油氣回收裝置中的冷凝技術(shù)對(duì)油氣吸附效率的影響和改善建議

陳堯四

〔中國(guó)石化浙江石油分公司 浙江杭州 310000〕

汽油中含有大量的輕烴組分,在儲(chǔ)運(yùn)、銷售及應(yīng)用等過程中不可避免地會(huì)有部分液態(tài)烴組分揮發(fā),造成嚴(yán)重的油品損耗。油氣揮發(fā)造成能源浪費(fèi)、環(huán)境污染、安全隱患。油氣揮發(fā)問題已經(jīng)成為世界急需解決的安全、節(jié)能、環(huán)保難題之一[1]。要從根本上解決油品揮發(fā)問題,必須采取油氣回收措施。隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視,國(guó)家或行業(yè)已陸續(xù)制定出相應(yīng)法律、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范來(lái)嚴(yán)格約束油氣排放。2020年12月18日,國(guó)家環(huán)保部修訂了《GB 20950-2020儲(chǔ)油庫(kù)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《GB 20951-2020汽油運(yùn)輸大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《GB 20952-2020加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》,要求對(duì)儲(chǔ)油庫(kù)、加油站等場(chǎng)所加裝油氣回收處理裝置,裝置應(yīng)符合油氣排放濃度不大于25 000 mg/m3和油氣處理效率不低于95%的要求[2]。部分石油庫(kù)近期開展了油氣回收裝置升級(jí)改造工作,通過增設(shè)冷卻裝置,降低吸附油品的工作溫度,從而提高吸附效率[3]。

1 油氣回收裝置

油氣回收裝置示意見圖1。

圖1 油氣回收裝置示意

1.1 油氣回收裝置原理

裝車產(chǎn)生的高濃度油氣經(jīng)引氣風(fēng)機(jī)輸送至裝置邊界,然后進(jìn)入吸收塔內(nèi)。油氣從底部進(jìn)入,塔內(nèi)裝有高效填料,填料表面汽油與油氣中VOCs進(jìn)行傳質(zhì)傳熱,VOCs溶解進(jìn)入汽油中,低濃度的油氣從塔頂排出進(jìn)入高效聚結(jié)器,經(jīng)高效聚結(jié)器聚結(jié)后微粒油氣落入聚結(jié)器底部,低濃度油氣進(jìn)入后續(xù)的吸附單元。吸附單元采用雙罐+單罐設(shè)計(jì),一套進(jìn)行吸附,一套進(jìn)行再生,一套長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。所有切換采用電動(dòng)閥門自動(dòng)控制,處理達(dá)標(biāo)后的尾氣經(jīng)排放管排放。低溫汽油通過制冷機(jī)組制冷獲得。制冷機(jī)組采用冷量回收工藝設(shè)計(jì),能耗低,運(yùn)行穩(wěn)定。通過低溫高效聚結(jié)有效且直接回收高濃度油氣,降低活性炭吸附負(fù)荷,延長(zhǎng)吸附劑使用壽命[4]。

1.2 冷卻裝置介紹

冷凝法油氣回收技術(shù)是利用烴類物質(zhì)在不同溫度下的蒸氣壓差異,通過將油氣溫度降低使從罐車中回收的高溫油氣油品蒸氣壓達(dá)到過飽和狀態(tài),從而將高沸點(diǎn)組分冷凝成液態(tài)析出的油氣回收技術(shù)[5]。裝車過來(lái)的油氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)輸送后,進(jìn)入原有裝置的吸收塔。吸收塔頂采用低溫汽油吸收,原有的進(jìn)油泵將汽油吸收劑輸送至制冷機(jī)組的板式換熱器內(nèi),先與吸收塔塔底出的低溫富吸收油換熱進(jìn)行預(yù)冷,然后進(jìn)入制冷機(jī)組內(nèi)與氟利昂制冷機(jī)組進(jìn)一步降溫,然后進(jìn)入吸收塔進(jìn)行噴淋。真空泵出口及裝車過來(lái)的高濃度油氣匯合后進(jìn)入吸收塔底,塔頂進(jìn)的低溫汽油與塔底的高濃度油氣進(jìn)入傳熱、傳質(zhì),大部分油氣溶解在液體汽油中,隨著回油泵再返回罐區(qū)內(nèi)。

2 冷卻裝置溫度設(shè)置對(duì)吸附效率的影響

試驗(yàn)油庫(kù)日均汽油發(fā)油量2 500 t,夏季最高氣溫40 ℃,冬季最低氣溫0 ℃。在油氣回收裝置提升改造前,雖處理能力基本達(dá)標(biāo),但在夏季高峰發(fā)油時(shí)段,因高溫導(dǎo)致吸附油品吸附能力下降,油氣回收裝置再生處理不及時(shí),存在超標(biāo)排放的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。通過油氣回收提標(biāo)改造后,新增了引風(fēng)機(jī)組和制冷裝置,并在排放口新增了在線分析小屋,可以做到油氣回收裝置排放口的在線監(jiān)測(cè),為研究提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的支持。

