油氣回收技術(shù)的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用實(shí)例

李紅焱

摘 要：文章介紹了油氣回收技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并展開(kāi)討論了結(jié)合吸附法和吸收法在實(shí)際工程中的應(yīng)用實(shí)例，并結(jié)合項(xiàng)目的特點(diǎn)，分析了油氣回收裝置的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性，為油氣回收技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了一個(gè)真實(shí)的案例，以供后續(xù)研究和應(yīng)用借鑒。

關(guān)鍵詞：油氣回收；油氣排放；環(huán)境保護(hù)

中圖分類號(hào)：TE972 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）18-0063-03

Abstract： This paper introduces the present research situation of oil and gas recovery technology， discusses the application examples of combined adsorption method and absorption method in practical engineering， and analyzes the environmental protection and economy of oil and gas recovery unit according to the characteristics of the project. It provides a real case for further study and application of oil and gas recovery technology.

Keywords： oil and gas recovery； oil and gas emission； environmental protection

1 概述

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)鏈條中，石油及其衍生品一直都占有極其重要的地位。在石油及其衍生品的開(kāi)采、煉制、儲(chǔ)運(yùn)及銷售的過(guò)程中，輕質(zhì)油品（如汽油）揮發(fā)性強(qiáng)，因此存在著較為嚴(yán)重的油氣蒸發(fā)損耗問(wèn)題，由此造成的油品損耗，以及環(huán)境污染都是比較嚴(yán)重的。據(jù)1995年第四屆國(guó)際石油會(huì)議報(bào)道，在英國(guó)油品從井場(chǎng)經(jīng)煉制加工到成品銷售的全過(guò)程中油品損耗的數(shù)量約占原油總產(chǎn)量的3%。有研究指出，如按石油年消耗量3億噸計(jì)算，汽油從煉油廠到用戶的儲(chǔ)、運(yùn)、銷等過(guò)程中至少會(huì)排放飽和油氣量約為5億立方米，其中包含的輕質(zhì)油品量約為50萬(wàn)噸。因此，在各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中控制油品的蒸發(fā)以及盡可能地利用回收技術(shù)收集和回收氣化的油品無(wú)論在經(jīng)濟(jì)上，還是在環(huán)境保護(hù)方面都有著十分重要的意義。

目前處理石油制品的揮發(fā)性損失主要有以下三種方法：

（1）在油品的儲(chǔ)存環(huán)節(jié)，主要是油品儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)上采取有效措施，抑制油品蒸發(fā)，比較常用的方法是采用內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐。

（2）設(shè)置火炬，將油品蒸發(fā)排放氣就地焚燒，或采用焚燒爐和余熱鍋爐系統(tǒng)綜合利用，盡可能回收部分能源。

（3）利用油氣回收技術(shù)，盡可能回收油品。

這三種方法目前均已廣泛地應(yīng)用于石油化工相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)及銷售的各個(gè)環(huán)節(jié)中，但各有其適用范圍。第一種方法主要應(yīng)用于揮發(fā)性很高的石油衍生品如汽油的存儲(chǔ)中，大量用于相關(guān)的成品油儲(chǔ)罐區(qū)，但不適用于大量的車船裝卸作業(yè)及固定頂罐的收發(fā)作業(yè)。第二種方法多用于煉油廠和相關(guān)的石油化工行業(yè)中的尾氣處理，以保護(hù)環(huán)境、降低油氣對(duì)大氣環(huán)境的污染為主要目的，但存在著能源浪費(fèi)，在經(jīng)濟(jì)上損失較大。在尾氣、廢液和固體廢料排放量很大的情況下，也有設(shè)置專門(mén)的焚燒爐和余熱鍋爐系統(tǒng)回收利用的方案，但這種方案初投資較大，僅適用于大型的石油化工企業(yè)。第三種方法是一種經(jīng)濟(jì)有效的回收方法，可以推廣應(yīng)用于油品的收發(fā)作業(yè)如汽車、火車或輪船的裝車站等場(chǎng)所，這也是國(guó)家的節(jié)能減排政策所大力推廣的技術(shù)。

2 油氣回收技術(shù)現(xiàn)狀

從經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境保護(hù)兩方面來(lái)看，油氣回收技術(shù)主要還是適用于輕質(zhì)分油品（如汽油）含量較高，揮發(fā)性較強(qiáng)的儲(chǔ)存和銷售過(guò)程中。在油品裝卸過(guò)程中的油氣通過(guò)鶴管收集，通過(guò)管道輸送到油氣回收裝置中，通過(guò)吸附、冷凝或者吸收，膜處理或多項(xiàng)技術(shù)結(jié)合使用等技術(shù)手段使油氣轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)油品，從而有效地回收利用，減少浪費(fèi)，并提高經(jīng)濟(jì)性。

