碼頭原油油氣回收吸收劑的對(duì)比應(yīng)用

高建豐，蔡雅雯

(浙江海洋學(xué)院石化與能源工程學(xué)院，浙江　舟山　316000)

?

碼頭原油油氣回收吸收劑的對(duì)比應(yīng)用

高建豐，蔡雅雯

(浙江海洋學(xué)院石化與能源工程學(xué)院，浙江舟山316000)

為了研究針對(duì)碼頭運(yùn)輸原油的高效油氣回收，通過對(duì)國內(nèi)外各種吸收劑的特性進(jìn)行了分析對(duì)比，研究了常見的四種油氣回收工藝，即有機(jī)溶劑吸收法，膜技術(shù)分離法，活性炭吸附法，和低溫冷凝法，結(jié)果得出有機(jī)溶劑吸收法工藝最適合碼頭原油的油氣回收，最終對(duì)有機(jī)溶劑吸收工藝提出了優(yōu)化方案并對(duì)吸收法未來方向進(jìn)行了討論。

油氣回收吸收劑;溶劑吸收法;吸收工藝

當(dāng)前中國原油對(duì)海外有較強(qiáng)依賴，而且由于國內(nèi)環(huán)境壓力趨緊，在這種背景下構(gòu)建新的能源戰(zhàn)略體系亟待提上日程。國際原油價(jià)格的下跌，給我國增加石油進(jìn)口提高戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備能力提供了一個(gè)極好的機(jī)會(huì)。中國海關(guān)總署最新數(shù)據(jù)顯示，2015年上半年的4月及6月，中國原油進(jìn)口量單月超越美國。中國今年7月進(jìn)口原油3071萬噸，同比大增29%，創(chuàng)歷史新高。國家能源局的最新數(shù)據(jù)顯示，今年上半年，中國進(jìn)口原油1.6億噸，同比增長7.5%；進(jìn)口天然氣302億m3，同比增長5.5%。數(shù)據(jù)顯示出中國正在趁國際油價(jià)走低進(jìn)一步加快原油儲(chǔ)備。中國原油進(jìn)口量的增加也就意味著石油儲(chǔ)備基地的增加，意味著原油運(yùn)輸量的增加。原油由于含有的輕烴組分比較多，屬于甲型B類易燃物質(zhì)，具有強(qiáng)烈的揮發(fā)性。在煉制、儲(chǔ)運(yùn)等過程中，不可避免會(huì)有一部分油氣逸散到空氣中，嚴(yán)重污染環(huán)境，更威脅人身的健康。這些油蒸氣與空氣混合產(chǎn)生的油氣混合物濃度很容易達(dá)到爆炸極限，一旦遇到火源就有可能產(chǎn)生著火或爆炸，造成重大生命和財(cái)產(chǎn)損失。因此，開展碼頭油氣回收工作刻不容緩。本文主要介紹了溶劑吸收法的油氣回收方式。

1　有機(jī)溶劑吸收法

原油蒸氣蒸發(fā)排放出的是油氣和空氣的混合氣。要實(shí)現(xiàn)油氣回收，關(guān)鍵技術(shù)在于怎樣分離(油)蒸氣和空氣[1]。(油)蒸氣與空氣的分離回收方法有吸附法、吸收法、冷凝法及膜分離法等，在大多數(shù)情況下是多種方法聯(lián)合應(yīng)用。

(1)吸附法：吸附分離過程是利用混合物中各組分與吸附劑間結(jié)合力的不同使油氣與空氣分離的過程。這主要是利用了混合物中各組分與吸附劑間結(jié)合力強(qiáng)弱差別的原理。吸附分離的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以使尾氣濃度控制在很小的指標(biāo)內(nèi)，但缺點(diǎn)為進(jìn)口濃度難以達(dá)到很大，從而影響到處理量。不同活性炭吸附熱效應(yīng)都很明顯，吸附床溫度可升達(dá)70～80℃。

(2)吸收法：吸收是有機(jī)化合物從富氣進(jìn)入液體吸收劑(又稱貧液)之中的傳質(zhì)過程。高濃度烴蒸氣從下部進(jìn)入吸收塔與吸收塔內(nèi)的吸收劑逆流接觸，由于烴蒸氣在吸收劑中具有一定的溶解度而被吸收劑吸收。吸收劑就是一般的貧油溶劑，如汽油、柴油或可以再生的溶劑[2]。

