罐區(qū)含苯油氣處理技術(shù)簡(jiǎn)述

摘 要：罐區(qū)含苯油氣的揮發(fā)和逸散，嚴(yán)重浪費(fèi)資源、危害人類身體健康、污染環(huán)境。文章針對(duì)油品儲(chǔ)存過(guò)程中油品揮發(fā)的現(xiàn)象，介紹了幾種常用的油氣處理工藝技術(shù)，以及各自的優(yōu)、缺點(diǎn)和適用范圍。結(jié)合項(xiàng)目中的實(shí)例，詳細(xì)介紹了項(xiàng)目情況、處理技術(shù)的選取、工藝流程和處理效果。

關(guān)鍵詞：罐區(qū)；含苯油氣；揮發(fā)；油氣處理

1 概述

煤化工、煉化行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有毒易揮發(fā)的含苯類產(chǎn)品，如：含苯汽油、混合芳烴、含苯C9+、含苯污油。含苯油品在儲(chǔ)存、裝卸、運(yùn)輸過(guò)程中，存在大量含苯油氣揮發(fā)和逸散，產(chǎn)生諸多問(wèn)題：損害人類身體健康、浪費(fèi)資源、污染環(huán)境、存在安全隱患[1]。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，國(guó)家環(huán)境保護(hù)法規(guī)、條例的日益完善和大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求提高，在油品蒸發(fā)損耗的預(yù)防和控制方面，新建項(xiàng)目已在源頭上已采取了一定的措施，如：儲(chǔ)罐采用內(nèi)浮頂罐或惰性氣體（氮?dú)猓┟芊狻Ｔ诖吮尘跋拢罅﹂_(kāi)發(fā)油氣回收新技術(shù)及其推廣應(yīng)用，是油品儲(chǔ)運(yùn)和環(huán)保相關(guān)工作人員一直關(guān)注的問(wèn)題[2]。

2 各種油氣處理工藝技術(shù)

2.1 冷凝法

冷凝法是利用烴類物質(zhì)的飽和蒸汽壓隨著溫度降低而減小的特性，通過(guò)換熱設(shè)備，將低溫制冷劑的冷量傳遞給油氣，從而降低油氣溫度，使油氣中一些烴類過(guò)飽和蒸汽冷凝成液態(tài)，達(dá)到分離油氣中不凝氣和回收油品的方法。換熱設(shè)備一般為管殼式換熱器，殼程為油氣，管程為制冷劑。冷凝過(guò)程分為預(yù)冷、一級(jí)冷凝、二級(jí)冷凝、三級(jí)冷凝。預(yù)冷器利用最后一級(jí)冷凝出口低溫尾氣與待處理油氣換熱，使進(jìn)入回收裝置的油氣溫度降至4～7℃，除去油氣中大部分水蒸氣。油氣離開(kāi)預(yù)冷器后進(jìn)入后續(xù)的冷凝工序，經(jīng)過(guò)三級(jí)冷凝后油氣溫度可降至-70～-110℃。

冷凝法優(yōu)點(diǎn)：工藝原理簡(jiǎn)單；能回收液態(tài)油品；安全可靠；自動(dòng)化水平高。缺點(diǎn)：能耗高，設(shè)備造價(jià)高，需定時(shí)除霜。冷凝法適用于高濃度油氣的回收處理[3]。

2.2 吸附法

吸附法根據(jù)比表面積大、多微孔的吸附劑對(duì)油氣中不同組分吸附能力的不同，從而實(shí)現(xiàn)油氣的分離。油氣中的烴分子與吸附劑接觸并滲于吸附劑的孔隙中，被吸附于其表面，從而實(shí)現(xiàn)油氣與空氣的分離。吸附劑一般選擇比表面積大、多微孔、硬度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì)，如：活性炭、活性炭纖維、硅膠。吸附在吸附劑表面的油氣，通過(guò)蒸汽加熱或抽真空的方式脫附，脫吸出的高濃度油氣經(jīng)冷凝器換熱冷凝為液體油品，進(jìn)入回收罐。

吸附法優(yōu)點(diǎn)：油氣回收率高，可有效控制尾氣排放濃度排放。缺點(diǎn)：吸附劑需定期更換；吸附為放熱過(guò)程，易導(dǎo)致局部溫度過(guò)熱，易導(dǎo)致局部溫度過(guò)熱，存在安全隱患。吸附法適用于低濃度油氣的回收處理[4]。

