張克灝（中國石化西安石化分公司）

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吸附+吸收油氣回收工藝實踐及優(yōu)勢分析

張克灝（中國石化西安石化分公司）

摘要：吸附+吸收油氣回收工藝是目前油庫及裝卸系統(tǒng)應用最廣的成熟的油氣回收技術，相對于其他油氣回收技術，該工藝具有能耗低、處理量大及吸收效率高等優(yōu)勢，是汽油、鐵路、裝車及大型儲運企業(yè)的首選。中國石化西安石化分公司為滿足環(huán)境保護及安全衛(wèi)生的要求，于2014年建成處理能力為750 m3/h（0℃，101.325 kPa）的鐵路油氣回收系統(tǒng)，采用吸附+吸收工藝。該系統(tǒng)由伸縮囊密閉裝車鶴管及油氣回收裝置組成，自投用以來，取得良好的經濟及環(huán)保效益。該文主要根據該裝置運行實際情況，結合工藝管理的實際情況，為企業(yè)選擇工藝提供指導性建議；同時，對可能存在的問題提出改進意見。

關鍵詞：油氣回收；吸附；吸收；解吸

引言

眾所周知，在油品儲運過程中，存在著嚴重的呼吸損失，通常將油罐因為溫差變化造成的油品蒸發(fā)損失叫做“小呼吸”損失，將油品在收發(fā)作業(yè)時造成罐內壓力變化導致的油品揮發(fā)叫做“大呼吸”損失。對油品儲運系統(tǒng)來說，油品的“大呼吸”損失是遠遠大于“小呼吸”損失的，特別是在油品裝車環(huán)節(jié)，產生很大的呼吸損失。按2014年全國汽油的表觀消費量1×108t計算，僅在汽油裝卸過程中的損失就達到30×104t，總價值超過10億元。我國每年蒸發(fā)的油氣已經成為大氣污染不可忽視的重要污染源之一；同時，油氣裝車揮發(fā)也對裝卸車人員身體帶來極大危害。因此，建設油氣回收裝置已成為大型油品儲運企業(yè)的共識。

從節(jié)能及安全環(huán)保方面考慮，目前，世界各國都采取措施來處理這些揮發(fā)性油氣，很多先進的西方國家早已使用油回收裝置回收油氣，并使其普遍應用于油氣儲運場所。北美洲和歐洲早在上世紀70年代就建立了油氣回收行業(yè)，并制定了逐年嚴格的油氣排放標準。美國聯(lián)邦環(huán)保局在上世紀70年代初就制定了環(huán)保法規(guī)，同時在80年代完善了《空氣環(huán)保法》[1]。按照法規(guī)要求，加油站必須安裝油氣回收系統(tǒng)才能通過環(huán)保檢查，否則不能開業(yè)[2]。我國隨著全民環(huán)保意識的逐步提高，國家對城市PM2.5濃度考核更加嚴格，作為重要污染源，要求各個地方從油氣揮發(fā)方面對油品儲運部門加大檢查，逐步強制上油氣回收系統(tǒng)。

西安石化分公司于2014年建成油品儲運設施改造項目及配套鐵路油氣回收系統(tǒng)，并于2015年初經過檢測得到西安市環(huán)保局組織的驗收。該裝置采用吸附+吸收工藝，處理能力為750 m3/h，主要回收火車裝汽油過程中的呼吸損失。按每節(jié)車裝車過程中揮發(fā)損失20 kg計算，每年回收的汽油將近200 t，為企業(yè)帶來可觀的經濟效益。該套油氣回收系統(tǒng)相比于其他類型油氣回收裝置來說，有著明顯的優(yōu)勢，是大型儲運企業(yè)的首選。

1　各種油氣回收工藝的對比

1.1吸收法油氣回收工藝

該工藝最重要的設備就是吸收塔，一般吸收劑選擇柴油等相對較重的油品，柴油在進入吸收塔前一般還要經過換熱器冷卻，吸收后的富液往往還要進裝置回煉，增加回煉成本。

1.2冷凝法油氣回收工藝

該工藝主要是通過幾級冷卻器冷卻油氣，做到油氣分離，最終的合格氣相排入大氣。冷卻器的冷源主要通過制冷壓縮機提供，缺點是制冷壓縮機能耗較大，該技術適合揮發(fā)量較小的各類加油站[3]。

