超重力機中油氣回收實驗研究

石油及其產(chǎn)品是由各種烷基化合物組成的混合物，輕組分蒸發(fā)嚴(yán)重。在石油的開采、儲存、儲存和銷售中，一定程度的蒸汽損失。在蒸發(fā)損失排放的油氣和混合氣息中，油氣含量高，體積份額通常為0.50%，平均值約為30%。該排放氣不僅帶來環(huán)境污染及火災(zāi)隱患,還會危害人體健康,同時造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失,因此有必要進行油氣回收。目前,油氣與空氣的分離回收方法有吸收法、吸附法、冷凝法及膜分離法等。其中,常溫常壓吸收法即傳統(tǒng)吸收塔法油氣回收系統(tǒng)具有成本及運行費用較低、操作簡單、適用范圍廣等優(yōu)點,但是該法具有占地面積大、尾氣排放濃度較高等缺點。因此在吸收法的基礎(chǔ)上,尋找一種占地面積小,處理后尾氣排放濃度低的油氣回收方法十分有必要。超重力機又稱旋轉(zhuǎn)填料床,是一種高效強化混合和傳質(zhì)的新型接觸裝置。它利用旋轉(zhuǎn)可調(diào)的離心力場代替常規(guī)重力場,使得氣液兩相的相對速度大大提高,相界面更新加快,生產(chǎn)強度成倍提高,極大地強化了氣液傳質(zhì)過程。本研究在吸收法的基礎(chǔ)上,利用超重力技術(shù)對油氣進行回收,處理后油氣尾氣排放濃度低、回收率高,且都達到國家油氣回收項目制定標(biāo)準(zhǔn)。1材料與方法1.1超重力旋轉(zhuǎn)填料床工業(yè)氮氣;93#汽油;SOVAL吸收液;Higee-100超重力旋轉(zhuǎn)填料床,華南理工大學(xué)設(shè)計;汽油鼓泡發(fā)生器,自行設(shè)計;GasAlertMicro5PID,加拿大霍尼韋爾公司;氣相色譜,上海華愛色譜分析技術(shù)有限公司。1.2方法1.2.1回用氣體來源利用超重力機進行油氣回收流程如圖1所示。氮氣1通過汽油鼓泡發(fā)生器2,得到氮氣和汽油氣體的混合氣,混合氣經(jīng)過緩沖罐3,經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計4進入旋轉(zhuǎn)填料床12與進液口處的吸收液SOVAL在旋轉(zhuǎn)填料床中作用,反應(yīng)后剩余氣體經(jīng)氣體出口6通過排入大氣中,吸收汽油氣體后的吸收液經(jīng)液體出口8處收集。1.2.2蒸發(fā)油氣體積分?jǐn)?shù)油氣進氣體積濃度分析由色譜分析系統(tǒng)取樣分析測定。該系統(tǒng)由GC9560氣相色譜儀及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理站等組成。油氣蒸發(fā)損耗中,蒸發(fā)油氣體積分?jǐn)?shù)一般為0～50%,平均值約為30%,本實驗進氣油氣體積分?jǐn)?shù)設(shè)計取為30%。油氣尾氣體積濃度分析由GasAlertMicro5PHD取樣測定。1.3試驗分析1.3.1污染物組分ppm式中,X為污染物以每立方米毫克表示的濃度值,即mg/m3;C為污染物以ppm表示的濃度值;M為污染物的相對分子質(zhì)量。研究表明,汽油空氣混合氣經(jīng)過吸附法,膜分離法,冷凝法,吸收法等處理后的排放尾氣,平均分子量均在50以下。本實驗取最大值M=50來計算尾氣質(zhì)量體積濃度。1.3.2回收系統(tǒng)指標(biāo)用油氣回收率來評價油氣回收系統(tǒng)的處理效率。經(jīng)推導(dǎo),油氣回收率由式(2)計算。C1、C2分別為回收系統(tǒng)進、出口油氣體積分?jǐn)?shù),%;η為油氣質(zhì)量回收率,%;,μ1、μ2分別為回收系統(tǒng)進料氣、尾氣中平均油氣摩爾質(zhì)量,g/mol。