CN113559674A - 柔性缓冲吸附净化零排放***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种柔性缓冲吸附净化零排放***，该***包括：冷凝回收单元、柔性缓冲单元以及储油罐区，其中，所述冷凝回收单元用于回收储油罐区油气，所述柔性缓冲单元用于对所述冷凝回收单元回收后剩余的气体进行暂存，并在储油罐区进行储油卸载及气温降低时将气体输送至储油罐区。本方案，在提高净化效率，降低运行成本的同时，做到储油罐区蒸发油气的零排放，彻底消除储油罐区“大小呼吸”造成的油气蒸发损耗、消除安全隐患和对周围大气环境造成的污染。
Description
技术领域
本申请实施例涉及环保技术领域，尤其涉及一种柔性缓冲吸附净化零排放***。
背景技术
储油罐区储存和周转的原油和轻质油品含有大量的轻烃组分，具有很强的挥发性，给企业和社会带来了严重的安全隐患，环境污染，能源浪费及经济损失。因此，努力降低蒸发损耗和“大小呼吸”造成的损耗和污染，是我国能源储备建设中一项具有十分重要意义的工作。
近年来，随着国内外对节能、环保及安全问题的日益重视，尤其是我国提出的“双碳”战略，使得各级政府对VOC废气处理得到了广泛的重视，但是目前我们执行的仍是“达标排放”政策，而应用市场上应对与VOC废气处理基本都是固定吸附床，无论工艺路线选择活性炭、炭纤维、吸附树脂，沸石分子筛、蜂窝吸附转轮等基本形式都是固定床结构，鉴于此，在长期使用过程中固定吸附床的弊端逐渐显现，且反过来又影响了固定床形式的可吸附性VOC有机废气处理工艺的推广和发展。其主要缺陷如下：
（1）再生存在安全隐患；
（2）再生不彻底，吸附效率不断降低，全生命周期短；
（3）废弃活性炭等有二次污染；
（4）耐冲击负荷变化性差，固定床吸附效率不稳定，达标排放不稳定；
（5）配置的后处理工艺多数为不同形式的热氧化类，有二氧还碳排放，碳排放没有优势。
发明内容
本发明实施例提供了一种柔性缓冲吸附净化零排放***，针对储油罐区回收净化VOC有机废气创新工艺，基于“零排放架构”的全新思维，用“零排放架构”来驾驭油气回收净化治理技术工艺，采用动态吸附床取代现有的市场上大量使用的静态固定吸附床，配套冷凝回收和净化后气体储存缓冲装置，在提高净化效率，降低运行成本的同时，做到储油罐区蒸发油气的零排放，彻底消除储油罐区“大小呼吸”造成的油气蒸发损耗、消除安全隐患和对周围大气环境造成的污染。
本发明实施例提供了一种柔性缓冲吸附净化零排放***，所述***包括：冷凝回收单元、柔性缓冲单元以及储油罐区，其中，所述冷凝回收单元用于回收储油罐区油气，所述柔性缓冲单元用于对所述冷凝回收单元回收后剩余的气体进行暂存，并在储油罐区进行储油卸载及气温降低时将气体输送至储油罐区。
可选的，所述储油罐区包括多个相连的同品质储油罐，其中各个储油罐被控制处于联动状态，所述柔性缓冲单元具体用于当储油罐区进行储油卸载及气温降低时，储油罐内部产生负压，打开所述柔性缓冲单元的联动调节阀门，以使所述柔性缓冲单元中暂存的气体输送至各个储油罐中。
可选的，所述柔性缓冲单元包括塔体、防风支架、柔性塔体升降装置、喷雾降温装置、抽排气风机、联动调节阀门以及监控仪器仪表。
可选的，所述塔体为由柔性材料黏合而成的圆通尖顶型密闭的可折叠升降的装置，通过对所述抽排气风机以及所述联动调节阀门的控制实现与多个相连的同品质储油罐大小呼吸联动调节阀门联动。
可选的，所述冷凝回收单元包括预冷器、机械制冷单元或/和液氮制冷单元。
可选的，所述***还包括吸附脱附再生单元，所述吸附脱附再生单元可以为备用设置，在所述冷凝回收单元满足储油罐区正常运行的条件下，所述吸附脱附再生单元处于备用状态；当所述储油罐区生产运行条件出现异常或需要开启所述吸附再生单元时，所述吸附脱附再生单元启动并吸附所述储油罐区产生的气体，并将吸附净化后的气体送到柔性缓冲单元。