1.3膜分離油氣回收技術

該工藝主要基于膜對氣體的滲透性，利用一定壓力下混合氣體中各組分在膜中具有不同的滲透速率而實現分離的，但需要增加壓縮/冷凝過程造成膜兩側的壓差；缺點就是高負壓強制氣化，造成液相損失[4]，同時膜的使用壽命較短，更換頻繁。

1.4吸附+吸收油氣回收技術

該工藝是目前大型油品儲運企業(yè)在產品發(fā)運環(huán)節(jié)應用最廣的油氣回收技術。該工藝具有處理量大、操作彈性大、能耗低及吸收效率高等優(yōu)點（表1），是該文推薦的油氣回收方式。

表1　各種油氣回收技術比較

2　吸附+吸收油氣回收裝置工藝流程

裝置以活性炭作為吸附材料，活性炭的特性是單位體積有著極大的表面積，可以有效地吸附油氣中的烴。由工藝管線流程（圖1）可知，基本的油氣回收裝置是1種變壓吸附流程，它由2個交替工作的活性炭床組成，活性炭的再生則通過1個真空泵提供的抽真空操作來完成，并在再生循環(huán)的最后，通過空氣吹掃閥對炭床進行吹掃。再生過程中，從活性炭床解吸下來的油氣首先在真空泵中被壓縮，然后進入吸收塔，由進油泵輸送的汽油噴淋吸收。系統(tǒng)中所有回收的產品用泵打回汽油儲罐，返回的富汽油在儲罐中被稀釋，相對于傳統(tǒng)吸收型回收裝置而言，對油品性質影響很小，減少了回煉成本。

圖1　油氣回收裝置工藝流程

該工藝流程短，工藝簡單，由于設備較少，占地面積較小，投資相對較少，適合煉廠及大型油品儲運企業(yè)。從能耗角度考慮，該工藝流程僅僅是風機、真空解吸泵和富液轉油泵需要用電，相對于冷凝或膜分離法，能耗極小。

3　工藝原理

3.1活性炭吸附

相對于膜分離法利用膜的選擇性進行油氣回收而言，活性炭吸附具有獨特的優(yōu)勢。有些固體對液體或氣體有一種親和力，這種親和力稱之為黏附力?；钚蕴渴且环N黏附力較強的固體，含有大量的內部孔隙結構，其每克質量內部自由表面積高達2000 m2，因而活性炭是一種優(yōu)良的吸附劑[5]。相對于膜分離的方法，活性炭吸附是最為穩(wěn)定的，而且活性炭的吸附能力可以通過裝置自由調節(jié)。

該工藝采用微負壓操作，避免強制氣化。在活性炭吸附罐罐頂抽出并通過1臺風機排入大氣。該風機出口即裝置的氣相外排口，通過風機對活性炭吸附罐形成微負壓，該微負壓可使裝車鶴管吸入油氣更加充分，不像膜吸收法等油氣回收法造成高負壓，使得部分裝入車內的汽油液相強制氣化。對于用流量計進行貿易交接的儲運單位而言，強制氣化無疑會造成客戶損失，影響賣方信譽。

在該工藝中，活性炭反復經過吸附+再生過程，為保證活性不衰減，對活性炭本身品質要求很高。目前，國內主要采用美國進口活性炭，該活性炭具有穩(wěn)定性好，使用壽命長的特點，平均使用年限為5~8年；而同類的國產活性炭使用壽命低，更換頻繁，操作麻煩。

3.2解吸

通過解吸過程可以提高活性炭的利用效率，大大提高活性炭的使用壽命。解吸過程是吸附過程的逆轉，被吸附的組分重新釋放，釋放的氣體濃度高于原混合氣的濃度。

3.3吸收

該吸收過程的優(yōu)勢在于作為吸收劑的汽油來自發(fā)車管線，無須從罐區(qū)引吸收劑專線，相對于傳統(tǒng)吸收過程需要另外引入柴油作為吸收劑。該工藝的優(yōu)勢很明顯，吸收后的富汽油可以直接打回成品罐，無須再次回煉或調和。

4　提高油氣回收效率

4.1鶴管形式的創(chuàng)新

裝車揮發(fā)油氣是否能最大可能進入油氣回收系統(tǒng)決定著裝置的回收效率，而鶴管能否密封住裝車口就成為關鍵。目前裝車鶴管密封技術較多，比較成功的是鶴管加裝錐型密封罩及氟橡膠囊式密封罩，西安石化采用后一種鶴管形式。該技術優(yōu)點是：隨車內氣相壓力變化，鶴管囊體隨之升高降低，囊內氣相同時對囊體下沿即密封罩加壓，使得與罐口接觸面進一步密封，使得氣相大部分進入油氣回收裝置。

