阿克木·吾馬爾，蔡思翌， 趙 斌，王書肖，3，海莉瑪·毛拉也夫

（1. 中國石油 烏魯木齊石化公司研究院，新疆 烏魯木齊 830019；2. 清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室，北京 100084；3. 清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院國家環(huán)境保護(hù)大氣復(fù)合污染來源與控制重點實驗室，北京 100084）

環(huán)境評價

油品儲運行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制技術(shù)評估

阿克木·吾馬爾1，2，蔡思翌2， 趙 斌2，王書肖2，3，海莉瑪·毛拉也夫1

（1. 中國石油 烏魯木齊石化公司研究院，新疆 烏魯木齊 830019；2. 清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室，北京 100084；3. 清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院國家環(huán)境保護(hù)大氣復(fù)合污染來源與控制重點實驗室，北京 100084）

分析了我國油品儲運行業(yè)的VOCs排放環(huán)節(jié)和特點。選取燃燒法、吸收法、吸附法、冷凝法、膜分離法等VOCs排放末端控制技術(shù)作為研究對象，介紹了各方法的原理和適用條件。建立了包括環(huán)境性能、技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性能3方面共10項指標(biāo)的綜合評價指標(biāo)體系。采用模糊評價方法分析了油品儲運行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)的綜合性能。結(jié)果表明，冷凝法和膜分離法具有良好的綜合性能，是油品儲運行業(yè)VOCs排放的最佳末端控制技術(shù)。

揮發(fā)性有機(jī)物；油品儲運；廢氣排放；末端控制；模糊評價

揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）是大氣復(fù)合污染物的重要前體物和參與物，由于VOCs排放所涉及的行業(yè)眾多，濃度高，污染物種類多，具有排放強(qiáng)度大、持續(xù)時間長等特點，對局部空氣質(zhì)量的影響顯著［1］。油品儲運行業(yè)是我國VOCs排放的重要來源之一，其排放量約占VOCs總排放量的32.8%［2］，排放環(huán)節(jié)眾多，且含有苯系物、己烷等有毒有害物種［3］。目前，我國油品儲運行業(yè)并未普遍采取VOCs排放控制措施，GB 20950—2007《儲油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［4］、GB 20951—2007《油氣運輸大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［5］等標(biāo)準(zhǔn)中僅規(guī)定了非甲烷總烴的排放濃度和油氣處理效率，并未提出有指導(dǎo)性的VOCs控制技術(shù)，影響了標(biāo)準(zhǔn)的推廣和實施。

本研究通過分析我國油品儲運行業(yè)的VOCs排放環(huán)節(jié)和特點，建立了以環(huán)境性能、技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性能3類指標(biāo)為主導(dǎo)的VOCs排放控制技術(shù)綜合評估體系。針對油品儲運行業(yè)的VOCs主要控制技術(shù)開展評估工作，對各技術(shù)的性能進(jìn)行了量化處理。同時，調(diào)整不同指標(biāo)的權(quán)重值，得到各技術(shù)的綜合評分。在此基礎(chǔ)上，提出最適合油品儲運行業(yè)的VOCs控制技術(shù)。

1 油品儲運行業(yè)VOCs排放環(huán)節(jié)及特點

油品儲運過程的VOCs排放頗為復(fù)雜，周轉(zhuǎn)地點涉及產(chǎn)地（如油田、煉油廠）、碼頭、油庫、終端（如加油站）等環(huán)節(jié)；運輸過程包括車運、船運和管道運輸3種方式；儲罐類型有固定頂罐、內(nèi)浮頂罐和外浮頂罐之分，這些都決定了油品儲運過程的VOCs排放水平。

油品儲運行業(yè)VOCs排放環(huán)節(jié)及特點見表1。其中，油品儲存是最重要的VOCs排放環(huán)節(jié)，VOCs揮發(fā)主要來自儲罐的大、小呼吸損耗［6］。大呼吸損耗是指油罐進(jìn)油時，一定濃度的油蒸氣從呼吸閥呼出，造成了油品的蒸發(fā)損失。當(dāng)油罐向外發(fā)油時，吸入新鮮空氣，由于油面上方油氣沒有飽和，促使油品蒸發(fā)速度加快，使其重新達(dá)到飽和，飽和油蒸氣又在下一次收油操作中呼出。小呼吸損耗是指靜止儲存情況下，隨著外界氣溫、壓力在一天內(nèi)的升降周期變化，油罐排出油蒸氣和吸入空氣的過程中造成的油品損失，生產(chǎn)上也將此類損耗稱為油罐靜止儲存損耗。由于儲存環(huán)節(jié)的VOCs排放量大、濃度高，且便于VOCs控制技術(shù)的施行，因此，本研究的VOCs控制技術(shù)評估主要針對油品儲存環(huán)節(jié)。

