吸附式油氣回收系統擴能改造方案的對比研究

馬 琳 陳 靈 陳敬華

〔中國石化廣東石油分公司 廣東廣州 510730〕

我國成品油銷售市場有汽柴比、高標號汽油銷量逐年增大的趨勢，部分成品油庫受這一趨勢的影響，面臨著原有油氣回收裝置處理能力不足的問題。由于國內油氣回收裝置生產廠家多提出整體換新的建議，造成設備閑置、投資增大。為此需要研究出一種油氣回收系統的擴能改造技術，使之既能提升裝置處理能力，又能避免重復投資、有效盤活閑置設備。本文以某油庫為實例對油氣回收裝置擴能改造的四種方案進行了比對研究，提出了合理實用的方案。

1 油庫油氣回收系統改造的背景

中國石化廣東石油分公司某成品油油庫的油氣回收系統于2010年投入運行，設計處理能力為300 m3/h，運行效果良好。2015年油庫對發油臺進行了改造，將原8支鶴管中5支上裝柴油、3支下裝汽油鶴管的構成，改為3支柴油(其中1支上裝，2支下裝)、5支下裝汽油鶴管，之后又將2支下裝柴油鶴管裝車時產生的油氣接入油氣回收系統中，導致油氣回收系統需要處理的油氣量倍增。該油庫單支鶴管發油速度約為100 m3/h，宜采用處理能力為600～700 m3/h油氣回收裝置[1]，但原有裝置的處理能力只有300 m3/h，亟需升級改造。

2 吸附式油氣回收系統工作原理

油庫在用的油氣回收系統由某單位研發，為吸附式油氣回收系統，是目前國內外成品油庫廣泛應用、技術成熟、安全穩定、回收率高的油氣回收系統，在成品油庫的安全環保和節能降耗方面起著重要作用。該系統由吸附系統、解吸系統和噴淋吸收子系統組成。

吸附子系統由兩個交替工作的活性炭床組成，利用油氣混合物中各組分與吸附劑(活性炭)之間結合力強弱的差別將混合物中難吸附與易吸附組分分離，油氣被吸附，空氣被順利排出。真空解吸是根據不同壓力下組分在吸附劑上吸附容量的差異使油氣在低壓下脫附，實現活性炭的再生。脫附的油氣被真空泵送入吸收塔噴淋吸收，原理是利用汽油能夠吸收油氣的特性，汽油通過進油泵送至吸收塔頂，經過填料后噴淋與油氣大面積接觸，將油氣轉化為液態并通過循環油泵送回油庫的儲罐中。少量未被吸收的油氣從吸收塔頂經二次回收管線返回至活性炭床被再次吸附[2]。

工藝流程如圖1。汽油在灌裝過程中，罐車內的油氣自壓進入吸附罐中被活性炭吸附，當一個罐吸附飽和后，自動改由另一個吸附罐吸附，飽和后的吸附罐進入解吸流程：出口閥門自動關閉，真空解吸閥門打開，同時啟動真空泵，在負壓力作用下，油氣分子從活性炭的孔隙中脫離出來，經過真空泵被輸送到吸收塔中。進入吸收塔的油氣與來自罐區的貧油逆流充分接觸后被吸收，吸收油氣后所形成的富液被輸送回儲油罐。活性炭再生完成后，停止真空泵和吸收系統，再生完成的吸附罐處于平衡狀態(“平衡”狀態下該罐閥門全部關閉)，等待再次吸附，開始另一次循環。活性炭吸附法油氣回收工藝原理見圖1。

圖1活性炭吸附法油氣回收工藝原理

3 油氣回收系統改造方案比選

為解決該油庫油氣回收裝置油氣處理能力的不足、與發油量不匹配的問題，提出了四種解決方案，并進行了比選。

3.1 方案一：購置新的油氣回收裝置

該方案是將油庫現有的油氣回收裝置停用、移除，并新購置一套處理能力為600 m3/h的油氣回收裝置。經核算，需花費300余萬元，并使原300 m3/h油氣回收裝置閑置，造成資源浪費，且更換全套新裝置，工程量較大，工期較長，但預計后期運行效果最為穩定。

