油氣回收裝置中的冷凝技術對油氣吸附效率的影響和改善建議

陳堯四

〔中國石化浙江石油分公司 浙江杭州 310000〕

汽油中含有大量的輕烴組分,在儲運、銷售及應用等過程中不可避免地會有部分液態烴組分揮發,造成嚴重的油品損耗。油氣揮發造成能源浪費、環境污染、安全隱患。油氣揮發問題已經成為世界急需解決的安全、節能、環保難題之一[1]。要從根本上解決油品揮發問題,必須采取油氣回收措施。隨著我國對環境保護的日益重視,國家或行業已陸續制定出相應法律、標準及規范來嚴格約束油氣排放。2020年12月18日,國家環保部修訂了《GB 20950-2020儲油庫大氣污染物排放標準》、《GB 20951-2020汽油運輸大氣污染物排放標準》、《GB 20952-2020加油站大氣污染物排放標準》,要求對儲油庫、加油站等場所加裝油氣回收處理裝置,裝置應符合油氣排放濃度不大于25 000 mg/m3和油氣處理效率不低于95%的要求[2]。部分石油庫近期開展了油氣回收裝置升級改造工作,通過增設冷卻裝置,降低吸附油品的工作溫度,從而提高吸附效率[3]。

1 油氣回收裝置

油氣回收裝置示意見圖1。

圖1 油氣回收裝置示意

1.1 油氣回收裝置原理

裝車產生的高濃度油氣經引氣風機輸送至裝置邊界,然后進入吸收塔內。油氣從底部進入,塔內裝有高效填料,填料表面汽油與油氣中VOCs進行傳質傳熱,VOCs溶解進入汽油中,低濃度的油氣從塔頂排出進入高效聚結器,經高效聚結器聚結后微粒油氣落入聚結器底部,低濃度油氣進入后續的吸附單元。吸附單元采用雙罐+單罐設計,一套進行吸附,一套進行再生,一套長時間運轉。所有切換采用電動閥門自動控制,處理達標后的尾氣經排放管排放。低溫汽油通過制冷機組制冷獲得。制冷機組采用冷量回收工藝設計,能耗低,運行穩定。通過低溫高效聚結有效且直接回收高濃度油氣,降低活性炭吸附負荷,延長吸附劑使用壽命[4]。

1.2 冷卻裝置介紹

冷凝法油氣回收技術是利用烴類物質在不同溫度下的蒸氣壓差異,通過將油氣溫度降低使從罐車中回收的高溫油氣油品蒸氣壓達到過飽和狀態,從而將高沸點組分冷凝成液態析出的油氣回收技術[5]。裝車過來的油氣經增壓風機輸送后,進入原有裝置的吸收塔。吸收塔頂采用低溫汽油吸收,原有的進油泵將汽油吸收劑輸送至制冷機組的板式換熱器內,先與吸收塔塔底出的低溫富吸收油換熱進行預冷,然后進入制冷機組內與氟利昂制冷機組進一步降溫,然后進入吸收塔進行噴淋。真空泵出口及裝車過來的高濃度油氣匯合后進入吸收塔底,塔頂進的低溫汽油與塔底的高濃度油氣進入傳熱、傳質,大部分油氣溶解在液體汽油中,隨著回油泵再返回罐區內。

2 冷卻裝置溫度設置對吸附效率的影響

試驗油庫日均汽油發油量2 500 t,夏季最高氣溫40 ℃,冬季最低氣溫0 ℃。在油氣回收裝置提升改造前,雖處理能力基本達標,但在夏季高峰發油時段,因高溫導致吸附油品吸附能力下降,油氣回收裝置再生處理不及時,存在超標排放的環保風險。通過油氣回收提標改造后,新增了引風機組和制冷裝置,并在排放口新增了在線分析小屋,可以做到油氣回收裝置排放口的在線監測,為研究提供了實時數據的支持。

2.1 吸附油品管線出口不同溫度對油氣吸附效率的影響

試驗在環境溫度20 ℃、油品溫度15 ℃條件下,通過調節制冷機組的制冷功率,將油品出口溫度分別調節為-5,0,5,10 ℃時,油品排放進行對比,結果見圖2～圖5。

圖2 管線出口溫度在-5 ℃時油氣排放曲線

圖3 管線出口溫度在0 ℃時油氣排放曲線

圖4 管線出口溫度在5 ℃時油氣排放曲線

圖5 管線出口溫度在10 ℃時油氣排放曲線

從圖2～圖5可以看出,吸附油品出口溫度對于油氣回收裝置的吸附效率影響明顯,在-5～5 ℃,油氣回收效率可達到在小于10 000 mg/m3范圍內進行達標排放。當出口溫度上升至10 ℃時,排放濃度明顯上升,這也是很多石油庫目前面臨的夏季高溫時段長時間發油油氣回收裝置無法有效進行吸收的主要原因。通過實際運行數據積累分析得出-5～5 ℃溫度區間對吸收效果影響差異不大,且能滿足達標排放要求。因此,在今后的設備選型中,對裝置的冷凝裝置的運行溫度要求可以降低,不必過度追求深冷技術,以減少裝置技術投資和運行電力能耗。

2.2 裝置提升改造前后吸附效率對比

油氣回收裝置提升改造前油氣排放曲線如圖6所示。改造前油品吸附效率為汽油發油總發油量的0.095%,油氣處理效率為97.4%,夏季高峰發油時間段偶發超標排放的情況。經過增設油氣冷凝裝置技術提升改造以后,油品吸附效率為汽油發油總發油量的0.12%,油氣處理效率為99.3%,全年均能做到達標排放且排放濃度小于10 000 mg/m3。油氣回收裝置改造前油氣排放曲線詳見圖6所示。

圖6 油氣回收裝置改造前油氣排放曲線

2.3 油氣回收裝置調節制冷溫度對油氣回收裝置的經濟性測算

油氣回收裝置升級后設計運行功率按照制冷裝置一天運行10 h進行測算：

冷凝裝置設計最大工作功率68 kW;制冷裝置在-5 ℃工況下實際運行功率60 kW,運行時間8 h;引風裝置設計工作功率7.5 kW;每日運行時間8 h;循環油泵設計工作功率7.5 kW×2;每日運行時間8 h;真空泵37 kW×2;每日運行時間5 h;按照工業用電0.7元/kWh,預計共需要電費721元。

油氣回收裝置通過實驗數據進行工藝參數優化,同樣按照一天運行10 h進行測算：制冷裝置在5 ℃工況下實際運行功率40 kW,運行時間6 h;循環油泵設計工作功率7.5 kW×2;每日運行時間6 h;引風裝置設計工作功率7.5 kW;每日運行時間8 h;真空泵37 kW×2;每日運行時間5 h;按照工業用電0.7元/kWh,預計共需要電費532元,預計每年可節約電費68 985元

3 結束語

通過本次油氣回收裝置冷凝技術對吸附效率影響研究,驗證了冷凝技術可以對油氣回收效率進行有效地提升,同時也得出了冷卻吸附油品溫度及環境溫度對油品吸附效率的影響,為今后油氣回收工藝的選型提供參考,并對油氣回收制冷裝置溫度調節對電費的影響進行經濟性測算,為油庫精準提升油氣回收裝置運行工況、保障達標排放的同時,實現節能降耗并帶來可觀的經濟效益。