油氣回收技術在儲運裝卸系統中的應用

吳海文(海南漢地流體材料有限公司，海南 洋浦 578101)

0 引言

油氣采收是指在裝載(儲存)輕油時收集揮發氣體，以及處理合并后的氣體的技術手段，不僅可以防止油氣揮發造成的破壞，而且可以實現油氣的回收、恢復和使用。當輕油存儲或裝載到車輛中時氣體會揮發，油氣收集的過程稱為油氣回收[1]。回收時必須采用某些技術來處理潛在的有害氣體[2]。目前，我國的石油公司也排放多種類型的石油和天然氣，但主要是MTBE、酒精和汽油。這些氣體易于揮發并刺激人體呼吸系統，并且會對人的神經和血液形成組織產生強大的破壞力，因此研究油氣提取技術是非常有必要的。

1 油氣回收工藝技術

油氣回收包含的吸附方法涉及將油和天然氣成分吸附在吸收材料的表面上，并進行壓力吸收或蒸氣吸收以恢復活性炭的原始吸附功能。富集的油氣將被真空泵吸收到油箱中或通過其他方法液化。盡管諸如活性炭的吸收材料具有很少的空氣吸收能力，但是未吸收的廢氣通過排氣管排出。該方法的優點在于其能夠實現更高的處理效率。而且這種方法發射濃度低，可以實現非常低的值。但實際操作過程存在較多缺陷和安全隱患，如：吸附層的高溫熱點問題；廢氣需要二次處理；活性炭失活后存在的二次污染問題。因此吸收劑還根據介質的不同特性來選擇水，酒精或化學試劑等，而這一般是由吸收劑材料的溶解度來決定的。因為每一種成分在與吸收劑材料接觸時，在不同的吸收劑中溶于其中油氣混合物的含量是完全不同的，所以選擇正確的對應吸收劑材料才能夠良好地把兩者分離開來。吸收劑通常是煤油或特殊的吸收劑液體，并且石油和天然氣與吸收劑的回流相接觸，從吸收塔的頂部卸下吸收器，吸收器選擇性地吸收碳氫化合物。未吸收的氣體進入真空吸收罐以吸收和富集石油、天然氣，然后與石油一起吸收。剩余的可以通過阻火器排出。在填料層中，吸收劑與相反的電流接觸，吸收劑材料從吸收塔的頂部排出。吸收材料選擇性地吸收碳氫化合物組分。在這個過程中，石油和天然氣會被大量的溶解并且被吸收材料直接吸收，而吸收塔會在天然氣和石油被溶解的過程中把不能溶解的物質帶走二次回收。這個方法最主要優勢在于對人工操作能力要求不高，甚至可以完全由機械代替，同時投資成本相對較低，但缺點是恢復率非常低。利用制冷技術替代油氣的熱能，能夠幫助氣體向液體過渡，便于采集和回收。并且這個技術的應用配合烴來降低溫度使得油氣中的烴類可以直接達到過飽和狀態而析出。油氣所需的回收率和廢氣中有機化合物的濃度極限是由它進入大氣環境以后所形成的揮發性氣體的成分來計算和確定的，冷凝裝置的最低溫度也要據此來確定。并需要使用到對烴具有優選滲透性的特殊聚合物膜。因此，在相對壓力條件下，對油氣混合物進行合理地翻攪將能夠讓油氣分子最先通過聚合物膜的篩選，并把空氣排除出去。將石油和天然氣返回儲罐或通過其他方式液化濃縮。由于空氣中碳氫化合物顆粒的大小以及氧氣和氮氣分子的大小不同，因此膜的滲透性也不同，此功能可用于實現油氣分離的目的。油、氣和空氣之間的分離依賴于以不同擴散形式存在的不同氣體。由于擴散和溶解之間的差異，空氣從高壓區域到低壓區域通過膜滲透并被分離。該分離過程是典型的動力學過程，以動力學數據來確定合適的分離過程。

2 油氣回收各工藝比較

近年來，油氣回收技術已在我國的國有企業和合資企業中得到廣泛應用。從石油和天然氣中提取的產品種類很多，常見的包括柴油、汽油、汽油同類物、酒精等。車輛和船舶中的呼吸閥和揮發性氣體閥的主要應用技術是根據回收介質選擇單一回收方法或多種方法的組合。根據不同的介質需求，使用幾種恢復方法的組合。通過結合每個過程的優缺點，所組合的方法可以對每個過程進行補充，以達到最佳的回收效果。當前使用的組合型回收技術有很大的優勢，在操作過程中使用多種方法的結合會使每種技術彼此交融并避免低回收率。在現實生活中，結合并使用冷凝和吸收方法也是很常見的。首先，根據每種材料的性質，使用冷凝法實現飽和，從而將石油和天然氣轉化為液體。這并不意味著它完全變成液體而是通過液態的形式被濃縮到一個固定的大小和位置等待被吸收。這個過程中為了能夠減少有害氣體對環境、空氣等的威脅還可以再次使用冷凝法進行二次重復操作幫助保護環境，減少有害氣體的排放，達到國家對空氣質量的要求。

