油氣封存冷凝回收系統在加油站中的應用

文/馮若飛 焦光偉 劉獻強

加油站服務于客戶的同時也存在著許多不容忽視的問題，例如安全、污染和損耗等[1-4]，而導致這些問題的原因就是油品揮發所產生的油氣。因此，在加油站安裝油氣回收系統是非常必要的，它不僅能夠降低油品的蒸發損耗及相應的經濟損失，而且可以減小對附近環境和空氣的污染；另外，在加油站安裝油氣回收系統還能避免油氣直接向空氣中排放給加油站帶來安全隱患。無論從哪個方面看，在加油站安裝油氣回收系統都是一項利國利民的措施，值得采納和推廣。

1.油氣收集系統

目前，加油站一次、二次油氣回收系統，基本上屬于油氣收集系統，實現的是油氣的轉移儲存或排放，雖然沒有從根本上解決回收和利用油氣的問題，但可為下一步真正意義上的三次油氣回收做好準備。

1.1 一次油氣回收系統 一次油氣回收也稱平衡式卸油油氣回收，是指油罐車通過密閉卸油，減少油氣溢散。當油罐車來油時，用軟膠管連接油罐車的卸油口和油罐的進油口，再用膠管連接油罐車罐頂油氣回收口與油罐油氣出口，以此形成一個密閉的系統。當卸油完成后，一車油換成一車油氣。整個過程中，幾乎無外界新鮮空氣的進入，也沒有油氣的溢散，得以實現油氣的收集。一次油氣回收系統方案如圖1.1所示。

圖1.1 一次油氣回收系統方案示意圖

1.2 二次油氣回收系統 二次油氣回收是指汽車加油時，利用特殊裝置，將原本由汽車油箱逸散于大氣中的油氣，經加油槍、真空泵回收入油罐。加油站的二次油氣回收系統主要有兩種：分散式油氣回收系統和集中式油氣回收系統。目前廣泛使用的非燃燒系統運作方法，是將回收的油氣儲存在油罐內保壓，不作排放。要達到這個效果，其汽油與油氣的相互交換比例接近于1：1的比率。其理論上就是在加油時，每發一公升的汽油，油罐液位相應下降，同時經由油氣回收槍回收相當于一公升體積的油氣，送回油罐內填補該空間而達到壓力平衡[1]。二次油氣回收系統方案如圖1.2所示。

圖1.2 二次油氣回收系統的方案示意圖

2.常用的油氣回收技術

加油站一、二次油氣回收本質上實現的是油氣的轉移儲存，沒有將油氣轉變為液態油，因而無法達到治理污染、保護環境、消除安全隱患的目的。要將一、二次油氣回收系統抽回的油氣進行油氣分離、空氣排放、油品液化，就得在加油站布設真正意義的三次油氣回收系統。目前常用的油氣回收技術從原理上分為四種，即吸收法、冷凝法、吸附法及膜分離法[2]。

2.1 吸收法 易揮發油蒸氣從吸收塔的底部進入，與從塔頂進入的向下流或噴淋的吸收液形成對流接觸，大多數油氣被吸收液吸收，剩余的氣體排入大氣。這種方法回收效果直接受吸收劑影響。目前，國內外應用的吸收法有兩種，即常壓常溫吸收法和常壓冷卻吸收法。

2.2 冷凝法 冷凝法的基本原理是當冷凝氣的溫度低于其露點溫度時將發生冷凝，由于易揮發性有機化合物的露點溫度高于空氣的露點溫度，故當對油蒸氣和空氣的混合物進行冷凝時，大部分油蒸氣會被冷凝成液態而空氣則可以通過通風口被排出，從而達到分離的目的。這種方法的優點是操作安全可靠，回收的烴類液體不含雜質；缺點是投資高，操作費用高。

2.3 吸附法 吸附法的原理是利用活性炭等吸附劑吸附油氣中的烴。吸附法油氣回收裝置一般包括三個單元：變壓吸附單元、分離罐和吸收塔。油氣收集設備收集到的油氣通過密閉管線首先進入變壓吸附單元，在變壓吸附單元完成油氣的吸附和脫附，目前常用的吸附劑有活性炭和硅膠；脫附的油氣經過分離塔進入吸收塔，吸收液自塔的頂部噴淋下來，與自下而上純烴氣混合，由此實現烴在吸收液中的吸收。實際上，吸附法油氣回收裝置是吸附法與吸收法的組合。也有的廠家將吸附法與冷凝法組合。

2.4 膜分離法[3]膜分離技術的基本原理是利用了高分子膜對油氣的優先透過性的特點，讓油氣和空氣的混合氣在一定的壓差推動下經膜的“過濾作用”使混合氣中的油氣優先透過膜得以“脫除”回收，而空氣則被選擇性地截留。膜片為復合結構，由三層不同的材料構成。表層為致密的硅橡膠層，很薄，起分離作用。中間層的材料為聚丙烯腈，最下層為無紡布，這兩層結構疏松，主要起支撐作用，以增強膜片的機械強度。膜的結構如圖2.1所示。

