地付站油氣回收技術(shù)及優(yōu)化建議

李智超

地付站油氣回收技術(shù)及優(yōu)化建議

李智超

（遼陽(yáng)市遼化億方石油化工有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111000）

介紹溶劑吸收法、活性炭吸附法、膜分離法、冷凝法等常見(jiàn)的四種地付站油氣回收技術(shù)的基本原理，綜合比較其優(yōu)缺點(diǎn)。分析某汽油地付項(xiàng)目所采用油氣回收設(shè)施的選型依據(jù)、基本流程及實(shí)際運(yùn)行效果、提出后續(xù)運(yùn)行優(yōu)化建議。

油氣回收； 活性炭吸附； 運(yùn)行效果； 優(yōu)化

作為石油煉制的核心目標(biāo)產(chǎn)物，汽油主要成分為C5～C12脂肪烴和環(huán)烷烴，餾程通常為30 ℃至220 ℃，具有一定的揮發(fā)性。尤其油品裝卸過(guò)程中的油氣蒸發(fā)量十分驚人，已成為造成大氣污染的重要原因之一。《大氣污染防治法》、《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》、《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》、環(huán)大氣[2019]53號(hào)等法規(guī)、文件均對(duì)油品裝卸過(guò)程廢氣處理提出嚴(yán)格要求。油氣回收作為主要的廢氣處理技術(shù)，逐漸走進(jìn)了人們的視野，其經(jīng)濟(jì)性、長(zhǎng)周期運(yùn)行能力及油氣處理效果也備受關(guān)注。

1 油氣回收技術(shù)

油氣回收是在油品裝卸的過(guò)程中，將易揮發(fā)的油氣收集，經(jīng)特殊工藝處理，有效降低裝卸過(guò)程損耗，達(dá)到保護(hù)環(huán)境和減輕油氣對(duì)人體傷害的目的[1]。目前國(guó)內(nèi)外油品裝卸和儲(chǔ)存使用的油氣回收工藝原理基本相同，主要有：膜分離、冷凝法、溶劑吸收和活性炭吸附四種原理。

1.1 膜分離法

氣體膜分離技術(shù)是20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)成功的新一代氣體分離技術(shù)，其原理是在壓力驅(qū)動(dòng)下，借助氣體中各組分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜內(nèi)溶解-擴(kuò)散上的差異，即滲透速率差來(lái)進(jìn)行分離的。現(xiàn)已成為比較成熟的工藝技術(shù)，并廣泛用于許多氣體的分離，提濃工藝。

通過(guò)膜分離法實(shí)現(xiàn)油氣回收，正是基于上述原理。首先需增加油氣壓力，用貧油在常溫下對(duì)油氣進(jìn)行吸收，再利用油氣烴類(lèi)組分和空氣通過(guò)高分子膜表面的時(shí)滲透性差異，烴類(lèi)組分滲透性更好、速度更快，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)油氣的分離和回收[2]。膜法的主要特點(diǎn)是無(wú)相變，能耗低，裝置規(guī)模根據(jù)處理量的要求可大可小，而且設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便安全，啟動(dòng)快，運(yùn)行可靠性高，不污染環(huán)境，投資少，用途廣等優(yōu)點(diǎn)，膜分離技術(shù)油氣回收率可達(dá)95%。但在油氣分離回收過(guò)程中, 多為有機(jī)膜，存在著耐溶劑性能差、耐溫性差、滲透通量低等問(wèn)題，仍存在改進(jìn)空間。

1.2 溶劑吸收法

利用有機(jī)溶劑對(duì)油氣組分在溶解度上存在的差異，對(duì)裝卸過(guò)程中的混合油氣進(jìn)行選擇性吸收，實(shí)現(xiàn)油氣回收的目的。吸收過(guò)程多為常壓操作，根據(jù)選取溶劑操作溫度不同，可進(jìn)一步分為常溫吸收和低溫吸收兩種方法。