(3)冷凝法：在維持一定的壓力、降低烴蒸汽的溫度或在一定溫度下、增加烴蒸汽的壓力在冷凝器內(nèi)使得烴蒸汽冷凝得以回收烴類化合物。一般利用制冷劑或冷凝劑借助熱交換器進(jìn)行傳熱冷凝回收。冷凝法可直接回收到油品，原理簡(jiǎn)單，但由于間接傳熱，制冷溫度要求較低(-70℃以下)才能保證有較高的回收率(90%)，相應(yīng)的裝置復(fù)雜(主要是制冷系統(tǒng))、成本較高。冷凝法的最大優(yōu)點(diǎn)就是回收的烴類液體不含雜質(zhì)(活性碳吸附法回收的烴含有碳，吸收法回收的烴含有吸收劑)。缺點(diǎn)就是，必須在很低的溫度下才能達(dá)到較高的回收率，能耗高。冷凝法適用于高濃度烴蒸氣的回收[3]。

(4)膜分離法：膜分離法主要是利用氣體組分分子大小不同及在薄膜內(nèi)的擴(kuò)散能力的不同即滲透速率的不同來實(shí)現(xiàn)烴分子與空氣的分離。膜分離法的回收效率跟烴蒸氣的濃度、預(yù)壓縮的壓力、膜的結(jié)構(gòu)及其材料的選擇性能有關(guān)。膜分離法具有流程簡(jiǎn)單、回收率高、能耗低，無二次污染、占地面積小及操作簡(jiǎn)便等諸多優(yōu)點(diǎn)，但投資過高。如果所處理的含烴氣體中的油氣濃度比較高、流量大及排放要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，為克服單一油氣回收方法的缺點(diǎn)，可采用上述幾種基本回收方法的組合方案來實(shí)現(xiàn)油氣的回收，較典型的組合方法有吸收—吸附組合方法和冷凝—吸附組合方法。國外碼頭油氣回收技術(shù)成熟，其中吸收一吸附法占主流[4]?，F(xiàn)有的油氣回收技術(shù)主要有有機(jī)溶劑吸收法，膜技術(shù)分離法，活性炭吸附法，和低溫冷凝法。詳細(xì)的四種工藝對(duì)比見表1。

表1　油氣回收工藝對(duì)比圖

每一種油氣處理方法各有特色和相對(duì)的適用范圍。而大型碼頭原油運(yùn)輸排放的油氣屬于揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)，主要成分含有烴類，硫化物，苯類等有機(jī)混合物。因具有排放量大，有機(jī)物成分毒害性強(qiáng)等特點(diǎn)，一般采用其中有機(jī)溶劑吸收法吸收油氣。根據(jù)吸收法的技術(shù)特點(diǎn)，可廣泛適用于大型原油碼頭，大型油庫，煉油廠等排放高濃度油氣的場(chǎng)所。

吸收法吸收油氣屬于物理方法，利用油氣中各組分在有機(jī)吸收劑中溶解度的不同而將油氣中的輕烴組分進(jìn)行吸收。國內(nèi)的吸收法主要采用柴油作為吸收劑[5]；常州大學(xué)的黃維秋教授研發(fā)的ABSFOV-97吸收劑在油氣吸收領(lǐng)域也產(chǎn)生了很好的效果。中國石化銷售公司曾引進(jìn)日本丸善石油工程公司的油氣回收裝置，吸收溶劑為索維爾液(SOVAL液)。該液體為添加了某些有機(jī)物的石油產(chǎn)品，具有吸附力強(qiáng)，解析后殘留低的特點(diǎn)，且損耗低，可長期循環(huán)使用。

有機(jī)溶劑吸收技術(shù)基本原理：根據(jù)專用吸收劑對(duì)空氣和油氣吸收能力的不同，在常溫常壓下實(shí)現(xiàn)油氣與空氣的分離，利用低標(biāo)號(hào)汽油循環(huán)吸收油氣，將油氣轉(zhuǎn)化為成品油。

裝置構(gòu)成：主要由吸收塔，真空解吸罐，再吸收塔，真空機(jī)組，溶劑泵，貧油泵和富油泵等構(gòu)成。如圖1所示。

圖1　有機(jī)溶劑吸收技術(shù)裝置

2　吸收劑的選擇及對(duì)比

(1)吸收劑物性參數(shù)見表2。

表2　各種吸收劑的物性對(duì)比

(2)根據(jù)以上各吸收劑的物性參數(shù)及收集的相關(guān)資料分析可知：

輕柴油：回收率偏低，用量大，自身揮發(fā)損耗量大，尤其在夏天使用。

煤油：吸附后容易飽和需要經(jīng)常更換。

這些吸收劑靜態(tài)吸收汽油蒸汽的效果較好，但是考慮到其綜合物性指標(biāo)，則認(rèn)為ABS-2和ABS-1應(yīng)作為首選吸收劑[6]。解決吸收劑高活性保持，延長使用壽命等關(guān)鍵問題可以保證油氣經(jīng)回收后排放到大氣中的含量≤25 g/m3。

