許騰

摘 要：環(huán)境保護(hù)部和國(guó)家質(zhì)監(jiān)總局發(fā)布《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)煉油企業(yè)罐區(qū)無(wú)組織排放的有機(jī)廢氣做出限制后，各煉油企業(yè)罐區(qū)設(shè)置了各種不同的油氣回收系統(tǒng)來(lái)提高排放廢氣的標(biāo)準(zhǔn)。本文介紹氮封的原理以及氮封在儲(chǔ)罐應(yīng)用中的效果，目前主流的幾種油氣回收方式的原理，選擇冷凝+吸附油氣回收技術(shù)路線的原因及其在儲(chǔ)罐應(yīng)用中的效果。

關(guān)鍵詞：氮封 油氣回收系統(tǒng)冷凝+吸附油氣回收裝置

中圖分類號(hào)：TQ241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）04（a）-0061-02

1 罐區(qū)為何要設(shè)置氮封+儲(chǔ)罐油氣回收系統(tǒng)

眾所周知，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量對(duì)大氣環(huán)境有危害的揮發(fā)性有機(jī)廢氣（VOC）。當(dāng)前，中國(guó)的工業(yè)發(fā)展進(jìn)入到了一個(gè)新階段，中國(guó)的環(huán)境問(wèn)題日益突出，許多地方出現(xiàn)了嚴(yán)重的霧霾天氣，以致影響到了人們正常的生活和工作。在這種情況下，必須控制工業(yè)等生產(chǎn)領(lǐng)域有害氣體的排放，加大對(duì)有機(jī)廢氣處理的力度，通過(guò)提高廢氣處理技術(shù)來(lái)降低其對(duì)大氣環(huán)境的危害，減少其對(duì)大氣環(huán)境的污染。

正因如此，環(huán)境保護(hù)部和國(guó)家質(zhì)監(jiān)總局發(fā)布《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31570-2015），對(duì)企業(yè)VOC排放的指標(biāo)更加嚴(yán)苛。非甲烷總烴排放標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)從早期的25g/m3提高到120mg/m3，尤其對(duì)苯要求不大于4mg/m3， 甲苯要求不大于15mg/m3，二甲苯要求不大于20mg/m3的更嚴(yán)苛要求。

2 造成揮發(fā)性有機(jī)廢氣排放的原因

油品在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，不可避免地存在油品損耗。油品儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中的損耗約占加工量的3‰～5‰，其中最主要的損耗方式為蒸發(fā)損耗[1]。油品的蒸發(fā)損耗主要分為自然通風(fēng)損耗、“小呼吸”損耗和“大呼吸”損耗。

自然通風(fēng)損耗主要是由于儲(chǔ)罐的密封不嚴(yán)造成的。如果罐頂有縫隙或者孔眼，它會(huì)引起自然對(duì)流而造成自然通風(fēng)損耗。

當(dāng)儲(chǔ)罐未進(jìn)行收發(fā)油時(shí)，油罐內(nèi)油品液面處于靜止?fàn)顟B(tài)，油品蒸氣充滿氣體空間，由于罐內(nèi)氣體空間溫度和油氣濃度的晝夜變化而引起的損耗成為油罐的靜止儲(chǔ)存損耗，又稱作“小呼吸”損耗。

當(dāng)油罐發(fā)油時(shí)，油罐內(nèi)油品液位不斷下降，罐內(nèi)空氣和油品氣相混合氣體濃度、壓力降低，這將促進(jìn)油品液面的進(jìn)一步蒸發(fā)。當(dāng)油罐收油時(shí)，由于罐內(nèi)液體體積增加，罐內(nèi)氣體壓力增加，當(dāng)壓力增加到一定數(shù)值時(shí)，呼吸閥打開(kāi)，罐內(nèi)油氣隨之排入大氣中。這種由于液面高度變化而造成的油品損耗成為動(dòng)液面損耗，又稱為“大呼吸”損耗。

3 罐區(qū)儲(chǔ)罐為何要進(jìn)行氮封

氮封是指利用氮?dú)庋a(bǔ)充儲(chǔ)罐內(nèi)氣體空間。由于氮?dú)獗扔蜌廨p，所以氮?dú)飧≡谟蜌馍厦?。?dāng)呼氣時(shí)，呼出儲(chǔ)罐外的是氮?dú)夂陀驼魵獾幕旌蠚怏w，而不是純粹的油蒸氣。氮?dú)夂陀驼魵獾幕旌蠚怏w送去油氣回收裝置回收的油品量顯然要比純粹的油蒸氣回收的量要小，因此返回裝置回?zé)挼牧恳?，從而?shí)現(xiàn)了對(duì)能源的節(jié)約利用。

4 主流的油氣回收方法有哪些

儲(chǔ)罐油氣回收系統(tǒng)是指在油品在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，將蒸發(fā)損耗產(chǎn)生的油蒸氣，經(jīng)儲(chǔ)罐氣相連通管連接到管路末端的設(shè)備，通過(guò)設(shè)備凈化處理后才排入大氣的系統(tǒng)。常用的油氣回收處理的方法包括吸附法、冷凝法和膜分離法[3]。

