油品儲運行業揮發性有機物排放控制技術評估

阿克木·吾馬爾，蔡思翌， 趙 斌，王書肖，3，海莉瑪·毛拉也夫

（1. 中國石油 烏魯木齊石化公司研究院，新疆 烏魯木齊 830019；2. 清華大學 環境學院環境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室，北京 100084；3. 清華大學 環境學院國家環境保護大氣復合污染來源與控制重點實驗室，北京 100084）

環境評價

油品儲運行業揮發性有機物排放控制技術評估

阿克木·吾馬爾1，2，蔡思翌2， 趙 斌2，王書肖2，3，海莉瑪·毛拉也夫1

（1. 中國石油 烏魯木齊石化公司研究院，新疆 烏魯木齊 830019；2. 清華大學 環境學院環境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室，北京 100084；3. 清華大學 環境學院國家環境保護大氣復合污染來源與控制重點實驗室，北京 100084）

分析了我國油品儲運行業的VOCs排放環節和特點。選取燃燒法、吸收法、吸附法、冷凝法、膜分離法等VOCs排放末端控制技術作為研究對象，介紹了各方法的原理和適用條件。建立了包括環境性能、技術性能、經濟性能3方面共10項指標的綜合評價指標體系。采用模糊評價方法分析了油品儲運行業VOCs排放末端控制備選技術的綜合性能。結果表明，冷凝法和膜分離法具有良好的綜合性能，是油品儲運行業VOCs排放的最佳末端控制技術。

揮發性有機物；油品儲運；廢氣排放；末端控制；模糊評價

揮發性有機物（VOCs）是大氣復合污染物的重要前體物和參與物，由于VOCs排放所涉及的行業眾多，濃度高，污染物種類多，具有排放強度大、持續時間長等特點，對局部空氣質量的影響顯著［1］。油品儲運行業是我國VOCs排放的重要來源之一，其排放量約占VOCs總排放量的32.8%［2］，排放環節眾多，且含有苯系物、己烷等有毒有害物種［3］。目前，我國油品儲運行業并未普遍采取VOCs排放控制措施，GB 20950—2007《儲油庫大氣污染物排放標準》［4］、GB 20951—2007《油氣運輸大氣污染物排放標準》［5］等標準中僅規定了非甲烷總烴的排放濃度和油氣處理效率，并未提出有指導性的VOCs控制技術，影響了標準的推廣和實施。

本研究通過分析我國油品儲運行業的VOCs排放環節和特點，建立了以環境性能、技術性能、經濟性能3類指標為主導的VOCs排放控制技術綜合評估體系。針對油品儲運行業的VOCs主要控制技術開展評估工作，對各技術的性能進行了量化處理。同時，調整不同指標的權重值，得到各技術的綜合評分。在此基礎上，提出最適合油品儲運行業的VOCs控制技術。

1 油品儲運行業VOCs排放環節及特點

油品儲運過程的VOCs排放頗為復雜，周轉地點涉及產地（如油田、煉油廠）、碼頭、油庫、終端（如加油站）等環節；運輸過程包括車運、船運和管道運輸3種方式；儲罐類型有固定頂罐、內浮頂罐和外浮頂罐之分，這些都決定了油品儲運過程的VOCs排放水平。

油品儲運行業VOCs排放環節及特點見表1。其中，油品儲存是最重要的VOCs排放環節，VOCs揮發主要來自儲罐的大、小呼吸損耗［6］。大呼吸損耗是指油罐進油時，一定濃度的油蒸氣從呼吸閥呼出，造成了油品的蒸發損失。當油罐向外發油時，吸入新鮮空氣，由于油面上方油氣沒有飽和，促使油品蒸發速度加快，使其重新達到飽和，飽和油蒸氣又在下一次收油操作中呼出。小呼吸損耗是指靜止儲存情況下，隨著外界氣溫、壓力在一天內的升降周期變化，油罐排出油蒸氣和吸入空氣的過程中造成的油品損失，生產上也將此類損耗稱為油罐靜止儲存損耗。由于儲存環節的VOCs排放量大、濃度高，且便于VOCs控制技術的施行，因此，本研究的VOCs控制技術評估主要針對油品儲存環節。

