油气回收工艺及设备设计计算书

油气回收过程及设备设计计算书

由于从油品储运设备排放出来的油气和空气混合气中，油气组分复杂、含量高，且随温度、压力、油品的改变而发生改变，所以一下数据是平均值。

基本数据：

进口油气量200m³/h

油气中平均油气含量为30%

油气的摩尔质量为65.5g/mol

空气的摩尔质量为29.1g/mol

活性炭的填充密度=400±30g/L

活性炭颗粒尺寸为4mm

活性炭表面积大于1100m³/g

着火点T>500℃

活性炭的吸附容量q=0.2g/g

1、回收效率计算

利用物料平衡原理，推导出油气回收效率计算公式：

其中表示吸附塔的油气回收效率，%；

、分别为吸附塔进出口油气平均质量流量，Kg/s；

、分别为吸附塔进出口油气平均体积分数，m³/m³；48.97，65.51是根据相关文献查得进、出口油气的平均油气摩尔质量值（kg/kmol），该值是随着油气浓度的变化而变化的，当只做初略估计时可以将进出口油气摩尔质量看成是不变的。

GB20950-2007《储油库大气污染物排放标准》和GB 20952-2007《加油站大气污染物排放标准》有油气排放浓度小于25g/m³，油气处理效率大于95%的要求；

现设，25g/m³=0.0114m³/m³，求油气回收效率，

由公式有：=98%

可见要使在进口=0.3 m³/m³时吸附塔尾气排放达到25g/m³标准，回收效率必需达到98%以上。

2、由穿透曲线求床层高度

绘制穿透曲线

如图所示，是吸附塔尾气中油气含量，X轴为吸附时间，在之前几乎为零，当达到穿透点时，相当于吸附传质区前沿到达床的出口时，将随着吸附时间的延长而升高；相当于吸附传质区移出床层，即床层的中的吸附剂已经全部饱和。图中阴影面积E对应于到达穿透点时床层中吸附质的总吸附量；阴影面F对应于穿透点时床层尚能吸附的吸附量。则有：

吸附剂的利用率为

未用床层高=

吸附床高=h-

设计要求的穿透时间为

实际吸附床高

所以床层高为H=+

3、吸附塔参数计算

（1）吸附剂的用量：

进口油气质量流量

M=（200m³/h×0.3 m³/m³×65.5g/mol）/22.4L=175.5kg/h 单程油气的质量：M×

活性炭的用量ｍ=

（2）活性炭吸附床层的直径和高度

活性炭床层的体积v =

活性炭床层的直径，设长径比为3:1，在工艺容许的情况下应尽可能取大值。

V==

所以d=所以床层高度

注意，所求为理论高度，应该与前面由穿透曲线所求H进行比较，取得尽可能大的长径比。

4、床层升温计算

将整个吸附塔作为考察对象。当混合气从进塔到活性炭吸附饱和时，根据物料平衡，可以得：

油气进量：

油气出量：

油气被吸附量：-

空气进量、出量：)*

并假设活性炭吸附时，活性炭与混合气温度同步变化。则整个绝热吸附过程中，有能量平衡，可得活性炭升温的近似计算式：

-分别为油气总进量及总出量，g；

-分别为空气总进量及总出量，g；

-分别为进料中油气、空气摩尔质量，

=29.1g/mol，=65.5g/mol；

-分别为油气、空气比热容，

=1.70J/g*℃，=1.01J/g*℃；

-为混合气进塔总摩尔数，mol；

-活性炭比热容，=0.942 J/g*℃；

-液化油气比热容，=2.38 J/g*℃；

-进料中油气摩尔分数，mol/mol；

-活性炭-油气吸附热，=628J/g

-活性炭升温，℃；

其他参数同上。

将上参数数据带入得式：

由上式可以根据温差来求得活性炭在此温度时的吸附量，或者由穿透曲线求得q后对床层升温的估计，据有文献记录，与实际测得温差误差为5%以内。

5、优化和建议

a、活性炭吸附床层采用多种粒径、多层填充，使吸附床层的穿

透曲线得到优化，在提高吸附效率的同时，降低了床层阻力。

吸附塔内维持一定的压力有利于吸附向正方向移动，从而提高了吸附效率。

b、床层内部设置多层细金属网支撑结构，增强了床层的导热性，

增加床层安全系数，可有效避免恶性氧化升温现象

c、活性炭多次循环吸附/解吸后，有所增大，穿透时间缩短，

吸附容量q下降是由于解吸不彻底的原因。

d、吸附穿透时间随吸附床高径比增大而变长，一般吸附床高径

比为1～4，在允许的塔压降内，可取较大值。

e、活性炭的油气吸附量是随着床层温度的变化而变化的，在最高温

度下，吸附量会下降50%甚至更多，所以在活性炭的用量上应该加一个修正系数来平衡温度带来的影响。

f、在解吸时活性炭微孔中的油气不可能得到完全的解吸，而堵塞的

微孔影响下一次活性炭的吸收容量，但随着解析次数的增加趋于稳定。下降的幅度可以达10%-20%，视活性炭的品质不同而有所不同。

g、解析是一个吸热过程，要使解吸较彻底，可先采取真空解吸，后

在解吸的后期（3/4时段为宜）加入微量热空气吹扫，这样不但有利于深度解吸，也有利于卸真空，空气量不能过多，以免稀释解吸的浓油气而影响下一阶段的吸收效率，吹扫空气温度应低于50℃为佳，以免低烃炭化自燃。

h、煤油、柴油的挥发损失较汽油小，如果工艺允许可以改用煤

油、柴油替代汽油或者混合油进行吸收操作，可以提高吸收效率。

i、解吸时间可控制在60min内，但不宜太小。解吸真空度（一