常溫吸收:在吸收塔內(nèi)，有機(jī)溶劑與混合氣分別自塔頂和塔底進(jìn)入、逆向接觸、以物理吸收方式溶解其中的油氣。然后再利用低壓解吸，再生有機(jī)溶劑、并將油氣再次解吸。使用貧油將再次解吸后的油氣回收，最終回到油品儲(chǔ)罐內(nèi)。其流程較長(zhǎng)且對(duì)吸收液要求嚴(yán)格，需定期監(jiān)測(cè)吸收液質(zhì)量，以保證吸收效果。

低溫吸收：采用制冷設(shè)備將吸收液冷卻降溫(通常降溫至-30 ℃甚至更低）[3], 然后進(jìn)入吸收塔頂部，與底部進(jìn)入的混合氣逆向接觸。吸收液可以直接采用其油品，無(wú)須后續(xù)的溶劑再生等環(huán)節(jié)，其流程較常溫吸收大為縮短。但由于該系統(tǒng)需要制冷系統(tǒng)、低溫鋼材及保溫處理,在設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用上不具備優(yōu)勢(shì)。

1.3 活性炭吸附法

因混合油氣中各組分通過(guò)活性炭孔隙結(jié)構(gòu)的能力存在差別，可對(duì)油氣進(jìn)行選擇性吸收。然后用真空泵形成一個(gè)真空系統(tǒng)來(lái)降低活性炭床內(nèi)部的壓力，增強(qiáng)油氣對(duì)活性炭的脫附能力，將活性炭再生、油氣解吸。再利用逆向接觸、吸收的辦法，用貧油將解吸的油氣再次回收[4]，作為產(chǎn)品送回儲(chǔ)罐。

由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單投資較小，目前國(guó)內(nèi)采用該技術(shù)的油庫(kù)已經(jīng)比較普遍，大部分均運(yùn)行良好。需注意的是，由于吸附過(guò)程存在熱效應(yīng)，入口廢氣量較大，濃度較高時(shí)，會(huì)使活性炭吸吸附床層溫升明顯（70～80 ℃）[5]，若吸附熱無(wú)法及時(shí)消除，將極大降低活性炭床層吸附能力。

1.4 冷凝法

因裝車(chē)產(chǎn)生的混合油氣中各組分的沸點(diǎn)不同，對(duì)裝車(chē)油氣進(jìn)行冷卻，可使油氣中的沸點(diǎn)較高的烴類(lèi)組分冷凝，以實(shí)現(xiàn)回收的目的[6]。其降溫過(guò)程可通過(guò)直接接觸和間接接觸兩種方式實(shí)現(xiàn), 包括壓縮冷卻法和深冷法。其優(yōu)點(diǎn)是排放濃度較低，但由于油氣冷凝過(guò)程所需冷量較大，通常需要二至三級(jí)冷卻，才能達(dá)到預(yù)期效果。故本回收裝置通常設(shè)備龐大, 結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 經(jīng)濟(jì)性一般, 目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少，目前主要有中國(guó)石化集團(tuán)銷(xiāo)售公司華北公司引進(jìn)的直接冷凝法油氣回收裝置[7]和邯鄲石油公司石油庫(kù)自行設(shè)計(jì)的水冷油氣回收裝置[8]。

2 國(guó)內(nèi)主流工藝技術(shù)路線及優(yōu)缺點(diǎn)比較

目前，國(guó)內(nèi)部分地區(qū)已經(jīng)在原有油庫(kù)和新建油庫(kù)設(shè)置油氣回收裝置，北京地區(qū)的油庫(kù)已全部實(shí)現(xiàn)油氣回收，采用方案主要有冷凝式（湖南長(zhǎng)沙明天公司）；輕油吸收+活性炭吸附（美國(guó)海灣公司、中石化安科院、北京中航環(huán)生公司）；輕油吸收+進(jìn)口膜分離（大連歐科公司）；專(zhuān)用吸收劑吸收+解吸（哈爾濱天源公司）；淺冷+國(guó)產(chǎn)膜分離（鄭州永邦公司）；淺冷+進(jìn)口膜分離（上海東化公司）；進(jìn)口活性炭+硅膠吸附（湖北武漢楚冠公司、上海西譚公司）等。

