成品油庫油氣回收裝置研究

孟敏剛 田甜

摘要：石油產(chǎn)品在裝車過程中C分子數(shù)較少的輕烴易揮發(fā)到大氣中形成有機(jī)污染物，不僅污染環(huán)境;損害人身健康，加大職工職業(yè)病危害;而且極大的浪費(fèi)國家石油資源。同時(shí)，給場站帶來潛在的火災(zāi)、爆炸等安全問題。油氣排放治理不僅能夠保護(hù)環(huán)境，同時(shí)降低油品損耗、提高安全保障、節(jié)能減排;環(huán)境、經(jīng)濟(jì)明顯。油氣回收技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。

關(guān)鍵詞：油氣回收;吸附法;吸收法;尾氣濃度;吸收溫度

一、引言

油氣回收技術(shù)是回收油品在儲(chǔ)運(yùn)、裝卸過程中排放的油氣，防止油氣揮發(fā)造成的大氣污染，消除安全隱患。通過提高對(duì)能源的利用率，減小經(jīng)濟(jì)損失，從而得到可觀的效益回報(bào)[1]。而且安裝了油氣回收裝置，還可提高安全性。與此同時(shí)，減少了儲(chǔ)油站操作人員的身體健康受損的因素[2]，符合企業(yè)HSE的管理理念。隨著延長石油西安成品油庫裝車量的逐年增長，原有油氣回收設(shè)備處理量較小，故障率較高。為滿足油庫裝車需求，提高生產(chǎn)效率，新建一套油氣回收處理裝置。

二、延長石油西安成品油庫汽車裝車區(qū)概況

陜西延長石油（集團(tuán)）管輸公司西安成品油庫具備年輸油能力為500萬噸，汽車裝車量200萬噸、火車裝車量300萬噸，庫區(qū)內(nèi)儲(chǔ)存能力28萬方的大型成品油庫，承擔(dān)著西安及西南地區(qū)成品油發(fā)油的重要任務(wù)。其中成品油庫及汽車裝車設(shè)施與2009年建成并投產(chǎn)運(yùn)行。成品油庫汽車裝車設(shè)施裝車能力為200 104 t/a，其中柴汽比為1：0.7。裝車鶴位22個(gè)，采用DN100底部裝車鶴管，其中有12個(gè)汽油裝車鶴管，10個(gè)油裝車鶴管。

汽車裝車已有兩套冷凝吸附法油氣回收處理裝置，裝置處理規(guī)模分別是500 m3/h和600 m3/h，2011年和2014年建設(shè)完成。目前兩套裝置故障率較高，且處理能力不足，無法滿足最大處理量的要求，對(duì)油庫的成品油銷售工作產(chǎn)生一定影響。

三、油氣回收技術(shù)簡介

目前常見的方法有吸附法、吸收法、冷凝法和膜分離法。幾種油氣回收技術(shù)介紹。

（一）吸附法

利用活性炭、硅膠或活性氧化鋁等吸附劑對(duì)油氣、空氣的吸附力的大小，實(shí)現(xiàn)油氣和空氣的分離[3]。油氣通過活性炭等吸附劑，油氣組分吸附在吸附劑表面，然后再經(jīng)過減壓脫附或蒸汽脫附，富集的油氣用真空泵抽吸到油罐或用其他方法液化;而活性炭等吸附劑對(duì)空氣的吸附力非常小，未被吸附的尾氣經(jīng)排氣管排放。

（二）吸收法

根據(jù)混合油氣中各組分在吸收劑中的溶解度的大小，來進(jìn)行油氣和空氣的分離。一般用汽油、柴油、特制有機(jī)溶劑等做吸收劑。一般采用油氣與從吸收塔頂淋噴的吸收劑進(jìn)行逆流接觸，吸收劑對(duì)烴類組分進(jìn)行選擇性吸收，未被吸收的氣體經(jīng)阻火器排放，吸收劑進(jìn)入真空解吸罐解吸，富集油氣再用油品吸收。

（三）冷凝法

利用制冷劑通過熱交換器降低油氣的溫度，使之凝聚為液體回收。冷凝法是利用烴類物質(zhì)在不同溫度下的蒸汽壓差異，通過降溫使油氣中一些烴類蒸汽壓達(dá)到過飽和狀態(tài)，過飽和蒸汽冷凝成液態(tài)，回收油氣的方法[4]。

（四）直接燃燒法

這種方法利用燃?xì)饣蛉加偷容o助燃料燃燒，將混合氣體直接氧化燃燒，燃燒產(chǎn)生的二氧化炭、水和空氣作為處理后的凈化氣體直接排放。該工藝流程僅作為一種控制油氣排放的處理措施，其不能回收有價(jià)值烴類組分，沒有經(jīng)濟(jì)效益。