4.2多種方法提高吸附效率

1）為提高氣相進氣壓力，裝車時必須控制同時裝車的數量。同時裝車數量越多，氣相壓力越小，根據裝車流量，選擇最優(yōu)的同時裝車數量，保證氣相壓力。

2）吸附本身是1個放熱過程，在裝置投用前，必須對活性炭進行充分鈍化，降低活性炭活性，只有這樣才能降低溫度，提高吸附效率。

3）為提高被吸收氣相組分里烴類含量，必須保證鶴管密封罩密封效果，防止吸入空氣降低油氣濃度[6]。

5　工藝不足及改進建議

任何1套工藝裝置都有其不足之處，取長補短，才能發(fā)揮裝置的最大效能。對于吸附+吸收工藝而言，吸收塔氣相出口未直接排空，而是2次進入吸附罐氣相進口，使得這一過程外排口減少。但對吸收塔的吸收效果監(jiān)控不充分，有可能因為吸收效果不充分造成2次進入吸附罐的烴類濃度過高，造成活性炭不能完全吸收，導致風機外排氣體烴類濃度超標，在對裝置的監(jiān)控檢測過程中偶爾就會出現。因此，控制吸收塔的吸收效果就是該工藝必須改進的地方，造成這方面的主要原因如下：

1）吸收劑的溫度過高。作為吸收劑的汽油取自汽油發(fā)車管線，管線內的油品溫度可能較高，吸收效果很差；甚至有的汽油進入吸收塔后有1部分氣化，這反倒增加了進入吸附罐的烴類濃度，不利于吸附。建議有條件的企業(yè)在吸收劑進吸收塔前增加1個循環(huán)水換熱器，在夏季時降低吸收劑溫度。

2）進入吸收塔氣相溫度較高，使得吸收不充分，這主要是由吸附罐溫度過高，吸附過程放熱量大造成的，可以通過調整解吸時間降低活性炭活性的辦法加以解決。

6　實際檢測數據

由表2可知，該吸附+吸收油氣回收裝置回收效果達到國家排放要求，說明裝置的設計工藝是成功的。

表2　油氣處理裝置非甲烷總烴監(jiān)測結果

7　工藝優(yōu)勢總結

通過與其他油氣回收工藝比較及本工藝的優(yōu)勢實踐可以看出，吸附+吸收工藝在吸收效果、設備投資、運行費用等方面相比其他油氣回收工藝都具有一定優(yōu)勢，當然該工藝最核心的活性炭是美國進口的，費用較貴。但相比于每年汽油的回收量來說，比如西安石化，達到將近200 t，汽油的價格按4000元/t計算，每年產生的效益相當可觀；對于5~ 8年更換1次的活性炭來說，這些費用是微不足道的。

8　結束語

油氣回收工藝作為1門新興工藝，在環(huán)保壓力形勢嚴峻的今天，選擇1個適合的油氣回收工藝對于每1個油品儲運企業(yè)尤為重要，吸附+吸收工藝作為1種成熟的油氣回收工藝應該在各大企業(yè)大力推廣。當然，操作過程中找到裝置運行的平衡點，

積極探索裝置的運行規(guī)律，總結適合本單位的操作方法對于提高吸收效率、提高裝置的使用壽命也相當重要。

參考文獻：

[1]王長江.美國油氣回收與環(huán)保[J].商業(yè)時代，2004（10）：44.

[2]竺柏康.加油站建設應設置油氣回收系統(tǒng)[J].石油庫與加油站，2003，12（2）：35-36.

[3]黃維秋，鐘秦.油氣回收技術與比較[J].化學工程，2005，33 （5）：53-56.

[4]于勇，謝放華.石油產品裝卸過程中的油氣回收技術[J].化工環(huán)保，2000，24（3）：194-198 .

[5]趙廣明.儲運系統(tǒng)油氣回收問題的探討[J].煉油設計，2001，31（8）：54-56.

[6]張宏，孫禾.吸附法（活性炭）油氣回收系統(tǒng)在石油庫的應用[J].安全、健康和環(huán)境，2004（7）：14-15.

（編輯王艷）

收稿日期2015-09-11

作者簡介：張克灝，工程師，2005年畢業(yè)于鄭州大學，從事油氣儲運管理工作，E-mail：84996237@qq.com，地址：陜西省西安市未央區(qū)建章路北段6號，710086。

DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2016.02.003