成品油裝車設施油氣處理焚燒工藝研究

楊海敬

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266061)

隨著石油生產和消費量迅速增長，極大的促進了我國石油加工行業的發展，但是油品在生產、儲運的各環節都會揮發損失，在造成能源浪費的同時，還會造成嚴重的環境污染問題。伴隨石油煉制工業企業及其生產設施的水污染物和大氣污染物排放限值、監測和監督要求的提高，2015年7月，我國正式實施了GB 31570-2015《石油煉制工業污染物排放標準》，根據新標準要求，現有企業從2017 年7月1日起必須執行新的大氣污染物排放限值，要求揮發性有機物排放濃度小于120mg/m3，有機氣體排放口去除效率大于等于95%的雙指標要求，必須要有密閉裝油、油氣收集及回收處理裝置[1]。因此，加強成品油裝卸過程的油氣回收治理勢在必行。

1 油氣處理工藝

1.1 油氣回收規模的確定

油氣回收規模的確定需根據裝車泵及同時裝車鶴位的數量一起確定。根據《油品裝載系統油氣回收設施設計規范》GB50759-2012，油氣回收裝置的設計規模宜為最大裝車體積流量的1.0～1.1倍。

1.2 油氣處理技術對比

目前，國內油氣處理技術的方法主要分為兩大類：非破壞性的和破壞性的。非破壞性的處理方式即非焚燒式處理油氣，即常說的油氣回收技術，主要有活性炭吸附法、溶劑吸收法、冷凝法和膜分離法等幾種方法，有時是幾種方法的組合。

破壞性的處理方式即燃燒法處理油氣，指VOCs廢氣在高溫下進行完全燃燒，分解成CO2、SO2和H2O等。燃燒法包括直接燃燒法、熱力燃燒法、催化氧化法(CO)等。

本文僅對冷凝-吸附和冷凝-CO兩種組合進行對比分析。

1.2.1 冷凝-吸附工藝

低溫冷凝-吸附，是指回收的混合油氣先經過冷凝處理，低露點氣體凝結后被回收；剩余未凝氣體進入吸附塔，油氣被活性炭吸附，經吸附后的氣體排放至大氣。

冷凝法油氣回收工藝分為三個工藝段，第一段為預冷段，利用換熱器等設備將收集到的油氣首先冷卻至 0～4 ℃；其次是一級冷卻段，將預冷段冷卻后的油氣再次冷凝到-35～-40 ℃，采用的冷源為一級壓縮致冷；最后是油氣二級冷卻段，被冷凝到-70～-95 ℃以下，采用的冷源為兩級壓縮致冷，如果在機械致冷后再增加一段液氮深冷，就可以滿足更加嚴格的排放要求[2]。

圖1 冷凝-吸附油氣回收流程示意圖

如圖1所示，油品裝車過程中產生的油氣通過專用的收集管道進入油氣回收系統中。油氣首先通過預冷凝換熱器，油氣在預冷凝換熱器中被冷卻到約5℃，此時相當一部分的油氣被冷凝下來，成為回收油被送入專用的儲液罐中供用戶調度安排。

冷凝后的油氣濃度降低，成為低濃度油氣，并被送至后續的吸附單元(吸附罐A 和B)。這部分油氣進入吸附單元后，油氣中的幾乎所有烴類被吸附劑完全吸附下來，而處理后的氣體通過濃度控制罐后直接排放。

當一個吸附罐吸附達到飽和后，系統自動關閉該吸附罐的出入口閥門，并將另外一個吸附罐的出、入口閥門打開，兩者交替進行吸附。吸附飽和的吸附罐立即進入再生狀態，保證裝置能夠連續有效處理裝車油氣。

吸附罐的再生方式是在高真空度下對吸附劑進行脫附，并結合少量吹掃氣吹掃。在高真空度下，大量的油氣將從吸附劑上解吸下來。這部分油氣濃度很高，經過真空泵壓縮后將變成氣液混合物(稱為再生氣)。再生氣由真空泵直接送入冷凝器，在冷凝器中將大部分的油氣冷凝下來，成為回收油并被送入專用的儲液罐中供用戶調度安排。

