氮封+油氣回收系統在罐區的應用

許騰

摘 要：環境保護部和國家質監總局發布《石油煉制工業污染物排放標準》對煉油企業罐區無組織排放的有機廢氣做出限制后，各煉油企業罐區設置了各種不同的油氣回收系統來提高排放廢氣的標準。本文介紹氮封的原理以及氮封在儲罐應用中的效果，目前主流的幾種油氣回收方式的原理，選擇冷凝+吸附油氣回收技術路線的原因及其在儲罐應用中的效果。

關鍵詞：氮封 油氣回收系統冷凝+吸附油氣回收裝置

中圖分類號：TQ241 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（a）-0061-02

1 罐區為何要設置氮封+儲罐油氣回收系統

眾所周知，工業生產過程中會產生大量對大氣環境有危害的揮發性有機廢氣（VOC）。當前，中國的工業發展進入到了一個新階段，中國的環境問題日益突出，許多地方出現了嚴重的霧霾天氣，以致影響到了人們正常的生活和工作。在這種情況下，必須控制工業等生產領域有害氣體的排放，加大對有機廢氣處理的力度，通過提高廢氣處理技術來降低其對大氣環境的危害，減少其對大氣環境的污染。

正因如此，環境保護部和國家質監總局發布《石油煉制工業污染物排放標準》（GB 31570-2015），對企業VOC排放的指標更加嚴苛。非甲烷總烴排放標準已經從早期的25g/m3提高到120mg/m3，尤其對苯要求不大于4mg/m3， 甲苯要求不大于15mg/m3，二甲苯要求不大于20mg/m3的更嚴苛要求。

2 造成揮發性有機廢氣排放的原因

油品在儲運過程中，不可避免地存在油品損耗。油品儲運系統中的損耗約占加工量的3‰～5‰，其中最主要的損耗方式為蒸發損耗[1]。油品的蒸發損耗主要分為自然通風損耗、“小呼吸”損耗和“大呼吸”損耗。

自然通風損耗主要是由于儲罐的密封不嚴造成的。如果罐頂有縫隙或者孔眼，它會引起自然對流而造成自然通風損耗。

當儲罐未進行收發油時，油罐內油品液面處于靜止狀態，油品蒸氣充滿氣體空間，由于罐內氣體空間溫度和油氣濃度的晝夜變化而引起的損耗成為油罐的靜止儲存損耗，又稱作“小呼吸”損耗。

當油罐發油時，油罐內油品液位不斷下降，罐內空氣和油品氣相混合氣體濃度、壓力降低，這將促進油品液面的進一步蒸發。當油罐收油時，由于罐內液體體積增加，罐內氣體壓力增加，當壓力增加到一定數值時，呼吸閥打開，罐內油氣隨之排入大氣中。這種由于液面高度變化而造成的油品損耗成為動液面損耗，又稱為“大呼吸”損耗。

3 罐區儲罐為何要進行氮封

氮封是指利用氮氣補充儲罐內氣體空間。由于氮氣比油氣輕，所以氮氣浮在油氣上面。當呼氣時，呼出儲罐外的是氮氣和油蒸氣的混合氣體，而不是純粹的油蒸氣。氮氣和油蒸氣的混合氣體送去油氣回收裝置回收的油品量顯然要比純粹的油蒸氣回收的量要小，因此返回裝置回煉的量要小，從而實現了對能源的節約利用。

4 主流的油氣回收方法有哪些

儲罐油氣回收系統是指在油品在儲運過程中，將蒸發損耗產生的油蒸氣，經儲罐氣相連通管連接到管路末端的設備，通過設備凈化處理后才排入大氣的系統。常用的油氣回收處理的方法包括吸附法、冷凝法和膜分離法[3]。

吸附法是利用吸附劑對油氣中的被吸附烴類組分與其余物質的親和力不同，來完成吸附。目前，活性炭被廣泛作為吸附法的吸附劑。用活性炭做吸附劑的吸附法，主要有變壓吸附，變溫吸附。吸附回收裝置主要有兩種技術路線，一種是采用真空泵進行抽真空的真空解析法，一種是在常壓下的蒸氣解析法。

冷凝法是利用不同烴類物質在不同壓力和溫度下具有不同的飽和蒸氣壓。利用這一原理，經過多級冷凝冷卻，使混合油氣中的烴類各組分溫度低于凝點由氣相轉變為液相，未被凝結的氣相被排出，起到回收油氣的作用。冷凝法的關鍵是制冷劑的冷凝溫度，當尾氣排放指標要求高時，采用三級冷卻。