可选的，所述吸附脱附再生单元包括箱体、多层动态吸附滤床、气流均布装置、一用一备脱附再生装置、排气口，抽风机、抽风管道和联动调节阀门。
可选的，所述吸附脱附再生单元具体用于：
在吸附脱附再生单元启动时，待净化的油气气流经所述吸附脱附再生单元中的气体进口进入，经所述气流均布装置使进入的油气气流均匀向上进入各级吸附层，经所述多层动态吸附滤床进行层层吸附，吸附后的气体循环输送至所述柔性缓冲单元。
第二方面，本发明还提供了一种柔性缓冲吸附净化零排放方法，包括：
冷凝回收单元回收储油罐区油气，所述储油罐区包括多个相连的同品质储油罐，其中各个储油罐被控制处于联动状态；
柔性缓冲单元对所述冷凝回收单元回收后剩余的气体进行暂存，当储油罐区进行储油卸载及气温降低时，储油罐内部产生负压，打开所述柔性缓冲单元的联动调节阀门，以使所述柔性缓冲单元中暂存的气体输送至各个储油罐中；
启动吸附脱附再生单元，待净化的油气气流经所述吸附脱附再生单元中的气体进口进入，经所述气流均布装置使进入的油气气流均匀向上进入各级吸附层，经所述多层动态吸附滤床进行层层吸附，吸附后的气体循环输送至所述柔性缓冲单元。
本方案提供的柔性缓冲吸附净化零排放***包括：冷凝回收单元、柔性缓冲单元以及储油罐区，其中，所述冷凝回收单元用于回收储油罐区油气，所述柔性缓冲单元用于对所述冷凝回收单元回收后剩余的气体进行暂存，并在储油罐区进行储油卸载及气温降低时将气体输送至储油罐区。在提高净化效率，降低运行成本的同时，做到储油罐区蒸发油气的零排放，彻底消除储油罐区“大小呼吸”造成的油气蒸发损耗、消除安全隐患和对周围大气环境造成的污染。
本方案的有益效果在于：
（1）柔性缓冲塔VOCs冷凝回收吸附净化“零排放”***针对不同储油罐区VOC有机废气处理特点、规模和气候特征，设计相应材质、规格、型号的柔性缓冲塔，采用整体降温、抗风、防静电、抗雪載设计，结构合理，外形美观；
（2）柔性缓冲塔VOCs冷凝回收吸附净化“零排放”***根据不同储油罐区VOC有机成分特点，采用不同的动态吸附、冷凝回收组合形式，在降低运行和主体设备投资规模同时，兼顾总体碳排放指标；
（3）柔性缓冲塔VOCs冷凝回收吸附净化“零排放”***可根据吸附材料选择相应的动态吸附工艺，比如：
颗粒状的改性活性炭吸附材料可选择采用流动床吸附和脱附再生工艺；
蜂窝状的改性活性炭吸附材料可选择采用箱式移动床吸附和脱附再生工艺；
炭纤维吸附材料可选择采用连续移动床吸附和脱附再生工艺；
吸附树脂吸附材料可选择采用流化床吸附和脱附再生工艺；
柴油和其他类型的吸收剂可选择采用多层渐进浓缩式洗涤吸收和脱附再生工艺；
（4）柔性缓冲塔VOCs冷凝回收吸附净化“零排放”***选择上述动态吸附和动态洗涤吸收工艺，控制精度高，可以保证任意时段投加和置换的吸附或吸收材料的需求量，保证***内吸附材料处于相对运动的流动状态，从而保证整体吸附效率的稳定和高效；
（5）柔性缓冲塔VOCs冷凝回收吸附净化“零排放”***排放指标可以设计确定，通过实时监控，保证其准确性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种冷凝回收单元工作示意图；
图2为本发明实施例提供的一种柔性缓冲单元中的塔体结构的正视示意图；
图3为本发明实施例提供的一种柔性缓冲单元中的塔体结构的俯视示意图；
图4为本发明实施例提供的一种柔性缓冲吸附净化零排放***的一种示例性的模块组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明实施例，而非对本发明实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分而非全部结构。
