油氣回收技術在鐵路裝車過程中的應用*

蔣偉寧，劉拉果，尹英煥

（中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧 撫順 113006）

油氣回收技術在鐵路裝車過程中的應用*

蔣偉寧，劉拉果，尹英煥

（中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧 撫順 113006）

輕質油品在裝車（船）、儲存、運輸、等過程中存在著揮發損耗，揮發的油氣受到裝載、儲存方式、運輸工具、氣溫等因素的影響。介紹了直接冷凝法、吸附法、吸收法、膜分離法等4種油氣回收的方法，闡述了油氣回收技術在鐵路裝車過程中的應用。

油氣回收；油氣揮發；鐵路裝車；回收效率

目前在石油、石化等領域中，因汽油等輕質類油品在生產、儲存、運輸、銷售、使用過程中不能實現全密閉式的儲存和裝卸，非常容易揮發而產生嚴重的損耗。油品的揮發，一方面降低了油品的質量，給生產帶來安全隱患；另一方面在污染大氣的同時，還帶來了不可挽回的經濟損失，造成了巨大的能源浪費。據統計2001年全國汽油產量4 100萬t，石腦油產量1 178萬t，2001年全年至少損失汽油13.53萬t，石腦油1.3萬t，損耗總量達到原油加工量的0.3%～0.45%。可見在油品的中轉過程中因揮發損耗浪費了巨大的能源，在當今能源日益緊張的形勢下，如果能夠有效地減少油品的揮發損耗，其節能意義十分明顯。

油品揮發損耗帶來了一系列危害，從20世紀60年代起，發達工業國家就將油氣回收處理作為降低油品揮發損耗及防止油氣污染的重點技術加以研究推廣，并對油氣排放標準加以立法來嚴格控制油氣排放濃度。日本、美國在20世紀60、70年代就已成功研制出了油氣回收裝置，形成了成套的活性炭吸附法、貧油吸收法、冷凝法油氣回收裝置。德國也在近年推出了使用膜分離技術的油氣回收成套裝置，使油氣回收技術得到了進一步發展。目前發達工業國家的煉油廠、油品碼頭、油庫、加油站等普遍都采用了油氣回收設施，這些設施既保護了環境，也取得了良好的經濟效益，我國從20世紀80年代起開始了這方面的研究開發及設備引進[1-2]。

1 油氣回收方法

現階段國內外用來回收油氣的方法大致可分為4種：（1）直接冷凝法；（2）吸附法；（3）吸收法；（4）膜分離法。

1.1 直接冷凝法

直接冷凝法是利用制冷劑通過熱交換器對油氣進行冷凝并采用多級連續冷卻方式降低揮發油氣的溫度，使油氣中的油品成分凝聚為液體，而排出潔凈空氣的一種回收方法。油氣經過預冷器溫度降到4℃左右，油氣中的大部分水汽凝結為水排出，油氣進入二級冷卻器冷卻到約-40℃左右，再進入三級冷卻器冷卻到約-110℃以下，經過一、二級冷卻可以使大部分揮發性有機化合物冷凝成為液體回收，排放的油氣濃度能夠達到環保標準要求。冷凝法回收裝置的冷凝溫度一般按預冷、機械制冷、液氮制冷步驟來實現，具有安全性好、油氣回收率高、符合環保要求、設備成套裝配、安裝簡單、運行過程自動化、使用維護簡便、投資回收期短等特點，但如果要求排放的油氣濃度更低，則需要對油氣進行更高級的冷卻，所需要的能耗也隨之增高。

1.2 吸附法

吸附法利用吸附介質（孔隙率較大的物質）與油氣分子的親合作用吸附油氣分子，不吸附空氣，從而達到油氣回收的目的。現使用較多的吸附介質是活性炭，主要是利用活性碳吸附油氣，實現與空氣的分離，吸附法油氣回收裝置一般包括變壓吸附單元（分離罐）和吸收塔。油氣收集裝置收集到的油氣首先進入變壓吸附單元進行油氣的吸附，其中絕大部分輕烴被吸附在活性碳的微孔中，當達到一定的飽和度時該吸附罐自動轉入真空解吸狀態進行脫附，脫附的油氣進入吸收塔被吸收液吸收。吸附法回收效率高，但裝置占地面積相對較大，吸附塔要進行頻繁的吸附-脫附自動循環切換，操作頻繁，而且活性炭壽命短，所以操作維護起來比較困難，另外活性炭廢料很難處理，容易造成二次污染。

