港口碼頭油氣回收技術(shù)的發(fā)展

■ 張君名

港口碼頭油氣回收技術(shù)的發(fā)展

■ 張君名

0 引 言

油氣回收是指按照規(guī)范的標準對石油在加工、儲運、銷售及使用過程中所揮發(fā)的烴類氣體進行收集、處理，消除油氣的大量散發(fā)以避免安全事故、大氣污染和油品損失。油庫作為油品作業(yè)的主要場所，開展油庫油氣回收技術(shù)應(yīng)用的研究具有實際意義。自20世紀70年代起，發(fā)達工業(yè)國家開始研究油氣回收技術(shù)并設(shè)計出油氣回收裝置，中國在80年代左右也開始對吸收法油氣回收技術(shù)進行研究，并根據(jù)國內(nèi)當(dāng)時技術(shù)設(shè)備的情況，開發(fā)出以輕柴油、低溫汽油作吸收劑的吸收法油氣回收裝置。隨著近年來環(huán)保意識的不斷提高，我國政府不斷加大環(huán)保工作力度，到目前為止，北京和上海的部分油庫都安裝了油氣回收裝置。

1 油氣回收的必要性

1.1 油氣回收的環(huán)境效益

隨著全球氣候變暖、能源緊張，氣候變化和生態(tài)安全已成為國際社會普遍關(guān)注的全球性問題。我國政府提出了到 2020 年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值 CO2排放比2005年下降 40%～45%的目標。黨的十六屆六中全會提出建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會 的要求，黨的十八大提出將生態(tài)文明納入“五位一體”的總要求中，將“綠色發(fā)展”提到了前所未有的高度。

我國為能源消耗大國，每年需大量進口石油類產(chǎn)品。僅 2011 年，進口原油就達 2.5 億t。油氣中不僅含有大量的烴組份，同時也含有可吸入顆粒物 PM10 和 PM2.5，大量的油氣排放到空氣中，除造成環(huán)境污染外，還會增加霧霾天氣出現(xiàn)的概率。油氣被紫外線照射后釋放毒氣等級升高，受污染的空氣和水被人接觸后會嚴重危害人體健康。有研究表明，長期從事加油等揮發(fā)性作業(yè)人群的異常發(fā)病率高于普通人群。此外，油氣為易燃物，混合氧氣存在于空氣中時，容易達到含氧量 8%的臨界值而發(fā)生爆炸危險。

1.2 油氣回收的經(jīng)濟效益

以大連港東港區(qū)油品碼頭及配套設(shè)施遷建工程油氣回收工程為例，該工程年汽油裝船量為200 萬t，汽油揮發(fā)量按0.08%計，油氣回收處理率95%，該項目投產(chǎn)后汽油年回收量為1 520 t，每年節(jié)省標準煤2 234 t，減少二氧化碳排放為5 854 t。根據(jù)碼頭年汽油裝船量、汽油揮發(fā)量和回收處理率計算，本項目投產(chǎn)后年汽油年回收量1 520 t，經(jīng)調(diào)和后即可作為汽油使用。油氣回收產(chǎn)生的大量汽油，具有較高經(jīng)濟價值，可作為碼頭收入提高碼頭運營效益。

2 油氣回收技術(shù)方法

油氣回收處理工藝主要包括循環(huán)回路法、吸附法、吸收法、冷凝法和膜法油氣回收工藝等。

1.1 循環(huán)回路法

該處理工藝是在收、發(fā)油容器的頂部連接一條氣體管道，使其與工藝管道共同組成密閉的回路。油品從發(fā)油容器沿管道泵送到收油容器，同時將收油容器中的氣體置換回發(fā)油容器。

1.2 吸附法

吸附法是使含烴混合氣在常溫常壓下流經(jīng)吸附床，與吸附劑接觸，從而使混合氣中的烴類蒸氣吸附于吸附劑中，排出混合氣中的空氣。當(dāng)吸附劑中的烴含量達到或接近飽和時，對其解吸、再生，回收油品，吸附劑重新使用。

1.3 吸收法

吸收法包括常壓常溫吸收法與常壓低溫吸收法。常壓常溫吸收法是在常壓常溫下，利用餾出輕組分的汽油（或廢油）、煤油系溶劑、輕柴油、特制有機溶劑等易吸收油氣的吸收液，在吸收塔內(nèi)與混合氣噴淋接觸以溶解吸收其中的油氣。常壓低溫吸收法是使用冷凍機將吸收液冷卻到低溫，然后送到吸收塔對混合氣進行噴淋，利用物理降溫方法回收油氣 。

1.4 冷凝法

冷凝法是采用多級連續(xù)冷卻方法降低揮發(fā)油氣的溫度，使油氣中的輕油成分凝聚為液體而排出潔凈空氣的一種回收方法。冷凝法回收裝置的冷凝溫度一般按預(yù)冷、機械制冷、液氮制冷等步驟來實現(xiàn)。

1.5 膜法

將收集的油氣貯存在氣柜中，針對不同油品的分子大小選擇好適合孔徑的膜，油蒸氣與空氣混合氣的薄膜分離，主要是利用了油氣和空氣分子透過高分子膜片時的傳遞速率的差異（油氣比空氣優(yōu)先透過），實現(xiàn)兩者的分離。濾出的空氣被直接排入大氣中，濃縮的油氣被送入吸收塔進行反復(fù)噴淋吸收，未吸凈的油氣被送回膜重復(fù)處理。