由大量測試結(jié)果及各種文獻提供的汽油蒸氣組成分析統(tǒng)計得,油氣回收系統(tǒng)進料氣中平均油氣摩爾質(zhì)量(μ1)為65.51g/mol,尾氣中平均油氣摩爾質(zhì)量(μ2)為48.97g/mol。2結(jié)果與討論2.1轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速對尾氣濃度的影響在吸收液進液溫度為30℃,油氣進氣體積分?jǐn)?shù)為30%,進氣流量為1m3/h時,考察了主機轉(zhuǎn)速對尾氣濃度的影響,實驗結(jié)果見圖2。由圖2可以看出,尾氣濃度隨著主機轉(zhuǎn)速的增加而減小,當(dāng)增大到一定的程度時,尾氣濃度隨主機轉(zhuǎn)速的增加而減小的趨勢逐漸變緩,當(dāng)主機轉(zhuǎn)速到達一定速度時,尾氣濃度排放值已達到國家標(biāo)準(zhǔn)。其主要原因是:增大主機轉(zhuǎn)速,填料內(nèi)液滴和液膜液滴所受離心力增大,使液體被分割成細小的液滴和一片片極薄的液膜,從而減少了液相阻力,增大了氣液接觸面積。另外,徑向流動的液體受到旋轉(zhuǎn)填料床的作用,液體的流動邊界層和傳質(zhì)邊界層不斷更新,氣液兩相實際接觸面積大大增加。當(dāng)主機速度增大到1460r/min后,尾氣濃度降低速率減慢,同時機體振動開始增大,而轉(zhuǎn)速和能耗有直接關(guān)系,轉(zhuǎn)速增大,耗能也相應(yīng)的增加,從圖中可以看出在一定的氣液流量下,當(dāng)主機轉(zhuǎn)速到達1460r/min時,尾氣濃度排放值已達國家排放標(biāo)準(zhǔn)。所以,選擇主機轉(zhuǎn)速1460r/min為宜。2.2液進液流量對尾氣濃度的影響在吸收液進液溫度為30℃,油氣進氣體積分?jǐn)?shù)為30%,主機轉(zhuǎn)速為1460r/min時,考察了吸收液進液流量對尾氣濃度的影響,實驗結(jié)果見圖3。由圖3可以看出,隨著吸收液液體流量的增加,相應(yīng)的尾氣濃度也逐漸降低。分析原因為:隨著液量的增加,引起液膜流速和厚度增加,填料的濕潤程度增加,填料間隙及其外腔內(nèi)的液體增大,填料的持液量更大,使得傳質(zhì)有效比表面積更大,所以吸收了更多油氣,降低了尾氣濃度。2.3進口液進氣流量對尾氣濃度的影響在吸收液進液溫度為30℃,油氣進氣體積分?jǐn)?shù)為30%時,主機轉(zhuǎn)速為1460r/min時,考察了吸收液進氣流量對尾氣濃度的影響,實驗結(jié)果見圖4。由圖4可以看出,隨著進氣流量的增大,尾氣濃度逐漸升高。其原因是:氣體流量增大,引起氣體流速增大,單位時間內(nèi)氣液相對接觸時間減少,使得傳質(zhì)時間降低,導(dǎo)致吸收液吸收油氣量減少,混合氣未被充分吸收就從出氣口流出,故尾氣濃度隨進氣流量升高而升高。2.4尾氣回收率測定在吸收液進液溫度為30℃,油氣進氣體積分?jǐn)?shù)為30%,吸收液進液流量為50L/h,主機轉(zhuǎn)速為1460r/min時,考察了氣液比對尾氣濃度和回收率的影響,實驗結(jié)果見圖5。由圖5可以看出,在進氣體積濃度為30%,主機轉(zhuǎn)速為1460r/min,吸收液進液流量為50L/h時,當(dāng)氣液比(G/L)在5～17間時,尾氣濃度均在25mg/m3以下,油氣回收率均在95%以上,均達到國家油氣回收工程制定的尾氣排放濃度和油氣處理效率的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)氣液比進一步提高,即G/L在17～30時,雖然油氣回收率達到95%以上,但尾氣濃度均大于25mg/m3,超過國家油氣回收工程制定的尾氣排放濃度。故在節(jié)省經(jīng)濟和能耗的基礎(chǔ)上,氣液比G/L=15為適宜氣液比。3為油氣回收工程提供了新的