 1 台 电 机 同 时 带 动 真 空 泵 、 压 缩 机 和 冷 却 风 扇 ,通过 1 个 油 气 浓 度 传 感 器 和 压 力 开 关 对 系 统 进 行 控 制 ;过 压 阀 安 装 在 系 统 管 路 中 ,并 在 油 气 管 线 的 入 口 和 出口 安 装 了 阻 火 器 。 整 个 系 统 利 用 钢 架 固 联 安 装 在 一个 箱 体 内 ,工 作 过 程 中 监 控 系 统 密 切 监 视 地 下 储 油 罐内 的 油 气 压 力 值 ,当 油 气 压 力 达 到 启 动 值 2514 ,系 统 开 始 启 动 ,油 气 经 压 缩 机 压 缩 后 进 入 冷 凝 装 置 ,将 部 分 油 气 冷 凝 为 液 态 油 ,未 被 完 全 液 化 的 油 气 被 送入 膜 分 离 组 件 ,将 混 合 气 体 中 的 空 气 进 行 分离 ,分 离 后 的 高 浓 度 油 气 被 回 收 至 地 下 储 油 罐 ,清 洁34环   境   工   程2007 年 2 月 第 25 卷 第 1 期的 空 气 排 放 到 大 气 中 ;当 地 下 储 油 罐 内 的 油 气 压 力 降至 127 ,系 统 将 停 止 运 行 而 恢 复 至 静 态 监 测 状态 。 当 油 罐 压 力 又 达 到 启 动 压 力 值 时 ,系 统 将 再 次 启动 。 该 系 统 还 在 空 气 排 放 口 配 有 油 气 浓 度 监 测 装 置 ,一 旦 油 气 浓 度 超 标 ,系 统 将 自 动 报 警 [13 ] 。以 美 国 某 加 油 站 所 安 装 的 ,其压 缩 机 的 排 量 为 100 该 站 平 均 每 天 运 行747 相 当 于 每 天 处 理 和 回 收 了 7147 万 L 油 气 。实 际 运 行 表 明 ,该 系 统 可 将 99 %以 上 的 油 气 完 全 处理 后 变 为 液 态 油 和 高 浓 度 油 气 回 到 地 下 储 油 罐 中 ;同时 对 地 下 储 油 罐 内 的 压 力 监 测 表 明 ,未 安 装 该 系 统 时油 罐 内 的 压 力 波 动 较 大 ,而 安 装 该 系 统 后 压 力 基 本稳 定 。212   德 国 法 油 气 回 收 处 理 装 置 由 德 国 与 德 国 究 中 心 合 作 研 制 开 发 ,并 专 门 成 立 了 生 产 回 收 有 机 蒸 气 的 气 体 膜 公 司 — — — 。 如 图 4 所 示 ,该 装 置 通 过 监 测 地 下 储 油1 — 油 气 回 收 型 加 油 枪 ;2 — 油 气 返 回 管 线 ;3 — 地 下 储 油 罐 ;4 — 通 风 口 ;5 — 膜 组 件 ;6 — 真 空 泵 (压 力 开 关 控 制 ) ;7 — 尾 气 阀 ;8 — 进 气 阀 ;9 — 排 气 阀 ;10 — 呼 吸 管 。图 4   油 气 回 收 装 置 流 程 示 意 图罐 的 油 气 压 力 来 控 制 系 统 的 间 歇 式 自 动 操 作 。 当 地 下储 油 罐 内 的 油 气 压 力 升 高 到 一 定 值 时 ,膜 分 离 装 置 自动 启 动 。 在 真 空 泵 的 抽 吸 作 用 下 ,地 下 储 油 罐 内 的 油气 进 入 膜 分 离 装 置 ,油 气 优 先 透 过 膜 而 其 渗 透 侧 富集 ,再 经 真 空 泵 返 回 地 下 储 油 罐 ;脱 除 油 气 后 的 净 化空 气 则 直 接 排 入 大 气 ,地 下 储 油 罐 油 内 的 压 力 也 随 之下 降 ;当 地 下 储 油 罐 内 的 压 力 降 到 设 定 的 正 常 水 平后 ,装 置 将 自 动 停 止 运 行 。 