1.3 吸收法

首先利用油氣中的空氣和純油氣在吸收劑中溶解度不同的特性，利用輕組分的汽油（或廢油）、煤油系溶劑、輕柴油、特制有機溶劑等易吸收油氣的吸收液吸收油氣中的純油氣，實現油氣中純油氣與空氣的分離；油氣至下而上通過吸收塔，與由吸收塔內上端的噴灑器灑下來的吸收液逆向接觸，此時大部分油氣被吸收液吸收，吸收有油氣的吸收液灑落到塔底，當落到塔底的吸收液達到一定高度時，在浮力閥的控制下吸收液被輸送到解吸塔內上方噴灑器處并向下噴出，經真空解吸作用后吸收液落到塔底，解吸后的吸收液被循環泵輸送走，實現吸收液再生循環使用；從吸收液中解吸出的純油氣可由真空泵抽送到第一級或上一級回收裝置的進氣口進行循環回收，吸收法的處理效果受吸收劑的影響很大，而且通常吸收法的回收率很難達到90%以上，吸收法還有占地面積大、不利于間歇操作的缺點；隨著環保要求的提高，自20世紀90年代以來已逐漸由其它方法所取代。

1.4 膜分離法

膜分離法是利用膜的選擇性（空氣和輕烴組分滲透能力的不同，大分子的輕烴可穿透分離膜，而小分子的空氣則不能）從而實現空氣和輕烴組分的分離。實際操作過程是油氣經壓縮機加壓后，進入吸收塔被吸收液吸收，其中大部分的油氣被吸收，一部分不凝油氣進入分離膜，油氣分子首先被吸附并溶解于膜的高壓側表面，然后借助濃度梯度在膜中擴散，最后從膜的低壓側解吸出來，經膜分離凈化后的空氣排入大氣。膜分離技術油氣回收率可達99%以上。膜法油氣回收裝置占地面積小、操作簡便、運行安全、投資回報率高，但膜分離設施前期投資較大，膜的使用壽命短，需要定期更換。

2 油氣回收技術在鐵路裝車過程中的應用

在撫順石化80萬t/a乙烯工程公用工程和輔助設施項目化工液體鐵路裝卸站設計中，苯、甲苯、二甲苯、碳五火車裝車和己烯-1火車卸車采用油氣回收裝置回收裝卸車時揮發的油氣（苯、甲苯和二甲苯裝車時產生的油氣通過管道進入油氣回收裝置處理，回收液輸送至常壓罐區污油罐，碳五和己烯-1裝卸車時通過氣相平衡管道與儲罐相連，當需要排空管道內介質以及事故狀態下排放可燃性氣體時，因無法正常排入高壓火炬系統，因此進入油氣回收裝置處理）。

2.1 油氣回收方式選擇

撫順石化大乙烯項目鐵路裝卸站設計吸取了各方面的經驗，并根據實際生產操作情況和裝卸棧橋介質品種布置情況，5種介質不可能同時裝卸車，經研究確定正常裝車流量按700 m3/h，最大裝車流量按1 000 m3/h考慮選擇油氣回收裝置。因本項目回收介質品種較多，吸收劑不好選擇而且吸收法占地空間較大、又受到現場用地條件的制約、從經濟角度方面選用成品油品作為吸收劑損失較大。膜分離法雖然回收效率較高但由于前期投入資金較大，而且膜技術基本依靠進口，國產膜使有壽命較短，帶來使用和維護方面的困難，因此將回收方式初步選擇在吸附法和冷凝法之間，這兩種工藝是油氣回收工業領域被廣泛證明其先進可靠性的工藝技術，它們具有操作成本低、回收效率高（易揮發有機化合物回收率都可達到95%以上的）、操作壽命長、撬裝結構緊湊、占地面積小于吸收法等優點。

2.1.1 吸附法油氣回收裝置

吸附法油氣回收裝置主要由吸附工序、解吸工序和回收工序3個工序組成，具體流程如圖1所示。

（1）吸附工序

在鐵路裝車時產生的油氣經密閉鶴管進入油氣回收裝置，通過壓力傳送器檢測出油氣的入口壓力變化并啟動油氣回收裝置運行。在油氣進入裝置之前，先要通過一個濾液罐以確保油氣不攜帶液體進入吸附罐。油氣進入吸附罐后，有機化合物成分將被硅膠活性炭所吸附分離。

（2）解吸工序

油氣回收裝置由二個活性炭吸附罐組成，并聯安裝，通過閥門與進氣管道相連接。裝置啟動后，一個活性炭罐處于吸附工作狀態，另一個活性炭罐處于解吸工作狀態。當吸附罐內烴氣達到飽和狀態后，真空泵啟動，吸附罐轉入解吸狀態，與此同時，解吸罐轉入吸附狀態，如此反復實現二個活性炭罐交替循環工作，以保證對連續進入裝置的油氣進行處理。

（3）回收工序

解吸罐中解吸出來的油氣進入冷卻器，經循環水冷卻成液態后用回收泵管輸至常壓罐區污油儲罐，未被液化的油氣將再次進入活性炭吸附罐處理。

吸附法油氣回收裝置操作控制臺和臺式PC計算機系統安裝在指定操作間內，用來監視并記錄整個回收裝置的運行狀況，來實現對回收控制的全自動控制，并由1臺PC機實時顯示記錄裝置的運行狀況，PC機會記錄裝置運行參數如：壓力、流量、溫度、液位等，從而確保裝置運行的可靠性及安全性。

