溶劑吸收法油氣回收設(shè)施在裝車系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊海宏

（中國石油廣西石化公司儲運(yùn)一部，廣西 欽州 535008）

油品儲運(yùn)的損耗分為大呼吸損耗和小呼吸損耗2 種方式。油品在調(diào)合生產(chǎn)﹑產(chǎn)品儲存﹑成品運(yùn)輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)中都會伴隨著大﹑小呼吸損耗。小呼吸損耗，主要是由于晝夜﹑環(huán)境溫度改變，直接導(dǎo)致油罐內(nèi)氣體空間溫度發(fā)生改變，從而造成的揮發(fā)損耗，這部分損耗主要由自然環(huán)境因素引起，故不可避免。另外小呼吸損耗與油罐的結(jié)構(gòu)形式﹑罐容量﹑所儲存油品自身的特性等因素也有一定關(guān)系。大呼吸損耗，主要是由于油罐內(nèi)油品的收付作業(yè)﹑收付速度而引起的損耗，這部分損耗是隨著油品的輸轉(zhuǎn)或移動而產(chǎn)生。不論是大呼吸損耗還是小呼吸損耗，都會在健康﹑環(huán)境﹑安全﹑質(zhì)量等方面帶來多種危害。油品儲存的自然環(huán)境和油品的自身性質(zhì)無法改變，但我們可以通過提高油品收付作業(yè)效率﹑控制油品收付作業(yè)的速度來減少大呼吸損耗量。油品裝車系統(tǒng)作業(yè)時(shí)，我們可以通過回收﹑處理油品在收付移動中揮發(fā)的油氣，從而達(dá)到減少油品在收付移動中產(chǎn)生的大呼吸損耗。

1 油氣回收技術(shù)

在國外，從20 世紀(jì)60 年代起，石油行業(yè)就開始研究油氣回收技術(shù)，并將這種技術(shù)作為降低油品蒸發(fā)損耗的措施進(jìn)行推廣。在我國，從20 世紀(jì)80 年代起，國家相關(guān)部門就開始組織行業(yè)內(nèi)進(jìn)行這方面的研究與開發(fā)，同時(shí)引進(jìn)油氣回收技術(shù)上的各種設(shè)備[1]。目前實(shí)現(xiàn)了油氣回收且保證一定回收率的方法主要有活性炭吸附法﹑有機(jī)溶劑吸收法（常壓常溫法和常壓低溫法）﹑直接冷凝法和膜技術(shù)分離法[2]。

活性炭吸附法是采用活性炭或者其他高效吸附劑，通過分離油氣中的揮發(fā)性烴類等有機(jī)物氣體與空氣，并使用吸收劑吸收烴類等有機(jī)物氣體的油氣回收方法[3]。有機(jī)溶劑吸收法主要分為常壓常溫和常壓低溫2 種方法[4]，常壓常溫法是利用各種不同油氣在吸收劑中溶解度的不同，來實(shí)現(xiàn)油氣與空氣的分離，再利用烴類物質(zhì)吸收油氣，在真空狀態(tài)下解吸出的油氣被貧油吸收，轉(zhuǎn)化為富油，達(dá)到回收油氣的目的。常壓低溫法是利用冷凍機(jī)將吸收液冷卻至低溫（-30℃以下）后，在吸收塔內(nèi)對油氣進(jìn)行噴淋﹑吸收的一種方法。直接冷凝法是通過物理反應(yīng)，直接將油氣在低溫狀態(tài)下凝結(jié)成液體回收，或者在高壓狀態(tài)下凝結(jié)成液體并回收的一種方法。膜技術(shù)分離法是利用烴類等有機(jī)物氣體與空氣在膜內(nèi)具有不同的擴(kuò)散特性，來實(shí)現(xiàn)油氣分離的一種方法，這種擴(kuò)散特性就是我們講的滲透速率。

以上介紹的這4 種油氣回收方法各有優(yōu)缺點(diǎn)?；钚蕴课椒夹g(shù)成熟﹑成本低，但是對活性炭的使用壽命﹑安全使用要求較高，運(yùn)行成本較高，特別是活性炭的吸附能力直接影響了油氣回收率，如果回收的油氣中含有固體顆粒，還必須增加固體顆粒預(yù)處理設(shè)施。