2.3 吸收法

根據(jù)油氣中組分在吸收劑中溶解度的不同，油氣溶解于吸收劑（貧液）的傳質(zhì)過(guò)程。傳質(zhì)的推動(dòng)力為氣液兩相之間的濃度差，吸收率取決于氣液兩相之間待吸收油氣的實(shí)際濃度與平衡濃度之間的差值。一般采用油氣與從吸收塔頂淋?chē)姷奈談┻M(jìn)行逆流接觸，吸收劑對(duì)烴類組分進(jìn)行選擇性吸收，未被吸收的氣體排空。吸收劑（富液）進(jìn)入真空解吸罐解吸，解吸后吸收劑（貧液）再返回吸收塔，吸收油氣，如此循環(huán)。一般采用柴油等貧油做吸收劑。

吸收法優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，投資成本低。缺點(diǎn)：投資及運(yùn)行費(fèi)用較高；回收率較低，不能達(dá)到現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)排放標(biāo)準(zhǔn)；吸收劑消耗量大；設(shè)置阻力降大。吸收法適用于油氣的初處理，需與其他處理技術(shù)結(jié)合使用[5]。

2.4 膜分離法

通過(guò)采用特殊方法和材料制成的分離膜對(duì)氣體的滲透性，在一定壓力下，混合氣體中各組分在膜中具有不同的滲透速率，油氣分子優(yōu)先透過(guò)分離膜，而空氣則被截留作為尾氣排放，實(shí)現(xiàn)油氣和尾氣分離的方法。

膜分離法優(yōu)點(diǎn)：流程簡(jiǎn)單、回收率高，排放濃度低；使用簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：設(shè)備價(jià)格較高；膜的使用壽命短；操作要求高；易產(chǎn)生放電層，有安全隱患。膜分離法適用于油氣濃度較高、流量波動(dòng)不大、壓力平穩(wěn)的工況[6]。

2.5 催化燃燒法

催化燃燒將油氣與空氣按照一定比例混合后，進(jìn)入安裝有催化劑的燃燒塔，燃燒塔內(nèi)通過(guò)電加熱油氣與空氣的混合氣體，使其溫度達(dá)到催化氧化反應(yīng)所需的溫度；在催化劑作用下，油氣發(fā)生氧化反應(yīng)充分燃燒，轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)（水、二氧化碳），尾氣與進(jìn)口混合氣換熱降溫后排放。

催化燃燒法優(yōu)點(diǎn)：燃燒充分，尾氣排放濃度低。缺點(diǎn)：技術(shù)尚不成熟技術(shù)，在國(guó)內(nèi)尚無(wú)工程案例；催化劑易失活，需定期再生或更換。催化氧化燃燒法適用于對(duì)尾氣排放濃度要求很低的地區(qū)。

3 案例分析

3.1 基本情況

某煤化工項(xiàng)目常壓罐區(qū)儲(chǔ)存有揮發(fā)性烴類：混合芳烴（含苯約60%wt）、裂解汽油（苯含量>19%wt）、加氫汽油（含苯約19%wt）、污油、C9+。根據(jù)烴類火災(zāi)危險(xiǎn)性，按照《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T 3007-2014）規(guī)定，污油罐選型為固定拱頂罐，其他介質(zhì)儲(chǔ)罐選型為內(nèi)浮頂罐，罐頂設(shè)置氮?dú)獾?呼吸閥。按照環(huán)境保護(hù)部環(huán)發(fā)[2014]177號(hào)《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》要求，以及《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31571-2015）規(guī)定，為了防止苯類有毒物、非甲烷總烴超標(biāo)排放，混合芳烴罐和污油罐需密閉回收含苯和非甲烷總烴油氣至油氣處理設(shè)施，經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放。污染物排放標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

因進(jìn)料和外界溫度變化導(dǎo)致罐內(nèi)呼出油氣的最大量為600m3/h，呼出氣體中主要為氮?dú)猓渌麩N類組分濃度：苯≤2000mg/m3，甲苯≤1000mg/m3，二甲苯≤700mg/m3，非甲烷總烴=0.1～0.35kg/m3。

3.2 油氣處理技術(shù)的選取

本項(xiàng)目所執(zhí)行的地方標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)尾氣處理設(shè)施供應(yīng)商以往工程項(xiàng)目執(zhí)行經(jīng)驗(yàn)，常用的處理技術(shù)，苯排放濃度極限為≥4mg/m3，不能滿足本項(xiàng)目排放要求。針對(duì)本項(xiàng)目油氣含劇毒類物質(zhì)苯和排放要求非常苛刻的情況，經(jīng)與多家設(shè)備供應(yīng)商技術(shù)交流，比較各種油氣處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，比選出如下兩種方案：冷凝+吸附或冷凝+催化氧化燃燒的組合技術(shù)。