現(xiàn)階段常見(jiàn)油氣回收工藝(設(shè)施)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)見(jiàn)表1。

表1 幾種常見(jiàn)油氣回收技術(shù)綜合比較

3 某汽油地付項(xiàng)目油氣回收設(shè)施的選取

3.1 該油氣回收設(shè)施的基本流程

某公司下屬生產(chǎn)廠于2018年新建汽油地付項(xiàng)目。依托原有儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，新增4個(gè)島的汽油下裝棧臺(tái)，每個(gè)島設(shè)置2個(gè)下裝鶴管，分別為92#和95#汽油裝車(chē)鶴管，配套設(shè)置定量裝車(chē)系統(tǒng)、油氣回收系統(tǒng)。油氣處理量初步估算約為400 Nm3·h-1。根據(jù)對(duì)各種油氣回收技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)，結(jié)合對(duì)吉化北方公司地付站的實(shí)地考察，最終選取技術(shù)可靠、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資小、使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用低并已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的活性炭吸附法。該套設(shè)備為撬裝設(shè)施，占地面積不足8 m2，主要流程如下：

裝車(chē)系統(tǒng)啟動(dòng)后，罐車(chē)內(nèi)液位逐漸升高，氣相空間空氣、油氣混合物靠自壓進(jìn)入油氣回收系統(tǒng)吸附塔。吸附塔內(nèi)裝有特殊的活性炭，油氣被吸收、進(jìn)入吸到活性炭表面的空隙當(dāng)中?；旌嫌蜌庵械目諝獠粫?huì)受活性炭的影響，可以自由通過(guò)，最終排入大氣。吸收到油氣的活性炭，在高真空度的條件下，內(nèi)部吸附的烴類(lèi)組分得以釋放，活性炭被再生。解吸后的烴類(lèi)組分從底部排出。

油氣解吸后，被送入吸收塔底部，自下而上，穿過(guò)吸收塔的填料層。從油品儲(chǔ)罐中引出的貧油，作為吸收液進(jìn)入吸收塔頂部，向下流過(guò)填料。填料為氣、液兩相創(chuàng)造了足夠充分的接觸，實(shí)現(xiàn)了油氣吸收。吸收后的液體油品自吸收塔底部流出，最終送回到油品儲(chǔ)罐。氣相經(jīng)吸收后仍可能存在痕量油氣，重新回到活性炭床層進(jìn)行二次吸附。為保證活性炭床層有效運(yùn)行，后期在床層中增加溫控監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，傳入DSC中實(shí)時(shí)監(jiān)控。其流程如圖1。

圖1 某地付站油氣回收設(shè)施流程簡(jiǎn)圖

3.2 實(shí)際運(yùn)行效果及建議

自2019年投入運(yùn)行以來(lái)，油氣回收設(shè)施已連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)兩年。油氣回收排放濃度全部符合GB 20950—2007中濃度要求，選取部分監(jiān)測(cè)如表2。結(jié)果符合預(yù)期。

油氣回收技術(shù)說(shuō)明書(shū)中標(biāo)明，活性炭運(yùn)行周期為3～5年。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，在波動(dòng)中呈上升趨勢(shì)，但整體可控。夏季高溫會(huì)對(duì)排放結(jié)果產(chǎn)生影響，油氣回收裝置入口氣相負(fù)荷也會(huì)影響最終的排放數(shù)值。

建議后續(xù)生產(chǎn)中，密切關(guān)注監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)值接近20 g·m-3時(shí)，及時(shí)對(duì)活性炭進(jìn)行更換。此外，目前已對(duì)活性炭床層設(shè)有溫度監(jiān)控，超過(guò)200 ℉報(bào)警。建議進(jìn)一步增加連鎖裝置，中間增加氣體緩沖罐，當(dāng)床層溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)進(jìn)入活性炭吸附罐的閥門(mén)關(guān)閉，油氣轉(zhuǎn)而進(jìn)入緩沖罐內(nèi)暫存，以避免超標(biāo)排放和活性炭床層溫度過(guò)高產(chǎn)生危險(xiǎn)。