有機(jī)溶劑吸收法中常壓低溫法有較高的油氣回收率，但需要使用耐低溫鋼材以及添加制冷設(shè)備，前期資金投入量較大。常壓常溫法回收油氣效果明顯，但最后環(huán)節(jié)需要貧油吸收油氣，產(chǎn)生的富油較難處理，故常壓常溫法油氣回收有一定的使用局限性。

直接冷凝法回收的油氣最純凈，但需要在低溫下才能有很高的回收率，回收過程能耗較高，且需要使用耐低溫材料，對低濃度油氣回收效果不明顯。

膜技術(shù)分離法油氣回收適用范圍廣，流程簡易，且操作非常簡單，但對高分子膜材料要求很高，對高分子膜材料的研究投入較大，設(shè)備投入資金較大[5]，國產(chǎn)化程度不高。這幾種油氣回收技術(shù)的回收率及國產(chǎn)化程度排名見圖1。

圖1 4 種油氣回收法回收率及國產(chǎn)化程度比較

2 溶劑吸收法工藝特點(diǎn)

有機(jī)溶劑吸收法油氣回收有常壓常溫吸收法和常壓低溫吸收法2 種方法。本文主要介紹常壓常溫溶劑吸收法油氣回收設(shè)施在裝車系統(tǒng)中的應(yīng)用。

常壓常溫溶劑吸收法工藝是利用油氣中的空氣和純油氣在常溫﹑常壓下在專用吸收劑中溶解度不同的特性，利用專用吸收劑吸收油氣中的純油氣，實(shí)現(xiàn)油氣中純油氣與空氣的分離；然后將吸收純油氣的專用吸收劑輸送到真空條件下，使純油氣從吸收劑中解吸出來，實(shí)現(xiàn)純油氣與吸收劑的分離以及專用吸收劑的再生；通過貧油將解吸出來的純油氣吸收，從而達(dá)到油氣轉(zhuǎn)化為富油的目的。

該方法在常壓常溫下進(jìn)行，對操作環(huán)境沒有特殊要求，整個工藝過程簡單，便于操作，設(shè)計(jì)可操作空間大，可以回收各種混合油氣。

3 溶劑吸收法工藝在裝車系統(tǒng)中的應(yīng)用

溶劑吸收法油氣回收工藝常見于煉廠鐵路及公路裝車系統(tǒng)，是與火車大鶴管﹑汽車小鶴管相互配套的環(huán)保節(jié)能設(shè)施，以密閉裝車條件下產(chǎn)生的油氣為原料，對裝車油氣進(jìn)行回收的環(huán)保生產(chǎn)裝置。按照Q/SH 0117-2007，油氣回收系統(tǒng)工程技術(shù)導(dǎo)則的要求，煉油廠罐區(qū)的油氣回收處理設(shè)施靠近裝車站區(qū)域布置。

當(dāng)密閉裝車作業(yè)開始后，裝車作業(yè)產(chǎn)生的油氣利用裝車過程中槽車內(nèi)產(chǎn)生的微正壓，經(jīng)槽車密閉系統(tǒng)及油氣管線進(jìn)入吸收塔的底部，再經(jīng)塔內(nèi)填料向吸收塔的頂部流動。此時(shí)將真空解吸塔中的油氣回收專用吸收劑，通過循環(huán)泵輸送到吸收塔頂部，專用吸收劑依靠自身重力從塔頂流向塔底部，并在填料層內(nèi)與流經(jīng)吸收塔的裝車油氣逆向接觸，裝車油氣中的純油氣被專用吸收劑吸收，并隨吸收劑流向吸收塔底部（吸收塔塔底液位控制在30%～60%之間）；流動到吸收塔頂部的裝車油氣中的絕大部分輕烴組分已被吸收劑吸收，剩余的尾氣經(jīng)吸收塔頂部的阻火器排放到大氣中，此過程實(shí)現(xiàn)了裝車油氣中的空氣與純油氣的分離。