2.1 吸附油品管線出口不同溫度對(duì)油氣吸附效率的影響

試驗(yàn)在環(huán)境溫度20 ℃、油品溫度15 ℃條件下,通過調(diào)節(jié)制冷機(jī)組的制冷功率,將油品出口溫度分別調(diào)節(jié)為-5,0,5,10 ℃時(shí),油品排放進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果見圖2～圖5。

圖2 管線出口溫度在-5 ℃時(shí)油氣排放曲線

圖3 管線出口溫度在0 ℃時(shí)油氣排放曲線

圖4 管線出口溫度在5 ℃時(shí)油氣排放曲線

圖5 管線出口溫度在10 ℃時(shí)油氣排放曲線

從圖2～圖5可以看出,吸附油品出口溫度對(duì)于油氣回收裝置的吸附效率影響明顯,在-5～5 ℃,油氣回收效率可達(dá)到在小于10 000 mg/m3范圍內(nèi)進(jìn)行達(dá)標(biāo)排放。當(dāng)出口溫度上升至10 ℃時(shí),排放濃度明顯上升,這也是很多石油庫(kù)目前面臨的夏季高溫時(shí)段長(zhǎng)時(shí)間發(fā)油油氣回收裝置無(wú)法有效進(jìn)行吸收的主要原因。通過實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)積累分析得出-5～5 ℃溫度區(qū)間對(duì)吸收效果影響差異不大,且能滿足達(dá)標(biāo)排放要求。因此,在今后的設(shè)備選型中,對(duì)裝置的冷凝裝置的運(yùn)行溫度要求可以降低,不必過度追求深冷技術(shù),以減少裝置技術(shù)投資和運(yùn)行電力能耗。

2.2 裝置提升改造前后吸附效率對(duì)比

油氣回收裝置提升改造前油氣排放曲線如圖6所示。改造前油品吸附效率為汽油發(fā)油總發(fā)油量的0.095%,油氣處理效率為97.4%,夏季高峰發(fā)油時(shí)間段偶發(fā)超標(biāo)排放的情況。經(jīng)過增設(shè)油氣冷凝裝置技術(shù)提升改造以后,油品吸附效率為汽油發(fā)油總發(fā)油量的0.12%,油氣處理效率為99.3%,全年均能做到達(dá)標(biāo)排放且排放濃度小于10 000 mg/m3。油氣回收裝置改造前油氣排放曲線詳見圖6所示。

圖6 油氣回收裝置改造前油氣排放曲線

2.3 油氣回收裝置調(diào)節(jié)制冷溫度對(duì)油氣回收裝置的經(jīng)濟(jì)性測(cè)算

油氣回收裝置升級(jí)后設(shè)計(jì)運(yùn)行功率按照制冷裝置一天運(yùn)行10 h進(jìn)行測(cè)算：

冷凝裝置設(shè)計(jì)最大工作功率68 kW;制冷裝置在-5 ℃工況下實(shí)際運(yùn)行功率60 kW,運(yùn)行時(shí)間8 h;引風(fēng)裝置設(shè)計(jì)工作功率7.5 kW;每日運(yùn)行時(shí)間8 h;循環(huán)油泵設(shè)計(jì)工作功率7.5 kW×2;每日運(yùn)行時(shí)間8 h;真空泵37 kW×2;每日運(yùn)行時(shí)間5 h;按照工業(yè)用電0.7元/kWh,預(yù)計(jì)共需要電費(fèi)721元。

油氣回收裝置通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化,同樣按照一天運(yùn)行10 h進(jìn)行測(cè)算：制冷裝置在5 ℃工況下實(shí)際運(yùn)行功率40 kW,運(yùn)行時(shí)間6 h;循環(huán)油泵設(shè)計(jì)工作功率7.5 kW×2;每日運(yùn)行時(shí)間6 h;引風(fēng)裝置設(shè)計(jì)工作功率7.5 kW;每日運(yùn)行時(shí)間8 h;真空泵37 kW×2;每日運(yùn)行時(shí)間5 h;按照工業(yè)用電0.7元/kWh,預(yù)計(jì)共需要電費(fèi)532元,預(yù)計(jì)每年可節(jié)約電費(fèi)68 985元

3 結(jié)束語(yǔ)

通過本次油氣回收裝置冷凝技術(shù)對(duì)吸附效率影響研究,驗(yàn)證了冷凝技術(shù)可以對(duì)油氣回收效率進(jìn)行有效地提升,同時(shí)也得出了冷卻吸附油品溫度及環(huán)境溫度對(duì)油品吸附效率的影響,為今后油氣回收工藝的選型提供參考,并對(duì)油氣回收制冷裝置溫度調(diào)節(jié)對(duì)電費(fèi)的影響進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性測(cè)算,為油庫(kù)精準(zhǔn)提升油氣回收裝置運(yùn)行工況、保障達(dá)標(biāo)排放的同時(shí),實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗并帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。