新型规整填料在油气回收技术中的应用及发展

2019-08-11 阅读：次

填料塔作为一种传质设备，具高、压降低、持液量小等点，广泛用于化工过程分离操作。论述了国内外油气回收的发展现状，详细介绍了油气回收吸收塔应用的各种散装填料、规整填料及其结构特点和流体力学性能，重点突出规整填料的点。同时展望了规整填料在油气回收方面的发展趋势及应用前景。

填料塔具高、压降低、持液量小、构造简单、安装容易、投资少等点，是石油化工广泛应用的气液传质设备。油气回收装置中吸收塔通常采用填料塔。近几年，由于排放指标越来越严格，需要高效吸收塔的场合越来越多，开发及应用新型高效油气回收吸收塔技术已经迫在眉睫。

1 油气回收行业发展现状

1. 1 国外油气回收发展现状

国外油气回收发展较早。早在 20 世纪初，发达就意识到蒸汽蒸发的危害及回收的经济价值。并对油气回收技术开始研究，获得很多。特别是在美国洛杉矶发生光化学烟雾事件后，政府制定了严苛的环境质量标准和法规，同时加大研究和开发推广油气回收技术的力度，使得油气回收技术快速发展。在 20 世纪 70 年代初，欧洲和北美各国及已经建立了完善的油气回收行业。

目前，美国、欧洲、日本等国的油气回收行业已经很成熟，基础理论研究也基本完善。在各大炼厂、码头、油库、加油站等油气排放量大的地方都安装了油气回收设施，油气排放都在毫克级别，大部分的油气都被回收，油气的损耗量很低，既保护了环境，又产生了很好的经济效益。

国外油气回收装置比较成熟公司主要有美国 Jordan 公司的“吸附 + 吸收”法油气回收工艺，德国 GKSS 开发的膜法油气回收工艺，美国 Edwards 公司的直接冷凝法油气回收工艺。其中，“吸附 + 吸收”法是应用广泛、运行稳定的工艺。

1. 2 国内油气回收发展现状

1. 2. 1 油气回收工艺的发展现状

我国油气回收行业的起步较晚。20 世纪 70 年代，国内的科研和企业开始研究油气回收技术。一开始研究单纯的吸收工艺，如长岭炼厂建成的柴油吸收法油气回收装置。但工艺的回收效果差，排放浓度高。后来研究组合工艺，将吸收法、吸附法工艺组合，此工艺流程简单，尾气排放的油气浓度低，动设备少，能耗低，自动化程度高等特点在各油库、炼厂得到大规模应用。

冷凝法、膜法属于新技术的油气回收工艺。2003年我国自主研发了三级冷凝油气回收装置，低冷凝温度为－ 75 ，打破了国外的技术垄断。但目前国内冷凝技术还不成熟，动力设备较多，故障频发影响了冷凝法的推广使用。2006 年以来，依托科学院膜所的技术力量，不少公司投入大量人力、物力开发膜技术油气回收工艺，使我国的膜工艺油气回收技术有了长足的发展。

1. 2. 2 油气回收行业标准规范的发展现状近几年我国油气回收行业迅速发展，同时相关部门陆续公布实施了多个标准和规范，指导和促进行业健康发展。如 GB 50759《油品装载系统油气回收设施设计规范》、GB 20951《汽油运输大气污染物排放标准》、GB 20952《加油站大气污染物排放标准》等，对油库、加油站等油气排放量大的地区进行规范、指导，有利于推动我国油气回收行业的发展及提升。

2015 年，对石油炼制企业和石油化学企业针对性地提出排放标准及指导，GB 31570《石油炼制工业污染物排放标准》、GB 31571《石油化学工业污染物排放标准》均提出更严格的排放指标及技术要求。

2 规整填料在油气回收中的应用现状

2. 1 现有吸收塔采用的填料类型

吸收塔是“吸附 + 吸收法”中重要的工艺设备。吸收塔应用比较广泛的主要有两类: 一类是板式塔，一类是填料塔。填料塔相比于板式塔具有许多点，如传质效率高、通量大、压降低等点，故油气回收装置通常采用填料塔。填料是填料塔中重要的塔内件，属于微分气液接触的操作。填料可以分为散堆填料和规整填料。目前，吸收法吸收塔基本采用散装填料。采用主要填料类型有金属拉西环、金属鲍尔环、金属阶梯环。比如无机化工行业 HCl、SO₂ 等气体吸收通常采用塑料鲍尔环等散堆填料。

随着油气回收工艺的研究及发展，要求吸收效率高及特殊介质吸收的工艺率先采用了规整填料，类型为不锈钢金属丝网规整填料。吸收效率、压降等都有了很大的提升。

规整填料鉴于其高效的点，在其他化工生产过程比如高液气比的吸收、精密精馏中已经广泛应用。但在油气回收领域，由于基础理论研究的不足和回收物料的复杂多样性，导致新型规整填装在此领域还没有大规模应用。

