苯儲罐油氣排放的回收治理

畢馨月 景曄(中國石油大連石化公司，遼寧 大連 116031)

0 引言

大連石化公司儲運一車間共有用于存儲苯的儲罐3 臺，其中1 臺容積2000m3、2 臺5000m3。這3 臺儲罐均為內(nèi)浮頂罐，罐頂苯油氣排放量較大。由于國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對苯油氣排放大氣濃度的要求越來越嚴格，原有的儲罐形式已不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。故通過增上一套油氣回收設(shè)施，對罐內(nèi)排放的油氣進行回收處理，以達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)(苯排放濃度＜4mg/m3，非甲烷總烴去除率＞97%)。

1 油氣回收設(shè)施的基本原理

為實現(xiàn)油氣回收，在3 個苯儲罐進行技術(shù)改造，在罐頂新上了氮封裝置，更換呼吸閥類型，提高儲罐密封能力，并新增一套由吸收塔、液環(huán)壓縮機、膜組件、真空泵、吸附罐等設(shè)備組成的油氣回收設(shè)施。新增的苯油氣回收設(shè)施，通過一系列組合處理工藝，將罐頂油氣中的油氣與氮氣分離，油氣融入汽油中再利用，氮氣排入大氣中。這套處理工藝主要分為三大部分：(1)壓縮吸收(洗滌)；(2)膜分離；(3)活性炭吸附。其中，膜分離部分為其核心，它是利用了特殊的高分子膜對油氣的優(yōu)先透過性的特點，讓油氣與氮氣的混合氣在一定的壓力推動下，經(jīng)選擇性透過膜，油氣優(yōu)先透過膜，從而富集以便于回收，而氮氣則被選擇性截留。在膜分離處理之前與之后分別進行壓縮吸收與活性炭吸附處理，作為輔助工藝，以提高回收分離效率，并增加經(jīng)濟性。

2 油氣回收設(shè)施的工藝流程

如圖1 所示，為油氣回收設(shè)施的工藝流程圖。

圖1 工藝流程圖

3 臺儲罐頂部產(chǎn)生的油氣和氮氣混合物，以微正壓力經(jīng)過密封管線集中并送入油氣回收處理設(shè)備中。首先，油氣和氮氣的混合物通過液環(huán)壓縮機加壓至操作壓力(0.23MPa)。液環(huán)壓縮機采用汽油作為工作液，工作液一方面產(chǎn)生液環(huán)，將氣體吸入壓縮機，經(jīng)過壓縮后送出壓縮機，另一方面可消除氣體壓縮產(chǎn)生的熱量，并形成非接觸的密封環(huán)，冷卻機內(nèi)部件。壓縮后的油氣和氮氣混合物與液環(huán)壓縮機的工作液一同進入吸收塔中部。在吸收塔內(nèi)通過切向旋流可將工作液與壓縮氣體分離。氣態(tài)的油氣和氮氣混合氣在塔內(nèi)由下向上流經(jīng)填料與自上而下噴淋的汽油對流接觸，液體汽油會將大部分油品蒸氣吸收，形成富集的油品液體。富集的液體中包括噴淋液體和回收的液態(tài)油品，通過回液泵返回儲罐。

之后，剩下的油氣、氮氣混合物以較低的濃度由塔頂流出后進入膜分離器。膜分離器由一系列并聯(lián)的安裝于管路上的膜組件構(gòu)成。由真空泵在膜的滲透側(cè)造成真空，以提高膜分離的效率。膜分離器將混合氣體分成兩股—含有少量油氣的截留物流和富集油氣的滲透流。滲透物流循環(huán)至膜法油氣回收處理設(shè)備入口，與收集的油氣排放氣體相混合進行上述循環(huán)。

最后，凈化的截留物進入活性炭吸附?；钚蕴课桨▋蓚€吸附罐，以活性炭為吸附劑，當(dāng)氣體流過床層時，進行碳吸附處理。經(jīng)過碳吸附后，實現(xiàn)油氣和氮氣的分離。氣體最終達到排放濃度可以直接排放大氣中。設(shè)備運行時，兩組吸附罐輪換吸附和解析，解析后富集的油氣用真空泵抽吸到壓縮機前再次循環(huán)；吸附過后的凈化尾氣經(jīng)排氣管排放。進入油氣回收系統(tǒng)的一定質(zhì)量的油品，經(jīng)過噴淋吸收后，以較多的質(zhì)量流量返回儲罐。排放的油品氣體以液體形式返回了儲罐。

3 油氣回收設(shè)施使用的主要設(shè)備

3.1 液環(huán)式壓縮機

液環(huán)式壓縮機用于輸送油氣和氮氣的混合物。葉輪(偏于軸心)安裝在圓柱形泵體內(nèi)，并可在其中轉(zhuǎn)動，葉輪的轉(zhuǎn)動時工作液在泵體內(nèi)形成一轉(zhuǎn)動的液環(huán)，液環(huán)在葉輪的兩個葉片之間的空隙內(nèi)作活塞運動。在吸氣側(cè)，液環(huán)逐漸遠離葉輪軸心，氣體被吸入，在排氣側(cè)，液環(huán)又靠近葉輪軸心，氣壓被壓縮，并通過配流盤上的排氣口被排出。液環(huán)壓縮機的泵體外殼中心線與葉輪轉(zhuǎn)子中心線不在同一條直線上，正是利用了偏心的特點，在葉輪轉(zhuǎn)動的過程中，形成的液環(huán)與葉輪間的氣相腔室從逐漸擴大(吸入端口)到逐漸變小(壓縮后排出口)，從而使吸入的氣體得以壓縮。

