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膜技术在石油化工油气回收系统的应用研究

发表时间：2021/5/7 来源：《基层建设》2021年第1期作者：王继涛

[导读] 摘要：近年来，很多先进技术运用到我国各行业中，使其发展更为迅速，为我国经济建设贡献力量。随着膜科学的发展，利用膜技术对石油化工油气回收系统进行深度处理及回用逐渐发展起来。

        武汉炼化工程设计有限责任公司湖北省武汉市 430000
        摘要：近年来，很多先进技术运用到我国各行业中，使其发展更为迅速，为我国经济建设贡献力量。随着膜科学的发展，利用膜技术对石油化工油气回收系统进行深度处理及回用逐渐发展起来。
        关键词：膜技术；石油化工油气回收系统；应用
        引言
        随着我国经济建设的快速发展，各行业不断进步，使得我国提前进入现代化发展阶段。膜技术的应用让石油高效利用和油气回收成为可能，从上个世纪开始，发达国家就开始了对膜技术的研究和开发，通过试验，膜技术确实对石油化工领域有着良好的节约功能，通过膜技术的回收装置和体系可以实现石油油气的回收和再利用。
        1H2S、CO2和H2O等酸性气体的回收和脱除
        石油化工油气是世界第三大能源，它不仅仅是一种清洁能源，还是一种优质的化工燃料。但石油化工油气是一种复杂的气体混合物，它含有人们需要的碳氢化合物和一些非碳氢化合物，如H2S、CO2和H2O等，其中碳氢化合物可以进行能源利用，但因为H2S、CO2能腐蚀输送管道，并且降低气体的热值，其中的CO2、SO2等酸性气体需要去除。从低分子量的碳氢化合物中脱除H2S和CO2是石油化工油气一个重要加工处理过程。目前有2种方法来除去其中的一些酸性气体，一是用玻璃态聚合物膜法吸收，二是胺吸收法。但目前膜分离发应用于石油化工油气加工时还存着一定问题，石油化工油气中少量的可凝性高碳烃会使某些聚合物膜损失选择性和失渗透率。同时，石油化工油气中高压的CO2也对聚合物分离膜的选择性表皮有一定的塑化作用。这些问题都使得膜法分离这些酸性气体需要进一步的改进，需要有稳定性更好的高选择性膜，才能将膜法分离普遍商业化。
        2工艺特性单用膜分离工艺
        单用膜分离工艺很难达到较低的排放浓度，需要较多的内部油气循环，产生较大的动态设备负荷和较高的能耗。采用膜分离-吸附联合工艺，吸附/脱附部分投资和运行成本的降低不足以补偿膜分离部分增加的设备投资和运行成本，导致装置建设投资和运行成本的增加。膜分离过程装置很难直接处理油气负荷的波动。在现有的油气回收方法中，吸附法是指装置的吸附槽直接在常压下接收和处理油气，对油气波动的适应性最强。该装置的吸收塔和冷凝器采用吸收冷凝法直接在常压下对油气进行接收和处理。只要装置的吸收器处于循环状态，凝汽器保持足够低的温度，就能很好地适应油气波动。而膜分离是压气机直接接收到的油、气循环和真空泵油气循环、膜分离器升压后的过程，如果在装油过程中，无论是装车操作还是装载量大小，压缩机都必须处于运行状态，随时处理油气负荷变化的影响，而压缩机等主要设备必须满足最大负荷能力的要求。这样，不仅对设备本身提出了较高的要求，而且运行能耗也相对较高。因此，在膜分离处理装置前，通常需要设置一个特殊的油气缓冲气柜，这不仅会增加系统的投资，而且还会给储气罐本身带来安全，特别是列车装载平台附近的油气回收装置，以及储气罐的平面占用和布置。分离膜的使用寿命。由于膜分离油气回收技术的业务应用历史较短，对膜分离器的使用寿命介绍较少，类似于油气回收领域的应用GKSS膜分离器在国内聚丙烯装置尾气回收中有很多应用实例，包括膜的分离会随着运行时间的推移性能、分离效果逐渐降低，一般需要更换后使用1年左右。由于膜分离器在膜分离工艺设备的投资中占有相当大的比重，需要从国外引进，膜分离器的使用寿命不仅影响设备的一次性投资，而且还影响设备的维护成本和运行成本。