表1 油品儲運行業(yè)VOCs排放環(huán)節(jié)及特點

2 油品儲運行業(yè)VOCs排放控制備選技術(shù)

油品儲運行業(yè)的VOCs排放控制可以從3個方面考慮，分別是源頭控制、過程控制和末端控制。源頭控制主要關(guān)注油品的升級；過程控制以防止泄露和改進(jìn)操作條件為主；末端控制著力于VOCs的治理，使經(jīng)過處理后的廢氣實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。對于源頭控制，可使用清潔燃料，從根本上減少VOCs的排放。對于過程控制，可通過采用浮頂罐、改進(jìn)油氣管道系統(tǒng)等措施實現(xiàn)泄漏控制與油品回收。浮頂罐是將罐頂制作成漂浮在貯存液表面的浮頂，浮頂與罐壁之間布置有密封裝置，使頂蓋隨罐內(nèi)液體浮動并使罐內(nèi)液體與大氣隔絕，可比采用固定頂罐減少約80%的油品損耗，目前在我國石化行業(yè)逐漸得到普及［7］。由于目前我國油品儲運行業(yè)的VOCs控制比較關(guān)注于以油氣回收為主的末端控制技術(shù)，因此，本研究的評估對象是末端控制技術(shù)。

末端控制技術(shù)可分為回收技術(shù)、銷毀技術(shù)及兩者的組合技術(shù)［7］?；厥占夹g(shù)包括吸收法、吸附法、冷凝法、膜分離法等；銷毀技術(shù)包括燃燒法、生物法、光催化法、低溫等離子體技術(shù)等；組合技術(shù)包括吸附濃縮—催化燃燒法、吸附濃縮—冷凝回收法等。

根據(jù)油品儲運行業(yè)VOCs排放特征和理化性質(zhì)，結(jié)合末端控制技術(shù)的適用范圍［8-9］，對不滿足條件的技術(shù)進(jìn)行初步篩選和剔除，去掉因VOCs理化性質(zhì)、排放濃度、排放風(fēng)量、溫度、濕度等條件不太適合的技術(shù)，選擇燃燒法、吸收法、吸附法、冷凝法和膜分離法作為油品儲運行業(yè)的VOCs排放末端控制備選技術(shù)進(jìn)行綜合評估。幾種油品儲運行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)的原理和適用條件見表2［7-12］。

表2 幾種油品儲運行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)的原理和適用條件

3 油品儲運行業(yè)VOCs排放控制技術(shù)評估

3.1 評估指標(biāo)體系

本研究建立了以環(huán)境性能、技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性能為基礎(chǔ)的VOCs排放控制技術(shù)綜合評估指標(biāo)體系，包含環(huán)境效益、去除率等10項指標(biāo)。VOCs排放控制技術(shù)綜合評估指標(biāo)體系見表3。

由于在技術(shù)初選時已考慮技術(shù)適用情況，故不再將適用性納入評估指標(biāo)體系。油品儲運行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)的綜合評估結(jié)果見表4［7-14］。

燃燒法反應(yīng)溫度高，熱能浪費大，易發(fā)生爆炸，存在安全隱患。同時，無法保證燃燒完全，會使二次污染的可能性增大；吸收法如果選擇較好的吸收液或吸收液連續(xù)循環(huán)吸收再生，可有效控制二次污染，不失為可選的有效方法；吸附法安全可靠，凈化效率高，適用濃度范圍廣，但投資較高，吸附劑經(jīng)水蒸氣脫附后產(chǎn)生的冷凝液如果不做處理，會產(chǎn)生二次污染；冷凝法可回收有用組分，但設(shè)備和操作費用較高，冷凝液直接排放會產(chǎn)生二次污染；膜分離法分離效率高，流程簡單，回收率高，能耗低，能降低二次污染的可能性，是一種有前途的方法。