表1 油品儲運行業VOCs排放環節及特點

2 油品儲運行業VOCs排放控制備選技術

油品儲運行業的VOCs排放控制可以從3個方面考慮，分別是源頭控制、過程控制和末端控制。源頭控制主要關注油品的升級；過程控制以防止泄露和改進操作條件為主；末端控制著力于VOCs的治理，使經過處理后的廢氣實現達標排放。對于源頭控制，可使用清潔燃料，從根本上減少VOCs的排放。對于過程控制，可通過采用浮頂罐、改進油氣管道系統等措施實現泄漏控制與油品回收。浮頂罐是將罐頂制作成漂浮在貯存液表面的浮頂，浮頂與罐壁之間布置有密封裝置，使頂蓋隨罐內液體浮動并使罐內液體與大氣隔絕，可比采用固定頂罐減少約80%的油品損耗，目前在我國石化行業逐漸得到普及［7］。由于目前我國油品儲運行業的VOCs控制比較關注于以油氣回收為主的末端控制技術，因此，本研究的評估對象是末端控制技術。

末端控制技術可分為回收技術、銷毀技術及兩者的組合技術［7］?；厥占夹g包括吸收法、吸附法、冷凝法、膜分離法等；銷毀技術包括燃燒法、生物法、光催化法、低溫等離子體技術等；組合技術包括吸附濃縮—催化燃燒法、吸附濃縮—冷凝回收法等。

根據油品儲運行業VOCs排放特征和理化性質，結合末端控制技術的適用范圍［8-9］，對不滿足條件的技術進行初步篩選和剔除，去掉因VOCs理化性質、排放濃度、排放風量、溫度、濕度等條件不太適合的技術，選擇燃燒法、吸收法、吸附法、冷凝法和膜分離法作為油品儲運行業的VOCs排放末端控制備選技術進行綜合評估。幾種油品儲運行業VOCs排放末端控制備選技術的原理和適用條件見表2［7-12］。

表2 幾種油品儲運行業VOCs排放末端控制備選技術的原理和適用條件

3 油品儲運行業VOCs排放控制技術評估

3.1 評估指標體系

本研究建立了以環境性能、技術性能、經濟性能為基礎的VOCs排放控制技術綜合評估指標體系，包含環境效益、去除率等10項指標。VOCs排放控制技術綜合評估指標體系見表3。

由于在技術初選時已考慮技術適用情況，故不再將適用性納入評估指標體系。油品儲運行業VOCs排放末端控制備選技術的綜合評估結果見表4［7-14］。

燃燒法反應溫度高，熱能浪費大，易發生爆炸，存在安全隱患。同時，無法保證燃燒完全，會使二次污染的可能性增大；吸收法如果選擇較好的吸收液或吸收液連續循環吸收再生，可有效控制二次污染，不失為可選的有效方法；吸附法安全可靠，凈化效率高，適用濃度范圍廣，但投資較高，吸附劑經水蒸氣脫附后產生的冷凝液如果不做處理，會產生二次污染；冷凝法可回收有用組分，但設備和操作費用較高，冷凝液直接排放會產生二次污染；膜分離法分離效率高，流程簡單，回收率高，能耗低，能降低二次污染的可能性，是一種有前途的方法。

表4 油品儲運行業VOCs排放末端控制備選技術的綜合評估結果

3.2 量化指標

由于不同指標的評估等級和量綱有所不同，不具有可比性，無法對不同技術進行綜合比較。因此，需運用模糊統計法，對各指標進行統一量化，將各原始值變換為［0，1］之間的數值，量化后的數值大小，能夠反映被評估指標的好壞。

對于定性指標，常通過文獻調研、專家評分的方式對不同控制技術的某項指標進行賦值，賦值越大，表明基于該項指標的技術越好。定性指標可用等級賦值法實現定量化。以“技術復雜性”指標為例，首先確定該技術的復雜性程度應落在哪個區間并賦值，然后按式（1）計算得分?！凹夹g復雜性”指標的分級和賦值見表5。