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        3无机膜处理在石油化工油气采出水中的应用
        无机膜是指以金属、金属氧化物、沸石和多孔玻璃等无机材料为分离介质制成的半透膜，对高温、高压、强酸、强碱及高浓度有机溶液等极端苛刻反应环境具备较强的适应能力。这使得无机膜被污染后，可以接受强化学清洗，因此，在缓解膜污染方面具有独特的优势。为了使二次采油废水达到低渗透率底层回注标准，建立了1套以膜孔径为0.1μm的氧化铝陶瓷平板膜为核心的试验装置。结果表明，在最优工况运行条件下，出水含油量和SS均小于1mg/L。这说明，在最优工况运行条件下，陶瓷平板膜装置可以实现长期稳定运行的目标，有着良好的发展和应用前景。进行了过滤孔径为50nm的氧化铝陶瓷膜处理稠油采出污水的中试研究。结果表明，膜出水的含油、悬浮物、粒径中值均达到低渗透层回注水质A1级要求，且通过物理+化学的清洗方法可以显著提高膜通量。
        4吸附法基本原则
        简单地说，吸附法是根据吸附剂对油气中烃类组分的吸附亲和力，从空气中分离出烃类组分，回收烃类组分。在吸附碳氢回收过程中，通常有两个内负荷的吸附剂吸附池，当负载过程中产生汽油烃组分和空气混合气体时，油、油、气通过吸附池的吸附状态通过吸附槽的吸附状态，具有巨大的比表面积这些吸附烃组分，几乎没有在油气吸附空气中通过空气的吸附床层，当吸附剂在或接近饱和吸附时，吸附罐切换到可再生，再生方法通常采用室温真空再生，通过降低吸附罐压力，吸附剂对吸附碳氢化合物组分的吸附表面剥离下来，进气单元中烃类组分的浓度远高于油气组分的浓度。最后，富集气体中的烃组分通过外部系统中的循环汽油被吸收，并返回到外部汽油系统。在装载过程中，封闭吊车管的封闭盖收集罐内蒸发的油气，并通过自压将其输送到油气回收和处理单元。在油气回收装置中，有两种内装吸附剂，吸附槽可以切换操作，当油气的装载过程通过吸附池的吸附状态时，吸附罐的比表面积大大降低，这些吸附烃组分几乎不存在于油气吸附空气中，当吸附剂处于或接近饱和吸附层时，吸附罐就会切换到可再生的运行状态。通过降低吸附槽的压力，并在再生后期注入适量的空气，从吸附剂表面解吸吸附烃组分，产生浓度高于进口浓度的解吸气体。真空泵助推器后的解吸气体最终被吸收器中的循环汽油吸收，并与循环汽油一起返回汽油储罐。根据用户的不同要求，油气回收装置的吸附法可以以多种方式操作和启动：与装载过程同步启动。特别适用于汽油装载或油罐车装载。按所装汽油的数量开始。汽油装车量可通过燃油流量计或同一容积罐车的数量来测量。适用于炼油厂、油库的火车、油轮的装车。根据进口处的油气量开始。该装置进口管路上设置的流量和浓度测量仪表，可自动计算活性炭床的吸附量，并可及时启动再生。当废气浓度达到设定值时，应及时启动再生，适用于各种场合。
        5组合工艺
        组合工艺即在运用膜技术基础上辅助以其他类型的常规技术，包括生化处理、吸附处理等，其处理结果往往也可达标。石油化工油气采用处理渗滤液的方式是氨吹脱、生物处理、混凝沉淀以及砂滤等组合工艺，在这一套组合工艺流程的处理下，最终符合国家标准，而对于处理之后的污泥、纳滤浓水等进行回灌填埋场。
        结语
        随着应用研究和检测技术水平的提高，我国应用于石油化工油气回收系统中的膜技术的发展越来越完善，尤其是近几年我国在倡导环境保护的理念下，生态环境对膜技术的提高提出了更高的要求，与传统的油气回收技术相比，膜技术具有更高的环保性和智能化，稳定性也有了较高的提升，膜技术使得石油化工油气回收更加高效和便捷。
        参考文献：
        [1]陈坚，姜磊.膜技术在石油化工油气回收系统的应用研究[J].石油化工应用，2018，31（10）：9-11，22.
        [2]刘新新.催化干气中轻烃和氢气的回收工艺及参数优化[D].山东：青岛科技大学，2017.
        [3]李清方，张建，张新军，等.提高油田五大系统效率配套技术研究与应用[Z].胜利油田工程设计咨询有限公司，胜利油田采油工艺研究院，2019.