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(biāo)準(zhǔn)對(duì)石油在加工、儲(chǔ)運(yùn)、銷售及使用過(guò)程中所揮發(fā)的烴類氣體進(jìn)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(kù)作為油品作業(yè)的主要場(chǎng)所，開展油庫(kù)油氣回收技術(shù)應(yīng)用的研究具有實(shí)際意義。自20世紀(jì)70年代起，發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家開始研究油氣回收技術(shù)并設(shè)計(jì)出油氣回收裝置，中國(guó)在80年代左右也開始對(duì)吸收法油氣回收技術(shù)進(jìn)行研究，并根據(jù)國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)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(lái)環(huán)保意識(shí)的不斷提高，我國(guó)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(kù)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(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的全球性問(wèn)題。我國(guó)政府提出了到 2020 年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值 CO2排放比2005年下降 40%～45%的目標(biāo)。黨的十六屆六中全會(huì)提出建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會(huì) 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(guó)為能源消耗大國(guó)，每年需大量進(jìn)口石油類產(chǎn)品。僅 2011 年，進(jìn)口原油就達(dá) 2.5 億t。油氣中不僅含有大量的烴組份，同時(shí)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(huì)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(jí)升高，受污染的空氣和水被人接觸后會(huì)嚴(yán)重危害人體健康。有研究表明，長(zhǎng)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(shí)，容易達(dá)到含氧量 8%的臨界值而發(fā)生爆炸危險(xiǎn)。

1.2 油氣回收的經(jīng)濟(jì)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(wàn)t，汽油揮發(fā)量按0.08%計(jì)，油氣回收處理率95%，該項(xiàng)目投產(chǎn)后汽油年回收量為1 520 t，每年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算，本項(xiàng)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(jì)價(jià)值，可作為碼頭收入提高碼頭運(yùn)營(yíng)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(shí)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(dá)到或接近飽和時(shí)，對(duì)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(jī)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(jī)將吸收液冷卻到低溫，然后送到吸收塔對(duì)混合氣進(jìn)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(jí)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(jī)械制冷、液氮制冷等步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.5 膜法

將收集的油氣貯存在氣柜中，針對(duì)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(guò)高分子膜片時(shí)的傳遞速率的差異（油氣比空氣優(yōu)先透過(guò)），實(shí)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(jìn)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(shí)的增強(qiáng)，各國(guó)對(duì)油氣回收裝置尾氣排放要求也越來(lái)越嚴(yán)，單一的一種油氣回收技術(shù)和工藝，逐漸顯露出其缺點(diǎn)。例如，對(duì)于尾氣中非甲烷總烴允許排放標(biāo)準(zhǔn)，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(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)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(jiàn)圖1）。

圖 1 “吸附+吸收”處理工藝

油氣首先進(jìn)入回收裝置中已裝滿活性炭吸附塔中的一個(gè)，空氣—油氣混合氣體中的碳?xì)浠衔锉晃交钚蕴苛Ｗ颖砻?，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(guò)活性炭后排入大氣，中間不再摻雜碳?xì)浠衔铩?/p>

當(dāng)空氣—油氣混合氣體通過(guò)活性炭吸收表面后，碳?xì)浠衔锉晃降交钚蕴勘砻?，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(guò)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(guò)暴露在高真空（負(fù)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?xì)?化合物從活性炭顆粒中釋放出來(lái)，并通過(guò)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(lái)的油氣被送入吸收塔，在吸收塔中，濃縮碳?xì)浠衔锊粩嘞蛏线\(yùn)動(dòng)，穿過(guò)填料層。同時(shí)成品汽油從塔頂流下，向下流過(guò)填料，填料為向下流動(dòng)成品汽油和向上運(yùn)動(dòng)的油氣提供了足夠大的接觸表面積。接觸過(guò)程使?jié)饪s的氣相碳?xì)浠衔锊粩嘣谝后w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(guò)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(duì)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(chǎng)等安全距離應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4.2 操作過(guò)程

油氣回收設(shè)施用于汽油裝船過(guò)程產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物 VOCs 進(jìn)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(guò)程如有不慎將會(huì)引起安全事故。

船岸對(duì)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(guò)軟管進(jìn)入船岸對(duì)接模塊，汽油通過(guò)船岸對(duì)接模塊中高精度過(guò)濾器時(shí)，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(duì)后續(xù)鼓風(fēng)機(jī)模塊產(chǎn)生良影響，之后油氣經(jīng)阻爆器后進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)模塊，在鼓風(fēng)機(jī)模塊中的引風(fēng)機(jī)抽送至油氣回收裝置進(jìn)行處理，阻爆器主要起阻隔火焰的作用，一旦船岸對(duì)接模塊（DSU）或鼓風(fēng)機(jī)模塊（VBU）發(fā)生火災(zāi)事故，該阻爆器可以保障鼓風(fēng)機(jī)模塊（VBU）和船岸對(duì)接模塊（DSU）安全。

同時(shí)，在緊急切斷閥前安裝壓力變送器和氧含量分析儀，隨時(shí)監(jiān)測(cè)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?？焖偾袛?，與后續(xù)鼓風(fēng)機(jī)模塊（VBU）和油氣回收裝置（VRU）及庫(kù)區(qū)裝船泵系統(tǒng)進(jìn)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(duì)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(yán)格進(jìn)行投產(chǎn)前的質(zhì)量檢驗(yàn)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(jìn)行試生產(chǎn)，對(duì)設(shè)備設(shè)施系統(tǒng)的整體安全性可靠性進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，立即解決。

2）重大危險(xiǎn)源應(yīng)當(dāng)?shù)怯浗n，進(jìn)行定期檢測(cè)、評(píng)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(qiáng)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(cè)報(bào)警裝置及控制儀表的定期檢測(cè)與日常維護(hù)、保養(yǎng)工作，若發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷或故障，應(yīng)及時(shí)排除，確保其運(yùn)行狀態(tài)完好。