由于吸收塔內(nèi)部壓力為微正壓，而真空解吸塔內(nèi)部的絕對壓力為3～4kPa，流動到吸收塔底部的吸收劑，在壓差的作用下，由溶劑泵通過相應(yīng)管線由吸收塔底部進(jìn)入到真空解吸塔中，由于此時(shí)真空解吸塔為高真空狀態(tài)，被吸收劑吸收的油氣解吸與吸收劑脫離，生成為氣態(tài)的純油氣（真空解吸塔液位最好控制在10%～50%之間）。此過程實(shí)現(xiàn)了油氣與吸收劑的解吸分離及吸收劑的再生。

真空解吸塔中解吸的純油氣，經(jīng)真空機(jī)組輸送到再吸收塔底部，進(jìn)入再吸收塔的油氣由塔底流向塔頂部，通過貧油泵將貧油輸送到再吸收塔的頂部，貧油在塔內(nèi)依靠重力流向塔底部，當(dāng)流經(jīng)塔內(nèi)填料層時(shí)，與流經(jīng)此處的油氣逆向接觸，油氣被貧油吸收變成富油，并流向塔的底部，最后由富油泵輸送至儲罐中，此過程實(shí)現(xiàn)了將純油氣轉(zhuǎn)化為富油（再吸收塔的塔底富油液位保持在30%～60%之間）。

真空解吸的純凈油氣，在再吸收塔內(nèi)大部分液化成富油被回收，有少量未被吸收的純油氣到達(dá)再吸收塔的頂部，并從再吸收塔的頂部，經(jīng)相應(yīng)管線返回到吸收塔的底部，再次被吸收劑吸收。

4 溶劑吸收法工藝原則流程圖

常壓常溫溶劑吸收法油氣回收裝置，整個工藝過程實(shí)現(xiàn)了吸收劑吸收—純油氣與空氣分離—純油氣與吸收劑解吸分離﹑吸收劑解吸再生—純油氣吸收轉(zhuǎn)化，最終達(dá)到油氣回收的目的，即吸收→分離→解析→轉(zhuǎn)化→回收的過程[6]。

常壓常溫溶劑吸收法油氣回收裝置具體原則流程圖見圖2，裝置主要設(shè)備見表1 和表2。

圖2 溶劑吸收法油氣回收原則流程圖

表 1 裝置主要塔器設(shè)備

表 2 裝置主要機(jī)泵設(shè)備

5 溶劑吸收法油氣回收實(shí)際使用效果

下面對該常壓常溫溶劑吸收法油氣回收裝置在裝車過程中油氣回收效果做具體測試。在溶劑吸收法油氣回收裝置運(yùn)行時(shí)，對裝車系統(tǒng)來料油氣及排放尾氣進(jìn)行采樣，測得的3 組油氣濃度數(shù)據(jù)見表3，采樣及分析期間環(huán)境參數(shù)見表4。

表 3 裝置進(jìn)、出口油氣濃度表

表 4 環(huán)境參數(shù)表

用公式(1)﹑(2)將該吸收法油氣回收裝置進(jìn)﹑出口氣體樣的非甲烷總烴質(zhì)量平均濃度轉(zhuǎn)換為干排氣油氣平均濃度[7]，

式中：C進(jìn)口樣為進(jìn)口氣體樣油氣質(zhì)量平均濃度；C出口樣—出口氣體樣油氣質(zhì)量平均濃度；Bα，tf，Pf見表4。

計(jì)算得：C進(jìn)口=440.05g·m-3，C出口樣=11.47g·m-3。

用公式(3)﹑(4)將干排氣進(jìn)口與出口油氣質(zhì)量平均濃度轉(zhuǎn)換為體積分?jǐn)?shù)。

式中：φ進(jìn)口為標(biāo)態(tài)下干排氣中進(jìn)口油氣體積分?jǐn)?shù)；φ出口為標(biāo)態(tài)下干排氣中出口油氣體積分?jǐn)?shù)；22.4為標(biāo)態(tài)下摩爾數(shù)和體積量的轉(zhuǎn)換系數(shù)，L·mol-1；M進(jìn)口為干排氣中進(jìn)口油氣的平均分子量，取65；M出口為干排氣中出口油氣的平均分子量，取45。