如 此 往 复 ,完 成 油 气 回 收过 程 。 采 用 膜 分 离 回 收 装 置 可 以 将 油 气 回 收 泵 的 高 到 115 ,油 气 回 收 效 率 增 至 93 %以 上 [14 ] 。当 对 排 放 要 求 更 高 时 , 究 中 心 采 用 汇 集 了 压缩 、 吸 收 、 膜 分 离 、 变 压 吸 附 等 工 艺 原 理 的 组 合流 程 ,以 充 分 发 挥 各 技 术 的 优 点 而 避 其 缺 点 。目 前 ,中 石 油 上 海 灵 广 加 油 站 和 上 中 加 油 站 采 用了 油 气 回 收 技 术 。 灵 广 加 油 站 共有 地 下 汽 油 储 罐 4 只 ,总 容 积 为 80 汽 油 加 油 枪6 把 ,年 汽 油 销 售 量 约 500 t。 油 气 浓 度 监 测 由 在 线 油气 分 析 仪 间 隔 2 s 自 动 采 样 ,安 装 膜 分 离 油 气 回 收 装置 后 , 排 放 气 中 的 油 气 体 积 分 数 降 至 110 % (约30 以 下 ,可 以 满 足 欧 洲 标 准 。 另 经 现 场 测 试 ,如 果 不 采 用 膜 法 油 气 回 收 处 理 装 置 ,从 呼 吸 管 直 接 排入 大 气 的 油 气 体 积 分 数 可 达 3015 % ;经 膜 法 油 气 回收 处 理 装 置 后 ,可 将 排 放 气 的 油 气 体 积 分 数 降 至0192 % ,并 将 渗 透 气 提 浓 到 4818 %(体 积 分 数 ) 后 返 回地 下 储 油 罐 ,该 装 置 的 回 收 率 达 98 %以 上 [15 ] 。3   加 油 站 油 气 回 收 处 理 装 置 的 关 键 问 题加 油 站 发 油 环 节 的 油 气 回 收 处 理 装 置 可 以 采 用单 纯 膜 分 离 法 和 预 冷 凝 2膜 分 离 组 合 两 大 类 工 艺 。 就现 阶 段 国 内 的 技 术 水 平 而 言 ,小 排 量 防 爆 型 真 空 泵 、高 灵 敏 度 的 油 气 压 力 传 感 器 以 及 在 线 油 气 浓 度 监 测仪 都 能 够 设 法 予 以 解 决 ,关 键 在 于 缺 乏 高 渗 透 量 并 有选 择 性 的 气 体 膜 分 离 组 件 ,这 也 是 每 个 国 外 膜 法 油 气回 收 处 理 设 备 生 产 商 都 与 一 个 专 业 气 体 膜 分 离 公 司开 展 合 作 的 原 因 ,这 里 仅 从 膜 分 离 材 料 和 膜 分 离 组 件两 个 方 面 略 加 阐 述 。311   膜 分 离 材 料气 体 分 离 膜 材 料 可 分 为 高 分 子 有 机 材 料 、 无 机 材料 和 有 机 2无 机 杂 化 材 料 等 3 大 类 ,理 想 的 气 体 膜 分离 材 料 应 该 同 时 具 有 高 的 渗 透 性 和 良 好 的 透 气 选 择性 、 高 的 机 械 强 度 、 优 良 的 热 和 化 学 稳 定 性 以 及 良 好的 成 膜 加 工 性 能 。有 机 蒸 气 膜 分 离 过 程 主 要 依 靠 不 同 气 体 分 子 在膜 中 的 溶 解 扩 散 性 能 的 差 异 ,可 凝 性 有 机 蒸 气 (如 烷烃 、 芳 香 烃 、 卤 代 烃 等 ) 与 惰 性 气 体 (如 氢 气 、 氮 气 、 甲烷 等 )相 比 ,被 优 先 吸 附 渗 透 ,从 而 达 到 分 离 的 目 的 。