（五）膜分離法

利用特殊高分子膜對(duì)烴類有優(yōu)先透過性的特點(diǎn)，讓油氣和空氣混合氣在一定壓力的推動(dòng)下，使油氣分子優(yōu)先透過高分子膜，而空氣組分則被截留排放，富集的油氣傳輸回油罐或用其他方法液化。

1. 優(yōu)點(diǎn)

技術(shù)先進(jìn)，工藝相對(duì)簡單;排放濃度低，回收率高。

2. 缺點(diǎn)

投資大;膜價(jià)格昂貴，而且膜壽命短;膜分離裝置要求穩(wěn)流、穩(wěn)壓氣體，操作要求高。

幾種油氣回收工藝都有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，單一的方法，不管是冷凝法還是吸附法都很難稱得上完美，只有幾種工藝相結(jié)合，各取優(yōu)勢互補(bǔ)，才能更好地發(fā)揮各種工藝的優(yōu)勢。

四、工藝選擇

（一）直接燃燒法

由于建設(shè)地場地限制，油氣回收裝置只能布置于油庫庫區(qū)內(nèi)，安全間距無法滿足要求，且該工藝對(duì)安全、操作要求較高。

因此，不推薦采用直接燃燒法。

（二）膜分離法

由于膜分離裝置要求穩(wěn)流、穩(wěn)壓氣體，操作要求高。且膜價(jià)格昂貴，而且膜壽命短，操作投資高。

因此，不推薦采用膜分離法。

（三）冷凝法

利用制冷劑降低油氣的溫度，使之凝聚為液體回收。由于臨潼油庫現(xiàn)狀無該類液體回收處理設(shè)施，因此不推薦采用冷凝法。

（四）吸收法

單純使用吸收法，排放尾氣中非甲烷總烴濃度無法達(dá)到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)要求，因此吸收法需與吸附法共同使用。

臨潼輸油末站有92#汽油、95#汽油、柴油可作為吸收劑。

1. 95#汽油吸收油氣后，影響95#汽油質(zhì)量，因此95#汽油不作為吸收劑。

2. 末站柴油儲(chǔ)存量少，因此柴油不作為吸收劑。

3. 末站92#汽油儲(chǔ)存量大，且吸收后不影響92#汽油質(zhì)量，因此，選擇92#汽油作為吸收劑[5]。

（五）吸附法

利用活性炭等吸附劑吸附油氣，油氣組分吸附在吸附劑表面。吸附劑再生通過減壓脫附，脫附后的高濃度油氣與92#汽油混合。

根據(jù)臨潼末站實(shí)際情況，因此，選擇油氣回收工藝方法為吸收法+吸附法。

五、工藝路線的優(yōu)化

根據(jù)上述論述，成品油庫油氣回收選擇吸收法+吸附法。通過計(jì)算吸收過程并選擇合適的操作條件。以下為詳細(xì)論述。

（一）常溫（25℃），吸收劑（92#汽油）流量與吸收后尾氣濃度關(guān)系

由于裝車過程揮發(fā)的汽油油氣（以下簡稱原料氣）濃度不定，對(duì)原料氣濃度400～2600 g/m3進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如下圖1所示。

由上圖可知：

1. 原料氣濃度為 ≤ 600 g/m3時(shí)，吸收后尾氣濃度隨著吸收劑的量增加而增加，因?yàn)榇藭r(shí)原料氣濃度過低，吸附劑發(fā)生解析原因。

2. 原料氣濃度為 > 600 g/m3時(shí)，隨著吸收劑量增加，吸收后尾氣濃度明顯減少，但當(dāng)吸收劑量增至35 t/h時(shí)，尾氣濃度基本維持恒定。

3. 吸收劑供油泵為小流量、小揚(yáng)程泵，根據(jù)計(jì)算35 t/h時(shí)該泵功率僅為8 kW，吸附劑增加引起該泵的能耗和投資增加均可忽略不計(jì)。

因此，25℃吸收工況下吸收劑量循環(huán)量為35 t/h。

（二）吸收劑35 t/h，吸收溫度與吸收后尾氣濃度關(guān)系

吸收為放熱過程，低溫工況有利于吸收。隨著吸收溫度的降低，吸收后尾氣濃度明顯減少。但考慮到原料氣中含水，吸收溫度不能低于冰點(diǎn)（0℃）。吸收劑溫度越低，制冷系統(tǒng)功率越高，吸收劑溫度與制冷功率見下圖。

（三）吸收劑溫度―制冷功率

當(dāng)吸收劑溫度 > 35℃時(shí)，制冷功率增加明顯;溫度 < 35℃，制冷功率變化不明顯。由于西安成品油庫夏季吸附劑（92#汽油）溫度維持在30℃左右，因此，吸收溫度盡量選擇低，考慮到一定的安全余量，吸收溫度選擇為5℃[6]。

