改良型吸附法油氣回收技術

李克敵(重慶耐德工業股份有限公司)

石油和成品油儲存銷售業排放的主要特征污染物為烴類化合物，特別是氣態狀的烴類化合物，由于排放濃度很高，一般俗稱為油氣。規范性的術語使用非甲烷總烴或總烴等。油氣直接排放一是會對環境造成污染，對人體健康造成損害，如刺激眼、鼻、喉、皮膚等器官，嚴重時會致使神經基能失調及癡呆等，而苯族芳香烴更是致癌物質。二是對安全的危害：由于油品大部分屬揮發性易燃易爆物質，易聚積，與空氣形成爆炸性混合物后沉聚積于洼地或管溝之中，遇火極易發生爆炸或火災事故，造成生命和財產的重大損失。所以隨著經濟的發展，油氣回收技術越來越受到重視。

現在國內的油氣回收技術包括冷凝法，吸收法，膜分離法，吸附法等。而目前國內主流技術是采用吸附法油氣回收技術。

吸附法油氣回收技術的核心內容是吸附劑。一般通過連續10次吸附和再生試驗（采用的是真空度大于0.09MPa的真空泵抽真空再生方法），通過吸附曲線、再生曲線的變化情況，基本可以評價出吸附劑對油氣的吸附和再生效果。用于吸附油氣的活性炭是一種專門制造的活性炭。比表面積、孔容、孔徑和多次的吸附容量與市場上常見的各種活性炭都不同。根據試驗結果，其它的活性炭，包括纖維炭，都不能用于油氣的吸附，主要原因還是不能通過抽真空的方法進行有效的再生。由于活性炭對烴類物質的吸附過程為物理放熱過程，易在床層內產生高溫熱點，而油氣組分自燃點低，在300℃以下，易發生燃燒現象，特別是，裝置第一次使用，新活性炭的吸附容量大，吸附床層的升溫高。因此，必須設有溫度檢測控制報警系統，以防意外情況的發生。還有失活活性炭的處理問題，可能產生二次污染。還有，由于活性炭填充間隙小，吸附床層壓降大（8000～10000Pa），對裝車鶴管的密閉要求高，由于油罐車車型不一，密閉系統的通用性較差，很難做好密閉，一般在鶴管的密閉處，產生油氣外泄。油氣通過管線，約有三分之一的烴類凝結，油氣壓力降低。目前靠油氣的自壓很難使油氣通過吸附床層。目前國內使用的吸附裝置基本都出現了這一問題。即便采取抽氣設備產生負壓收集油氣，雖然可將油氣收集起來，但又產生兩個問題，一是多量的空氣進入裝置，出現了水汽的吸附；二是，加大了裝車過程油氣的逸散量，一些精明的業主已就這一問題提出反對的意見。國內的吸附法油氣回收設備普遍采用純活性碳吸附法回收油氣。此前日本也曾經使用過采用活性碳吸附法的裝置。然而作為吸附劑而使用的活性碳在吸附油氣時會產生相當量的吸附熱，因此難以實現穩定的運行。實際上在上世紀90年代的日本，由于吸附熱而引起異常壓力上升等故障接連發生，因此在日本政府的指導下，這種用于汽油蒸氣等高濃度可燃性氣體的回收方法，在日本就不再適用了。目前在日本，采用活性碳吸附法只用于主要是非燃性化合物的油氣回收?，F在日本石油公司使用的是采用疏水性硅膠作吸附劑的改良型吸附法，疏水性硅膠具有的優點：

▲無機物，不可燃，本質安全，降低安全風險

▲與活性相比硬度高，結晶結構穩定，在設備設計使用年限內可作靜設備來考慮

▲定制的細孔孔徑和比表面積，有利于油氣的吸附和解吸，同時由于沒有微孔和超微孔的存在，不會形成熱量的聚積

▲相同體積，熱容積大于活性炭，因吸附熱帶來的溫升低，相同體積，對高濃度油氣的吸附量大于活性炭，卻不會象活性炭那樣因產生大量吸附熱而導致系統內溫度急劇上升，疏水性硅膠溫升只有10度左右，從而大大提高了裝置的整體安全性能。

▲宏觀為球狀結構，吸附質通過時，不生產偏流，沒有溝道效應

▲具備一定的導靜電能力

圖一與圖二直觀的顯示了普通硅膠與疏水性硅膠的結構差異。

可以看到，通過特殊的制備工藝，在保留硅膠原有特性的情況下，通過去除硅膠表面硅烷醇基，使硅膠表現出不同于普通硅膠的疏水特性，增強對油氣的親和性，同時進一步強化了結晶結構的強度新日本石油公司為適合中國國情開發的硅膠+活性炭吸附技術，采用下層填充硅膠，上層填充活性炭的雙層的高溫熱點產生幾率極小，而硅膠的強度硬度大，使用壽命長，可以達到20年以上，沒有更換吸附劑產生的二次污染問題。而硅膠的填充間隙大，壓損較活性炭小，可以不加抽氣設備，相比活性炭有較大的優勢。

下圖是疏水性硅膠（S-3,S-6)與中孔活性炭（MPC）的等溫吸附特性曲線對比

可以看出，S-6，S-3兩種硅膠吸附特點如下：

對低濃度VOC的吸附量少，但高濃度下吸附量急劇增加。

對低濃度VOC吸附量多，但中高濃度的氣體吸附量幾乎不變。比S-6細孔直徑小，因此與S-6相比解吸效率差。

還可以看出，中孔活性炭對低濃度油氣的吸附能力大于硅膠，所以將MPC填充于吸附塔的上層，發揮其對低濃度油氣的吸附能力強這一特點，是一個很好的選擇。

綜上所述，硅膠+活性炭改良型吸附技術優于單一的活性炭或硅膠吸附技術，前景看好。目前這一技術已經在國內得到了應用。