本方案提供了一种柔性缓冲吸附净化零排放***，包括冷凝回收单元、柔性缓冲单元以及储油罐区，其中，所述冷凝回收单元用于回收储油罐区油气，所述柔性缓冲单元用于对所述冷凝回收单元回收后剩余的气体进行暂存，并在储油罐区进行储油卸载及气温降低时将气体输送至储油罐区。
现对各个单元的具体的工艺流程实现进行详细说明。
冷凝回收单元是利用烃类物质在不同温度下的蒸气分压差异，通过机械制冷，降低油气温度，使烃类物质蒸气分压达到饱和状态，从而逐步冷凝成液态实现回收。冷凝油气回收装置根据有机成分的组成不同，可采用预冷、机械制冷、液氮制冷等步骤实现，具有安全性好、油气回收率高、符合环保要求、设备成套装配、安装简单、运行过程自动化，使用维护简便、投资回收期短等特点。示例性的，如图1所述，图1为本发明实施例提供的一种冷凝回收单元工作示意图。
其中，预冷器为一单级冷却装置，其运行(冷凝)温度在油气各种组分的冷凝温度以上，使进入回收装置的油气温度从环境温度降到4℃左右，使油气中的大部分水汽凝结为水而除去，从而使进入低温冷凝器的挥发气态状态标准化(一致)，可减少回收装置的运行能耗。油气离开预冷器后进入机械制冷级。机械制冷级可使大部分油气冷凝为液体回收。若需要更低的冷却温度，就需在机械制冷之后连接液氮制冷，这时油气回收率可达99%。单级机械制冷装置的工作温度范围为-35～10℃，串联机械制冷装置压缩由浅冷(高温)级和深冷(低温)级组成，其工作温度为-73℃～-40℃，有液氮制冷的深冷装置工作温度可达到-184℃。冷凝工艺的最大优点就是回收的烃类液体不含杂质(活性炭吸附法回收的烃含有炭，吸收法回收的烃含有吸收剂)。缺点就是，必须在很低的温度下才能达到较高的回收率，能耗高。冷凝工艺适用于高浓度烃类蒸气的回收。正常情况下，经过冷凝单元，储罐大小呼吸产生有机蒸汽多数被冷凝回收，净化后的气体送到柔性缓冲塔，为整个***提供缓冲保护和形成循环，保证“零排放”目标的实现。
柔性缓冲单元是为整个***提供缓冲保护和形成循环，从而保证“零排放”目标的实现的重要单元。储罐区产生的有机废气在运行正常条件下逐级进入油气冷凝回收单元的预冷、机械制冷、液氮制冷，使其冷凝成液态的实现油气回收，回收油气后剩余的、含有低浓度油漆的气体，有输送风机经由进气调节阀，输送到柔性缓冲单元的缓冲塔暂时储存，当油品储罐卸载时，储罐内液位下降产生负压，此时柔性缓冲单元排调节阀打开，柔性缓冲塔内的气体进入油品储罐，填补由于液位下降时形成的真空，整个储油罐区多座油品储罐进行联动，形成具有一定规律的大、小呼吸需求气量，从而据此设计柔性缓冲单元的缓冲塔体积，上、下运行（自身呼吸）规律，抽、排气调节阀与各油品储罐调节参数，使其适应于各油品储罐大、小呼吸的规律，保证其安全生产。示例性的，其中具体的塔体结构示意图如图2和图3所示，图2为本发明实施例提供的一种柔性缓冲单元中的塔体结构的正视示意图；图3为本发明实施例提供的一种柔性缓冲单元中的塔体结构的俯视示意图。
吸附脱附再生单元可作为为应急备用设计，在冷凝单元满足储油罐区正产运行的条件下，吸附和吸附脱附再生单元处于备用状态；当储油罐区生产运行条件出现异常（生产计划突变，需要短时间储存油罐全空，大流量储存油品），储油罐区产生的气量超过整个***的处理能力或需要开启所吸附再生单元时，吸附和吸附脱附再生单元启动，吸附处理多余的气体，防止对周围环境造成污染和避免安全事故的发生。在启动吸附和吸附脱附再生单元时，需要净化的油气气流经吸附装置进口进入，经气流均布装置，使进入到装置的有机废气均匀向上进入各级吸附层，经过层层吸附，废气中的有机成分被吸附材料吸附，最下层的吸附材料最先吸附饱和，向上依次饱和程度逐渐降低，最上层新进入的吸附材料仍然新鲜，而经过层层吸附的气体中的有机物浓度逐渐降低，而越往上行，吸附材料的吸附动力越大，吸附能力越强，因此可以保证经过最后一层吸附材料的气体中的有机浓度低于、或远远低于国家或地方排放标准，消除对周围环境的影响，因此，采用该吸附工艺的排放浓度是完全可以设计受控的。吸附净化后的气体，从装置排气口排出，循环回到柔性缓冲塔，或保证其远低于国家排放标准，可以放心排放。吸附饱和的吸附材料，通过直接进入脱附再生装置，然后按照设定的程序，进行脱附再生。
