產(chǎn)品碼頭油氣排放治理的探討

侯紅而(中國石油天然氣股份有限公司廣東石化分公司，廣東 揭陽 515200)

0 引言

碼頭油氣回收是指在船舶進(jìn)行油品裝船時，利用油氣回收設(shè)備設(shè)施對揮發(fā)的油氣(也稱“VOCs”)進(jìn)行回收，減少油品損耗的過程。某些成品油及化工品碼頭存在貨種多，裝船過程中油氣排放濃度不穩(wěn)定，同時裝船造成油氣排放量大以及難以控制等問題，容易危及作業(yè)安全以及影響油品質(zhì)量。油氣回收不僅可以重新利用揮發(fā)出來的油氣，還可以有效地防止大量油氣進(jìn)入大氣層，減少環(huán)境污染，進(jìn)一步提高碼頭的安全性。因此，學(xué)習(xí)了解油氣回收相關(guān)法規(guī)政策及規(guī)范，掌握各種油氣回收技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)并解決油氣排放問題對于開展油氣回收工作是十分必要的[1]。

1 碼頭油氣回收的相關(guān)政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

1.1 相關(guān)政策法規(guī)

(1)《中華人民共和國大氣污染防治法》第二條要求防治大氣污染，要會規(guī)劃路線，會轉(zhuǎn)變方式，會優(yōu)化布局，會調(diào)整結(jié)構(gòu)，從源頭開始治理，最終達(dá)到改善大氣環(huán)境質(zhì)量的目的。同時，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)綜合防治，推行聯(lián)合防治，對揮發(fā)性有機(jī)物、氨等大氣污染物實施協(xié)同控制。第四十一條規(guī)定要求了成品油碼頭、成品油運輸船舶等應(yīng)當(dāng)按照國家有關(guān)規(guī)定安裝油氣回收裝置，并且保證該油氣回收裝置要落到實處，能夠保持正常使用的狀態(tài)[2]。(2)《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》中提到應(yīng)該首先考慮采用高效油氣回收措施治理煤油、汽油等具有高揮發(fā)性的有機(jī)液體以及具有危險性的苯、二甲苯等化學(xué)品在裝卸時揮發(fā)出來的有機(jī)廢氣，同時要求運輸相關(guān)具有高揮發(fā)性或危險性產(chǎn)品的油船，應(yīng)安裝配備相應(yīng)的油氣回收接口[3]。(3)《大氣污染防治行動計劃》中規(guī)定要推進(jìn)揮發(fā)性有機(jī)物污染治理，綜合整治石化、有機(jī)化工、表面涂裝等行業(yè)產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物，并且要求儲油庫、油罐車等在規(guī)定時間內(nèi)完成油氣回收治理。成品碼頭在裝船時要落實環(huán)境要求，安裝油氣回收相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備，切實進(jìn)行油氣回收治理。(4)《船舶與港口污染防治專項行動實施方案(2015—2020年)》中提出要積極開展港口作業(yè)污染專項治理，防止油氣污染，保護(hù)港口環(huán)境，努力推進(jìn)碼頭油氣回收治理工作，取得成效，并要求在2017年底，我國國內(nèi)沿海成品碼頭油氣回收工作穩(wěn)步發(fā)展和推廣[4]。

1.2 相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)

(1)《儲油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》在2020年發(fā)布并于2021年實施，該標(biāo)準(zhǔn)指出具有萬噸級及以上油品泊位的碼頭在裝船時產(chǎn)生的油氣要進(jìn)行油氣回收處理[5]。同時規(guī)定了油氣處理排放限值：污染物項目排放濃度≤25 g/m3，處理效率≥95%。(2)《油品運輸大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了油品運輸過程中油氣排放控制要求、檢測和監(jiān)督管理要求，并增加了油船控制要求。該標(biāo)準(zhǔn)要求新投入使用的油船(150總噸及以上)自2021年4月1日實施，現(xiàn)有8 000 總噸及以上的油船自2024年1月1日后實施。此外，《關(guān)于加快推進(jìn)煉油企業(yè)VOCs提標(biāo)治理工作的通知》、JTS196-12—2017《碼頭油氣回收設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范》[6]、《催化燃燒法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對油氣排放治理進(jìn)行了規(guī)定和要求。