冷凝器中少量不能完全冷凝的氣相將和預冷凝器中的低濃度油氣一起重新進入吸附單元，完成一個工作流程。

冷凝+吸附工藝優點：工藝原理簡單，處理效率高；可直觀的看到液態的回收油品；低溫下處理VOC氣體，安全性高；自動化水平高。缺點：單一冷凝要達標需要冷凝到很低的溫度，-70℃以下冷場耗電量較大。

由于成品油氣中含有較多輕組分烴類，其中C2：乙烷沸點為-88.6℃，乙烯沸點為-103.7℃，普通三級冷凝，溫度降至-70℃無法將其冷凝下來，必須采用深冷技術，溫度降到-110℃～-120℃，才能使其變成液體，并且運輸和儲存難度很大，一旦進入油水分離罐又變成油氣存在系統中。因此冷凝+吸附組合工藝將無法長時間滿足排放要求。

2.2.2 冷凝-CO工藝

催化氧化是VOCs治理有效的方法之一，對低濃度穩定流量的VOCs最為適用。催化氧化是指在一定壓力和溫度條件下，以催化劑，如Pt、Pd、Ni、Cu等存在情況下與以空氣、氧氣、臭氧等為氧化劑進行的氧化反應。VOCs催化氧化機理主要取決于VOCs種類和催化劑性質。在治理特定種類VOCs時，需根據催化劑性質進行選擇。主要的催化劑可分為貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑和混合金屬催化劑三類。其中，貴金屬催化劑如Pt、Pd、Au和Ag在有介質的低溫條件下對VOCs去除效率較高[3]。對于排放濃度較高的油品裝車場所，需要經過處理才能進入催化氧化。冷凝-催化氧化油氣處理流程見圖2。

圖2 冷凝-催化氧化油氣處理流程示意圖

2.2.3 冷凝-吸附與冷凝-CO工藝對比

冷凝-吸附與冷凝-CO工藝對比見表1。

表1 冷凝-吸附與冷凝-CO工藝對比

通過對比，非破壞性的處理技術比較成熟，但是國內能夠長期達標處理的案例不多。近幾年新興的催化燃燒處理工藝雖然可以達標排放，但是卻受限于明火安全間距，對于大部分企業沒有足夠的空地布置，并且對前端凈化裝置和配風的穩定要求高，安全性不高。

2.2.4 冷凝-吸附-焚燒工藝

利用VOCs物質在不同溫度下飽和蒸汽壓的差異，通過降溫使部分VOC蒸汽壓達到過飽和狀態，實現VOC直接液化回收。根據揮發氣的工況及處理要求來確定冷凝裝置的最低溫度。經過預處理的油氣接入鼓風機入口，由鼓風機作為配風輸送至燃燒爐進行燃燒，裝置鼓風機入口設置阻火器和氣動開關閥門，氣動開關閥與裝置停機信號、鼓風機故障信號以及總烴含量聯鎖。當裝置停機、鼓風機故障或者總烴超標時聯鎖關斷鼓風機入口切斷閥，打開管網緊急放空閥，并打開管網氮氣反吹閥。

汽油油氣在空氣中爆炸極限為1.4%～7.6%，某裝置焚燒爐鼓風機正常鼓風量為7300Nm3/h，冷凝裝置出口油氣濃度一般在5%(體積濃度)以下，考慮某裝置鼓風機60%負荷運行，油氣在鼓風機內濃度為0.457%，低于爆炸下限以下。

冷凝-吸附-焚燒油氣處理流程見圖3，類似尾氣去鼓風機入口工程實例見圖4。

圖3 冷凝-吸附-焚燒油氣處理流程示意圖

圖4 類似尾氣去鼓風機入口工程實例

3 結論

(1)根據以上油氣回收技術比選，采用冷凝預處理和系統安全聯鎖控制系統，配合焚燒工藝處理油品裝卸設施區域油氣，提高油氣回收裝置的安全性，確保尾氣排放能夠滿足國家環保新標準要求。

(2)冷凝-吸附-焚燒工藝技術安全可靠，不需要補充燃料氣，尾氣可達標排放，還能夠將揮發的油氣進行回收，再次變成可利用的能源，提高油氣能源的利用效率。