目 前 常 见 的 烃 类 离 用 复 合 膜 由 三 层 结 构 组成 :底 层 为 无 纺 布 材 料 ,如 聚 酯 等 ,起 支 撑 作 用 ;中 间为 耐 溶 剂 的 多 孔 膜 来 增 强 分 离 层 强 度 ,由 聚 砜 (、聚 醚 亚 酰 胺 ( 、 聚 丙 烯 腈 ( 树 脂 或 聚 偏 氟 乙烯 制 成 ;表 皮 涂 覆 一 层 橡 胶 高 分 子 无 孔 材 料 作 为 分 离层 。 常 用 的 分 离 涂 层 材 料 是 聚 二 甲 基 硅 氧 烷 ( 国 内 通 常 简 称 为 硅 橡 胶 ) ,它 对 很 多 有 机 蒸 气 具 有 独特 的 选 择 透 过 性 (高 选 择 性 ) 和 较 高 的 通 量 (高 渗 透44环   境   工   程2007 年 2 月 第 25 卷 第 1 期性 ) 。 对 于 一 些 特 殊 的 分 离 任 务 ,也 可 以 使 用 聚 辛 基甲 基 硅 氧 烷 ( , 很 高 的 选 择 性 ,但 渗 透通 量 较 低 。 如 德 国 究 中 心 用 于 烃 类 离 的 是 以 硅 橡 胶 为 表 皮 层 的 复 合 膜 ,其 硅 橡 胶 涂 层 厚度 约 为 1~ 2μ m ,多 孔 支 撑 层 用 成 ,厚度 为 40μ m[8 ,16 ] ;美 国 司 则 采 用 硅 橡 胶的 复 合 方 式 。 近 年 来 对 于 采 用 机 复 合 膜 作为 表 面 分 离 涂 层 的 深 入 研 究 一 直 没 有 中 断 ,涂 层 应 用方 式 也 开 始 从 平 板 式 扩 展 到 中 空 纤 维 式 [17221 ] ;另 有 部分 工 作 则 致 力 于 寻 求 分 离 性 能 更 佳 的 有 机 复 合 膜 ,如通 过 相 转 化 法 制 得 不 对 称 聚 醚 亚 酰 胺 ( 膜 、 用 等离 子 体 接 枝 法 在 聚 丙 烯 基 膜 上 接 枝 六 甲 基 二 甲 硅醚 等 [9 ] 。由 于 高 分 子 聚 合 物 材 料 在 耐 化 学 侵 蚀 、 耐 高 温 方面 性 能 较 差 ,而 由 材 料 组 成 的 无机 膜 耐 高 温 性 独 特 、 机 械 性 能 稳 定 ,因 此 研 制 适 合 烃类 离 的 有 机 复 合 膜 自 然 得 到 不 少 学 者的 关 注 [22 ] 。 以 合 膜 为 例 ,该 复 合 膜 以 离 层 , 支 撑 层 ,既 发 挥 了 高 分 子 膜高 选 择 性 的 优 势 ,又 解 决 了 支 撑 层 膜 材 料 耐 高 温 、 抗腐 蚀 的 问 题 。 目 前 该 技 术 用 于 气 体 分 离 尚 处 于 实 验室 水 平 ,研 究 工 作 停 留 在 膜 的 制 备 、 分 离 性 能 表 征 及其 传 质 机 理 等 方 面 。312   膜 组 件工 业 中 常 用 的 气 体 膜 组 件 形 式 有 板 框 式 、 螺 旋 卷式 、 中 空 纤 维 式 3 种 。 在 膜 法 油 气 回 收 处 理 领 域 ,德国 究 中 心 采 用 板 框 式 结 构 ,美 国 司 和日 东 电 工 则 采 用 卷 式 。31211   板 框 式 膜 组 件德 国 究 中 心 所 用 板 框 式 膜 组 件 及 其 中单 个 膜 袋 的 结 构 如 图 5 所 示 。 在 中 间 开 孔 的 两 张 椭圆 形 平 板 膜 之 间 夹 有 间 隔 层 ,周 边 经 热 压 密 封 后 组 成信 封 状 膜 叶 。 多 个 膜 叶 由 多 孔 中 心 管 连 接 组 成 膜 堆 ,固 定 于 外 壳 中 即 成 为 分 离 器 。 