油氣回收技術在營口港仙人島碼頭中的應用研究

郭長順

(營口港仙人島碼頭有限公司 營口市 115002)

1 污染物的形成

隨著經濟持續發展,我國能源需求不斷增大,一定程度上促進了油品碼頭的建設。碼頭運輸時,由于各類油品(原油、汽柴油、煤油等)具有較大的揮發性,在港口儲罐存儲、管道運輸以及收發油工藝環節中因外界溫度變化、密封點不嚴、管道泄漏等情況,不可避免地造成油氣揮發,有機物逸散至空氣中,形成油品碼頭主要大氣污染物[1]。

2 油品揮發組分

營口港仙人島碼頭主要以原油運輸為主,由于油品種類多、存儲量大,產生的油氣成分也相對復雜,主要有烷烴、環烷烴、烯烴和芳族化合物等[2-3]。營口港原油基礎數據情況見表1。

表1 原油基礎數據表

營口港儲存的沙輕原油、沙中重原油品種揮發產生的油氣主要包括非甲烷總烴、硫化氫、乙硫醇、乙硫醚以及苯、甲苯、乙苯、間二甲苯、苯乙烯等污染物。從表1可以看出,沙輕原油的輕組分含量較多,非甲烷總烴濃度也明顯高于沙中重原油。揮發性有機物在大氣環境中易氧化與凝結,也會構成細顆粒物和臭氧污染的前體物。

3 碼頭油氣回收方法

常見的碼頭油氣回收方法主要有吸附法、吸收法、冷凝法和膜分離法等。

3.1 吸附法

吸附法的原理是利用吸附劑與各組分結合力的差異選擇性吸附油氣,使油氣與空氣分離,進而去除油氣。常用的吸附劑包括活性炭、硅膠和活性纖維等。吸附法的優點是油氣回收率較高,操作彈性大,在容許流速內,吸附床層未被擊穿前,可以有效吸附油氣分子,使尾氣濃度控制在較小的數值內。缺點是進口油氣濃度不能過高,處理量較小;吸附劑更換頻次通常較高,易造成二次污染。

3.2 吸收法

吸收法指利用油氣組分在液體吸收劑中的溶解性進行吸收,將油氣組分從氣相轉移到液相,再進行解吸回收處理的方法。汽油、柴油、可再生溶劑等貧油溶劑通常被用作吸收劑。吸收法適用于油氣排放量大的工況,廣泛適用于大型原油碼頭、大型油庫、煉油廠等油氣排放濃度高的場所。缺點是長時間運行后,吸收劑容易達到飽和,影響吸收效果,易造成二次污染。

3.3 冷凝法

冷凝法是利用油氣的飽和蒸汽壓特性,通過改變溫度分離油氣和空氣的方法。冷凝法適用于濃度高、沸點高的油氣回收工況。優點是回收的烴類液體雜質少。缺點是需要的冷凝溫度低,對制冷系統設備要求比較高,投資、運行及維護成本較高。

3.4 膜分離法

膜分離法主要是利用氣體組分分子在薄膜內的擴散能力差異(即滲透速率不同),實現組分分子與空氣的分離。膜分離法具有設施占地面積小、工藝流程簡單、能耗較低、回收率高和二次污染小等優點,缺點是一次性投資過高以及組件更換等運維成本較高。

對于油氣濃度高、流量大和排放標準嚴格的場景,為滿足以上需求,可采用多種回收方法耦合的方式進行回收,全面考慮操作溫度、壓力和進料濃度等工況后選擇確定方案。

4 營口港油氣回收工藝應用情況

營口港仙人島碼頭坐落于營口港仙人島港區,共有五期原油儲罐庫區、燃料油儲罐庫區、1#～3#油品碼頭泊位。營口港仙人島碼頭大型儲罐主要為外浮頂型儲罐,浮頂罐氣相空間小,揮發損耗較拱頂罐減少85%以上,是目前儲存揮發性液體、原油、成品油的最佳工藝設施,屬于控制非甲烷總烴排放的先進儲存設施,在國內外得到普遍應用。

仙人島碼頭汽車裝卸區原油、柴油的裝卸工藝均采用上裝下卸,裝車方式為小鶴管液下裝車。為進一步降低運營過程中裝車產生的油氣對大氣環境的影響,仙人島碼頭安裝了油氣回收裝置對油氣進行回收處理。該裝置采用“冷凝+吸附”工藝,利用制冷技術逐級將油氣冷卻至-75℃左右,液化油氣后進行回收,剩余少量油氣通過吸附罐吸附。

為了進一步保證油氣的有效回收及達標排放,在汽車裝卸臺設計配置了1套處理能力1000Nm3/h的油氣回收系統(含2個吸附罐),油氣回收設施及工藝流程見圖1、圖2。吸附后烴類的排放濃度能夠控制在10g/m3以下,油氣回收率可達95%以上,能夠滿足《儲油庫大氣污染物排放標準》(GB20950—2020)相關限值要求。

圖1 油氣回收設施

圖2 汽車裝卸區油氣回收設施工藝流程示意圖

近年,隨著港區開發建設,港區原油儲庫一期、二期裝車場新增1套處理量為1200Nm3/h的油氣回收裝置,設置23套原油裝車鶴位;三期、四期裝車場新增1套處理量為1200Nm3/h的油氣回收裝置,設置24套原油裝車鶴位。油氣回收及處理系統排放氣體滿足《油品裝載系統油氣回收設施設計規范》(GB50759—2012)規定的非甲烷總烴≤25g/m3、苯≤12mg/m3、甲苯≤40mg/m3、二甲苯≤70mg/m3的要求。

在汽車裝車操作中,原油通過裝車泵注入油槽車,裝車過程中產生的油氣通過油氣回收鶴管進入油氣回收總管,隨后經油氣回收裝置回收。回收后的原油由油氣回收裝置自動輸送泵進入已建的裝車匯管或出罐裝車管線,以供裝車外運。儲罐中的油品經過裝車泵后輸送至汽車裝車區,完成裝車外運。工藝流程見圖3。

圖3 發油和油氣回收流程圖

近期,仙人島港區2#～3#油品及液體化工品泊位增加了裝船油氣回收裝置,設計過程中面臨著船岸界面安全裝置與油氣回收裝置距離較遠的問題。為此,提出了一種在管道中段設置風機增壓裝置的解決方案,并與油氣回收裝置進行連鎖控制。由于油氣回收裝置設計處理量為3750Nm3/h,處理能力較強,單獨設置一套大型油氣回收裝置的占地及功耗會偏高,因此,仙人島港區進行了方案設計優化,即將1套處理能力為3750Nm3/h的裝置分為2套處理能力為1875Nm3/h的裝置進行并聯處理,保證有效回收油氣的同時,降低建設、運行、維修檢修全過程成本。

5 結論

原油成品油碼頭產生的油氣不但會對港區及周邊環境造成影響,而且具有毒性和爆炸性。碼頭開展油氣回收治理工作,可降低油氣揮發,實現顆粒物與臭氧的協同控制。同時,由于原油成品油種類較多,組分相差較大,不同油品的油氣組分和濃度均會影響處理技術的選擇,建議碼頭企業根據油品特性充分論證后選擇最佳技術方案,減少環境污染,實現有效管控。