（四）吸收溫度5℃，吸收油流量與吸收后尾氣濃度

如上圖2所示：

吸收溫度5℃，吸收劑流量 > 30 t/h，吸收后尾氣濃度降低不明顯。吸收劑流量25 t/h時(shí)，吸收后尾氣濃度 > 450 g/m3。

（五）低溫吸收法最佳設(shè)計(jì)工況

綜上所述，吸收法最佳設(shè)計(jì)工況為：吸附劑（92#汽油）循環(huán)量25 t/h，吸附劑溫度5℃，吸收后尾氣排放濃度最低為450 g/m3。

六、油氣回收裝置工藝方案

（一）油氣處理規(guī)模

成品油庫汽車裝車區(qū)汽油裝車鶴管共有12個(gè)，單個(gè)鶴管發(fā)油量為100 m3/h，發(fā)油最大量為1200 m3/h，根據(jù)GB 50759《油氣裝載系統(tǒng)油氣回收設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，設(shè)計(jì)規(guī)模取裝車體積流量的1.1倍，則廢氣裝置額定流量為1350 m3/h。

（二）廢氣裝置性能參數(shù)

處理介質(zhì)：汽油油氣;額定處理量：1350 m3/h@0.95atm&10℃;操作范圍：0～110%;處理效率： > 97%;排放指標(biāo)：非甲烷總烴 ≤ 10g/m3;防爆等級(jí)： dIIBT4;放空口高度 ≥ 4.5m;噪聲等級(jí) ≤ 85 dB。設(shè)計(jì)年限：20年。年運(yùn)行時(shí)數(shù)：8400 h。西安當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件特殊，夏天炎熱氣候下裝車過程產(chǎn)生的油氣濃度可能會(huì)超過80% VOL，最大氣量可能會(huì)超過額定氣量1350 m3/h。

（三）油氣回收裝置使用年限及制冷劑選取

油氣回收裝置設(shè)計(jì)使用年限不小于15年。

在淺冷溫度段使用的制冷劑主要有R22（一氯二氟甲烷）、R717（氨）、R290（丙烷）、R404A（混合冷劑）、R407C（混合冷劑）等。

其中R717因毒性、強(qiáng)烈刺激氣味、強(qiáng)腐蝕性、易爆性等明顯的劣勢，本次設(shè)計(jì)不予考慮;

R290因壓縮機(jī)組的價(jià)格明顯高于其他制冷系統(tǒng)，本次設(shè)計(jì)不予考慮。

R22制冷劑是所有制冷劑系統(tǒng)中應(yīng)用最廣、機(jī)組技術(shù)最成熟、熱力學(xué)性能最好的制冷劑，但受到《消耗臭氧層物質(zhì)管理?xiàng)l例》（國務(wù)院令第573號(hào)）的限制，在2030年完全淘汰（《中國受控消耗臭氧層物質(zhì)清單》環(huán)保部2010年）。

R404A是HFC125、HFC-134a和HFC-143混合物，制冷系數(shù)略低于R22，因不受《消耗臭氧層物質(zhì)管理?xiàng)l例》的限制，在近幾年作為R22的代替制冷系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，機(jī)組已經(jīng)非常成熟。

R407C是HFC32、HFC-134a和HFC-125混合物，制冷系數(shù)為R22的85%，不受《消耗臭氧層物質(zhì)管理?xiàng)l例》的限制，機(jī)組應(yīng)用廣泛性低于R404A。

七、結(jié)語

常用的油氣回收方法，吸附法，吸收法，冷凝法，直接燃燒法、膜分離法。這些工藝原理，技術(shù)要點(diǎn)及應(yīng)用進(jìn)行了分析，綜合比較老思路方法的優(yōu)缺點(diǎn)。指出應(yīng)將裝置的聯(lián)合應(yīng)用作為今后研究和推廣的方向，并對(duì)油氣回收技術(shù)在我國的應(yīng)用前景進(jìn)行了預(yù)測我們必須積極推廣和開發(fā)油氣回收技術(shù)，對(duì)已有的油氣回收裝置加強(qiáng)管理，促進(jìn)我國油氣回收行業(yè)快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.油品裝載系統(tǒng)油氣回收設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 2012-10-01.

[3]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).油氣回收裝置通用技術(shù)條件[S]. 2018-07-01.

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[6]逯旭.覆土油庫油氣回收技術(shù)的探討[J].石油庫與加油站， 2018，27（05）：7-10+6.

陜西延長石油（集團(tuán)）管道運(yùn)輸公司，陜西 710000