3 油氣回收技術(shù)發(fā)展

隨著全球環(huán)保意識的增強，各國對油氣回收裝置尾氣排放要求也越來越嚴，單一的一種油氣回收技術(shù)和工藝，逐漸顯露出其缺點。例如，對于尾氣中非甲烷總烴允許排放標準，瑞士最初執(zhí)行的是 35 g/Nm3，當(dāng)初安裝了許多套活性炭再生吸附法油氣回收裝置；但2002年后瑞士執(zhí)行更加嚴格的標準150 mg/Nm3，單一的活性炭再生吸附法不再能夠滿足要求，目前大多數(shù)處理工藝采用“吸附+吸收”，即“活性炭吸附＋貧油吸收”的處理工藝（見圖1）。

圖 1 “吸附+吸收”處理工藝

油氣首先進入回收裝置中已裝滿活性炭吸附塔中的一個，空氣—油氣混合氣體中的碳氫化合物被吸到活性炭粒子表面，并在大氣作用下停留?？諝狻蜌饣旌蠚怏w中的空氣成分不受活性炭的影響，通過活性炭后排入大氣，中間不再摻雜碳氫化合物。

當(dāng)空氣—油氣混合氣體通過活性炭吸收表面后，碳氫化合物被吸附到活性炭表面，并停留在活性炭表面出現(xiàn)更大的反向力，這種吸引的現(xiàn)象叫做“吸附”。 在吸附過程中，油氣吸附在活性炭的表面。一旦活性炭接近其吸附極限，炭床必須再生，以繼續(xù)作為吸附劑發(fā)揮作用。通過暴露在高真空（負壓）下的方式使活性炭再生。高真空能產(chǎn)生足夠大的解吸能量破壞烴分子和活性炭顆粒間的分子力，使碳氫 化合物從活性炭顆粒中釋放出來，并通過活性炭顆粒間真空作用從炭床底部流出。這種再生現(xiàn)象叫做“解吸”。從活性炭中解吸出來的油氣被送入吸收塔，在吸收塔中，濃縮碳氫化合物不斷向上運動，穿過填料層。同時成品汽油從塔頂流下，向下流過填料，填料為向下流動成品汽油和向上運動的油氣提供了足夠大的接觸表面積。接觸過程使?jié)饪s的氣相碳氫化合物不斷在液體油品中溶解，這種現(xiàn)象叫做“吸收”。

上述，油氣在回收裝置中的吸附、解吸和吸收過程被稱作“吸附＋吸收”處理工藝。

4 油氣回收安全隱患及處置

4.1 平面位置

船岸對接模塊和油氣回收裝置與已建相鄰構(gòu)筑物、道路、消防車回車場等安全距離應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4.2 操作過程

油氣回收設(shè)施用于汽油裝船過程產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物 VOCs 進行回收處理，其回收介質(zhì)為氣態(tài)汽油、處理后產(chǎn)品為液態(tài)汽油，操作過程如有不慎將會引起安全事故。

船岸對接模塊（DSU）是船舶油氣返回接口與油氣回收裝置連接單元之一，保證船舶產(chǎn)生的油氣安全輸送至油氣回收裝置。

首先船艙內(nèi)產(chǎn)生的油氣等通過軟管進入船岸對接模塊，汽油通過船岸對接模塊中高精度過濾器時，可以將油氣中夾帶的 10 μm 以上的顆粒去除，從而可以降低油氣中顆粒物對后續(xù)鼓風(fēng)機模塊產(chǎn)生良影響，之后油氣經(jīng)阻爆器后進入鼓風(fēng)機模塊，在鼓風(fēng)機模塊中的引風(fēng)機抽送至油氣回收裝置進行處理，阻爆器主要起阻隔火焰的作用，一旦船岸對接模塊（DSU）或鼓風(fēng)機模塊（VBU）發(fā)生火災(zāi)事故，該阻爆器可以保障鼓風(fēng)機模塊（VBU）和船岸對接模塊（DSU）安全。

同時，在緊急切斷閥前安裝壓力變送器和氧含量分析儀，隨時監(jiān)測船舶和碼頭油氣壓力變化和油氣中的氧含量的變化，氧含量控制在 8%以內(nèi)。在事故狀態(tài)下確保快速切斷，與后續(xù)鼓風(fēng)機模塊（VBU）和油氣回收裝置（VRU）及庫區(qū)裝船泵系統(tǒng)進行緊急停車連鎖控制，保證事故狀態(tài)下船舶和碼頭及油氣回收處理設(shè)施安全。

圖2 油氣回收流程

4.3 綜合管理措施

1）為了保證安全生產(chǎn)，對油氣回收工程中所使用的設(shè)備設(shè)施及其附件，均應(yīng)嚴格進行投產(chǎn)前的質(zhì)量檢驗和投產(chǎn)后的質(zhì)量檢查，質(zhì)量合格才允許使用，以避免或減少設(shè)備設(shè)施的質(zhì)量缺陷；在工程正式投產(chǎn)前，應(yīng)進行試生產(chǎn)，對設(shè)備設(shè)施系統(tǒng)的整體安全性可靠性進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題，立即解決。

2）重大危險源應(yīng)當(dāng)?shù)怯浗n，進行定期檢測、評估、監(jiān)控，并制定應(yīng)急預(yù)案，告知從業(yè)人員和相關(guān)人員在緊急情況下應(yīng)當(dāng)采取的應(yīng)急措施。

3）加強安全設(shè)施，如防雷、防靜電、緊急切斷等，做好消防設(shè)施及檢測報警裝置及控制儀表的定期檢測與日常維護、保養(yǎng)工作，若發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷或故障，應(yīng)及時排除，確保其運行狀態(tài)完好。