3.2 方案二：整體搬遷其它油庫停用的設備

將公司其他油庫已經停用的同型號的處理能力為300 m3/h的裝置，整體移至該油庫，兩套裝置同時使用，各自獨立運行。

方案擬采取的運行方式是兩套裝置各分管幾支發油鶴管。為此，需要在發油臺增加集氣總管，把發油臺不同鶴管產生的油氣分別導進兩套完全獨立的裝置。

該方案可以提高油庫的油氣回收能力，但需要增加發油臺的集氣管道；如果其中一套裝置的設備出現故障，則可能導致該套裝置停機維修，部分油氣需要直接外排。

3.3 方案三：與其他油庫停用設備“軟整合”

該方案是在方案二的基礎上進行改進，即兩套裝置通過程序控制來實現“軟整合”，以一個整體進行運行管理，運行方式是A、B、C、D四個吸附罐和兩臺真空泵輪流順次工作，在運行過程中，兩套裝置始終僅有一臺吸附罐處于吸附狀態，兩套完整裝置共用一條集氣總管，發油鶴管不需要進行分組。

該方案在技術上存在吸附罐偏小、油氣通過速度過快，烴分子難以被活性炭捕獲吸附的缺點。處理能力的提高只能通過減少吸附罐的吸附量、縮短吸附時間來達到，需要頻繁地切換流程。而且，一旦其中的某一設備出現故障，則可能導致整個系統需要停機維修，全部油氣需要直接向大氣外排。

方案二和方案三裝置設備還需要適宜的安裝位置，但在該油庫發油臺周邊難以找到，使方案不易實現。

3.4 方案四：原裝置擴能改造方案

中國石化廣東石油分公司通過分析油氣回收系統的工作原理，提出了通過增加吸附罐和真空泵實現處理能力倍增的方案。搬遷公司中其他油庫已停用的處理能力為300 m3/h裝置中的兩臺吸附罐和一臺真空泵，并與油庫原有的設備并聯安裝使用。

運行方式有兩種：

3.4.1 運行方式一

兩套裝置整合安裝但每次只有一個吸附罐和一臺真空泵工作，需要同步遷移吸附罐的電動閥。擬采取的運行方式仍然是A、B、C、D四個吸附罐和兩臺真空泵輪流依次工作。該運行方式實質上與上述方案三相同，優缺點也與之相同。

運行方式一見圖2。

圖2方案四(運行方式一)

3.4.2 運行方式二

如圖3所示，活性炭吸附罐兩兩并聯安裝，相當于兩個大吸附罐，增加了吸附床層尺寸，解決了吸附罐偏小的問題，可以延長油氣穿透吸附床層的時間，有利于吸附劑吸附容量的充分利用[3]。兩臺真空泵并聯安裝、同時運行，解決活性炭解吸再生能力不足的問題。兩臺真空泵中間設置切斷閥門，可以單獨運行。該方案工作流程與改造前的流程基本相同，兩組兩兩并聯的吸附罐交替吸附，當一組罐吸附飽和后，切換至另一組罐吸附，并啟動真空泵和吸收系統對吸附飽和的活性炭進行再生，對脫附的油氣進行吸收回收，再生完成后，停止真空泵和吸收系統，等待吸附罐吸附飽和，其后流程以此類推。

圖3方案四(運行方式二)

3.5 方案比選及創新點

經過比較(表1)，選定具有明顯優勢的方案四中的第二種運行方式，為油氣回收系統擴能改造的方案。方案四的運行方式二突破了以往油氣回收系統處理能力不足時，多依靠整體更換油氣回收裝置的習慣做法。在對油氣回收系統工作原理和流程正確認識的基礎上，根據處理能力的需求將系統內各裝置靈活組合，類比油氣行業中常見設備泵的并聯使用，將活性炭吸附罐兩兩并聯安裝，相當于增大了接觸面積，解決吸附罐偏小、流速過大、油氣無法被充分吸附的問題。兩臺真空泵并聯安裝，解決了活性炭解吸再生能力不足的問題。兩臺真空泵也可以單獨運行，若一臺出現故障，不會造成全套裝置停產。該方案不是簡單地運行孤立的兩套裝置，而是將兩套裝置視為一個完整的系統，解決了占地問題，并優化了邏輯控制。擴能改造方案對比見表1，改造后的油氣回收系統見圖4。