3.2 吸收塔

吸收塔形式為填料塔，填料裝在塔的中上部。填料的比表面積較大，有利于氣—液相的充分接觸和吸收，形狀為八四內(nèi)弧環(huán)、填充高度為2m。塔頂操作壓力約為0.23MPa，在較高壓力下氣相中的VOC(有機揮發(fā)性組份)更容易進入液相(相似相溶原理)。油氣和氮氣混合物與壓縮機工作液(汽油)一同進入吸收塔中部。在塔內(nèi)工作液與壓縮氣體分離。油氣和氮氣混合氣在塔內(nèi)填料中與汽油對流接觸，油氣被淋洗后融入汽油中，氮氣流到塔頂排出。

3.3 膜分離器

膜分離器用于分離油氣和氮氣。它主要通過膜片的選擇透過性來起作用。膜片材料為高分子聚合物，膜對于油氣容易滲透，空氣不容易透過。膜片的安裝形式為碟片式，共配置8 只膜組件。膜分離器外部共3 個接口。底部側(cè)面進口用于進氣，非滲透氣(氮氣)在上部出口排出，滲透氣(油氣)在中心管的底部出口排出。膜分離器結(jié)構(gòu)簡圖如圖2 所示。

圖2 膜分離器結(jié)構(gòu)簡圖

3.4 油潤滑旋片真空泵

真空泵用于抽取膜分離器分離下的油氣以及活性炭吸附罐解吸出的油氣，并將其輸送回液環(huán)壓縮機入口前，再次進行分離。按照旋片式原理工作，偏心安裝的轉(zhuǎn)子在泵體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，離心力迫使葉片沿著轉(zhuǎn)子的狹槽滑向泵體內(nèi)壁。旋片將泵體和轉(zhuǎn)子之間的月牙型空間分隔成數(shù)個工作腔。當(dāng)工作腔和進氣口相連時，吸入氣體。隨著轉(zhuǎn)子的繼續(xù)轉(zhuǎn)動，被吸入的氣體被壓縮，進而排除到油箱內(nèi)。恒定的壓力差使真空泵潤滑油進入壓縮腔。潤滑油和被抽氣體一起排入油箱內(nèi)，通過除霧器和排氣過濾器的作用下使得油、氣分離，潤滑油回落到油箱底部，再次進入工作腔(油循環(huán))，不含油的氣體通過排氣過濾罩排向大氣。

4 油氣回收設(shè)施使用時的注意事項及存在問題

4.1 注意事項

膜分離器中的膜分離層越薄，單位面積滲透量越大；膜的分離層越厚，則滲透量低，相同面積的膜面積處理量越小。所以膜加工制造的非常薄，膜分離層厚度僅為10～100nm。因此，膜分離器中的膜極易發(fā)生損壞，使用時應(yīng)注意以下事項：(1)不讓不符合設(shè)計條件的油氣進入膜分離器(含有有害組成)；(2)油氣溫度不允許超過膜分離器的最高允許操作溫度(≤50℃)；(3)嚴禁膜的滲透氣側(cè)壓力高于原料氣側(cè)壓力(稱為“反壓”)；(4)嚴禁在未安裝聚結(jié)過濾器濾芯或濾芯破損的情況下運行膜分離器；(5)嚴禁液體物料(包括水)、以及有固體顆粒的原料氣進入膜分離器；(6)長期停車一定要用氮氣吹掃、置換膜分離器內(nèi)的油氣，防止可凝組分冷凝而損壞膜分離器。

真空泵投用時需注意，一般先啟動真空泵，再打開膜分離器前進氣閥，最后打開膜分離器后氮氣排管路尾氣控制閥。這樣可使膜前后存在正向壓差，防止膜損壞。真空泵停機時與上述過程相反，即先關(guān)尾氣控制閥，再關(guān)進氣閥，最后停真空泵。

4.2 存在問題

油氣回收設(shè)施在使用中還存在一些問題。主要有以下幾點：(1)3 臺苯儲罐加設(shè)氮封裝置后，由罐頂壓力自動控制罐內(nèi)油氣泄放，導(dǎo)致處理量不穩(wěn)定。液環(huán)式壓縮機的變頻范圍又太小，當(dāng)處理量大幅波動時，無法滿足要求，有時會頻繁啟停系統(tǒng)。(2)為防止苯儲罐排出的油氣與氮氣混合氣中氧氣混合，導(dǎo)致系統(tǒng)油氣的氧含量超標(biāo)，產(chǎn)生爆炸風(fēng)險，下一步準(zhǔn)備在罐頂油氣排出管路上增設(shè)在線氧含量分析儀，確保進入油氣回收系統(tǒng)的氧氣含量不超標(biāo)。

5 油氣回收設(shè)施的投用效果

油氣回收設(shè)施自2019 年7 月投用以來，幾次對排放的油氣做樣分析，結(jié)果均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，并遠高于國家標(biāo)準(zhǔn)，滿足環(huán)保要求。油氣回收設(shè)施設(shè)備運行情況也較好，比較可靠，未出現(xiàn)過故障。表1 為油氣回收設(shè)施投用后油氣尾氣排放檢測值。

表1 油氣尾氣排放檢測值

6 結(jié)語

苯油氣回收設(shè)施總體構(gòu)造簡單，投資成本低，建造時間短，易于學(xué)習(xí)及操控。苯油氣回收設(shè)施可以回收苯儲罐排放的大部分油氣，滿足國家環(huán)保要求。經(jīng)過幾個月的投用，相關(guān)設(shè)備運轉(zhuǎn)也較為平穩(wěn)，可以保證平穩(wěn)運行，保障生產(chǎn)。苯儲罐新增油氣回收設(shè)施是成功的，使企業(yè)減少了污染物排放，也為國家環(huán)保做出了貢獻。