催化氧化燃燒法如果燃燒充分，油氣中烴類將完全轉(zhuǎn)化為H2O和CO2，污染物排放濃度極低，是一種很有前景的處理技術(shù)，但由于此技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有類似工況的業(yè)績(jī)，采用此技術(shù)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

綜合考慮技術(shù)的成熟性和操作彈性，結(jié)合本項(xiàng)目油氣排放量不穩(wěn)定、烴類濃度變化較大的情況，選取冷凝+吸附的組合技術(shù)作為本項(xiàng)目的處理技術(shù)。

3.3 處理技術(shù)流程圖

油氣經(jīng)風(fēng)機(jī)抽取進(jìn)入回收系統(tǒng)，首先進(jìn)入預(yù)冷器進(jìn)行預(yù)冷，冷源為冷凝出口低溫不凝氣（-30℃），經(jīng)換熱后，油氣溫度降至5～7℃，除去油氣中的大部分水分。油氣預(yù)冷后，進(jìn)入冷箱，冷箱內(nèi)有兩級(jí)制冷器，一級(jí)制冷將油氣降溫至0℃；二級(jí)制冷設(shè)置2套制冷機(jī)組，并聯(lián)使用，一臺(tái)正常工作，另一臺(tái)進(jìn)行除霜后待機(jī)，二級(jí)制冷將油氣降溫至-30℃，油氣中的絕大部分烴類變成液相，經(jīng)過(guò)氣液分離器后，液相部分流入緩沖儲(chǔ)罐暫存。經(jīng)冷凝后的烴類組分回收率可達(dá)50%以上。

油氣經(jīng)冷凝工藝段后，以低溫狀態(tài)進(jìn)入吸附單元進(jìn)行吸附凈化，吸附劑為活性炭纖維。吸附設(shè)有兩個(gè)并聯(lián)吸附罐，一個(gè)吸附罐進(jìn)行吸附時(shí)，另一個(gè)罐通過(guò)抽真空方式進(jìn)行解吸，從而實(shí)現(xiàn)在線解吸、連續(xù)運(yùn)行要求。油氣經(jīng)活性炭吸附處理后達(dá)到設(shè)計(jì)排放要求，直接排向大氣。

3.4 油氣排放濃度

經(jīng)冷凝+吸附法處理后，設(shè)備供應(yīng)商計(jì)算的本案例油氣各組分排放濃度如下：苯=0.2mg/m3，甲苯=0.1mg/m3，二甲苯=0.07mg/m3，非甲烷總烴=16mg/m3。尾氣中各組分濃度滿足項(xiàng)目所在地的標(biāo)準(zhǔn)和GB31571-2015的排放濃度要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

在建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好新型社會(huì)的指導(dǎo)方針下，以及在國(guó)家、地方環(huán)保法規(guī)的嚴(yán)格要求下，單一的常用油氣處理技術(shù)已不能滿足排放要求，開(kāi)發(fā)新的處理技術(shù)勢(shì)在必行。將幾種工藝相結(jié)合的組合技術(shù)，能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，發(fā)揮各種工藝的優(yōu)勢(shì)，將是油氣回收技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)和研究的主流方向。

參考文獻(xiàn)

[1]孔繁榮，趙堂玉.油品儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中油氣揮發(fā)問(wèn)題的研究[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2004，8：48-49.

[2]王磊，劉敏艷，王俊超，等.淺談?dòng)蜌饣厥占夹g(shù)及意義[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2012，4：272.

[3]繆志華，張林，等.冷凝法油氣回收技術(shù)與應(yīng)用[J].制冷技術(shù)，2011，6（39）：50.

[4]姜春明，李俊杰，等.吸附法油氣回收裝置的研發(fā)與應(yīng)用[J].安全、健康和環(huán)境，2006，6（2）：3-5.

[5]張湘平.吸收法和吸附法油氣回收技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用[J].長(zhǎng)煉科技，2005，4（31）：21-22.

[6]王慧銘.膜分離技術(shù)在油氣回收過(guò)程中的應(yīng)用[J].油氣田地面工程，2009，6（28）：44-45.