表4 油品儲運行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)的綜合評估結(jié)果

3.2 量化指標(biāo)

由于不同指標(biāo)的評估等級和量綱有所不同，不具有可比性，無法對不同技術(shù)進(jìn)行綜合比較。因此，需運用模糊統(tǒng)計法，對各指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一量化，將各原始值變換為［0，1］之間的數(shù)值，量化后的數(shù)值大小，能夠反映被評估指標(biāo)的好壞。

對于定性指標(biāo)，常通過文獻(xiàn)調(diào)研、專家評分的方式對不同控制技術(shù)的某項指標(biāo)進(jìn)行賦值，賦值越大，表明基于該項指標(biāo)的技術(shù)越好。定性指標(biāo)可用等級賦值法實現(xiàn)定量化。以“技術(shù)復(fù)雜性”指標(biāo)為例，首先確定該技術(shù)的復(fù)雜性程度應(yīng)落在哪個區(qū)間并賦值，然后按式（1）計算得分?！凹夹g(shù)復(fù)雜性”指標(biāo)的分級和賦值見表5。

式中：Yi為某項備選技術(shù)第i項指標(biāo)經(jīng)過等級賦值法變換后的取值；Xi為該技術(shù)第i項指標(biāo)的原始賦值。Yi值越大，說明基于該項指標(biāo)的技術(shù)越好。

表5 “技術(shù)復(fù)雜性”指標(biāo)的分級和賦值

油品儲運行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)綜合評估的指標(biāo)量化結(jié)果見表6。

表6 油品儲運行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)綜合評估的指標(biāo)量化結(jié)果

3.3 指標(biāo)權(quán)重值

確定指標(biāo)權(quán)重的方法可分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法。本文將主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法相結(jié)合，依次運用專家問卷調(diào)研法和層次分析法來確定指標(biāo)權(quán)重值。綜合專家判斷，對指標(biāo)層構(gòu)造兩兩判斷矩陣［15］，計算特征向量，并對每個判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗，根據(jù)判斷矩陣運算結(jié)果，計算出各指標(biāo)的權(quán)重值。油品儲運行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)綜合評估指標(biāo)權(quán)重值見表7。

表7 油品儲運行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)綜合評估指標(biāo)權(quán)重值

3.4 評估結(jié)果

根據(jù)表6和表7，可由式（2）計算各備選技術(shù)的綜合得分（Ei）。

式中：Eij為在具體指標(biāo)層下每種技術(shù)的得分；Dj為指標(biāo)層每個指標(biāo)的權(quán)重值。得分最高的技術(shù)即為綜合最佳控制技術(shù)。

油品儲運行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)綜合評估結(jié)果見圖1。由圖1可見，幾種備選技術(shù)優(yōu)劣順序依次為：冷凝法 ≈ 膜分離法＞吸附法＞燃燒法 ≈吸收法。冷凝法和膜分離法具有良好的綜合性能，是油品儲運行業(yè)VOCs排放的最佳末端控制技術(shù)。

圖1 油品儲運行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)綜合評估結(jié)果一級指標(biāo)：經(jīng)濟(jì)性能；技術(shù)性能；環(huán)境性能

4 結(jié)語

對于油品儲運行業(yè)的VOCs末端控制，建議使用冷凝法或膜分離法對油氣進(jìn)行回收。若考慮環(huán)境性能，冷凝法具有較大優(yōu)勢；若考慮經(jīng)濟(jì)性能和技術(shù)性能，膜分離法將更受歡迎。我國油品儲運行業(yè)的VOCs排放控制，可在使用冷凝法或膜分離法作為末端控制技術(shù)的同時，加強(qiáng)源頭控制和過程控制，實現(xiàn)全過程的污染防治。

本研究建立的技術(shù)評估指標(biāo)體系和評估方法具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性，不僅適用于油品儲運行業(yè)，還可用于其他行業(yè)的VOCs排放控制技術(shù)綜合評估，體系中的指標(biāo)及其權(quán)重值可在針對具體行業(yè)的技術(shù)評估時進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷幕蚝喕?/p>

［1］ 郭森，童莉，周學(xué)雙，等. 石化行業(yè)的VOCs排放控制管理［J］. 化工環(huán)保，2014，34（4）：356 - 360.

