罐區(qū)含苯油氣處理技術簡述

摘 要：罐區(qū)含苯油氣的揮發(fā)和逸散，嚴重浪費資源、危害人類身體健康、污染環(huán)境。文章針對油品儲存過程中油品揮發(fā)的現(xiàn)象，介紹了幾種常用的油氣處理工藝技術，以及各自的優(yōu)、缺點和適用范圍。結合項目中的實例，詳細介紹了項目情況、處理技術的選取、工藝流程和處理效果。

關鍵詞：罐區(qū)；含苯油氣；揮發(fā)；油氣處理

1 概述

煤化工、煉化行業(yè)在生產過程中會產生有毒易揮發(fā)的含苯類產品，如：含苯汽油、混合芳烴、含苯C9+、含苯污油。含苯油品在儲存、裝卸、運輸過程中，存在大量含苯油氣揮發(fā)和逸散，產生諸多問題：損害人類身體健康、浪費資源、污染環(huán)境、存在安全隱患[1]。隨著人們環(huán)保意識的增強，國家環(huán)境保護法規(guī)、條例的日益完善和大氣污染物排放標準要求提高，在油品蒸發(fā)損耗的預防和控制方面，新建項目已在源頭上已采取了一定的措施，如：儲罐采用內浮頂罐或惰性氣體（氮氣）密封。在此背景下，大力開發(fā)油氣回收新技術及其推廣應用，是油品儲運和環(huán)保相關工作人員一直關注的問題[2]。

2 各種油氣處理工藝技術

2.1 冷凝法

冷凝法是利用烴類物質的飽和蒸汽壓隨著溫度降低而減小的特性，通過換熱設備，將低溫制冷劑的冷量傳遞給油氣，從而降低油氣溫度，使油氣中一些烴類過飽和蒸汽冷凝成液態(tài)，達到分離油氣中不凝氣和回收油品的方法。換熱設備一般為管殼式換熱器，殼程為油氣，管程為制冷劑。冷凝過程分為預冷、一級冷凝、二級冷凝、三級冷凝。預冷器利用最后一級冷凝出口低溫尾氣與待處理油氣換熱，使進入回收裝置的油氣溫度降至4～7℃，除去油氣中大部分水蒸氣。油氣離開預冷器后進入后續(xù)的冷凝工序，經(jīng)過三級冷凝后油氣溫度可降至-70～-110℃。

冷凝法優(yōu)點：工藝原理簡單；能回收液態(tài)油品；安全可靠；自動化水平高。缺點：能耗高，設備造價高，需定時除霜。冷凝法適用于高濃度油氣的回收處理[3]。

2.2 吸附法

吸附法根據(jù)比表面積大、多微孔的吸附劑對油氣中不同組分吸附能力的不同，從而實現(xiàn)油氣的分離。油氣中的烴分子與吸附劑接觸并滲于吸附劑的孔隙中，被吸附于其表面，從而實現(xiàn)油氣與空氣的分離。吸附劑一般選擇比表面積大、多微孔、硬度大、化學性質穩(wěn)定的物質，如：活性炭、活性炭纖維、硅膠。吸附在吸附劑表面的油氣，通過蒸汽加熱或抽真空的方式脫附，脫吸出的高濃度油氣經(jīng)冷凝器換熱冷凝為液體油品，進入回收罐。

吸附法優(yōu)點：油氣回收率高，可有效控制尾氣排放濃度排放。缺點：吸附劑需定期更換；吸附為放熱過程，易導致局部溫度過熱，易導致局部溫度過熱，存在安全隱患。吸附法適用于低濃度油氣的回收處理[4]。

2.3 吸收法

根據(jù)油氣中組分在吸收劑中溶解度的不同，油氣溶解于吸收劑（貧液）的傳質過程。傳質的推動力為氣液兩相之間的濃度差，吸收率取決于氣液兩相之間待吸收油氣的實際濃度與平衡濃度之間的差值。一般采用油氣與從吸收塔頂淋噴的吸收劑進行逆流接觸，吸收劑對烴類組分進行選擇性吸收，未被吸收的氣體排空。吸收劑（富液）進入真空解吸罐解吸，解吸后吸收劑（貧液）再返回吸收塔，吸收油氣，如此循環(huán)。一般采用柴油等貧油做吸收劑。

吸收法優(yōu)點：工藝簡單，投資成本低。缺點：投資及運行費用較高；回收率較低，不能達到現(xiàn)行國家標準排放標準；吸收劑消耗量大；設置阻力降大。吸收法適用于油氣的初處理，需與其他處理技術結合使用[5]。

2.4 膜分離法

通過采用特殊方法和材料制成的分離膜對氣體的滲透性，在一定壓力下，混合氣體中各組分在膜中具有不同的滲透速率，油氣分子優(yōu)先透過分離膜，而空氣則被截留作為尾氣排放，實現(xiàn)油氣和尾氣分離的方法。

膜分離法優(yōu)點：流程簡單、回收率高，排放濃度低；使用簡單。缺點：設備價格較高；膜的使用壽命短；操作要求高；易產生放電層，有安全隱患。膜分離法適用于油氣濃度較高、流量波動不大、壓力平穩(wěn)的工況[6]。

2.5 催化燃燒法

催化燃燒將油氣與空氣按照一定比例混合后，進入安裝有催化劑的燃燒塔，燃燒塔內通過電加熱油氣與空氣的混合氣體，使其溫度達到催化氧化反應所需的溫度；在催化劑作用下，油氣發(fā)生氧化反應充分燃燒，轉化為小分子物質（水、二氧化碳），尾氣與進口混合氣換熱降溫后排放。