现对各个单元的具体的结构组成以及装置特点进行详细说明。
冷凝回收单元根据油品储罐装载品种不同而选择由预冷器、机械制冷、液氮制冷等设备组成，预冷器是一单级冷却装置，其运行(冷凝)温度在油气各种组分的冷凝温度以上，使进入回收装置的油气温度从环境温度降到4℃左右，使油气中的大部分水汽凝结为水而除去，从而使进入低温冷凝器的挥发气态状态标准化，可减少回收装置的运行能耗。油气离开预冷器后进入机械制冷级。机械制冷级可使大部分油气冷凝为液体回收。若需要更低的冷却温度，就需在机械制冷之后连接液氮制冷，这时油气回收率可达99%。单级机械制冷装置的工作温度范围为-35～10℃，串联机械制冷装置压缩由浅冷(高温)级和深冷(低温)级组成，其工作温度为-73℃～-40℃，有液氮制冷的深冷装置工作温度可达到-184℃。同时，为实现冷凝回收的目的，冷凝回收单元还配置有相应的测试控制仪表和联动调节阀门、管道等辅助部件，从而形成一套完整的***。冷凝回收单元布置在整体工艺的前端，是储油罐区油气回收的主要单元，通过该单元，最大限度回收灌区油品储罐由于大、小呼吸造成的气体中油气蒸汽损耗，既回收能源，又减少污染。冷凝回收单元可以根据油罐区域储存的不同的油品选择设计与其相一致的冷凝回收方式和设置冷凝温度，以保证最大限度回收相应油品蒸汽，兼具性价比经济优势。
柔性缓冲单元由柔性材料黏合而成的圆通尖顶型密闭的可折叠、可升降塔体和防风支架、柔性塔体升降装置、喷雾降温装置、与罐区罐体大、小呼吸联动的抽排气风机和联动调节阀门、监控仪器仪表等组成。塔体可以有效防止静电，防腐蚀，抗老化，具有与所在区域气候特点相适应的抗风、抗雪载，配置有喷洒降温等安全装置。柔性缓冲单元除了在材质的选择上，主要考虑满足坚固、防腐和缓冲功能外，还要重点考虑与所在地的气候特点相信适应，注重安全性能的保障。
吸附脱附再生单元由箱体、气流均布装置、多层动态吸附滤床、一用一备脱附再生装置、排气口，抽风机、抽风管道和联动调节阀门组成。动态吸附装置顶部下料，底部出料，上进下出置换吸附材料，保证吸附动力和吸附净化效果；一用一备脱附再生装置配置，留有充分的调节余地，保证了***运行的安全和稳定；可以实现连续运行，适应于所有复杂的运行状况；可以选择的不同动态吸附和再生形式，设计模块化，视具体净化对象而选择不同的、与之完全相适应的动态吸附——脱附再生形式，实现最优结果。
图4为本发明实施例提供的一种柔性缓冲吸附净化零排放***的一种示例性的模块组成示意图。如图4所示，该柔性缓冲吸附净化零排放***包括：储油罐区401、柔性缓冲单元402、预冷器403、冷凝回收装置404和405、深冷回收装置406、冷冻机407、吸附装置408、脱附装置409。其中，吸附装置吸附净化后的气体循环再输入至该柔性缓冲单元中，在特殊情况下也可以排放达标。
值得注意的是，上述柔性缓冲吸附净化零排放***的实施例中，所包括的各个单元、模块和设备形状只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明实施例的保护范围。