目前，國(guó)內(nèi)外最常用的油氣回收技術(shù)主要有以下四種：吸收法、吸附法、冷凝法和膜分離法。

2.1 吸收法

油氣中通常含有多組分的烴類化合物，各組分在特選的吸收劑中的溶解度是不同的。因此，利用這個(gè)特性可以進(jìn)行油氣和空氣的分離。吸收劑的選擇將直接影響回收的效率，通常吸收劑采用和油氣同種的油品或較低質(zhì)油品如柴油等貧油。吸收劑和油氣在吸收塔中逆流進(jìn)行充分接觸，油氣中的不同油品組分會(huì)被吸收劑選擇性吸收，未被吸收的油品組分將和油氣中的空氣一起從吸收塔的頂部直接排放到大氣中，為安全起見(jiàn)，通常在排放口之前設(shè)置阻火器。吸收完成的吸收劑包括回收的油品，則從吸收塔底部回收，一起回到吸收劑儲(chǔ)罐，從而實(shí)現(xiàn)油品的回收利用。吸收法一般包括常溫常壓吸收法和常壓低溫吸收法這兩種典型的方法。

2.2 吸附法

吸附法的工作原理是選擇合適的吸附劑（如活性炭，硅膠或活性纖維等），利用其對(duì)油氣中油品組分和空氣的吸附力區(qū)別很大的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)油氣和空氣的分離。典型的吸附法系統(tǒng)由吸附塔、真空泵、吸收塔等設(shè)備組成。在吸附塔中，利用吸附劑將油品組分吸附在吸附劑表面，然后再經(jīng)過(guò)抽真空脫附，將附著在吸附劑表面的油品組分抽吸到吸收塔中液化，從而實(shí)現(xiàn)油品的回收利用?？諝饧拔幢晃降纳俨糠钟推方M分經(jīng)排氣管排放到大氣中。

2.3 冷凝法

冷凝法的工作原理是利用油氣中不同油品組分在不同溫度下的飽和蒸氣壓的差異，通過(guò)降溫使不同的油品組分達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，并直接冷凝為液態(tài)的油品，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)油品組分和空氣的分離。通常會(huì)采用多級(jí)連續(xù)冷卻，以實(shí)現(xiàn)不同油品組分的有效分離和回收。

2.4 膜分離法

這種技術(shù)的要點(diǎn)在于選擇合適的膜。利用一些特殊的高分子膜對(duì)油氣中的有機(jī)烴類化合物有優(yōu)先透過(guò)性的特點(diǎn)，通過(guò)一定的壓力推動(dòng)，使油氣中的油品組分先通過(guò)高分子膜，并在膜后密封收集已經(jīng)分離出來(lái)的油品，并用管道輸送回油罐或用其他方法液化后輸送回油罐，從而實(shí)現(xiàn)油品的回收利用。

這幾種油氣回收工藝都存在著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，單一的方法，往往很難實(shí)現(xiàn)較高的回收效率，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，通常都是將幾種方法相結(jié)合，根據(jù)不同項(xiàng)目的具體情況制定出合理的工藝方案，只有這樣，才能更好的發(fā)揮各種回收技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。如冷凝法和吸附法，或者吸附法和吸收法的結(jié)合都是經(jīng)常采用的方法。本文將展開(kāi)介紹在實(shí)際工程中應(yīng)用吸附法和吸收法相結(jié)合的應(yīng)用實(shí)例。

3 吸附法回收技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

3.1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目是位于新加坡裕廊島的成品油儲(chǔ)罐區(qū)，項(xiàng)目共有3個(gè)3000m3及2個(gè)5000m3的汽油罐，3個(gè)8000m3的柴油罐和2個(gè)5000m3的航油儲(chǔ)罐，另外配套8個(gè)汽車裝車站臺(tái)，設(shè)置有31臺(tái)汽車裝車鶴管，其中14臺(tái)汽油裝車鶴管，最多可以同時(shí)進(jìn)行5臺(tái)汽車，共10個(gè)裝車鶴管的汽油裝車作業(yè)。

新加坡對(duì)油氣的排放有明確的要求，按照當(dāng)?shù)匾?guī)范，最大的油氣排放量必須小于10g/m3。

為滿足環(huán)保的要求，并且最大程度地回收汽油蒸發(fā)的油氣，提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，本項(xiàng)目采取了下列措施：

（1）所有的汽油儲(chǔ)罐均設(shè)置了帶雙層密封（Double Wiper）的內(nèi)浮頂。有效地防止了油氣在儲(chǔ)罐內(nèi)的揮發(fā)。