2.1.2 冷凝法油氣回收裝置

鐵路裝車時產生的揮發性油氣通過密閉鶴管經過油氣回收管道進入油氣回收裝置，具體流程如圖2所示。

苯裝車時揮發的油氣進入到400 m3/h冷凝處理裝置，設計溫度為6℃左右，此時苯油氣轉化為液態苯排入到儲液罐，分離后的空氣排空；甲苯裝車時揮發的油氣進入到400 m3/h一級冷凝處理裝置，設計溫度為6℃，然后進入二級冷凝處理裝置，設計溫度為-95℃，此時的甲苯油氣轉化為液態的甲苯排入到儲液罐，分離后的空氣排空；二甲苯裝車時揮發的油氣進入到300m3/h冷凝處理裝置，設計溫度為-25℃，此時的二甲苯油氣轉化為液態的二甲苯排入到儲液罐，分離后的空氣排空。如果碳五和已烯-1所揮發的油氣需要進入油氣回收裝置處理，而同時又有其它的油品裝車時，可同時開啟400 m3/h+300 m3/h（一級）+300 m3/h（二級）滿負荷運行，最大處理量可達1 000 m3/h，將有機性揮發物由氣態轉化為液態排入儲液罐，分離后的空氣排空。如果在長時間的運行過程中其中的一套一級冷凝處理裝置發生故障或維修保養，可將另外的冷凝處理裝置通過PLC控制改變溫度設定值，確保裝置短時間內維持正常運行。油氣回收裝置主要配件選用德國比澤爾第三代雙級制冷式壓縮機，其散熱采用風冷形式，無需冷卻循環水，降低了設備的維護工作量，解決了冬季因循環水而結冰的問題，提高了設備的使用壽命，整個裝置采用撬裝形式，結構緊湊，占地面積小。

冷凝法油氣回收裝置的自動控制系統根據用戶設定條件自動開、停、實現無人值守，系統控制包括電氣執行器件、PLC可編程控制系統（可編程模塊采用西門子組件）、圖形化人機操作接口（HMI）等主要組件。控制部分包括防爆控制柜、防爆機組電控箱、PLC可視操作系統、各級冷凝溫度顯示儀表、各級制冷排氣和回氣壓力顯示儀表、報警聲光顯示等。系統設計有多種安全聯鎖保護功能，可實現系統運行過程中任何一個環節出現故障都可以實現安全保護，裝置的運行狀態及運行參數傳送到控制室，控制室可顯示實際的操作數據，操作數據可記錄，并可由通訊接口進行遠程診斷。所有的設定參數可通過授權密碼進行調整。也可通過無線遙控裝置開啟設備。

2.2 油氣回收方式對比分析

吸附法的優缺點：吸附法的最大優點是可以通過改變吸附和再生運行的工作條件來控制出口氣體中油氣的濃度，而且能耗較低，設備可實現自動運行信號反饋儀表操作間。缺點是設備投資較高、工藝相對復雜、雖然采用改進的活性碳＋硅膠作為吸附材料，但三苯易使活性炭失活，失活后的活性炭存在二次污染處理問題。

冷凝法的優缺點：冷凝法油氣回收技術已發展多年，相關技術也比較全面，回收處理設備的關鍵技術成熟、工藝簡單、造價相對低廉、國產化率好、占地面積相對吸附法小，維護容易，安全性好，不存在二次污染問題并且采用了400m3/h+ 300 m3/h+300 m3/h油氣回收方案，當裝車量較大時可同時開啟3套冷凝處理裝置，裝車量較小時只運行其中1套或2套，操作比較靈活，如果其中的一套冷凝處理裝置發生故障，可將另外的冷凝處理裝置通過PLC控制改變溫度設定值，確保裝車的正常運行并可以直觀地看到油氣回收的工藝流程。缺點是電消耗稍高。

3 結束語

選擇什么樣的油氣回收方法，要根據儲運規模，交通運輸情況、當地氣象情況、現有公用工程的情況，從設備投資、效益、操作、使用壽命等方面進行綜合考慮來確定油氣回收方法。

[1]李漢勇.油氣回收技術[M].北京：化學工業出版社，2008.

[2]何龍輝.油氣儲運工程設計[Z].洛陽：中國石化集團公司儲運設計技術中心站，2004.

Application of Oil-vapor Recovery Technology in Railway Loading Process

JIANG Wei-ning，LIU La-guo，YIN Ying-huan
（China Huanqiu Contracting＆Engineering Corporation Liaoning Branch Company，Liaoning Fushun 113006，China）

Volatilization loss of light oil often happens during loading，storage，transportation and so on.The amount of volatilization is affected by loading method，storage method，transportation tools and temperature.In this paper，oil-vapor recovery technology including direct condensation method，adsorption method，absorption spectrometry and membrane separation method was introduced.Application of oil-vapor recovery technology in railway loading process was mainly discussed.

Oil-Vapor Recovery；Oil Vapor Volatilization；Railway Loading；Recovery Efficiency

TE 992

A

1671-0460（2010）01-0045-04

2009-10-13

蔣偉寧，助理工程師，2005年畢業于東北大學電子信息專業，現從事油氣儲運設計工作。電話：0413-7593986。