吸附+吸收油氣回收工藝實(shí)踐及優(yōu)勢(shì)分析

張克灝（中國石化西安石化分公司）

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吸附+吸收油氣回收工藝實(shí)踐及優(yōu)勢(shì)分析

張克灝（中國石化西安石化分公司）

摘要：吸附+吸收油氣回收工藝是目前油庫及裝卸系統(tǒng)應(yīng)用最廣的成熟的油氣回收技術(shù)，相對(duì)于其他油氣回收技術(shù)，該工藝具有能耗低、處理量大及吸收效率高等優(yōu)勢(shì)，是汽油、鐵路、裝車及大型儲(chǔ)運(yùn)企業(yè)的首選。中國石化西安石化分公司為滿足環(huán)境保護(hù)及安全衛(wèi)生的要求，于2014年建成處理能力為750 m3/h（0℃，101.325 kPa）的鐵路油氣回收系統(tǒng)，采用吸附+吸收工藝。該系統(tǒng)由伸縮囊密閉裝車鶴管及油氣回收裝置組成，自投用以來，取得良好的經(jīng)濟(jì)及環(huán)保效益。該文主要根據(jù)該裝置運(yùn)行實(shí)際情況，結(jié)合工藝管理的實(shí)際情況，為企業(yè)選擇工藝提供指導(dǎo)性建議；同時(shí)，對(duì)可能存在的問題提出改進(jìn)意見。

關(guān)鍵詞：油氣回收；吸附；吸收；解吸

引言

眾所周知，在油品儲(chǔ)運(yùn)過程中，存在著嚴(yán)重的呼吸損失，通常將油罐因?yàn)闇夭钭兓斐傻挠推氛舭l(fā)損失叫做“小呼吸”損失，將油品在收發(fā)作業(yè)時(shí)造成罐內(nèi)壓力變化導(dǎo)致的油品揮發(fā)叫做“大呼吸”損失。對(duì)油品儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)來說，油品的“大呼吸”損失是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于“小呼吸”損失的，特別是在油品裝車環(huán)節(jié)，產(chǎn)生很大的呼吸損失。按2014年全國汽油的表觀消費(fèi)量1×108t計(jì)算，僅在汽油裝卸過程中的損失就達(dá)到30×104t，總價(jià)值超過10億元。我國每年蒸發(fā)的油氣已經(jīng)成為大氣污染不可忽視的重要污染源之一；同時(shí)，油氣裝車揮發(fā)也對(duì)裝卸車人員身體帶來極大危害。因此，建設(shè)油氣回收裝置已成為大型油品儲(chǔ)運(yùn)企業(yè)的共識(shí)。

從節(jié)能及安全環(huán)保方面考慮，目前，世界各國都采取措施來處理這些揮發(fā)性油氣，很多先進(jìn)的西方國家早已使用油回收裝置回收油氣，并使其普遍應(yīng)用于油氣儲(chǔ)運(yùn)場(chǎng)所。北美洲和歐洲早在上世紀(jì)70年代就建立了油氣回收行業(yè)，并制定了逐年嚴(yán)格的油氣排放標(biāo)準(zhǔn)。美國聯(lián)邦環(huán)保局在上世紀(jì)70年代初就制定了環(huán)保法規(guī)，同時(shí)在80年代完善了《空氣環(huán)保法》[1]。按照法規(guī)要求，加油站必須安裝油氣回收系統(tǒng)才能通過環(huán)保檢查，否則不能開業(yè)[2]。我國隨著全民環(huán)保意識(shí)的逐步提高，國家對(duì)城市PM2.5濃度考核更加嚴(yán)格，作為重要污染源，要求各個(gè)地方從油氣揮發(fā)方面對(duì)油品儲(chǔ)運(yùn)部門加大檢查，逐步強(qiáng)制上油氣回收系統(tǒng)。

西安石化分公司于2014年建成油品儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施改造項(xiàng)目及配套鐵路油氣回收系統(tǒng)，并于2015年初經(jīng)過檢測(cè)得到西安市環(huán)保局組織的驗(yàn)收。該裝置采用吸附+吸收工藝，處理能力為750 m3/h，主要回收火車裝汽油過程中的呼吸損失。按每節(jié)車裝車過程中揮發(fā)損失20 kg計(jì)算，每年回收的汽油將近200 t，為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。該套油氣回收系統(tǒng)相比于其他類型油氣回收裝置來說，有著明顯的優(yōu)勢(shì)，是大型儲(chǔ)運(yùn)企業(yè)的首選。

1　各種油氣回收工藝的對(duì)比

1.1吸收法油氣回收工藝

該工藝最重要的設(shè)備就是吸收塔，一般吸收劑選擇柴油等相對(duì)較重的油品，柴油在進(jìn)入吸收塔前一般還要經(jīng)過換熱器冷卻，吸收后的富液往往還要進(jìn)裝置回?zé)?，增加回?zé)挸杀尽?/p>

1.2冷凝法油氣回收工藝

該工藝主要是通過幾級(jí)冷卻器冷卻油氣，做到油氣分離，最終的合格氣相排入大氣。冷卻器的冷源主要通過制冷壓縮機(jī)提供，缺點(diǎn)是制冷壓縮機(jī)能耗較大，該技術(shù)適合揮發(fā)量較小的各類加油站[3]。

