油氣回收技術(shù)在營口港仙人島碼頭中的應(yīng)用研究

郭長順

(營口港仙人島碼頭有限公司 營口市 115002)

1 污染物的形成

隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展,我國能源需求不斷增大,一定程度上促進(jìn)了油品碼頭的建設(shè)。碼頭運(yùn)輸時(shí),由于各類油品(原油、汽柴油、煤油等)具有較大的揮發(fā)性,在港口儲(chǔ)罐存儲(chǔ)、管道運(yùn)輸以及收發(fā)油工藝環(huán)節(jié)中因外界溫度變化、密封點(diǎn)不嚴(yán)、管道泄漏等情況,不可避免地造成油氣揮發(fā),有機(jī)物逸散至空氣中,形成油品碼頭主要大氣污染物[1]。

2 油品揮發(fā)組分

營口港仙人島碼頭主要以原油運(yùn)輸為主,由于油品種類多、存儲(chǔ)量大,產(chǎn)生的油氣成分也相對(duì)復(fù)雜,主要有烷烴、環(huán)烷烴、烯烴和芳族化合物等[2-3]。營口港原油基礎(chǔ)數(shù)據(jù)情況見表1。

表1 原油基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表

營口港儲(chǔ)存的沙輕原油、沙中重原油品種揮發(fā)產(chǎn)生的油氣主要包括非甲烷總烴、硫化氫、乙硫醇、乙硫醚以及苯、甲苯、乙苯、間二甲苯、苯乙烯等污染物。從表1可以看出,沙輕原油的輕組分含量較多,非甲烷總烴濃度也明顯高于沙中重原油。揮發(fā)性有機(jī)物在大氣環(huán)境中易氧化與凝結(jié),也會(huì)構(gòu)成細(xì)顆粒物和臭氧污染的前體物。

3 碼頭油氣回收方法

常見的碼頭油氣回收方法主要有吸附法、吸收法、冷凝法和膜分離法等。

3.1 吸附法

吸附法的原理是利用吸附劑與各組分結(jié)合力的差異選擇性吸附油氣,使油氣與空氣分離,進(jìn)而去除油氣。常用的吸附劑包括活性炭、硅膠和活性纖維等。吸附法的優(yōu)點(diǎn)是油氣回收率較高,操作彈性大,在容許流速內(nèi),吸附床層未被擊穿前,可以有效吸附油氣分子,使尾氣濃度控制在較小的數(shù)值內(nèi)。缺點(diǎn)是進(jìn)口油氣濃度不能過高,處理量較小;吸附劑更換頻次通常較高,易造成二次污染。

3.2 吸收法

吸收法指利用油氣組分在液體吸收劑中的溶解性進(jìn)行吸收,將油氣組分從氣相轉(zhuǎn)移到液相,再進(jìn)行解吸回收處理的方法。汽油、柴油、可再生溶劑等貧油溶劑通常被用作吸收劑。吸收法適用于油氣排放量大的工況,廣泛適用于大型原油碼頭、大型油庫、煉油廠等油氣排放濃度高的場所。缺點(diǎn)是長時(shí)間運(yùn)行后,吸收劑容易達(dá)到飽和,影響吸收效果,易造成二次污染。

3.3 冷凝法

冷凝法是利用油氣的飽和蒸汽壓特性,通過改變溫度分離油氣和空氣的方法。冷凝法適用于濃度高、沸點(diǎn)高的油氣回收工況。優(yōu)點(diǎn)是回收的烴類液體雜質(zhì)少。缺點(diǎn)是需要的冷凝溫度低,對(duì)制冷系統(tǒng)設(shè)備要求比較高,投資、運(yùn)行及維護(hù)成本較高。

3.4 膜分離法

膜分離法主要是利用氣體組分分子在薄膜內(nèi)的擴(kuò)散能力差異(即滲透速率不同),實(shí)現(xiàn)組分分子與空氣的分離。膜分離法具有設(shè)施占地面積小、工藝流程簡單、能耗較低、回收率高和二次污染小等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是一次性投資過高以及組件更換等運(yùn)維成本較高。

對(duì)于油氣濃度高、流量大和排放標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的場景,為滿足以上需求,可采用多種回收方法耦合的方式進(jìn)行回收,全面考慮操作溫度、壓力和進(jìn)料濃度等工況后選擇確定方案。

