王學(xué)科(陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司,陜西 榆林 718500)
在近幾年我國(guó)在進(jìn)行油氣回收方面的技能研發(fā)以及應(yīng)用過(guò)程還相對(duì)較為落后,相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō),我國(guó)的油氣資源存在非常嚴(yán)重的浪費(fèi)等情況,同時(shí)給我國(guó)的自然環(huán)境也帶來(lái)了非常嚴(yán)重的危害。因此我國(guó)相關(guān)的業(yè)內(nèi)專(zhuān)家以及學(xué)者已經(jīng)就此問(wèn)題來(lái)進(jìn)行具體研究,并且對(duì)于在油氣運(yùn)輸以及儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的油氣揮發(fā)問(wèn)題進(jìn)行深入探討,對(duì)于油氣的回收技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。
目前,我國(guó)在油氣回收過(guò)程中主要采用的方法有吸收法、吸附法、膜分離法、冷凝法等,這幾種方法相對(duì)于傳統(tǒng)的直接熱力燃燒法來(lái)解決油氣污染問(wèn)題來(lái)說(shuō),其具有更高的安全性和經(jīng)濟(jì)性,因此熱力燃燒法在時(shí)代的進(jìn)展過(guò)程中已經(jīng)逐漸被淘汰,每種回收方式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。油氣回收方法正在不斷的摸索和研究當(dāng)中,相信在不久未來(lái)會(huì)有更大的進(jìn)展和突破,在解決油氣儲(chǔ)存、裝卸、運(yùn)輸過(guò)程中的回收問(wèn)題具有很重要的意義。
吸收法采用低揮發(fā)性或非揮發(fā)性液體作為吸收劑,通過(guò)吸收裝置利用在吸收劑中廢氣各組分的溶解度或化學(xué)反應(yīng)特性的差異,使廢氣中的有機(jī)成分被吸收劑吸收,達(dá)到凈化廢氣的目的,吸收法是目前常用的方法。
在油氣回收過(guò)程中,常采用高沸點(diǎn)、低蒸氣壓的有機(jī)溶劑作為吸附劑,根據(jù)吸附機(jī)理,吸附過(guò)程可分為物理吸附和化學(xué)吸附,其中,根據(jù)有機(jī)質(zhì)的相似性和相容性原理,油氣的吸附通常是物理吸附,高沸點(diǎn)、低蒸氣壓的柴油和煤油常被用作溶劑,將揮發(fā)性油氣從油產(chǎn)品的氣相轉(zhuǎn)移到液相,然后將吸收液解吸以回收有機(jī)化合物,并再生溶劑。
吸收劑的性能是決定吸收操作效果的關(guān)鍵因素之一。吸附法處理油氣時(shí),吸附劑的選擇應(yīng)考慮以下因素:①高溶解度;②低揮發(fā)度;③不腐蝕設(shè)備;④價(jià)格低,來(lái)源廣;⑤黏度低;⑥無(wú)毒、無(wú)害、不易燃。
運(yùn)行參數(shù):油氣濃度為500~15000ppm、去除效率為90~98%、操作溫度常溫或低溫。
優(yōu)點(diǎn):技術(shù)成熟,適用性強(qiáng)。
缺點(diǎn):吸收容量有限。
冷凝法是基于不同溫度下,具有不同飽和蒸氣壓物質(zhì)的性質(zhì),通過(guò)降低系統(tǒng)溫度或增加系統(tǒng)壓力使污染物在蒸汽狀態(tài)下冷凝并從廢氣中分離出來(lái)的過(guò)程。
冷凝法適用于高濃度油氣的凈化,但冷凝后尾氣中仍含有一定濃度的有機(jī)物,因此需要對(duì)低濃度尾氣進(jìn)行兩次處理。因此,在油氣回收過(guò)程中,通常采用常溫水或低溫水對(duì)高濃度廢氣進(jìn)行冷凝回收,尾氣冷凝后經(jīng)吸附或催化燃燒處理,不僅降低了處理成本,而且降低了下游處理裝置的負(fù)荷。
運(yùn)行參數(shù):油氣濃度為大于5000ppm、去除效率為70~85%、操作溫度常溫或低溫。
優(yōu)點(diǎn):運(yùn)行費(fèi)用低。
缺點(diǎn):效率低,設(shè)備龐大,建設(shè)投資較高。
吸附法是根據(jù)固體吸附劑對(duì)廢氣混合物中各組分的不同吸附性,將廢氣混合物分離出來(lái)的一種技術(shù)。吸附過(guò)程是一個(gè)濃縮過(guò)程。氣體污染物通過(guò)吸附作用集中在吸附劑表面,然后進(jìn)行后續(xù)處理。
吸附法適用于低濃度氣態(tài)污染物的凈化和高濃度、高濃度油氣的凈化,吸附凈化前通常需要通過(guò)冷凝、吸收等過(guò)程降低濃度,它是最典型、最常用的工業(yè)油氣回收技術(shù)。在現(xiàn)有的油氣回收設(shè)施中,吸附劑一般為活性炭,通過(guò)低壓水蒸氣置換、熱氮?dú)獾葰饬鞔祾咴偕蜏p壓脫附再生?;钚蕴康奈侥芰ο鄬?duì)于其他吸附劑來(lái)說(shuō)較強(qiáng),因此對(duì)于油氣中的烴類(lèi)組分的吸附率有很大的吸附作用,活性炭在進(jìn)行吸附過(guò)程中,其吸附率甚至可以高達(dá)34%。但是在進(jìn)行吸附過(guò)程中,如果周?chē)氖歉呶綗岬臈l件,其中油氣的烴類(lèi)組分對(duì)于活性炭來(lái)說(shuō)就非常容易發(fā)生化學(xué)吸附反應(yīng),從而大大影響活性炭的吸附能力使其能力大大降低。
