芳烴罐區兩種典型油氣回收裝置對比與問題優化

吳海鵬

摘要：為滿足國家環保排放標準，某企業芳烴罐區應用了“催化氧化組合”與“膜分離”兩種典型的油氣回收工藝。本文介紹了兩種工藝的基本原理，對兩種工藝在車間實際使用情況進行了比對。簡析兩種工藝在運行過程中的典型問題及改進方法。指明需根據實際出發，提高工藝設計、選型的準確度。

關鍵詞：芳烴 油氣回收 膜分離 催化氧化

前言：根據某年產50萬噸/年芳烴罐區儲存揮發量為0.02%計算[1]，某160萬噸/年芳烴罐區，每年約有384噸芳烴類產品由儲罐揮發至大氣，造成資源浪費。中國石油化工股份公司《關于加快推進煉油企業VOCs提標治理工作的通知》中，非甲烷總烴≤50mg/m3，苯≤2 mg/m3，甲苯≤8mg/m3，二甲苯≤10 mg/m3排放指標。某石化企業芳烴罐區為減少儲罐油品揮發損耗及滿足環保排放標準，選建了“均化+催化氧化組合工藝”與“吸收+膜分離+吸附組合工藝”兩種典型的油氣回收裝置，本文對這兩種裝置進行了簡析對比，對裝置在實際運行過程中的主要問題進行匯總分析，并提出相對應的解決方案。

1 裝置簡介

某企業芳烴車間1#芳烴罐區儲罐為C6C7、C8、C9+、對二乙苯，罐容為3000m3-10000m3，罐區設計規模為132000m3，新增了“均化+催化氧化”油氣回收裝置。2#芳烴罐區儲罐為C8芳烴，罐容為8臺20000m3儲罐、1臺5000m3儲罐，罐區設計規模為165000m3。

2 工藝原理及分析

2.1均化+催化氧化 （1#芳烴罐區）

1#芳烴罐區為60萬噸/年芳烴的配套罐區，儲罐采用“內浮頂+氮封”，采用自力式調節閥補充氮氣。2018年新增上一套處理量為 5000Nm3/h （含空氣） 的催化氧化油氣回收裝置。

工藝原理：從罐區罐頂來的廢氣首先進入均化罐，在均化罐內經過濃度調節，降低廢氣總烴濃度，廢氣再經過換熱器和加熱器后，達到催化氧化反應溫度300-450℃，廢氣中的有機物在催化劑作用下，與空氣中的氧氣發生氧化反應，生成H2O和CO2，并釋放出大量的反應熱。通過換熱器將反應熱回收，用于預熱處理前的廢氣，換熱后的凈化氣經排氣筒排放到大氣中。

2.2吸收+膜法+活性炭（2#芳烴罐區）

2#芳烴罐區為2019年的100萬噸/年芳烴的配套罐區，儲罐同樣采用“內浮頂+氮封”，2#芳烴罐區儲罐采用了壓控閥聯鎖補氮，易控制儲罐的用氣量。

工藝原理：罐區罐頂油氣經自身罐壓及液環壓縮機加壓后，進入吸收塔中部，氣態的混合物在吸收塔由下而上流經填料層與自上而下的液態C9+芳烴對流接觸，液態C9+芳烴將大部分油氣吸收，形成富態的C9+芳烴，富態的C9+芳烴返回儲罐，剩下低濃度的混合油氣經塔頂流出進入膜分離器。利用膜分離器的選擇通過性，將混合氣體分成兩股，一是含有少量油氣的截留物流，直接進入變壓吸附單元，另一股是富集油氣滲透物流，與收集的罐頂油氣及變壓吸附單元來的解析氣體相混合，循環至油氣回收入口，再次進行上述循環。

3 油氣回收裝置運行效果對比分析

由上表可看出，兩套油氣回收裝置的排放數據均能滿足中國石化的排放要求。油氣回收排放數據分析：采用“均化罐+催化氧化”的回收裝置，在350℃-400℃之間達到了較好的反應效果;采用“吸收+膜分離+吸附”的2#芳烴罐區，由于膜分離技術，現階段膜后濃度只能達到“g”級，且膜分離技術受溫度、壓力、介質濃度影響，隨油氣溫度升高，烴類氣體穿透膜速率明顯下降[2]。由此項對比發現，“均化罐+催化氧化”更能適應范圍較廣的芳烴油氣回收濃度。