2. 2 规整填料相对其他填料点

规整填料是在塔内按均匀几何图形排布，整齐堆砌填料。目前规整填料种类多，形状不同，性能各异。新型规整填料类型包括丝网波纹填料、金属孔板波纹填料、陶瓷板波纹填料等。规整填料上的网孔或波纹板便于液膜的形成，其波纹的导向性有良好的细分布作用，且使液体的沟流大大减少。由于规整填料的结构特性及高比表面积，使规整填料具有以下特点: 分离效率高，通量及操作弹性大，阻力压降小，放大效应低，液体滞留量小，节能的同时还能降低塔径。表 1为 500 型波纹规整填料与鲍尔环的参数比较，可以看出规整填料的势。
新型规整填料在油气回收技术中的应用及发展

2. 3 规整填料选型参数

规整填料在油气回收吸收塔应用选型主要考虑

以下几个参数: 填料材质、比表面积、空隙率、理论板压降、滞留量。根据吸收工艺要求，选择合适参数的填料，使吸收塔效率达到，这是填料选择的目的及要求。在油气回收吸收塔可应用的规整填料见表

2、表 3。

规整填料在石油、化工行业已经发展了三十多年，填料性能稳定，效率高，故在油气回收吸收塔大规模采用可以满足及提高油气及废气的吸收效率。

3 规整填料在油气回收应用前景

3. 1 规整填料结构发展趋势

规整填料自 20 世纪 70 年代开始快速发展，此后规整填料的新品层出不穷。里程碑式的代表是 70 年代瑞士 Suler 公司研发的 Mellapak 带孔波纹板填料，材质为不锈钢，比表面积达到 700 m² / m³ ; 80 年代瑞士 KUHNI 公司研究开发了Ｒombopak 填料，率先开辟了按照气液佳流路设计的垂直板网类规整填料;

近几年，德国Ｒaschig 公司开发了Ｒaschig-Supak300，在相同的比表面积及分离效率的条件下，通量提高了26% ，压降降低了 33% 。

近几年国内规整填料的研发也非常迅速，如天津大学研发的 Zupak 系列规整填料，上海化工研究院研发的 SM、SW、SC、SB 系列新型规整填料，南京大学开发的 SINOPAK 新型规整填料等。

以上新型规整填料相对于通用规整填料有显著特点: 比表面积增加 5% ～ 10% ，开孔率增加 30% ～ 40% ，通量提高 20% ～ 36% ，压力降降低 30% 左右，分离效率提高 10% ～ 25% 。所以，规整填料结构以后发展的趋势就是不断化以上几个参数，在相同重量的前提下，使吸收塔在特点的工艺要求条件下，各参数达到状态。

3. 2 规整填料材质发展趋势

规整填料开始采用的金属材质，一般采用金属薄板。后来随着规整填料应用越来越广泛，逐渐研发出用塑料、陶瓷或金属丝网材质，但它们都具有较大的比表面积和较小的摩擦阻力。有规则的排列产生许多不连续的气体和液体流道，从而获得高效率、低压降和大通量。

目前，应用比较广泛、技术比较成熟的规整填料是不锈钢丝网波纹规整填料，CY 系列、BX 系列，可应用与汽油油气回收、苯系物回收、无腐蚀性化工品等介质。对于接触腐蚀性气体的吸收塔，现在已经开发了塑料丝网波纹填料，塑料材质由聚丙烯线、聚丙烯腈线编织而成，具有良好的化学稳定性，耐腐蚀，原料来源丰富，可大规模应用。另外，还有玻璃纤维波纹填料，也具有良好的耐腐蚀性和水溶液润湿性。

对于高温、高湿、高腐蚀性的工艺，金属及塑料均布能满足要求，故不少公司及科研单位投入大量人力、物力，研发了陶瓷波纹板填料，比如天津大学研发的 TCP-1 陶瓷波纹板填料，瑞士苏尔寿公司研发的 Kerapak 填料，是由高机械强度的薄壁陶瓷波纹片组成的，在油气回收及废气治理方面应用也在逐渐扩大。

随着油气回收及废气治理的发展，会有越来越多的物质必须进行处理后才能排放，工艺物料的复杂性会催生更多性能各异、适用专一的填料材质的研发及应用，所以规整填料材质以后会越来越多样化。

4 结束语

本文就油气回收发展现状、新型规整填料的应用及发展等进行论述，就新型高效填料在油气回收应用的前景进行展望。今后规整填料会不断朝简单化，高效化发展，同时也会促进油气回收行业向模型化，复合化，节能化发展。

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