1.3膜分離油氣回收技術(shù)

該工藝主要基于膜對(duì)氣體的滲透性，利用一定壓力下混合氣體中各組分在膜中具有不同的滲透速率而實(shí)現(xiàn)分離的，但需要增加壓縮/冷凝過程造成膜兩側(cè)的壓差；缺點(diǎn)就是高負(fù)壓強(qiáng)制氣化，造成液相損失[4]，同時(shí)膜的使用壽命較短，更換頻繁。

1.4吸附+吸收油氣回收技術(shù)

該工藝是目前大型油品儲(chǔ)運(yùn)企業(yè)在產(chǎn)品發(fā)運(yùn)環(huán)節(jié)應(yīng)用最廣的油氣回收技術(shù)。該工藝具有處理量大、操作彈性大、能耗低及吸收效率高等優(yōu)點(diǎn)（表1），是該文推薦的油氣回收方式。

表1　各種油氣回收技術(shù)比較

2　吸附+吸收油氣回收裝置工藝流程

裝置以活性炭作為吸附材料，活性炭的特性是單位體積有著極大的表面積，可以有效地吸附油氣中的烴。由工藝管線流程（圖1）可知，基本的油氣回收裝置是1種變壓吸附流程，它由2個(gè)交替工作的活性炭床組成，活性炭的再生則通過1個(gè)真空泵提供的抽真空操作來完成，并在再生循環(huán)的最后，通過空氣吹掃閥對(duì)炭床進(jìn)行吹掃。再生過程中，從活性炭床解吸下來的油氣首先在真空泵中被壓縮，然后進(jìn)入吸收塔，由進(jìn)油泵輸送的汽油噴淋吸收。系統(tǒng)中所有回收的產(chǎn)品用泵打回汽油儲(chǔ)罐，返回的富汽油在儲(chǔ)罐中被稀釋，相對(duì)于傳統(tǒng)吸收型回收裝置而言，對(duì)油品性質(zhì)影響很小，減少了回?zé)挸杀尽?/p>

圖1　油氣回收裝置工藝流程

該工藝流程短，工藝簡單，由于設(shè)備較少，占地面積較小，投資相對(duì)較少，適合煉廠及大型油品儲(chǔ)運(yùn)企業(yè)。從能耗角度考慮，該工藝流程僅僅是風(fēng)機(jī)、真空解吸泵和富液轉(zhuǎn)油泵需要用電，相對(duì)于冷凝或膜分離法，能耗極小。

3　工藝原理

3.1活性炭吸附

相對(duì)于膜分離法利用膜的選擇性進(jìn)行油氣回收而言，活性炭吸附具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。有些固體對(duì)液體或氣體有一種親和力，這種親和力稱之為黏附力。活性炭是一種黏附力較強(qiáng)的固體，含有大量的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，其每克質(zhì)量內(nèi)部自由表面積高達(dá)2000 m2，因而活性炭是一種優(yōu)良的吸附劑[5]。相對(duì)于膜分離的方法，活性炭吸附是最為穩(wěn)定的，而且活性炭的吸附能力可以通過裝置自由調(diào)節(jié)。

該工藝采用微負(fù)壓操作，避免強(qiáng)制氣化。在活性炭吸附罐罐頂抽出并通過1臺(tái)風(fēng)機(jī)排入大氣。該風(fēng)機(jī)出口即裝置的氣相外排口，通過風(fēng)機(jī)對(duì)活性炭吸附罐形成微負(fù)壓，該微負(fù)壓可使裝車鶴管吸入油氣更加充分，不像膜吸收法等油氣回收法造成高負(fù)壓，使得部分裝入車內(nèi)的汽油液相強(qiáng)制氣化。對(duì)于用流量計(jì)進(jìn)行貿(mào)易交接的儲(chǔ)運(yùn)單位而言，強(qiáng)制氣化無疑會(huì)造成客戶損失，影響賣方信譽(yù)。

在該工藝中，活性炭反復(fù)經(jīng)過吸附+再生過程，為保證活性不衰減，對(duì)活性炭本身品質(zhì)要求很高。目前，國內(nèi)主要采用美國進(jìn)口活性炭，該活性炭具有穩(wěn)定性好，使用壽命長的特點(diǎn)，平均使用年限為5~8年；而同類的國產(chǎn)活性炭使用壽命低，更換頻繁，操作麻煩。

3.2解吸

通過解吸過程可以提高活性炭的利用效率，大大提高活性炭的使用壽命。解吸過程是吸附過程的逆轉(zhuǎn)，被吸附的組分重新釋放，釋放的氣體濃度高于原混合氣的濃度。

3.3吸收

該吸收過程的優(yōu)勢(shì)在于作為吸收劑的汽油來自發(fā)車管線，無須從罐區(qū)引吸收劑專線，相對(duì)于傳統(tǒng)吸收過程需要另外引入柴油作為吸收劑。該工藝的優(yōu)勢(shì)很明顯，吸收后的富汽油可以直接打回成品罐，無須再次回?zé)捇蛘{(diào)和。