圖2.1 油氣回收膜的結構圖

3.油氣封存冷凝回收系統

三次油氣回收是指在加油站安裝油氣回收液化處理裝置，將抽回的油氣進行油氣分離、空氣排放、油品液化。而油氣封存冷凝回收是利用冷凝法和膜分離法相結合的一種三次油氣回收技術。

3.1 工作原理 油氣封存冷凝回收系統是采用目前世界上最成熟的高科技技術，與快速冷凝系統綜合而成的先進系統。主要包括主機和控制系統。其基本工作原理為：根據監控系統監視到的油罐內的壓力值，啟動或維持檢測狀態；當油罐內的壓力值達到啟動值時，系統開始工作，首先油氣經過系統的冷凝裝置，部分油氣被冷凝為液態油，未被完全液化的油氣被送入薄膜處理裝置，將混合氣體中的碳氫化合物進行分離，分離后的液態油和高濃度油氣被送回油罐加以利用，同時也控制了地下儲油罐壓力，保證了油罐的安全運行。該系統的基本原理如圖3.1所示

圖3.1 油氣封存冷凝回收系統原理示意圖

3.2 油氣封存冷凝回收系統的運行條件

(1)當地下油罐壓力增加到+0.15英寸水柱壓力時，主機會啟動。

(2)于下列情況下，系統裝置會關閉

a.當地下油罐壓力降低至-1.0英寸水柱時。

b.系統裝置連續運行10分鐘后，系統裝置關閉2分鐘，并將氣液分離器內的油液排放至地下油罐內，假若地下油罐的壓力又達到啟動壓力時，系統將再次啟動。

(3)系統裝置的膜分離后的氣體為新鮮空氣被排放，連續檢測排放空氣中的油氣含量使之符合排放標準的限制。

(4)油氣封存冷凝系統的設計，在安裝及操作上，與加油站上的第二階段真空輔助式油氣回收系統和車載式油氣回收系統相兼容并符合排放要求。

(5)將油氣/空氣分離后被返回地下儲油罐的透析物含有超飽和油氣和一些冷凝的汽油液體。

(6)影響加油站日運轉時間的因素有：

a.站上的日發油量

b.卸油的次數及每次卸油的時間

c.油氣的壓力

d.油品溫度

e.大氣壓力及溫度

f.一次和二次油氣回收系統的氣密性

g.油罐氣箱空間體積

3.3 三次油氣回收系統的具體運作過程

(1)當油罐壓力上升時，監測油罐的壓力傳感器會啟動主機。

(2)抽氣泵（壓縮機）從儲油罐中抽油氣/空氣混合物（飽和油氣）。

(3)油氣流被壓縮。

(4)在同樣體積內的壓力上升，導致油氣流的溫度升高。

(5)溫度升高的油氣通過冷卻器。

(6)冷卻器將油氣溫度降至室溫。

(7)冷卻過程使液體汽油冷凝。

(8)油氣混合物和液體汽油進入分離器。

(9)液體汽油從油氣混合物中分離出來后，暫存在分離器中等待后續階段的排液并回流至油罐中。

(10)剩下的空氣/油氣混合物，繼續進入膜分離。

(11)當碳氫化合物分子沿著膜的正壓側通過時，會被吸附在膜材料中。空氣分子被正壓側的膜表面所排斥，并繼續直至從主機中被作為干凈空氣釋放出來。

(12)真空泵將超飽和油氣（透析物）返回至油罐中。

(13)當油罐的壓力值低于設定值時，主機會自動關閉，并處于待機狀態，直至壓力再次升高。然后分離器的閥門打開，將分離器中儲存的液體汽油排放回底下油罐。

4.結束語

筆者首先從加油站必須建立油氣回收系統著手，深入分析了目前加油站一、二次油氣回收系統的本質：油氣的轉移。為充分地解決油氣回收和油氣利用，詳細地介紹了四種油氣回收技術。最后重點落實在油氣封存冷凝三次油氣回收系統在加油站中的應用上，對現行加油站油氣回收系統的改造和新建加油站的建設具有一定的現實指導意義。

[1]許行，周紹騎，焦光偉.油氣密閉系統氣液平衡問題的研究[J].天然氣與石油，2010,28(5):6～8,36.

[2]劉靜，李自力，孫云峰等.國內外油氣回收技術的研究進展[J].油氣儲運，2010,29(10):726～729,743.

[3]王慧銘.膜分離技術在油氣回收過程中的應用[J].油氣田地面工程，2009:28(6),44～45.

[4]陳家慶，朱玲，張寶生等.美國加油站的油氣排放污染控制及其啟示[J].能源環境保護，2009,23(1):1～6,10.