港口碼頭油氣回收技術的發展

■ 張君名

港口碼頭油氣回收技術的發展

■ 張君名

0 引 言

油氣回收是指按照規范的標準對石油在加工、儲運、銷售及使用過程中所揮發的烴類氣體進行收集、處理，消除油氣的大量散發以避免安全事故、大氣污染和油品損失。油庫作為油品作業的主要場所，開展油庫油氣回收技術應用的研究具有實際意義。自20世紀70年代起，發達工業國家開始研究油氣回收技術并設計出油氣回收裝置，中國在80年代左右也開始對吸收法油氣回收技術進行研究，并根據國內當時技術設備的情況，開發出以輕柴油、低溫汽油作吸收劑的吸收法油氣回收裝置。隨著近年來環保意識的不斷提高，我國政府不斷加大環保工作力度，到目前為止，北京和上海的部分油庫都安裝了油氣回收裝置。

1 油氣回收的必要性

1.1 油氣回收的環境效益

隨著全球氣候變暖、能源緊張，氣候變化和生態安全已成為國際社會普遍關注的全球性問題。我國政府提出了到 2020 年單位國內生產總值 CO2排放比2005年下降 40%～45%的目標。黨的十六屆六中全會提出建設“資源節約型、環境友好型”社會 的要求，黨的十八大提出將生態文明納入“五位一體”的總要求中，將“綠色發展”提到了前所未有的高度。

我國為能源消耗大國，每年需大量進口石油類產品。僅 2011 年，進口原油就達 2.5 億t。油氣中不僅含有大量的烴組份，同時也含有可吸入顆粒物 PM10 和 PM2.5，大量的油氣排放到空氣中，除造成環境污染外，還會增加霧霾天氣出現的概率。油氣被紫外線照射后釋放毒氣等級升高，受污染的空氣和水被人接觸后會嚴重危害人體健康。有研究表明，長期從事加油等揮發性作業人群的異常發病率高于普通人群。此外，油氣為易燃物，混合氧氣存在于空氣中時，容易達到含氧量 8%的臨界值而發生爆炸危險。

1.2 油氣回收的經濟效益

以大連港東港區油品碼頭及配套設施遷建工程油氣回收工程為例，該工程年汽油裝船量為200 萬t，汽油揮發量按0.08%計，油氣回收處理率95%，該項目投產后汽油年回收量為1 520 t，每年節省標準煤2 234 t，減少二氧化碳排放為5 854 t。根據碼頭年汽油裝船量、汽油揮發量和回收處理率計算，本項目投產后年汽油年回收量1 520 t，經調和后即可作為汽油使用。油氣回收產生的大量汽油，具有較高經濟價值，可作為碼頭收入提高碼頭運營效益。

2 油氣回收技術方法

油氣回收處理工藝主要包括循環回路法、吸附法、吸收法、冷凝法和膜法油氣回收工藝等。

1.1 循環回路法

該處理工藝是在收、發油容器的頂部連接一條氣體管道，使其與工藝管道共同組成密閉的回路。油品從發油容器沿管道泵送到收油容器，同時將收油容器中的氣體置換回發油容器。

1.2 吸附法

吸附法是使含烴混合氣在常溫常壓下流經吸附床，與吸附劑接觸，從而使混合氣中的烴類蒸氣吸附于吸附劑中，排出混合氣中的空氣。當吸附劑中的烴含量達到或接近飽和時，對其解吸、再生，回收油品，吸附劑重新使用。

1.3 吸收法

吸收法包括常壓常溫吸收法與常壓低溫吸收法。常壓常溫吸收法是在常壓常溫下，利用餾出輕組分的汽油（或廢油）、煤油系溶劑、輕柴油、特制有機溶劑等易吸收油氣的吸收液，在吸收塔內與混合氣噴淋接觸以溶解吸收其中的油氣。常壓低溫吸收法是使用冷凍機將吸收液冷卻到低溫，然后送到吸收塔對混合氣進行噴淋，利用物理降溫方法回收油氣 。

1.4 冷凝法

冷凝法是采用多級連續冷卻方法降低揮發油氣的溫度，使油氣中的輕油成分凝聚為液體而排出潔凈空氣的一種回收方法。冷凝法回收裝置的冷凝溫度一般按預冷、機械制冷、液氮制冷等步驟來實現。

1.5 膜法

將收集的油氣貯存在氣柜中，針對不同油品的分子大小選擇好適合孔徑的膜，油蒸氣與空氣混合氣的薄膜分離，主要是利用了油氣和空氣分子透過高分子膜片時的傳遞速率的差異（油氣比空氣優先透過），實現兩者的分離。濾出的空氣被直接排入大氣中，濃縮的油氣被送入吸收塔進行反復噴淋吸收，未吸凈的油氣被送回膜重復處理。