計(jì)算得：φ進(jìn)口=0.1516，φ出口=0.0057。

該溶劑吸收法油氣回收裝置處理效率的計(jì)算公式為：

式中：E 為油氣回收處理效率。

計(jì)算得：E=97.78%。

所以，常壓常溫溶劑吸收法油氣回收工藝在裝車系統(tǒng)中油氣回收處理效率能達(dá)到97.78%，滿足GB 20950-2007，儲油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中要求：尾氣中非甲烷總烴含量≤25g·m-3，油氣回收處理率≥95%的指標(biāo)。

6 溶劑吸收法油氣回收經(jīng)濟(jì)效益分析

對該常壓常溫溶劑吸收法油氣回收裝置在裝車過程中油氣回收的經(jīng)濟(jì)效益做簡單分析，按照目前公司實(shí)際生產(chǎn)情況測算，油品裝車量達(dá)900m3·h-1，油品在裝車作業(yè)期間有0.1%裝車損耗率[8]，裝置97.78%回收率，年運(yùn)行2000h。

該吸收法油氣回收工藝回收油氣年價(jià)值估算：

年回收油氣量= 900×2000×0.659×0.1%×97.78%= 1159.86t·a-1

年回收油氣的經(jīng)濟(jì)價(jià)值=1159.86×5500=6379264 元

常壓常溫溶劑吸收法油氣回收裝置生產(chǎn)運(yùn)行期間，主要消耗循環(huán)冷卻水﹑電，另外還需要考慮專用吸收劑損耗，設(shè)備折舊(設(shè)備按10 年凈殘值5%計(jì)算運(yùn)行成本單價(jià)表見表5，運(yùn)行成本消耗表見表6。

表 5 成本單價(jià)表

表 6 成本消耗表

循環(huán)水年耗=60×2000×0.1=12000 元

電能年耗=900×2000×0.3×0.4=216000 元

專用吸收劑年耗=50×200=10000 元

所以，按照目前裝車生產(chǎn)量及運(yùn)行時(shí)間，除去運(yùn)行消耗及設(shè)備折舊，該套溶劑吸收法油氣回收裝置在裝車生產(chǎn)作業(yè)中年回收油氣效益可達(dá)552 萬元，有較好的回收效益。

7 結(jié)語

1）有機(jī)溶劑常壓常溫吸收法油氣回收前期投入少，系統(tǒng)技術(shù)成熟，油氣回收處理率高，設(shè)備可實(shí)現(xiàn)全國產(chǎn)化，與其他3 種油氣回收方法比較有較高的綜合性能，可作為首選推廣技術(shù)。

2）該方法需要處理吸收純油氣后的富油，所以該方法尤其適用于煉油企業(yè)。

3）整個油氣回收工藝過程可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程一鍵啟動及連鎖反應(yīng)，在有裝車作業(yè)時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟動，裝車作業(yè)結(jié)束后可連鎖停車，可以大大降低人工勞動強(qiáng)度及人工成本，其實(shí)際運(yùn)行效果比較明顯。

[1] 黃維秋，鐘泰.油氣回收技術(shù)分析與比較[J].化學(xué)工程，2005(5)：56-59.

[2] 李巨峰，陳義龍，李斌蓮，等.油氣回收技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及其在我國的應(yīng)用前景[J].油氣田環(huán)境保護(hù)，2006(1)：1-3.

[3] 張建偉，王惠勤，何龍輝，等.GB 50759-2012 油品裝載系統(tǒng)油氣回收設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：中國計(jì)劃出版社，2012.

[4] 高君.油氣回收技術(shù)淺析[J].化工科技市場，2008(5)：22-25.

[5] 李榮強(qiáng)，劉國榮，周季乾，等.油氣回收技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].過濾與分離，2009(3)：45-48.

[6] 趙書華，黃維秋，徐燕平，等.常溫常壓吸收法油氣回收裝置的開發(fā)與應(yīng)用[J].江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006(4)：8-10.

[7] GB 20950-2007，儲油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[8] GB 11085-1989，散裝液態(tài)石油產(chǎn)品損耗[S].