油品儲罐區(qū)油氣回收技術(shù)的創(chuàng)新及工業(yè)化應(yīng)用

林慶園 (伊犁新天煤化工有限公司，新疆 伊寧 835000)

0 引言

《石化行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合整治方案》(環(huán)發(fā)〔2014〕 177號)、GB 37822—2019 《揮發(fā)性有機物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了關(guān)于惡臭及有機氣體的排放標(biāo)準(zhǔn)。煤化工行業(yè)存在排放成分復(fù)雜、規(guī)模處理量大等特點，特別煤化工中間副產(chǎn)油品罐區(qū)儲罐呼吸氣、裝卸廢氣進(jìn)行回收利用存在較大的處理困難。 實際生產(chǎn)運行中發(fā)現(xiàn)單一的回收方法對除臭、排放達(dá)標(biāo)等效果并不理想，一般采用吸附法、冷凝法、吸收法、膜法等組合工藝進(jìn)行達(dá)標(biāo)處置，但仍存在系統(tǒng)運行能耗高、投資大、系統(tǒng)運行不穩(wěn)定、系統(tǒng)復(fù)雜的問題[1]。

1 綜合罐區(qū)油氣回收及蓄熱式熱氧化裝置

1.1 綜合罐區(qū)裝置基本工藝

伊犁新天煤化工有限公司(以下稱新天煤化)綜合罐區(qū)及裝車棧臺位于廠區(qū)東南側(cè)，裝置內(nèi)布置了裝卸車、成品儲罐、裝車泵房等相關(guān)配套設(shè)施。其中成品油儲罐包括：2 臺5 000 m3重芳烴儲罐、2 臺5 000 m3多元烴儲罐、2 臺1 000 m3混合酚儲罐、2 臺2 500 m3輕烴儲罐，重芳烴、多元烴、混合酚均采用立式拱頂罐，輕烴采用內(nèi)浮頂罐。為了減少揮發(fā)，在重芳烴、多元烴、混合酚、輕烴儲罐上設(shè)置了氮封。重芳烴儲罐、輕烴儲罐、混合酚儲罐、多元烴儲罐均設(shè)有呼吸閥。在正常生產(chǎn)運行過程中，因收料及氣溫影響，如輕烴等輕組分儲罐，不可避免會出現(xiàn)壓力升高，通過呼吸閥來調(diào)節(jié)罐體內(nèi)的壓力，各成品油儲罐外呼油氣主要技術(shù)參數(shù)如表1和表2所示[2]。

表1 綜合罐區(qū)裝置油品儲罐外呼油氣成分分析表

表2 綜合罐區(qū)裝置油品儲罐外呼油氣最大流量統(tǒng)計表

綜合罐區(qū)裝車棧臺內(nèi)部布置了4個油品棧臺和16臺油品裝車鶴管，由南向北分別是：輕烴裝車棧臺、重芳烴裝車棧臺、多元烴裝車棧臺、混合酚裝車棧臺。輕烴裝車棧臺設(shè)置有4臺輕烴裝車鶴管，重芳烴裝車棧臺設(shè)置有4臺重芳烴裝車鶴管，多元烴裝車棧臺設(shè)置有4臺多元烴裝車鶴管，混合酚裝車棧臺設(shè)置有4臺混合酚裝車鶴管。各成品裝車油氣主要技術(shù)參數(shù)如表3所示[3]。

表3 綜合罐區(qū)裝置油品裝車外呼油氣流量統(tǒng)計表

綜合罐區(qū)裝置內(nèi)各油品儲罐運行期間的外呼油氣、裝車期間的油氣送至現(xiàn)有油氣回收裝置進(jìn)行處理。油氣回收裝置通過先冷凝后吸附的工藝，可以將揮發(fā)的高濃度油氣，通過冷凝法冷凝成液態(tài)油，未處理的油氣通過吸附法吸收并通過管道再次冷凝。