2 主要油氣回收技術(shù)

為減少產(chǎn)品碼頭裝船過程中油氣揮發(fā)造成的油品損失，解決VOCs揮發(fā)產(chǎn)生的環(huán)境污染及安全隱患問題，油氣回收技術(shù)在碼頭中發(fā)揮著巨大作用。其中，按工作原理不同可分為以下幾種技術(shù)：活性炭吸附法、吸收劑吸收法、多級冷凝法、膜分離法和催化氧化法等。

2.1 活性炭吸附法

活性炭吸附法工作原理是根據(jù)活性炭纖維的多孔結(jié)構(gòu)，將揮發(fā)性有機(jī)物吸附其中[7]。此法通常安裝兩組吸附罐，當(dāng)油氣進(jìn)入兩個活性炭吸附塔中的一個，吸附塔內(nèi)填充有專用的油氣回收吸附劑——活性炭。油氣通過吸附罐罐體下端的進(jìn)口閥門進(jìn)入吸附罐，然后通過床層上的活性炭，再通過罐體頂部的出口閥門，從而進(jìn)入催化氧化系統(tǒng)，此過程中碳?xì)浠衔锉换钚蕴课健Ｌ幚砗蟮臍怏w進(jìn)入后端CO裝置。吸附塔安裝有溫度計可以監(jiān)測活性炭吸附的工作溫度，保證系統(tǒng)安全。活性炭吸附飽和后，使用真空泵進(jìn)行解吸。當(dāng)一個活性炭吸附塔飽和后，自動切換到另一個活性炭吸附塔。需要解吸的吸附塔自動關(guān)閉入口閥和出口閥，而另外一臺吸附塔開始吸附。飽和后的活性炭吸附塔利用真空泵產(chǎn)生的高真空將吸附的油氣從活性炭床上解吸下來，吸附塔內(nèi)通過注入氮氣使其恢復(fù)常壓，解吸下來的油氣送回風(fēng)機(jī)前進(jìn)氣管道，再次送入吸附塔進(jìn)行吸附，從而形成一個循環(huán)，保證出口廢氣質(zhì)量。

2.2 吸收法

吸收法是一般采用低揮發(fā)或不揮發(fā)液體為吸收劑，利用油氣中各種組分在吸收劑中溶解度或化學(xué)反應(yīng)特性的差異，使油氣中的組分被吸收劑吸收，從而達(dá)到回收的目的[8]。例如，采用柴油對瀝青煙氣進(jìn)行吸收，瀝青煙氣中較小的顆粒物或粘結(jié)性氣體，經(jīng)過和液體接觸后，被凝結(jié)下來。氣液接觸時，煙氣溫度也被降下來，一部分氣相轉(zhuǎn)化為液相或者固相進(jìn)入到吸收中。

2.3 冷凝法

冷凝法是通過多級連續(xù)冷卻的方法，使混合油氣中的烴類各組分的溫度低于凝點，從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，除水蒸氣外空氣仍保持氣態(tài)，從而實現(xiàn)油氣與空氣的分離。冷凝法主要處理油氣中的水分，有效降低后續(xù)低溫冷凝結(jié)霜的概率，逐步液化回收部分油氣組分，進(jìn)而液化回收輕烴組分。

2.4 膜分離法

膜分離法是基于氣體組分通過膜的不同速率，由膜兩側(cè)的氣體組分產(chǎn)生的分壓差作為氣體分離的驅(qū)動力，油氣組分的性質(zhì)不同以及膜的特性差異都會影響氣體各組分透過膜的速度。膜分離法一般適合處理小流量和中高濃度的揮發(fā)性有機(jī)物，通過膜分離法來回收處理油氣，能降低能量消耗，沒有二次污染，大大提高回收率。一般回收率可達(dá)到95%～99%，但運用膜分離法的設(shè)備容易出現(xiàn)堵塞和污染問題，維護(hù)保養(yǎng)困難，投資比較高[9]。