式中：Yi為某項備選技術第i項指標經過等級賦值法變換后的取值；Xi為該技術第i項指標的原始賦值。Yi值越大，說明基于該項指標的技術越好。

表5 “技術復雜性”指標的分級和賦值

油品儲運行業VOCs排放末端控制備選技術綜合評估的指標量化結果見表6。

表6 油品儲運行業VOCs排放末端控制備選技術綜合評估的指標量化結果

3.3 指標權重值

確定指標權重的方法可分為主觀賦權法和客觀賦權法。本文將主觀賦權法和客觀賦權法相結合，依次運用專家問卷調研法和層次分析法來確定指標權重值。綜合專家判斷，對指標層構造兩兩判斷矩陣［15］，計算特征向量，并對每個判斷矩陣進行一致性檢驗，根據判斷矩陣運算結果，計算出各指標的權重值。油品儲運行業VOCs排放末端控制備選技術綜合評估指標權重值見表7。

表7 油品儲運行業VOCs排放末端控制備選技術綜合評估指標權重值

3.4 評估結果

根據表6和表7，可由式（2）計算各備選技術的綜合得分（Ei）。

式中：Eij為在具體指標層下每種技術的得分；Dj為指標層每個指標的權重值。得分最高的技術即為綜合最佳控制技術。

油品儲運行業VOCs排放末端控制備選技術綜合評估結果見圖1。由圖1可見，幾種備選技術優劣順序依次為：冷凝法 ≈ 膜分離法＞吸附法＞燃燒法 ≈吸收法。冷凝法和膜分離法具有良好的綜合性能，是油品儲運行業VOCs排放的最佳末端控制技術。

圖1 油品儲運行業VOCs排放末端控制備選技術綜合評估結果一級指標：經濟性能；技術性能；環境性能

4 結語

對于油品儲運行業的VOCs末端控制，建議使用冷凝法或膜分離法對油氣進行回收。若考慮環境性能，冷凝法具有較大優勢；若考慮經濟性能和技術性能，膜分離法將更受歡迎。我國油品儲運行業的VOCs排放控制，可在使用冷凝法或膜分離法作為末端控制技術的同時，加強源頭控制和過程控制，實現全過程的污染防治。

本研究建立的技術評估指標體系和評估方法具有較強的擴展性，不僅適用于油品儲運行業，還可用于其他行業的VOCs排放控制技術綜合評估，體系中的指標及其權重值可在針對具體行業的技術評估時進行適當的修改或簡化。

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［5］ 北京市環境保護科學研究院，國家環?？偩汁h境標準研究所. GB 20951—2007加油站大氣污染物排放標準［S］ . 北京：中國環境標準出版社，2007.

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（編輯 祖國紅）

Comprehensive Evaluation of Volatile Organic Compounds Control Technologies for Oil Storage and Transportation

Akemu Wumaer1，2，Cai Siyi2，Zhao Bin2，Wang Shuxiao2，3，Hailima Maolayefu1
（1. PetroChina Research Institute of Urumuqi Petrochemical Company，Urumqi Xinjiang 830019，China；2.School of Environment，State Key Joint Laboratory of Environment Simulation and Pollution Control，Tsinghua University，Beijing 100084，China；3. School of Environment，State Environmental Protection Key Laboratory of Sources and Control of Air Pollution Complex，Tsinghua University，Beijing 100084，China）

The process and characteristics of VOCs emission in oil storage and transportation industry in china are analyszed. The principles and applicable conditions of VOCs emission sources end control technologies are introduced. A comprehensive evaluation index system including 10 indexes in aspects of environmental performance，echnology performance and economic performance is established. The fuzzy evaluation method is used to analysis the comprehensive performance of the alternative end control technologies for VOCs emission in oil storage and transportation industry. The results show that the condensation and membrane separation process with better comprehensive performance are the best end control technologies for VOCs emission in oil storage and transportation industry.

volatile organic compounds（VOCs）；oil storage and transportation；waste gas emission；end control；fuzzy evaluation

X511

A

1006 - 1878（2015）01 - 0064 - 05

2014 - 06 - 24；

2014 - 08 - 27。

阿克木·吾馬爾（1977—），男，新疆維吾爾自治區烏魯木齊市人，碩士，工程師，電話 13999992214，電郵akm1122@163.com。聯系人：王書肖，電話 010 - 62771466，電郵 shxwang@tsinghua.edu.cn。

公益性行業科研專項（2011467003）；國家科技支撐計劃課題（2013BAC13B03 ）。