（2）設(shè)置一套油氣回收裝置（VRU-Vapor Recovery Unit），在每個(gè)汽油裝車站臺(tái)均設(shè)置一根油氣回收鶴管（Vapor Recovery Arm），在汽車裝油作業(yè)的同時(shí)，將汽油槽車內(nèi)的油氣通過(guò)油氣回收鶴管收集，然后利用管路輸送到油氣回收裝置中回收處理。

柴油和航油因?yàn)槠鋼]發(fā)性不強(qiáng)，但考慮到環(huán)保和操作人員的安全，同樣設(shè)置油氣回收臂，將油氣收集后通過(guò)管路輸送到裝車站臺(tái)屋頂，通過(guò)阻火器后直接排放到大氣中。

（3）油氣回收系統(tǒng)工藝流程

通過(guò)方案比選，最終本項(xiàng)目選定活性炭吸附法結(jié)合吸收劑吸收的工藝流程來(lái)回收汽油并回到汽油儲(chǔ)罐。工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

汽油從儲(chǔ)罐中通過(guò)管道輸送到汽車裝車站臺(tái)，通過(guò)汽油裝車鶴管將汽油裝入汽油槽車。在汽油裝車過(guò)程中，車體空間內(nèi)的油氣組分在油品不斷注入的過(guò)程中，用油氣回收鶴管收集起來(lái)，然后通過(guò)管路輸送到油氣回收裝置中進(jìn)行吸附和吸收處理。

為保證排放達(dá)到環(huán)保要求，本項(xiàng)目的油氣回收裝置必須具備連續(xù)不間斷工作的能力。因此，本項(xiàng)目中設(shè)置了兩臺(tái)吸附塔（一臺(tái)吸附，同時(shí)另一臺(tái)解析再生），兩臺(tái)真空泵（一臺(tái)備用），一臺(tái)吸收塔，以及兩臺(tái)供油泵（一臺(tái)備用）和兩臺(tái)回油泵（一臺(tái)備用）。油氣空氣混合氣體在進(jìn)入油氣回收系統(tǒng)之后，將通過(guò)電動(dòng)閥的開(kāi)關(guān)來(lái)選擇進(jìn)入兩個(gè)吸附塔中的一個(gè)。吸附劑采用特殊的活性炭，活性炭的數(shù)量則是根據(jù)油氣和空氣的濃度及排放量來(lái)確定的。在吸附塔中，油氣中的油品組分被吸附到活性炭粒子表面，而油氣中的空氣成分則不受活性炭的影響，因此，會(huì)自由地流過(guò)活性炭，并在吸附塔的頂部排入大氣?；钚蕴康倪x擇將直接影響到油氣回收裝置的工作效率，通常會(huì)根據(jù)油品的組分情況選擇合適的活性炭。本項(xiàng)目選擇的活性炭是一種超級(jí)煤基活性炭，具有很高的吸附能力，容易再生（解析），高機(jī)械性能，低壓力降等特點(diǎn)。

活性炭對(duì)空氣中的水蒸汽有一定的吸附能力。相比于油氣中油品組分，活性炭對(duì)水蒸汽的吸附能力要弱得多，但空氣中的水蒸汽仍對(duì)油氣回收系統(tǒng)的整體效率有一定影響。尤其是新加坡的氣候空氣中的相對(duì)濕度較大，最大可達(dá)100%，并常年保持在80%以上，因此在油氣進(jìn)入吸附塔前設(shè)置了一個(gè)去濕罐，以盡可能除去大部分水蒸汽。

在吸附塔的出口設(shè)置有連續(xù)在線碳?xì)浠衔锱欧艥舛葯z測(cè)系統(tǒng)（CEMS-Continuous Emission Monitoring System）實(shí)時(shí)檢測(cè)排放濃度，并設(shè)定報(bào)警值低于運(yùn)行的排放濃度10g/m3。

當(dāng)用于吸附的吸附塔中的活性炭接近設(shè)計(jì)的吸附極限，或者當(dāng)出口濃度檢測(cè)儀報(bào)警排放濃度已經(jīng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，就應(yīng)該立刻將油氣切換到另一個(gè)已經(jīng)再生完成的吸附塔。而這個(gè)達(dá)到吸附極限的吸附塔就進(jìn)入再生程序，將其中已經(jīng)吸附的油品組分用真空泵抽真空的方式全部抽出，并輸送到吸收塔中用同種液態(tài)油品吸收。真空泵采用干式回轉(zhuǎn)螺桿真空泵，能產(chǎn)生足夠的真空度，將吸附到活性炭表面的有機(jī)烴化合物從活性炭顆粒中抽吸出來(lái)，并從活性炭床底部流出。兩個(gè)吸附塔就這樣交替運(yùn)行，當(dāng)一個(gè)在進(jìn)行吸附作業(yè)時(shí)，另一個(gè)就同時(shí)進(jìn)行再生流程，保證油氣回收裝置的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，滿足本項(xiàng)目加油站連續(xù)運(yùn)行的排放和回收利用要求。