2.5 催化氧化法

有機(jī)廢氣進(jìn)入催化氧化反應(yīng)單元后，首先進(jìn)入換熱器進(jìn)行預(yù)熱(電加熱)，開啟風(fēng)機(jī)進(jìn)行吹掃，催化氧化爐開始一個約5 min的吹掃凈化，吹掃完成進(jìn)行下一步。啟動電加熱器，出口溫度達(dá)到300 ℃，預(yù)熱完成。經(jīng)過吸附的尾氣，與空氣混合后被風(fēng)機(jī)送入催化氧化裝置。首先進(jìn)入換熱器進(jìn)行預(yù)加熱，然后經(jīng)過電加熱器加熱到指定溫度，最后送入催化氧化裝置本體，有機(jī)廢氣在催化劑的作用下被氧化成二氧化碳和水并放出熱量，產(chǎn)生的煙氣和來氣經(jīng)過熱交換回收熱量后排放到大氣中。

3 碼頭油氣回收存在的問題

3.1 油船配套不健全

由于成品油及化工品碼頭泊位布置緊湊，油氣回收設(shè)施通常在靠近碼頭前沿較近的陸域設(shè)置。在進(jìn)行油氣回收時，要和油船進(jìn)行對接。碼頭陸域油氣回收系統(tǒng)一般由多種裝置組成，通常包括油氣收集裝置、油氣預(yù)處理裝置、船岸安全裝置、油氣輸送裝置、金屬纖維表面燃燒裝置及自動控制系統(tǒng)和其他配套系統(tǒng)。但目前，成品油及化工品船舶基本上都未安裝油氣接收管道、標(biāo)準(zhǔn)接頭和惰性氣體發(fā)生裝置等，不具備油氣回收條件，無法實現(xiàn)油氣收集[10]。此時，岸上油氣回收設(shè)施不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，造成碼頭油氣回收系統(tǒng)無法真正投入使用。

3.2 油氣回收投資成本高

碼頭油氣回收系統(tǒng)的投資包括船舶改造費用、油氣處理裝置費用、接收管路和設(shè)施費用等。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國沿海區(qū)域的液體散貨船舶，其貨艙透氣系統(tǒng)并沒有進(jìn)行管路封閉，缺乏與岸方接連的氣相回收管道，導(dǎo)致油氣回收工作無法進(jìn)展。因此，需要對船舶進(jìn)行改造，每艘船舶規(guī)格不一致，沿岸接收裝置的接口規(guī)格也不一樣，改造難度加大，改造費用千差萬別。從各泊位船岸安全裝置出口至碼頭油氣回收設(shè)施之間的氣相輸送管路費用是最高的，運輸距離的長短決定著在運輸過程中所消耗的管路費用的高低，油氣回收的運輸距離過長，管路設(shè)施中所配備的安全配件數(shù)量相應(yīng)增多，投資費用明顯提高。

3.3 碼頭油氣回收存在安全問題

碼頭油氣回收工作實際上存在著大量的安全問題，比如，一般油輪艙容較大，在油氣回收工作中油艙壓力不容易被控制，回收氣體流速加快，油氣回收管道通風(fēng)系統(tǒng)不能快速反應(yīng)，火災(zāi)、爆炸現(xiàn)象出現(xiàn)的可能性增高。另外，由于船艙與船舷之間的距離比較短，火災(zāi)出現(xiàn)之后工作人員難以對火勢進(jìn)行控制，火災(zāi)蔓延的速度加快，難以進(jìn)行有效的救援活動，對外界環(huán)境造成嚴(yán)重的損害。此外，油氣回收的安全問題還包括：缺乏惰性氣體系統(tǒng)，在高含氧量的船舶上容易發(fā)生劇烈爆炸；缺乏連接輸氣臂的標(biāo)準(zhǔn)接頭；輸氣臂上缺乏緊急脫離裝置等，這些問題嚴(yán)重限制了油氣回收的發(fā)展[11]。