3 油氣回收技術發展

隨著全球環保意識的增強，各國對油氣回收裝置尾氣排放要求也越來越嚴，單一的一種油氣回收技術和工藝，逐漸顯露出其缺點。例如，對于尾氣中非甲烷總烴允許排放標準，瑞士最初執行的是 35 g/Nm3，當初安裝了許多套活性炭再生吸附法油氣回收裝置；但2002年后瑞士執行更加嚴格的標準150 mg/Nm3，單一的活性炭再生吸附法不再能夠滿足要求，目前大多數處理工藝采用“吸附+吸收”，即“活性炭吸附＋貧油吸收”的處理工藝（見圖1）。

圖 1 “吸附+吸收”處理工藝

油氣首先進入回收裝置中已裝滿活性炭吸附塔中的一個，空氣—油氣混合氣體中的碳氫化合物被吸到活性炭粒子表面，并在大氣作用下停留。空氣—油氣混合氣體中的空氣成分不受活性炭的影響，通過活性炭后排入大氣，中間不再摻雜碳氫化合物。

當空氣—油氣混合氣體通過活性炭吸收表面后，碳氫化合物被吸附到活性炭表面，并停留在活性炭表面出現更大的反向力，這種吸引的現象叫做“吸附”。 在吸附過程中，油氣吸附在活性炭的表面。一旦活性炭接近其吸附極限，炭床必須再生，以繼續作為吸附劑發揮作用。通過暴露在高真空（負壓）下的方式使活性炭再生。高真空能產生足夠大的解吸能量破壞烴分子和活性炭顆粒間的分子力，使碳氫 化合物從活性炭顆粒中釋放出來，并通過活性炭顆粒間真空作用從炭床底部流出。這種再生現象叫做“解吸”。從活性炭中解吸出來的油氣被送入吸收塔，在吸收塔中，濃縮碳氫化合物不斷向上運動，穿過填料層。同時成品汽油從塔頂流下，向下流過填料，填料為向下流動成品汽油和向上運動的油氣提供了足夠大的接觸表面積。接觸過程使濃縮的氣相碳氫化合物不斷在液體油品中溶解，這種現象叫做“吸收”。

上述，油氣在回收裝置中的吸附、解吸和吸收過程被稱作“吸附＋吸收”處理工藝。

4 油氣回收安全隱患及處置

4.1 平面位置

船岸對接模塊和油氣回收裝置與已建相鄰構筑物、道路、消防車回車場等安全距離應滿足相關規范要求。

4.2 操作過程

油氣回收設施用于汽油裝船過程產生的揮發性有機物 VOCs 進行回收處理，其回收介質為氣態汽油、處理后產品為液態汽油，操作過程如有不慎將會引起安全事故。

船岸對接模塊（DSU）是船舶油氣返回接口與油氣回收裝置連接單元之一，保證船舶產生的油氣安全輸送至油氣回收裝置。

首先船艙內產生的油氣等通過軟管進入船岸對接模塊，汽油通過船岸對接模塊中高精度過濾器時，可以將油氣中夾帶的 10 μm 以上的顆粒去除，從而可以降低油氣中顆粒物對后續鼓風機模塊產生良影響，之后油氣經阻爆器后進入鼓風機模塊，在鼓風機模塊中的引風機抽送至油氣回收裝置進行處理，阻爆器主要起阻隔火焰的作用，一旦船岸對接模塊（DSU）或鼓風機模塊（VBU）發生火災事故，該阻爆器可以保障鼓風機模塊（VBU）和船岸對接模塊（DSU）安全。

同時，在緊急切斷閥前安裝壓力變送器和氧含量分析儀，隨時監測船舶和碼頭油氣壓力變化和油氣中的氧含量的變化，氧含量控制在 8%以內。在事故狀態下確保快速切斷，與后續鼓風機模塊（VBU）和油氣回收裝置（VRU）及庫區裝船泵系統進行緊急停車連鎖控制，保證事故狀態下船舶和碼頭及油氣回收處理設施安全。

圖2 油氣回收流程

4.3 綜合管理措施

1）為了保證安全生產，對油氣回收工程中所使用的設備設施及其附件，均應嚴格進行投產前的質量檢驗和投產后的質量檢查，質量合格才允許使用，以避免或減少設備設施的質量缺陷；在工程正式投產前，應進行試生產，對設備設施系統的整體安全性可靠性進行檢查，發現問題，立即解決。

2）重大危險源應當登記建檔，進行定期檢測、評估、監控，并制定應急預案，告知從業人員和相關人員在緊急情況下應當采取的應急措施。

3）加強安全設施，如防雷、防靜電、緊急切斷等，做好消防設施及檢測報警裝置及控制儀表的定期檢測與日常維護、保養工作，若發現質量缺陷或故障，應及時排除，確保其運行狀態完好。