1.2 蓄熱式熱氧化裝置基本工藝

新天煤化蓄熱式熱氧化裝置是將低溫甲醇洗尾氣、CO2產(chǎn)品氣以及生化池廢氣送入RTO爐內(nèi)進(jìn)行處理，通過爐內(nèi)的高溫蓄熱體將熱量傳遞給廢氣，被加熱的廢氣進(jìn)入頂部燃燒室，在燃燒室廢氣中的烴類、CH3OH、HCN、H2S、H2、CO氧化燃燒為H2O及CO2。

廢氣在蓄熱室氧化爐內(nèi)蓄熱氧化反應(yīng)原理如下[4]：

2 改造技術(shù)路線及設(shè)計思路

原有油氣回收系統(tǒng)采用惠利特冷凝+吸附技術(shù)，現(xiàn)階段運行期間系統(tǒng)穩(wěn)定性差，多次出現(xiàn)制冷機組故障、冷箱堵塞、吸附器堵塞等問題，目前僅將綜合罐區(qū)輕烴裝車排放油氣、油品儲罐運行期間的外呼油氣送至油氣回收裝置處理，處理后的排放尾氣嚴(yán)重超標(biāo)，油氣回收裝置遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期的設(shè)計性能，綜合罐區(qū)裝置油氣排放存在環(huán)保不達(dá)標(biāo)情況。

蓄熱式熱氧化裝置采用RTO爐焚燒凈化有機廢氣，在850 ℃高溫下常見有機物均能得到有效凈化處理，凈化處理效率及熱回收效率均較高，同時目前根據(jù)實際運行情況蓄熱式熱氧化裝置各RTO爐仍具有較好的操作彈性，具備處理現(xiàn)有綜合罐區(qū)裝置各油品儲罐外呼油氣的能力[5]。

3 改造原則

新天煤化油氣回收裝置改造方案主要針對綜合罐區(qū)重芳烴儲罐、輕烴儲罐、混合酚儲罐、多元烴儲罐運行期間外呼油氣(揮發(fā)性有機物)進(jìn)行回收處理，以達(dá)到環(huán)保排放的要求。為節(jié)約成本，方案改造所需的設(shè)備、設(shè)施材料充分利用現(xiàn)有廠區(qū)資源，各儲罐外呼油氣就近回收至蓄熱式熱氧化裝置進(jìn)行高溫處理。

預(yù)期改造后裝置總混合尾氣排放滿足GB 31571—2015《 石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[6]：非甲烷總烴≤120 mg/Nm3；CH3OH≤50 mg/Nm3；HCN≤1.9 mg/Nm3；H2S≤5 mg/Nm3。

4 工藝改造及應(yīng)用

4.1 儲罐油氣

綜合罐區(qū)重芳烴儲罐、輕烴儲罐、混合酚儲罐、多元烴儲罐運行期間外呼油氣與含酚油氣混合后送至立式分液罐(容積為4 m3左右)進(jìn)行氣液分離，分液罐內(nèi)氣相入口設(shè)置折流板，油氣經(jīng)氣液分離后氣相從分離罐頂部引出進(jìn)入油氣風(fēng)機增壓(增壓至30 kPa左右)后送入水封罐，水封罐內(nèi)液位通過新鮮水補充、維持，保證入口油氣管線沒入水位以下。水分罐出口油氣經(jīng)積液包、阻火器后送至蓄熱式熱氧化裝置CO2產(chǎn)品氣總管，與尾氣、稀釋風(fēng)混合后最終進(jìn)入RTO爐焚燒處理。分液罐、水封罐內(nèi)污水通過污水泵提壓(約提至0.4 MPa左右)后送至綜合罐區(qū)裝置1#地下槽。具體回收改造流程簡圖如圖1所示。

圖1 綜合罐區(qū)裝置裝車、儲罐呼吸油氣回收改造簡圖

4.2 裝車油氣

綜合罐區(qū)裝置輕烴裝車期間產(chǎn)生的油氣送至油氣噴射器(450J2001A/B)，油氣經(jīng)噴射器抽走，送至水封罐(450V2002)入口油氣管線，與儲罐呼出油氣混合進(jìn)入水封罐(450V2002)。綜合罐區(qū)裝置重芳烴、多元烴、混合酚裝車期間產(chǎn)生的油氣混合后送至油氣噴射器(450J2002A/B)，油氣經(jīng)噴射器抽走，送至水封罐(450V2004)內(nèi)，水封罐(450V2004)入口油氣管線需沒入水位以下，水封罐內(nèi)水位通過補充新鮮水維持。