注意，上述仅为本发明实施例的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明实施例不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明实施例的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明实施例进行了较为详细的说明，但是本发明实施例不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明实施例构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明实施例的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.柔性缓冲吸附净化零排放***，其特征在于，包括冷凝回收单元、柔性缓冲单元以及储油罐区，其中，所述冷凝回收单元用于回收储油罐区油气，所述柔性缓冲单元用于对所述冷凝回收单元回收后剩余的气体进行暂存，并在储油罐区进行储油卸载及气温降低时将气体输送至储油罐区。
2.根据权利要求1所述的柔性缓冲吸附净化零排放***，其特征在于，所述储油罐区包括多个相连的同品质储油罐，其中各个储油罐被控制处于联动状态，所述柔性缓冲单元具体用于当储油罐区进行储油卸载及气温降低时，储油罐内部产生负压，打开所述柔性缓冲单元的联动调节阀门，以使所述柔性缓冲单元中暂存的气体输送至各个储油罐中。
3.根据权利要求2所述的柔性缓冲吸附净化零排放***，其特征在于，所述柔性缓冲单元包括塔体、防风支架、柔性塔体升降装置、喷雾降温装置、抽排气风机、联动调节阀门以及监控仪器仪表。
4.根据权利要求3所述的柔性缓冲吸附净化零排放***，其特征在于，所述塔体为由柔性材料黏合而成的圆通尖顶型密闭的可折叠升降的装置，通过对所述抽排气风机以及所述联动调节阀门的控制实现与多个相连的同品质储油罐大小呼吸联动调节阀门联动。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的柔性缓冲吸附净化零排放***，其特征在于，所述冷凝回收单元包括预冷器、机械制冷单元或/和液氮制冷单元。
6.根据权利要求5所述的柔性缓冲吸附净化零排放***，其特征在于，所述***还包括吸附脱附再生单元，所述吸附脱附再生单元包括常用或备用设置，在所述冷凝回收单元满足储油罐区正常运行的条件下，所述吸附脱附再生单元处于备用状态；当所述储油罐区生产运行条件出现异常或满足开启所述吸附脱附再生单元时，所述吸附脱附再生单元启动并吸附所述储油罐区产生的气体，并将吸附净化后的气体送到柔性缓冲单元。
7.根据权利要求6所述的柔性缓冲吸附净化零排放***，其特征在于，所述吸附脱附再生单元包括箱体、多层动态吸附滤床、气流均布装置、一用一备脱附再生装置、排气口，抽风机、抽风管道和联动调节阀门。
8.根据权利要求7所述的柔性缓冲吸附净化零排放***，其特征在于，所述吸附脱附再生单元具体用于：
在吸附脱附再生单元启动时，待净化的油气气流经所述吸附脱附再生单元中的气体进口进入，经所述气流均布装置使进入的油气气流均匀向上进入各级吸附层，经所述多层动态吸附滤床进行层层吸附，吸附后的气体循环输送至所述柔性缓冲单元。
9.柔性缓冲吸附净化零排放方法，其特征在于，包括：
冷凝回收单元回收储油罐区油气，所述储油罐区包括多个相连的同品质储油罐，其中各个储油罐被控制处于联动状态；
柔性缓冲单元对所述冷凝回收单元回收后剩余的气体进行暂存，当储油罐区进行储油卸载及气温降低时，储油罐内部产生负压，打开所述柔性缓冲单元的联动调节阀门，以使所述柔性缓冲单元中暂存的气体输送至各个储油罐中。
10.根据权利要求9所述的柔性缓冲吸附净化零排放方法，其特征在于，还包括：
启动吸附脱附再生单元，待净化的油气气流经所述吸附脱附再生单元中的气体进口进入，经所述气流均布装置使进入的油气气流均匀向上进入各级吸附层，经所述多层动态吸附滤床进行层层吸附，吸附后的气体循环输送至所述柔性缓冲单元。
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