3　工藝優(yōu)化方案

吸收法吸收油氣主要優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，流程簡(jiǎn)單，回收率高，安全可靠，投資高，自動(dòng)化水平高，操作方便，系統(tǒng)配套，可全部國產(chǎn)化。缺點(diǎn)是設(shè)備占地面積大，裝機(jī)功率大，運(yùn)行能耗高，維修不變。該方法在工藝上尚可進(jìn)行下列優(yōu)化：

(1)降低吸收液溫度

在恒定的溫度與壓強(qiáng)下，使一定量的吸收劑與揮發(fā)油氣相

接觸，揮發(fā)油氣便向液相轉(zhuǎn)移，直至液相中溶質(zhì)達(dá)到飽和，濃度不再增加為止，而通過低溫吸收的方式可提高回收組分的含量。根據(jù)劉忠生在《柴油低溫臨界吸收油氣回收技術(shù)的應(yīng)用》一文中提到，柴油吸收溫度過高或過低都不利于油氣回收，最佳溫度在-5～15℃；若選擇催化裂化柴油或者常二線柴油餾分油作為吸收油，溫度在11～18℃最適宜，此時(shí)液氣比為75～200 L/m3的條件下，回收率可以達(dá)到95%以上[7]。

(2)吸收塔填充材料的選擇與改進(jìn)

我國長嶺煉油廠開發(fā)的一套油氣回收裝置采用高規(guī)整碳鋼材質(zhì)的孔板波紋填料作為吸收塔填料，選用成品柴油作為吸收劑，油氣回收的效率達(dá)到95%左右。

(3)富油連接去鍋爐房提供能量

在鍋爐旁一帶建回收裝置，收集起來的油氣通過處理后，一部分達(dá)標(biāo)排放，另一部分回收吸附提純后用作鍋爐燃料生產(chǎn)蒸汽，供庫區(qū)以及碼頭其他裝置使用。

4　展　望

隨著我國對(duì)環(huán)境保護(hù)和人體身心健康的日益重視，各行各業(yè)對(duì)有害氣體的排放要求也日益嚴(yán)苛。吸收法油氣回收技術(shù)因具有操作相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低的優(yōu)點(diǎn)在油氣回收領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是這種技術(shù)也存在很多不足的地方，由于原油成分的種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相對(duì)于成品油的油氣吸收，國內(nèi)尚未研發(fā)出一種針對(duì)原油油氣吸收的高效吸收劑。因此，在對(duì)油氣回收技術(shù)深入研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)該不斷吸收國外的先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)出一款適用于我國國內(nèi)原油吸收的高效吸收劑。

[1]黃維秋,劉海.超聲波技術(shù)優(yōu)化油氣回收系統(tǒng)的研究[J]．石油庫與加油站，2006,3(15):36-38.

[2]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)，2006,18(4):8-10.

[3]毛紅艷,曹英斌,高小靜,等.低溫吸收技術(shù)在回收裝車揮發(fā)油氣中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代化工，2006,26(2):54-56.

[4]張湘平，劉潔波.吸收法和吸附法油氣回收技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用[J].石油化工環(huán)境保護(hù)，2006,29(3)：57-61.

[5]楊正山.柴油吸收法油氣回收裝置的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用[J].煉油技術(shù)與工程，2007,37(5):40-42.

[6]董軍波，黃維秋，白秋云,等.吸收法油氣回收系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].石油與天然氣化工，2008,37(1):9-11.

[7]劉忠生，廖昌建,方向晨,等.柴油低溫臨界吸收油氣回收技術(shù)的應(yīng)用[J].石油煉制與化工，2013,44(8):37-40.

Comparison and Application of Absorbents for Vapor Recovery of Crude Oil in the Dock

GAO Jian-feng,CAI Ya-wen

(School of Petrochemical & Energy Engineering,Zhejiang Ocean University,Zhejiang Zhoushan 316000,China)

For the transportation of crude oil in the dock,four common methods of vapor recovery were researched by mainly giving an analysis and comparison to the characteristics of absorbents at home and abroad.These four methods were the methods of organic solvent absorption,membrane separation,activated carbon adsorption and cryogenic condensation.The method of solvent absorption was the most suitable to the vapor recovery of crude oil.The optimal solution for the method of solvent absorption was also proposed and a discussion on directions of the future was given.

absorbents for vapor recovery; the method of solvent absorption; absorption process

高建豐(1966-)，工學(xué)博士，高級(jí)工程師，碩士生導(dǎo)師，后勤工程學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)畢業(yè)，主要從事油氣儲(chǔ)運(yùn)和安全技術(shù)研究。

TE85

A

1001-9677(2016)06-0020-03