水封罐I(450V2002)和水封罐II(450V2004)出口油氣匯合經(jīng)管道積液包、阻火器后送至蓄熱式熱氧化裝置混合氣總管，與尾氣、稀釋風(fēng)混合后最終進(jìn)入RTO爐焚燒處理。

該項目雖然是多個儲罐尾氣聯(lián)通，但是每個儲罐通過設(shè)置阻火式單呼閥防止不同成分氣體相互反串，保證了多個儲罐尾氣聯(lián)通系統(tǒng)的安全，確保了集中處理系統(tǒng)的本質(zhì)安全。對于整個系統(tǒng)，采用氮氣射氣抽氣并定期進(jìn)行氧含量分析、同時采用水封罐等設(shè)計，防止混合油氣出現(xiàn)氧含量超標(biāo)、及蓄熱式熱氧化裝置空氣反串，從而保證了管網(wǎng)系統(tǒng)中輸送的油氣介質(zhì)本質(zhì)上是安全的[7]。

5 綜合罐區(qū)裝置呼吸油氣潛在的問題及實際情況

5.1 存在將油污帶入到RTO爐蓄熱室內(nèi)的風(fēng)險

油氣的污油存在帶入蓄熱式熱化裝置RTO爐的風(fēng)險，污油會導(dǎo)致RTO蓄熱室內(nèi)蓄熱體污染、堵塞，導(dǎo)致RTO爐蓄熱室、燃燒室溫度異常。從每年檢修情況來看1#RTO爐蓄熱室入口處存在一定的油污，但是總體RTO爐內(nèi)蓄熱體支撐、馬鞍環(huán)及陶瓷蓄熱體表面清潔度完好未附著油污，呼吸氣出分液罐、水封罐可在一定程度上實現(xiàn)油氣的分離及洗滌，在一個運行周期上未對RTO爐蓄熱室、燃燒室溫度造成異常。

5.2 油氣中含酚對系統(tǒng)造成的影響

含酚油氣在低溫情況容易結(jié)晶析出，尤其是RTO爐蓄熱室最底層蓄熱體溫度較低，結(jié)晶容易在此處出現(xiàn)，導(dǎo)致蓄熱體堵塞，廢氣在蓄熱室內(nèi)偏流，導(dǎo)致蓄熱室、燃燒室溫度異常。從運行情況來看出水浴罐、分液罐、水封罐洗滌良好，在實際改造中增加了管道伴熱，保持了油氣管道溫度，實際運行過程中始終未出現(xiàn)因酚結(jié)晶造成蓄熱體及燃燒室異常[8]。

5.3 油氣濃度過大導(dǎo)致蓄熱式熱氧化裝置環(huán)保指標(biāo)超標(biāo)

新天煤化蓄熱式熱氧化裝置設(shè)計處理低溫甲醇洗裝置廢氣36萬Nm3/h左右，實際運行中回收油氣的量遠(yuǎn)小于熱式熱氧化裝置設(shè)計處理量，運行中入口混合氣的爆炸下限、環(huán)保排放指標(biāo)未受到任何干擾。

6 結(jié)語

新天煤化油氣回收設(shè)施技術(shù)改造項目自投用以來，運行安全平穩(wěn)。特別是在倒罐、裝車、收油等日常操作過程當(dāng)中未出現(xiàn)儲罐超壓或通過罐頂呼吸閥和緊急泄壓人孔排出大量油氣等現(xiàn)象。不僅解決了油氣收集壓力控制和安全控制的難題，改善了綜合罐區(qū)裝置的異味控制，防止油氣低洼處積聚的安全風(fēng)險，實現(xiàn)國內(nèi)首次將罐區(qū)有機廢氣入RTO爐凈化處理的工業(yè)化應(yīng)用，并節(jié)約油氣回收設(shè)施的直接投資500萬元。