3.4 碼頭油氣回收運行經(jīng)驗欠缺

當(dāng)前，國家開始加大環(huán)境保護(hù)力度，出臺了各項有關(guān)揮發(fā)性有機(jī)物排放的政策標(biāo)準(zhǔn)，包括中石化、中石油在內(nèi)的大中小型油類企業(yè)為了遵從國家對環(huán)境保護(hù)的號召，開始開展油氣回收工作。但是由于老碼頭的位置有限，船岸安全設(shè)施安裝工作無保證，輔助設(shè)施不配套等問題，直接導(dǎo)致碼頭油氣回收的設(shè)備無法正常安裝。隨著碼頭油氣回收工作的不斷推廣開展，我國很多碼頭都已經(jīng)開始了試點工作。但是相對于其他的發(fā)達(dá)國家而言，實際運行經(jīng)驗并不成熟，因此還需要不斷地探索。

3.5 利益歸屬問題尚不明確

碼頭油氣回收相關(guān)設(shè)備進(jìn)行安裝投用之后，將會出現(xiàn)有關(guān)于利益歸屬的問題，比如物權(quán)與銷售權(quán)的糾紛。目前，大多數(shù)港口均屬于油品的倉儲行業(yè)，只擁有油品的運輸權(quán)，這些油品的歸屬權(quán)一般都為貨主所有。大部分的油氣被回收之后，相關(guān)利益人員開始爭奪油氣回收之后的歸屬權(quán)，給油氣回收開展工作帶來困難。油品物權(quán)利益沖突問題導(dǎo)致油商不愿意投資油氣回收裝置，嚴(yán)重阻礙碼頭油氣回收技術(shù)工作的發(fā)展。

4 結(jié)語

通過對碼頭油氣回收存在問題進(jìn)行分析，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)在成品油和化工品裝船過程中，外排油氣濃度不穩(wěn)定，裝船的中前期外排油氣較低，且前后變化較小，油氣濃度在裝船中后期會有一個快速增高的過程。裝船外排油氣由于濃度從剛開始裝船階段的濃度極低處于爆炸極限范圍以下，到裝船后期濃度較高處于爆炸極限范圍以上，此過程有穿越爆炸極限范圍的過程，存在一定的爆炸風(fēng)險，需采取必要的安全措施防止爆炸事故的發(fā)生。船船型覆蓋范圍廣，從1 000 DWT～100 000DWT，各船型裝船流量也不一樣，最小200 t/h，最大3 200 t/h，且存在不同船型同時裝船的可能，裝船組合復(fù)雜，并且裝船油氣排放為間歇排放，VOCs排放量也隨之較復(fù)雜。合理采用有效的油氣回收治理措施，盡量最大限度回收利用VOCs，是目前探究的一大難題。在實際投用中，通常選擇最佳工藝方案，合理組合不同工藝方法，針對性回收不同產(chǎn)品揮發(fā)性有機(jī)物，從而大大提高凈化效率，最大限度回收油氣。當(dāng)今社會，隨著國家法律法規(guī)和政策對環(huán)境保護(hù)力度的加持，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工藝處理、相關(guān)設(shè)備不斷創(chuàng)新，創(chuàng)新油氣回收技術(shù)逐步替代傳統(tǒng)回收技術(shù)，使得油氣回收處理后沒有二次污染，凈化效果更明顯[12]?？偠灾?，隨著社會經(jīng)濟(jì)不斷變化，港口油品貿(mào)易的不斷發(fā)展，繼續(xù)探討碼頭油氣回收工作也將任重而道遠(yuǎn)。