4　提高油氣回收效率

4.1鶴管形式的創(chuàng)新

裝車揮發(fā)油氣是否能最大可能進(jìn)入油氣回收系統(tǒng)決定著裝置的回收效率，而鶴管能否密封住裝車口就成為關(guān)鍵。目前裝車鶴管密封技術(shù)較多，比較成功的是鶴管加裝錐型密封罩及氟橡膠囊式密封罩，西安石化采用后一種鶴管形式。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：隨車內(nèi)氣相壓力變化，鶴管囊體隨之升高降低，囊內(nèi)氣相同時(shí)對(duì)囊體下沿即密封罩加壓，使得與罐口接觸面進(jìn)一步密封，使得氣相大部分進(jìn)入油氣回收裝置。

4.2多種方法提高吸附效率

1）為提高氣相進(jìn)氣壓力，裝車時(shí)必須控制同時(shí)裝車的數(shù)量。同時(shí)裝車數(shù)量越多，氣相壓力越小，根據(jù)裝車流量，選擇最優(yōu)的同時(shí)裝車數(shù)量，保證氣相壓力。

2）吸附本身是1個(gè)放熱過程，在裝置投用前，必須對(duì)活性炭進(jìn)行充分鈍化，降低活性炭活性，只有這樣才能降低溫度，提高吸附效率。

3）為提高被吸收氣相組分里烴類含量，必須保證鶴管密封罩密封效果，防止吸入空氣降低油氣濃度[6]。

5　工藝不足及改進(jìn)建議

任何1套工藝裝置都有其不足之處，取長補(bǔ)短，才能發(fā)揮裝置的最大效能。對(duì)于吸附+吸收工藝而言，吸收塔氣相出口未直接排空，而是2次進(jìn)入吸附罐氣相進(jìn)口，使得這一過程外排口減少。但對(duì)吸收塔的吸收效果監(jiān)控不充分，有可能因?yàn)槲招Ч怀浞衷斐?次進(jìn)入吸附罐的烴類濃度過高，造成活性炭不能完全吸收，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)外排氣體烴類濃度超標(biāo)，在對(duì)裝置的監(jiān)控檢測(cè)過程中偶爾就會(huì)出現(xiàn)。因此，控制吸收塔的吸收效果就是該工藝必須改進(jìn)的地方，造成這方面的主要原因如下：

1）吸收劑的溫度過高。作為吸收劑的汽油取自汽油發(fā)車管線，管線內(nèi)的油品溫度可能較高，吸收效果很差；甚至有的汽油進(jìn)入吸收塔后有1部分氣化，這反倒增加了進(jìn)入吸附罐的烴類濃度，不利于吸附。建議有條件的企業(yè)在吸收劑進(jìn)吸收塔前增加1個(gè)循環(huán)水換熱器，在夏季時(shí)降低吸收劑溫度。

2）進(jìn)入吸收塔氣相溫度較高，使得吸收不充分，這主要是由吸附罐溫度過高，吸附過程放熱量大造成的，可以通過調(diào)整解吸時(shí)間降低活性炭活性的辦法加以解決。

6　實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)

由表2可知，該吸附+吸收油氣回收裝置回收效果達(dá)到國家排放要求，說明裝置的設(shè)計(jì)工藝是成功的。

表2　油氣處理裝置非甲烷總烴監(jiān)測(cè)結(jié)果

7　工藝優(yōu)勢(shì)總結(jié)

通過與其他油氣回收工藝比較及本工藝的優(yōu)勢(shì)實(shí)踐可以看出，吸附+吸收工藝在吸收效果、設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用等方面相比其他油氣回收工藝都具有一定優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然該工藝最核心的活性炭是美國進(jìn)口的，費(fèi)用較貴。但相比于每年汽油的回收量來說，比如西安石化，達(dá)到將近200 t，汽油的價(jià)格按4000元/t計(jì)算，每年產(chǎn)生的效益相當(dāng)可觀；對(duì)于5~ 8年更換1次的活性炭來說，這些費(fèi)用是微不足道的。

8　結(jié)束語

油氣回收工藝作為1門新興工藝，在環(huán)保壓力形勢(shì)嚴(yán)峻的今天，選擇1個(gè)適合的油氣回收工藝對(duì)于每1個(gè)油品儲(chǔ)運(yùn)企業(yè)尤為重要，吸附+吸收工藝作為1種成熟的油氣回收工藝應(yīng)該在各大企業(yè)大力推廣。當(dāng)然，操作過程中找到裝置運(yùn)行的平衡點(diǎn)，

積極探索裝置的運(yùn)行規(guī)律，總結(jié)適合本單位的操作方法對(duì)于提高吸收效率、提高裝置的使用壽命也相當(dāng)重要。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯王艷）

收稿日期2015-09-11

作者簡介：張克灝，工程師，2005年畢業(yè)于鄭州大學(xué)，從事油氣儲(chǔ)運(yùn)管理工作，E-mail：84996237@qq.com，地址：陜西省西安市未央?yún)^(qū)建章路北段6號(hào)，710086。

DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2016.02.003