4 油氣回收裝置費用對比分析

根據表格發現兩種組合工藝均能滿足現階段長周期連續運行的要求，費用方面，兩者在維修保養方面的費用實際相差不大。

5 使用過程中遇到問題及現有解決方案

5.1問題：

1、均化罐+催化氧化組合裝置：由于芳烴車間儲罐采用“內浮頂+氮封”，罐區排放尾氣濃度較低，進入油氣回收裝置時的油氣濃度（非甲烷總烴）平均為3000mg/m3。油氣經過均化罐濃度消峰和空氣稀釋后，進入催化氧化單元時，較低的油氣濃度導致催化劑無法進行有效反應，致使產生的反應放熱不足，無法形成催化氧化單元的“反應放熱+廢氣換熱”的可自主熱循環過程，在反應過程仍需電加熱器進行輔助加熱，維持催化劑的處理效果，浪費電能。

2、吸收+膜分離+變壓吸附：該罐區罐容大，儲罐設計壓力高（操作壓力為4KPa），進入油氣回收裝置時的油氣濃度（非甲烷總烴）平均為200mg/m3，其次采用了揮發性較高的C9+芳烴作為吸收劑，C9+芳烴帶著管道吸收日照中熱能及壓縮機工作產生的熱量進入吸收塔，吸收塔內C9+芳烴的溫度可達到43℃-55℃，加劇了C9+芳烴的揮發（C9+芳烴在43℃下飽和蒸氣壓揮發濃度為90000mg/m3）。經采樣分析，吸收塔出口的非甲烷總烴濃度達到15000mg/m3，主要組分為C9+芳烴，以此證明，膜前非甲烷總烴濃度主要由吸收劑C9+芳烴自身揮發導致。高濃度的油氣，增加了膜組件選擇性通過性的壓力。其次，同類油氣回收裝置出現了受環境溫度因素影響，在夏季裝置運行中因吸收劑溫度過高，而導致裝置連鎖停機[4]的情況發生。

5.2問題解決方案：

根據1#油氣回收催化氧化單元進氣濃度低，無法達到催化反應自身產熱維持該單元熱循環，需要加熱器輔助的問題。車間首先將由罐區進入油氣回收裝置壓力由1.0KPa提升到1.25KPa，通過提高罐區排放壓力，間接提高進氣濃度;其次，少量自罐區來油氣通過增加跨線直接進入催化氧化單元，提升催化劑反應濃度，使其達到自身產熱的效果。

對于2#油氣回收C9+芳烴吸收劑揮發濃度大于罐區油氣揮發濃度的情況，在吸收劑進入油氣回收裝置前，通過空冷的冷卻，將吸收劑C9+芳烴的溫度降低后進入裝置，適度增大吸收塔操作塔壓，降低C9+芳烴的飽和蒸氣壓濃度，從而有效降低膜分離組件前油氣濃度，提高膜組件的使用壽命。

六、結論：

為滿足日益嚴峻的VOCs排放，各企業紛紛上馬油氣回收項目，從目前本車間采用較為成熟的“均化+催化氧化組合工藝”、“吸收+膜分離+吸附組合工藝”加之設計縝密的連鎖，能夠有效的保證設備完好和安全。排放指標均能滿足國家環保要求，甚至遠高于國家標準。在使用過程中，2套罐區排放的油氣濃度均低于設計濃度，甚至在膜分離裝置中，吸收劑C9+芳烴成為VOCs產生的主要部分，對膜組件產生運行壓力，該工藝選型有待完善，不恰當的選型是對投資的一種浪費，應在今后的設計及設備選型中，適度提高標準，既滿足排放要求，又不造成投資浪費。

參考文獻：

[1]屈曉禾.芳烴儲罐區油氣回收方案的確定[J];石油石化節能;2015年03期

[2]陳堅，姜磊.膜技術在石油化工油氣回收系統的應用研究[J].石油化工應用.2012.31（10）：9-11

[3]李建文.油氣回收裝置在“三苯”裝車系統的應用探討[J].廣東石油化工學院學報.2013.23（4）：27-29

[4]林蕾.膜法油氣回收裝置吸收效果[D].天津大學.2012

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