運(yùn)行參數(shù):油氣濃度為700~10000ppm、去除效率為80~97%、操作溫度為小于60℃。
優(yōu)點(diǎn):脫除效率高、能耗低。
缺點(diǎn):吸附劑需再生,流程復(fù)雜。
膜分離是以油氣混合物在膜中的滲透和擴(kuò)散為基礎(chǔ),在壓力作用下,各組分通過(guò)膜的傳輸速率不同,從而可以選擇性地傳輸不同組分性質(zhì)的氣體,達(dá)到分離的目的,從而對(duì)其進(jìn)行回收利用。
膜分離法相對(duì)于普通的有機(jī)膜來(lái)說(shuō),其耐溫性相對(duì)較差,并且滲透流量相對(duì)較低,因此使用較為麻煩,同時(shí)效率也相對(duì)較低。目前,在生產(chǎn)過(guò)程中使用的分離膜主要是氧化鋁陶瓷膜,在使用這種膜的耐油氣性能相對(duì)較好,并且也具有很強(qiáng)的那高溫性能。
膜材料的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)對(duì)分離性能有著決定性的影響。氣體分離膜材料應(yīng)具有高滲透性、高機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性和良好的成膜加工性能,膜的使用年限通常在3-5年,膜回收適用于工況介質(zhì)單一純凈的物料使用。
運(yùn)行參數(shù):油氣濃度為2000~50000ppm、去除效率為90~99%、操作溫度為常溫。
優(yōu)點(diǎn):過(guò)程簡(jiǎn)單。
缺點(diǎn):處理氣量小、投資高。
催化氧化法是指在一定的壓力和溫度下,以金屬材料為催化劑(如鉑、鈀)與以空氣、氧氣、臭氧等為氧化劑進(jìn)行的氧化反應(yīng)。反應(yīng)生成物主要為二氧化碳和水,對(duì)油氣中的有機(jī)物凈化徹底、操作及維護(hù)費(fèi)用低,無(wú)需操作人員值守,無(wú)排放、無(wú)二次污染等環(huán)保問(wèn)題,尤其針對(duì)芳烴及特征污染物處理,可完全達(dá)到指標(biāo)要求,但在催化氧化反應(yīng)過(guò)程中,也存在一定的安全隱患。
運(yùn)行參數(shù):油氣濃度為50~1000ppm、去除效率為90~98%、操作溫度為300~450℃。
優(yōu)點(diǎn):應(yīng)用廣泛、凈化徹底、運(yùn)行穩(wěn)定、占地小。
缺點(diǎn):存在一定的安全隱患。
不同的油氣回收及技術(shù)都有各自的適宜使用范圍和應(yīng)用局限性,在實(shí)際治理項(xiàng)目中,采用何種技術(shù)方案必須考慮油氣的特性指標(biāo)如廢氣組分、濃度、排放特點(diǎn)及排放量等參數(shù),針對(duì)不同特點(diǎn)和治理要求確定最適宜方案。
通過(guò)對(duì)現(xiàn)有常用油氣回收及處理技術(shù)特點(diǎn)的對(duì)比可以看出,單一的回收及處理技術(shù)都存在明顯的局限性和不足之處,所以在實(shí)際應(yīng)用中,根據(jù)油氣的實(shí)際排放情況采用兩種或兩種以上的工藝組合,發(fā)揮每種工藝技術(shù)的優(yōu)勢(shì),彌補(bǔ)該工藝技術(shù)的缺陷和不足。常見(jiàn)的油氣回收及處理組合工藝及特點(diǎn)如下:
(1)冷凝法+催化氧化法:裝置投資較高,裝置占地較小,脫除率高,運(yùn)行成本較低,處理能力較高。
(2)冷凝法+吸附法:裝置投資較低,裝置占地較小,脫除率高,運(yùn)行成本較低,處理能力較高。
(3)吸收法+吸附法:裝置投資較低,裝置占地較大,脫除率高,運(yùn)行成本較高,處理能力較低。
(4)膜分離法+吸附法:裝置投資較高,裝置占地較大,脫除率高,運(yùn)行成本較高,處理能力較低。
在生產(chǎn)過(guò)程中油庫(kù)由于卸油和儲(chǔ)油過(guò)程不同階段都有一定的油氣排放,并且在不同階段所使用的排放工藝都有一定的差異,因此油氣排放也存在很大的差異。為較小油氣的揮發(fā)損耗與浪費(fèi)、保護(hù)環(huán)境、降低安全隱患需從以下兩點(diǎn)出發(fā):第一,需完善儲(chǔ)存、裝卸和運(yùn)輸設(shè)備設(shè)施的密封性,減少呼吸等油氣損耗;第二,選擇適合的油氣回收及處理工藝,使揮發(fā)出來(lái)的油氣有效回收,在尾氣達(dá)標(biāo)排放的前提下,提高經(jīng)濟(jì)效益。
綜上所述,在對(duì)于油氣回收及處理技術(shù)的研究過(guò)程中,我國(guó)依舊處于剛剛起步的階段,和發(fā)達(dá)國(guó)家仍舊產(chǎn)生很大的差異,但在這個(gè)過(guò)程中,我國(guó)已經(jīng)取得了一定的油氣回收及處理成果,特別是陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司這方面的技術(shù)研究已走在行業(yè)前列。