［2］ 劉金鳳，趙靜，李湉湉. 我國人為源揮發(fā)性有機(jī)物排放清單的建立［J］.中國環(huán)境科學(xué)， 2008，28（6）：496 - 500.

［3］ 陳穎，李麗娜，楊常青. 我國VOCs類有毒空氣污染物優(yōu)先控制對策探討［J］. 環(huán)境科學(xué)，2011，32 （12）： 3469 - 3475.

［4 ］ 北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，國家環(huán)保總局環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)研究所. GB 20950—2007 儲油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］. 北京：中國環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［5］ 北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，國家環(huán)?？偩汁h(huán)境標(biāo)準(zhǔn)研究所. GB 20951—2007加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］ . 北京：中國環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［6］ 王珊，黃維秋，董軍波. 儲運過程中的油品蒸發(fā)及回收［J］. 油氣儲運，2008，27（12）：56 - 60.

［7］ 郝吉明，馬廣大，王書肖. 大氣污染控制工程 ［M］. 3 版. 北京：高等教育出版社，2010：414 - 470.

［8］ 黃維秋，鐘璟，趙書華. 膜分離技術(shù)在油氣回收中的應(yīng)用［J］. 石油化工環(huán)境保護(hù)，2005，28（3）：51 - 54.

［9］ 葉建平，趙建國，楊麗嫻. 石化行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及VOCs控制技術(shù)研究［J］. 廣州化工，2011，39（24）：11 - 13.

［10］ 杜進(jìn)宏. 油品儲運中廢氣污染及回收的研究［J］.甘肅石油和化工，2009（1）：43 - 44.

［11］ 李旻. 油品儲運中油氣污染及環(huán)保對策［J］.資源節(jié)約與環(huán)保，2011（1）：40 - 41.

［12］ 欒志強(qiáng)，郝鄭平，王喜芹. 工業(yè)固定源VOCs治理技術(shù)分析評估［J］. 環(huán)境科學(xué)，2011，32（12）：3476 -3486.

［13］ 李亞洲. 石油儲運過程中的蒸發(fā)損耗與對策［J］. 中國外資，2012（5）：115.

［14］ 吳學(xué)軍，王興，雷玉秀. 冷凝式油氣回收技術(shù)在油品儲運中的應(yīng)用［J］. 化工技術(shù)與開發(fā)， 2011，40 （6）：67 - 69.

［15］ Saaty T L. A Scaling Method for Priorities in Hierarchical Structures［J］. Math Psychol，1977，15（3）：234 - 281.

（編輯 祖國紅）

Comprehensive Evaluation of Volatile Organic Compounds Control Technologies for Oil Storage and Transportation

Akemu Wumaer1，2，Cai Siyi2，Zhao Bin2，Wang Shuxiao2，3，Hailima Maolayefu1
（1. PetroChina Research Institute of Urumuqi Petrochemical Company，Urumqi Xinjiang 830019，China；2.School of Environment，State Key Joint Laboratory of Environment Simulation and Pollution Control，Tsinghua University，Beijing 100084，China；3. School of Environment，State Environmental Protection Key Laboratory of Sources and Control of Air Pollution Complex，Tsinghua University，Beijing 100084，China）

The process and characteristics of VOCs emission in oil storage and transportation industry in china are analyszed. The principles and applicable conditions of VOCs emission sources end control technologies are introduced. A comprehensive evaluation index system including 10 indexes in aspects of environmental performance，echnology performance and economic performance is established. The fuzzy evaluation method is used to analysis the comprehensive performance of the alternative end control technologies for VOCs emission in oil storage and transportation industry. The results show that the condensation and membrane separation process with better comprehensive performance are the best end control technologies for VOCs emission in oil storage and transportation industry.

volatile organic compounds（VOCs）；oil storage and transportation；waste gas emission；end control；fuzzy evaluation

X511

A

1006 - 1878（2015）01 - 0064 - 05

2014 - 06 - 24；

2014 - 08 - 27。

阿克木·吾馬爾（1977—），男，新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市人，碩士，工程師，電話 13999992214，電郵akm1122@163.com。聯(lián)系人：王書肖，電話 010 - 62771466，電郵 shxwang@tsinghua.edu.cn。

公益性行業(yè)科研專項（2011467003）；國家科技支撐計劃課題（2013BAC13B03 ）。