從真空泵抽出的油品組分將送入吸收塔中，利用同種液態(tài)油品作為吸收劑，將回收的油品組分吸收，以完成回收利用的整個(gè)流程。在吸收塔中，真空泵送來(lái)的氣相油品組分從底部進(jìn)入向上流動(dòng)，同時(shí)，從汽油儲(chǔ)罐抽出汽油作為吸收劑通過(guò)供油泵送到吸收塔的頂部向下噴淋，在吸收塔的中部則設(shè)置有一層厚厚的填料層（拉西環(huán)組成），以增加氣相油品組分和液態(tài)吸收劑的接觸面積和接觸時(shí)間，保證氣相油品被吸收劑充分吸收和溶解。吸收完成后的液體油品從吸收塔底部流出，用回油泵輸送回到汽油儲(chǔ)罐。

3.2 主要技術(shù)參數(shù)

本油氣回收裝置的主要技術(shù)參數(shù)如下：

（1）最大瞬時(shí)流量（10臺(tái)鶴管同時(shí)操作）：1080m3/hr。

（2）設(shè)計(jì)最大排放濃度：10g/m3。

（3）設(shè)計(jì)處理能力。

15分鐘最大處理量：110m3；

1小時(shí)最大處理量：330m3；

24小時(shí)最大處理量：2000m3；

年最大處理量：301，500m3。

（4）裝置入口油氣濃度：平均30%體積濃度。

（5）裝置入口壓力：35mBar（g）。

3.3 經(jīng)濟(jì)性分析

本項(xiàng)目油氣回收系統(tǒng)包括油氣處理裝置，油氣回收鶴管，相關(guān)管路閥門(mén)及附件，還有控制系統(tǒng)等，工程總造價(jià)大約為人民幣800萬(wàn)元。

按照汽油的特性，其主要的特性參數(shù)如下：

汽油氣與空氣的比重比：Dg=3.5

空氣的密度：Da=1164g/m3 @30℃

油氣回收裝置入口濃度：Cin=30%（平均）

油氣回收裝置排放濃度：Cout<10g/m3

年最大處理油氣量：V=301，500m3。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計(jì)算得出每年實(shí)際排放的汽油重量最大約為：

Qout=Cout*V=301，500*10/1000=3015kg。

每年進(jìn)入油氣回收裝置的最大汽油重量約為：

Qin=Cin*V*Dg*Da=30%*301，500*3.5*1164/1000=368，493.3kg

因此，每年實(shí)際回收的汽油總重量最大約為：

Qr=Qin-Qout=368，493.3-3015=365，478.3kg

以目前汽油價(jià)格7元人民幣每升計(jì)算，每年可以回收的汽油價(jià)值為：

V=365，478.3*7=2，558，348.1元人民幣

因此，僅以靜態(tài)的初投資回收周期計(jì)算，大約8000000/2558348.1=3.13年就可以回收全部油氣回收裝置的初投資。當(dāng)然，在考慮運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用及財(cái)務(wù)費(fèi)用后，整個(gè)裝置的投資回收成本會(huì)更長(zhǎng)一些，但總的來(lái)看，在汽油儲(chǔ)罐區(qū)和汽油裝車過(guò)程中，設(shè)置油氣回收系統(tǒng)一方面及滿足了環(huán)保的要求，同時(shí)也能帶來(lái)非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益，有著十分重要的工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)日益重視，各國(guó)家和地區(qū)均已陸續(xù)制定各種法律標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范來(lái)嚴(yán)格約束油氣排放，不僅如此，很多地區(qū)還將排放的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提高。如新加坡就從2016年以前城區(qū)要求25g/m3的排放要求提高到了10g/m3。同時(shí)，輕組分（如汽油）油氣的高揮發(fā)性也要求盡可能回收，以減少油氣蒸發(fā)損失，提高經(jīng)濟(jì)效益。因此，發(fā)展和應(yīng)用油氣回收技術(shù)越來(lái)越受到世界各國(guó)和地區(qū)，以及各石油化工企業(yè)的高度重視。同時(shí)，多種油氣回收方法的聯(lián)合使用也是油氣回收技術(shù)的發(fā)展方向，并勢(shì)在必行。

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