表1 擴能改造方案對比

續表1

圖4改造后的油氣回收系統

4 方案實施效果

采用方案四的第二種運行方式，對原油氣回收系統升級改造。工程實施后于2017年1月10日完成系統調試并投入試運行。改造前現場有較濃的油氣味，裝置運行后，處理效果較以前明顯提高，現場環境得以改善，排氣口無可視油氣排出，現場也無油氣味。監測1月10日至3月31日油氣回收系統逐日的運行數據，改造后的油氣回收率較改造前有明顯提高，高于全省油庫平均水平[4]。運行數據表明，改造方案只增加吸附罐和真空泵的方式完全可以達到使原裝置提高效能的目的。

該方案比新購置一套處理能力為600 m3/h的油氣回收裝置節省300余萬元，按往年3.5×105t/a發油量計算，回收量可增加140 t/a，按照92號汽油批發價7 200元/t計算，每年可增加創效100.8萬元，效益顯著。在保障油庫安全環保和員工職業健康的同時，也為公司創造了效益。油庫于2017年2月9日外請了油氣回收檢測單位對改造后的裝置進行了檢測，檢測結果顯示各項指標合格(表2)。尾氣處理率3次數據平均值為97.2 %，符合GB 20950—2007 《儲油庫大氣污染物排放標準》[5]規定的≥95%的要求，油氣排放質量濃度3次數據平均值為2.99 g/m3，完全符合標準中≤25 g/m3要求。

表2 裝置改造后的油氣排放濃度及效率的測試結果

注：檢測結果由廣東新創華科環保股份有限公司出具。

目前成品油銷售市場有汽柴比逐年攀升、高標號汽油銷量比例逐漸增大的趨勢，成品油油庫大多推進了優化發油臺增加汽油發油量和汽油拼裝發油改造等配套工作，預計未來會有更多的油庫面臨原有油氣回收裝置能力不足的問題。該油氣回收系統擴能改造創新技術可以提升裝置處理能力、避免重復投資、有效盤活閑置設備、環保排放尾氣。該技術簡單易行，費用低廉，幾乎不增加占地，具有廣闊的推廣前景。

5 結語

通過對中國石化廣東石油某油庫油氣回收系統擴能改造工程的實例研究，根據油氣回收系統工作原理和流程，比較了四種方案，最終確定了適合該油庫的改造方案，并在此基礎上對油氣回收系統擴能改造的技術進行了總結，得到了以下結論：

(1)裝置改造后各項指標均符合GB 20950—2007 《儲油庫大氣污染物排放標準》規定，油氣回收率提高。運行數據表明，按以往3.5×105t/a發油量計算，回收量可增加140 t/a，每年可增加創效100.8萬元。

(2)油氣回收系統擴能改造可不局限于購置新設備，可以通過增加活性炭吸附罐及真空泵，并將活性炭吸附罐兩兩并聯、兩臺真空泵并聯的方式，解決處理能力不足的問題。

[1] 中國石油化工集團公司．Q/SH 0117-2007.油氣回收系統工程技術導則[S]．北京:中國石油化工集團公司，2007.

[2] 李一慶.石油庫下裝鶴管裝車油氣回收工藝設計[J]. 哈爾濱商業大學學報(自然科學版)，2012，28(5)：596-600.

[3] 焦婷婷. 炭質吸附劑吸附回收油氣性能的研究[D]. 大連：大連理工大學，2009：35.

[4] 羅時金.成品油庫吸附式油氣回收系統的設計與管理[J].油氣儲運，2015，34(5)：511-514，518.

[5] 國家環境保護總局，國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 20950—2007儲油庫大氣污染物排放標準[S].北京：中國環境科學出版社，2007.