膜分離法是利用氣體組分分子大小不同及在薄膜內的擴散能力不同即滲透速率的不同來實現烴分子與空氣的分離的方法。在一定的壓差推動下，油氣中的烴類組分優先通過高分子薄膜，空氣則被選擇性地截留，實現分離的目的。

5 選擇何種油氣回收方式

目前主流選擇的是冷凝+吸附相結合的油氣回收技術路線。這是因為吸附法雖然廣泛應用于治理大風量、中低濃度有機廢氣，且操作簡單、處理效率高、效果好，但是吸附法在處理高濃度有機廢氣時存在吸附熱過大損壞吸附劑、造成超溫安全隱患。

6 冷凝+吸附油氣回收技術原理簡介

總體來說，冷凝+吸附油氣回收技術由三部分組成。

（1）冷凝部分。

冷凝部分一般需進行三級冷凝。

①一級制冷：油氣處理溫度需達到3℃～7℃，主要處理水及油氣重組分，應能截留大部分水分，降低了水或油氣重組分在后面兩級制冷中結霜的可能，從而保證油氣管道壓力不會過快地升高；②二級制冷：油氣處理溫度需達到-25～-30℃，應能液化回收部分C3～C6油氣；③三級制冷：油氣處理溫度需達到-55℃～-70℃，應能液化回收輕烴，從而延長活性炭的壽命。

分離出油（液態化工品）后的低溫油氣，與制冷系統冷凝熱源進行回熱交換，使其溫度回升到5℃～25℃后再輸送到后級吸附模塊。冷凝下來的液體流至冷凝部分內置的儲液罐中，當儲液罐到達高液位時，油（廢液）泵自動啟動，使所回收油品經計量表（對回收的油品實時計量）、單向閥輸送到指定儲液罐，當儲液罐到達低液位時，油（廢液）泵自動關閉。

考慮到罐區呼吸時間長及不確定性，冷凝部分配置單套制冷系統自動控制的雙蒸發器系統的油氣氣路通道，當一路氣路通道結霜到一定程度時，系統能自動切換到另一氣路通道工作，同時結霜程度大的通道進入融霜模式，融霜結束后可根據指令自動地恢復冷場通道通暢，處于待機狀態，即具備預冷功能，以確保雙通道切換時尾氣排放物達標。三級制冷的每一級均采用雙通道設計，有效解決不間斷運行的融霜問題。

（2）吸附部分。

經冷凝部分處理后的低濃度油氣進入到吸附部分，吸附部分由至少兩個吸附罐交替進行吸附—脫附—吹掃過程，脫附出的油（廢）氣重新進入冷凝部分進行再次處理。

（3）油品（廢液）收集部分（主要含儲液罐和外輸泵）

油品（廢液）收集部分包含儲液罐和外輸泵，當儲液罐內存液液位較高時，由外輸泵直接輸送至罐區。

7 氮封+油氣回收系統在罐區應用的效果

以某煉油廠芳烴罐區為例。芳烴罐區三苯儲罐在未設氮封+油氣回收系統前屬于無組織排放狀態，排放的油氣中含苯345mg/m3、含甲苯118mg/m3、含二甲苯41mg/m3、含非甲烷總烴2～280g/m3。設置氮封+油氣回收系統后，排放的油氣中含苯小于4mg/m3、含甲苯小于15mg/m3、含二甲苯小于20mg/m3、含非甲烷總烴小于120mg/m3，芳烴罐區一年可減少約15.2t三苯油氣排放量，不僅使得排放氣體滿足《石油煉制工業污染物排放標準》（GB31570-2015）的要求，保護環境，同時還可減少約15萬元的經濟損失。

8 結論

氮封+儲罐油氣回收系統不僅保證了油品的質量，而且對罐區排放的有機廢氣進行了有效的回收治理，使得罐區排放的有機廢氣各成分含量符合相關規范的要求，減少了對大氣的污染。

參考文獻

[1] 肖馳.輕質油儲罐應用氮封技術的重要意義[J].石油化工安全技術，2004（6）：9-11.

[2] 陳占濤.油氣回收裝置在苯類罐區的應用[J].四川化工，2012（1）.

[3] 屈曉禾.芳烴儲罐區油氣回收方案確定[J].石油石化節能，2015（3）.