表2 某油氣回收設(shè)施監(jiān)測(cè)結(jié)果

在活性炭使用中后期，應(yīng)密切關(guān)注活性炭床層運(yùn)行平均溫度、壓差，發(fā)現(xiàn)有二者呈現(xiàn)上漲趨勢(shì)則表明床層積碳嚴(yán)重，需停機(jī)處理。

對(duì)于優(yōu)化油氣回收系統(tǒng)夏季運(yùn)行，可從貧油系統(tǒng)改造入手，在貧油進(jìn)入吸收塔前，增加換熱器，引入冷媒對(duì)貧油降溫，以提升吸收效果，并降低活性炭床層二次吸附時(shí)的氣相負(fù)荷，延長(zhǎng)活性炭使用時(shí)間。

另?yè)?jù)報(bào)道，除活性炭以外，已有廠家嘗試采用疏水性硅膠吸附材料AGS應(yīng)用于油氣回收裝置。作為典型的介孔吸附材料，AGS具備更強(qiáng)的脫附性能，在與傳統(tǒng)的活性吸附劑炭混合使用時(shí)，油氣回收設(shè)施獲得了更大的吸附量以及更好的回收效果[9]。除此之外，合成沸石以其穩(wěn)定性、耐熱性，也得到長(zhǎng)足的發(fā)展。大膽試驗(yàn)新型吸附材料，將是今后油氣回收領(lǐng)域發(fā)展的主要方向。針對(duì)油品中各類(lèi)揮發(fā)性組分，不同吸附劑的吸附效果也存在很大差別[10]，復(fù)合型吸附劑也將是一大研究方向。作為儲(chǔ)油庫(kù)，宜密切關(guān)注該領(lǐng)域新技術(shù)、新材料的發(fā)展，及時(shí)對(duì)現(xiàn)有的活性炭吸附劑進(jìn)行升級(jí)換代，以提升油氣回收設(shè)施的實(shí)際使用效果。

4 結(jié) 論

某公司汽油地付項(xiàng)目，選取了以活性炭作為吸附劑并以貧油作為吸收液的油氣回收裝置。在投入運(yùn)行后，排放穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，在保護(hù)環(huán)境、減少油氣污染的同時(shí)為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也為同類(lèi)付油站選取油氣回收設(shè)施提供參考依據(jù)。

后續(xù)運(yùn)行應(yīng)密切關(guān)注活性炭床層溫度、壓差、尾氣監(jiān)測(cè)指標(biāo)，適時(shí)更換活性炭?？稍鲈O(shè)緩沖罐、連鎖停機(jī)裝置，增強(qiáng)油氣回收設(shè)施的運(yùn)行的安全可靠性，避免超標(biāo)排放。也可從降低貧油吸收液進(jìn)塔溫度入手，以提高吸收效率，改善高溫季節(jié)油氣回收運(yùn)行效果。此外，應(yīng)密切關(guān)注吸收劑的發(fā)展，大膽選用新型吸附劑替代傳統(tǒng)的活性炭吸附，以提高油氣回收設(shè)施運(yùn)行效率。

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Oil-Gas Recovery Technology and Optimization Suggestions of Oil Station

（Yifang Petrochemistry Limited Company, Liaoyang Liaoning 111000, China)

Four kinds of basic oil-gas recovery technologiesincluding solvent absorption method, activated carbon adsorption method, membrane separation method and condensation method were introduced, their advantages and disadvantages were compared. The selection basis, process and operation status of one waste-gas recovery plant were analyzed, and follow-up optimization suggestions were proposed.

Waste gas recovery technology; Active carbon; Operation status; Improvement

2021-03-24

李智超（1987-），男，遼寧省遼陽(yáng)市人，化工工程師，2009年畢業(yè)于天津大學(xué)化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)，主要研究方向：化工生產(chǎn)、項(xiàng)目規(guī)劃等。

TE624

A

1004-0935（2021）06-0814-04