催化燃燒法優(yōu)點：燃燒充分，尾氣排放濃度低。缺點：技術尚不成熟技術，在國內尚無工程案例；催化劑易失活，需定期再生或更換。催化氧化燃燒法適用于對尾氣排放濃度要求很低的地區(qū)。

3 案例分析

3.1 基本情況

某煤化工項目常壓罐區(qū)儲存有揮發(fā)性烴類：混合芳烴（含苯約60%wt）、裂解汽油（苯含量>19%wt）、加氫汽油（含苯約19%wt）、污油、C9+。根據(jù)烴類火災危險性，按照《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(guī)范》（SH/T 3007-2014）規(guī)定，污油罐選型為固定拱頂罐，其他介質儲罐選型為內浮頂罐，罐頂設置氮氣氮封+呼吸閥。按照環(huán)境保護部環(huán)發(fā)[2014]177號《石化行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合整治方案》要求，以及《石油化學工業(yè)污染物排放標準》（GB 31571-2015）規(guī)定，為了防止苯類有毒物、非甲烷總烴超標排放，混合芳烴罐和污油罐需密閉回收含苯和非甲烷總烴油氣至油氣處理設施，經(jīng)處理后達標排放。污染物排放標準如表1所示。

因進料和外界溫度變化導致罐內呼出油氣的最大量為600m3/h，呼出氣體中主要為氮氣，其他烴類組分濃度：苯≤2000mg/m3，甲苯≤1000mg/m3，二甲苯≤700mg/m3，非甲烷總烴=0.1～0.35kg/m3。

3.2 油氣處理技術的選取

本項目所執(zhí)行的地方標準遠高于國家標準，根據(jù)尾氣處理設施供應商以往工程項目執(zhí)行經(jīng)驗，常用的處理技術，苯排放濃度極限為≥4mg/m3，不能滿足本項目排放要求。針對本項目油氣含劇毒類物質苯和排放要求非常苛刻的情況，經(jīng)與多家設備供應商技術交流，比較各種油氣處理技術的優(yōu)缺點，比選出如下兩種方案：冷凝+吸附或冷凝+催化氧化燃燒的組合技術。

催化氧化燃燒法如果燃燒充分，油氣中烴類將完全轉化為H2O和CO2，污染物排放濃度極低，是一種很有前景的處理技術，但由于此技術在國內尚沒有類似工況的業(yè)績，采用此技術存在一定的風險。

綜合考慮技術的成熟性和操作彈性，結合本項目油氣排放量不穩(wěn)定、烴類濃度變化較大的情況，選取冷凝+吸附的組合技術作為本項目的處理技術。

3.3 處理技術流程圖

油氣經(jīng)風機抽取進入回收系統(tǒng)，首先進入預冷器進行預冷，冷源為冷凝出口低溫不凝氣（-30℃），經(jīng)換熱后，油氣溫度降至5～7℃，除去油氣中的大部分水分。油氣預冷后，進入冷箱，冷箱內有兩級制冷器，一級制冷將油氣降溫至0℃；二級制冷設置2套制冷機組，并聯(lián)使用，一臺正常工作，另一臺進行除霜后待機，二級制冷將油氣降溫至-30℃，油氣中的絕大部分烴類變成液相，經(jīng)過氣液分離器后，液相部分流入緩沖儲罐暫存。經(jīng)冷凝后的烴類組分回收率可達50%以上。

油氣經(jīng)冷凝工藝段后，以低溫狀態(tài)進入吸附單元進行吸附凈化，吸附劑為活性炭纖維。吸附設有兩個并聯(lián)吸附罐，一個吸附罐進行吸附時，另一個罐通過抽真空方式進行解吸，從而實現(xiàn)在線解吸、連續(xù)運行要求。油氣經(jīng)活性炭吸附處理后達到設計排放要求，直接排向大氣。

3.4 油氣排放濃度

經(jīng)冷凝+吸附法處理后，設備供應商計算的本案例油氣各組分排放濃度如下：苯=0.2mg/m3，甲苯=0.1mg/m3，二甲苯=0.07mg/m3，非甲烷總烴=16mg/m3。尾氣中各組分濃度滿足項目所在地的標準和GB31571-2015的排放濃度要求。

4 結束語

在建設資源節(jié)約、環(huán)境友好新型社會的指導方針下，以及在國家、地方環(huán)保法規(guī)的嚴格要求下，單一的常用油氣處理技術已不能滿足排放要求，開發(fā)新的處理技術勢在必行。將幾種工藝相結合的組合技術，能優(yōu)勢互補，發(fā)揮各種工藝的優(yōu)勢，將是油氣回收技術今后的發(fā)展趨勢和研究的主流方向。

參考文獻

[1]孔繁榮，趙堂玉.油品儲運過程中油氣揮發(fā)問題的研究[J].油氣儲運，2004，8：48-49.

[2]王磊，劉敏艷，王俊超，等.淺談油氣回收技術及意義[J].中國化工貿易，2012，4：272.

[3]繆志華，張林，等.冷凝法油氣回收技術與應用[J].制冷技術，2011，6（39）：50.

[4]姜春明，李俊杰，等.吸附法油氣回收裝置的研發(fā)與應用[J].安全、健康和環(huán)境，2006，6（2）：3-5.

[5]張湘平.吸收法和吸附法油氣回收技術的聯(lián)合應用[J].長煉科技，2005，4（31）：21-22.

[6]王慧銘.膜分離技術在油氣回收過程中的應用[J].油氣田地面工程，2009，6（28）：44-45.