4 營口港油氣回收工藝應(yīng)用情況

營口港仙人島碼頭坐落于營口港仙人島港區(qū),共有五期原油儲(chǔ)罐庫區(qū)、燃料油儲(chǔ)罐庫區(qū)、1#～3#油品碼頭泊位。營口港仙人島碼頭大型儲(chǔ)罐主要為外浮頂型儲(chǔ)罐,浮頂罐氣相空間小,揮發(fā)損耗較拱頂罐減少85%以上,是目前儲(chǔ)存揮發(fā)性液體、原油、成品油的最佳工藝設(shè)施,屬于控制非甲烷總烴排放的先進(jìn)儲(chǔ)存設(shè)施,在國內(nèi)外得到普遍應(yīng)用。

仙人島碼頭汽車裝卸區(qū)原油、柴油的裝卸工藝均采用上裝下卸,裝車方式為小鶴管液下裝車。為進(jìn)一步降低運(yùn)營過程中裝車產(chǎn)生的油氣對(duì)大氣環(huán)境的影響,仙人島碼頭安裝了油氣回收裝置對(duì)油氣進(jìn)行回收處理。該裝置采用“冷凝+吸附”工藝,利用制冷技術(shù)逐級(jí)將油氣冷卻至-75℃左右,液化油氣后進(jìn)行回收,剩余少量油氣通過吸附罐吸附。

為了進(jìn)一步保證油氣的有效回收及達(dá)標(biāo)排放,在汽車裝卸臺(tái)設(shè)計(jì)配置了1套處理能力1000Nm3/h的油氣回收系統(tǒng)(含2個(gè)吸附罐),油氣回收設(shè)施及工藝流程見圖1、圖2。吸附后烴類的排放濃度能夠控制在10g/m3以下,油氣回收率可達(dá)95%以上,能夠滿足《儲(chǔ)油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB20950—2020)相關(guān)限值要求。

圖1 油氣回收設(shè)施

圖2 汽車裝卸區(qū)油氣回收設(shè)施工藝流程示意圖

近年,隨著港區(qū)開發(fā)建設(shè),港區(qū)原油儲(chǔ)庫一期、二期裝車場新增1套處理量為1200Nm3/h的油氣回收裝置,設(shè)置23套原油裝車鶴位;三期、四期裝車場新增1套處理量為1200Nm3/h的油氣回收裝置,設(shè)置24套原油裝車鶴位。油氣回收及處理系統(tǒng)排放氣體滿足《油品裝載系統(tǒng)油氣回收設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50759—2012)規(guī)定的非甲烷總烴≤25g/m3、苯≤12mg/m3、甲苯≤40mg/m3、二甲苯≤70mg/m3的要求。

在汽車裝車操作中,原油通過裝車泵注入油槽車,裝車過程中產(chǎn)生的油氣通過油氣回收鶴管進(jìn)入油氣回收總管,隨后經(jīng)油氣回收裝置回收?；厥蘸蟮脑陀捎蜌饣厥昭b置自動(dòng)輸送泵進(jìn)入已建的裝車匯管或出罐裝車管線,以供裝車外運(yùn)。儲(chǔ)罐中的油品經(jīng)過裝車泵后輸送至汽車裝車區(qū),完成裝車外運(yùn)。工藝流程見圖3。

圖3 發(fā)油和油氣回收流程圖

近期,仙人島港區(qū)2#～3#油品及液體化工品泊位增加了裝船油氣回收裝置,設(shè)計(jì)過程中面臨著船岸界面安全裝置與油氣回收裝置距離較遠(yuǎn)的問題。為此,提出了一種在管道中段設(shè)置風(fēng)機(jī)增壓裝置的解決方案,并與油氣回收裝置進(jìn)行連鎖控制。由于油氣回收裝置設(shè)計(jì)處理量為3750Nm3/h,處理能力較強(qiáng),單獨(dú)設(shè)置一套大型油氣回收裝置的占地及功耗會(huì)偏高,因此,仙人島港區(qū)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)優(yōu)化,即將1套處理能力為3750Nm3/h的裝置分為2套處理能力為1875Nm3/h的裝置進(jìn)行并聯(lián)處理,保證有效回收油氣的同時(shí),降低建設(shè)、運(yùn)行、維修檢修全過程成本。

5 結(jié)論

原油成品油碼頭產(chǎn)生的油氣不但會(huì)對(duì)港區(qū)及周邊環(huán)境造成影響,而且具有毒性和爆炸性。碼頭開展油氣回收治理工作,可降低油氣揮發(fā),實(shí)現(xiàn)顆粒物與臭氧的協(xié)同控制。同時(shí),由于原油成品油種類較多,組分相差較大,不同油品的油氣組分和濃度均會(huì)影響處理技術(shù)的選擇,建議碼頭企業(yè)根據(jù)油品特性充分論證后選擇最佳技術(shù)方案,減少環(huán)境污染,實(shí)現(xiàn)有效管控。