目前最廣泛使用的方法是吸附和冷凝的結合。具體步驟是：首先，在-40～50 ℃下進行二次冷凝程序，以液化約85%的石油和天然氣，過量的石油和天然氣進入吸附系統。這樣處理過的石油和天然氣大大減少了體積，增加了濃度并增強了吸附效果。之后多余的石油和天然氣再次進入深度冷凝系統，以完成最終處理。這種聯合回收方法的優點：首先，它有效地結合了吸附方法和縮合方法的優點；第二是在第三階段增加吸收系統可以減少能源消耗和油氣凝析油的處理能力；第三是第二階段冷凝后的油氣具有中低溫特性，強化了活性炭層吸收系統，遠離熱源和高溫危害，成功消除了安全隱患。活性炭吸收是目前最廣泛使用的處理有機廢氣的方法。它是一種適合吸收固體的吸收劑，可以吸收非極性有機物質(例如苯鏈)。活性炭對汽油廢氣具有良好的吸附性能。在提取汽油和相同的汽油鏈中，它被廣泛用于排氣，在實際應用系統中，活性炭通常被用于冷凝系統和吸附系統。當進入第一階段時，石油和天然氣的溫度首先冷卻至3 ℃，空氣中的碳氫化合物和水分凝結成液相。之后石油和天然氣進入第二階段冷卻，然后進一步冷卻至-35 ℃。大多數烴在液相中冷凝，不可凝氣體達到較低的石油和天然氣濃度以后將會自動進入活化劑中也就是現階段所采用的活性炭中進行再一次的過濾清潔處理，使之合格。

3 油氣回收需注意的問題

我國石油化工項目中回收的主要原材料是汽油、汽油鏈混合物、丁醇，辛醇和其他化學品。在這些材料限制中，我國現在最常采用的油氣回收技術則包括兩種：一個是冷凝法附；另一個是活性炭吸附法。在石油和天然氣的裝卸中，起重機管裝卸的密封非常重要，輕微的疏忽會導致嚴重的損失。因此，以使油氣回收過程順利進行，必須充分考慮起重管的耐磨性和耐磨性，并應盡可能縮短油氣回收管道。此外還應該選擇合適的回收方法，例如：選用活性炭作為吸收劑主要成分，油氣回收率高，而且其成本低，操作也相對簡單，雖然活性炭的使用壽命相對較短，但綜合考慮來看，活性炭的總體經濟效益依然是非常可觀的。石油行業部門所必須回收的是辛醇、MTBE 等有害物質，避免這些物質進入空氣危害到人們的生命財產安全。因此，我國石油部門在回收過程中，又在冷凝和活性炭吸附之間添加了一個兩階段性質的聯合回收方法，以幫助合理回收和高效回收。根據我國的有關規定要求非甲烷碳氫化合物總量中的廢氣排放量小于或等于120 mg/m3，汽油的排放量小于或等于12 mg/m3。因此，進入回收單元的石油和天然氣首先進入冷卻的第一階段，以形成碳氫化合物，這些碳氫化合物會將油和氣態液體的顆粒和物體重新聚集，并攜帶水。之后進入二次冷卻環節中，對石油和天然氣實行冷卻，一直降溫直到至-34.5 ℃為止，這就催化了C5 組分碳氫化合物并使其變成了便于儲存和操作的液體形態。在這期間，氣體在凝結過程以后其濃度變低，并進入到活性炭吸收系統，被吸附材料吸收，然后達到較高的排放水平，從廢氣中排出。以石油部門中一個相關油氣處理案例為例子，該案例中油氣回收的主要物質包括MTBE、苯以及丁醇等，都是不能直接接入空氣中的有害物質。該案例中的回收方法主要采用了兩階段冷凝技術和用活性炭進行吸附處理的技術[1]。第一階段先把油氣做預前處理，再把油氣過渡到油氣回收裝置并進行二次冷卻，以完成冷凝相變過程。當石油和天然氣進入第一個處理階段時，溫度首先冷卻至2.5 ℃，碳氫化合物重新排列，空氣中的水分凝結成液相。最后，石油和天然氣進入第二階段冷卻，然后進一步冷卻至-34.5 ℃。大多數烴在液相中冷凝，而不可凝氣體則了達到較低的石油和天然氣濃度，并進入活化劑中做最后處理，以達到國家可排放標準。這個案例就有效利用了各種方法的組合幫助回收油氣，取各家方法之長而避其短處，最終達到了能夠排放的標準，減少了對空氣和環境的損害。

4 結語

油氣提取是節約能源的有效途徑，油氣回收對環境保護和人類健康具有深遠的意義。對油氣的合理處理，能夠降低火災和爆炸造成的潛在安全隱患。使用油氣回收裝置可以有效改善運營環境，減少空氣污染，保護操作人員生命健康，同時最大程度地減少了因揮發油和天然氣造成的損失。改善油氣采收技術可以消除潛在的安全隱患，避免出現大型的化工爆炸燃燒等事故，造成人員傷亡。油氣回收技術對國家的經濟發展和科技進步也有著極為深遠的影響。積極參與油氣回收技術的研究和改良不僅是對人們生命財產的負責，也是對科學的負責，讓油氣回收技術中的儲運裝卸系統發展得更加地全面，為世界的環境保護作出卓越的貢獻。