典 型 的 分 离 器 长 约015m ,直 径 0132m ,有 效 膜 面 积 为 8~ 10 分 离 器内 设 有 多 重 挡 板 以 增 大 气 流 速 度 并 改 变 流 动 方 向 ,使气 流 与 膜 表 面 有 效 接 触 [14 ] 。板 框 式 膜 组 件 的 优 点 是 操 作 方 便 ,平 板 膜 片 容 易更 换 ,而 且 无 需 粘 合 即 可 使 用 。 其 缺 点 是 装 填 密 度 较低 ,例 如 德 国 究 中 心 ,平 板 式 膜 组 件 的 装 填密 度 只 有 200 是 螺 旋 卷 式 的 1是 中 空 纤 维式 的 1 5   平 板 框 式 膜 组 件 及 其 中 单 个 膜 袋 的 结 构 示 意 图31212   螺 旋 卷 式 膜 组 件螺 旋 卷 式 膜 组 件 也 由 平 板 膜 制 成 ,将 2 张 平 板 膜的 三 边 密 封 ,组 成 1 个 膜 叶 。 与 板 框 式 膜 组 件 相 似 ,在 其 2 片 平 板 膜 中 夹 入 1 层 多 孔 支 撑 材 料 保 持 间 隙便 于 渗 透 气 流 过 。 在 膜 叶 上 铺 有 隔 网 ,用 带 有 小 孔 的多 孔 管 卷 绕 依 次 放 置 的 多 层 膜 叶 ,形 成 膜 卷 ;最 后 将膜 卷 装 入 圆 筒 形 的 外 壳 中 ,形 成 1 个 完 整 的 螺 旋 卷 式分 离 器 [23 ] 。 1996 年 美 国 司 在 离 膜 组件 的 研 究 开 发 上 取 得 突 破 ,生 产 的 卷 式 膜 组 件 直 径 最大 可 达 20312 ″ ) ,膜 面 积 达 20 大 大 提 高 了 膜组 件 的 处 理 能 力 ,可 在 大 型 工 业 装 置 上 使 用 ,该 公 司所 制 造 的 离 用 卷 式 膜 组 件 如 图 6 所 示 。图 6   螺 旋 卷 式 膜 组 件 结 构 示 意 图  使 用 时 ,高 压 侧 原 料 气 流 过 膜 叶 的 外 表 面 ,渗 透组 分 透 过 膜 ,流 过 膜 叶 内 部 ,汇 集 于 中 心 多 孔 管 流 出分 离 器 。 膜 叶 愈 长 ,渗 透 气 侧 压 降 也 愈 大 。 膜 叶 的 长度 由 渗 透 气 侧 允 许 压 降 所 决 定 。 在 螺 旋 卷 式 膜 组 件中 ,原 料 气 与 渗 透 气 的 流 动 既 非 逆 流 也 非 并 流 ,组 件内 每 一 点 处 原 料 气 与 渗 透 气 的 流 动 方 向 互 相 垂 直 。这 一 结 构 使 膜 组 件 的 端 面 成 为 气 流 分 布 装 置 。 膜 组54环   境   工   程2007 年 2 月 第 25 卷 第 1 期件 的 结 构 参 数 ,如 支 撑 层 膜 厚 度 和 中 心 管 尺 寸 等 ,能影 响 组 件 内 的 流 动 特 性 。螺 旋 卷 式 膜 组 件 的 主 要 优 点 是 比 板 框 式 组 件 装填 密 度 高 ( < 1 000 由 于 隔 网 的 作 用 ,气 体 分 布和 交 换 效 果 良 好 。 其 缺 点 是 渗 透 气 流 程 较 长 ,膜 必 须粘 接 且 难 以 清 洗 等 。4   结 论 与 建 议加 油 站 的 环 境 污 染 治 理 问 题 将 会 得 到 全 面 重 视 。北 京 市 目 前 的 加 油 站 数 量 已 经 达 到 1 100多
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本文标题:面向加油站的油气回收处理装置及其关键技术
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