吸附法是利用吸附劑對(duì)油氣中的被吸附烴類組分與其余物質(zhì)的親和力不同，來(lái)完成吸附。目前，活性炭被廣泛作為吸附法的吸附劑。用活性炭做吸附劑的吸附法，主要有變壓吸附，變溫吸附。吸附回收裝置主要有兩種技術(shù)路線，一種是采用真空泵進(jìn)行抽真空的真空解析法，一種是在常壓下的蒸氣解析法。

冷凝法是利用不同烴類物質(zhì)在不同壓力和溫度下具有不同的飽和蒸氣壓。利用這一原理，經(jīng)過(guò)多級(jí)冷凝冷卻，使混合油氣中的烴類各組分溫度低于凝點(diǎn)由氣相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合?，未被凝結(jié)的氣相被排出，起到回收油氣的作用。冷凝法的關(guān)鍵是制冷劑的冷凝溫度，當(dāng)尾氣排放指標(biāo)要求高時(shí)，采用三級(jí)冷卻。

膜分離法是利用氣體組分分子大小不同及在薄膜內(nèi)的擴(kuò)散能力不同即滲透速率的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)烴分子與空氣的分離的方法。在一定的壓差推動(dòng)下，油氣中的烴類組分優(yōu)先通過(guò)高分子薄膜，空氣則被選擇性地截留，實(shí)現(xiàn)分離的目的。

5 選擇何種油氣回收方式

目前主流選擇的是冷凝+吸附相結(jié)合的油氣回收技術(shù)路線。這是因?yàn)槲椒m然廣泛應(yīng)用于治理大風(fēng)量、中低濃度有機(jī)廢氣，且操作簡(jiǎn)單、處理效率高、效果好，但是吸附法在處理高濃度有機(jī)廢氣時(shí)存在吸附熱過(guò)大損壞吸附劑、造成超溫安全隱患。

6 冷凝+吸附油氣回收技術(shù)原理簡(jiǎn)介

總體來(lái)說(shuō)，冷凝+吸附油氣回收技術(shù)由三部分組成。

（1）冷凝部分。

冷凝部分一般需進(jìn)行三級(jí)冷凝。

①一級(jí)制冷：油氣處理溫度需達(dá)到3℃～7℃，主要處理水及油氣重組分，應(yīng)能截留大部分水分，降低了水或油氣重組分在后面兩級(jí)制冷中結(jié)霜的可能，從而保證油氣管道壓力不會(huì)過(guò)快地升高；②二級(jí)制冷：油氣處理溫度需達(dá)到-25～-30℃，應(yīng)能液化回收部分C3～C6油氣；③三級(jí)制冷：油氣處理溫度需達(dá)到-55℃～-70℃，應(yīng)能液化回收輕烴，從而延長(zhǎng)活性炭的壽命。

分離出油（液態(tài)化工品）后的低溫油氣，與制冷系統(tǒng)冷凝熱源進(jìn)行回?zé)峤粨Q，使其溫度回升到5℃～25℃后再輸送到后級(jí)吸附模塊。冷凝下來(lái)的液體流至冷凝部分內(nèi)置的儲(chǔ)液罐中，當(dāng)儲(chǔ)液罐到達(dá)高液位時(shí)，油（廢液）泵自動(dòng)啟動(dòng)，使所回收油品經(jīng)計(jì)量表（對(duì)回收的油品實(shí)時(shí)計(jì)量）、單向閥輸送到指定儲(chǔ)液罐，當(dāng)儲(chǔ)液罐到達(dá)低液位時(shí)，油（廢液）泵自動(dòng)關(guān)閉。

考慮到罐區(qū)呼吸時(shí)間長(zhǎng)及不確定性，冷凝部分配置單套制冷系統(tǒng)自動(dòng)控制的雙蒸發(fā)器系統(tǒng)的油氣氣路通道，當(dāng)一路氣路通道結(jié)霜到一定程度時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)切換到另一氣路通道工作，同時(shí)結(jié)霜程度大的通道進(jìn)入融霜模式，融霜結(jié)束后可根據(jù)指令自動(dòng)地恢復(fù)冷場(chǎng)通道通暢，處于待機(jī)狀態(tài)，即具備預(yù)冷功能，以確保雙通道切換時(shí)尾氣排放物達(dá)標(biāo)。三級(jí)制冷的每一級(jí)均采用雙通道設(shè)計(jì)，有效解決不間斷運(yùn)行的融霜問(wèn)題。

（2）吸附部分。

經(jīng)冷凝部分處理后的低濃度油氣進(jìn)入到吸附部分，吸附部分由至少兩個(gè)吸附罐交替進(jìn)行吸附—脫附—吹掃過(guò)程，脫附出的油（廢）氣重新進(jìn)入冷凝部分進(jìn)行再次處理。

（3）油品（廢液）收集部分（主要含儲(chǔ)液罐和外輸泵）

油品（廢液）收集部分包含儲(chǔ)液罐和外輸泵，當(dāng)儲(chǔ)液罐內(nèi)存液液位較高時(shí)，由外輸泵直接輸送至罐區(qū)。

7 氮封+油氣回收系統(tǒng)在罐區(qū)應(yīng)用的效果

以某煉油廠芳烴罐區(qū)為例。芳烴罐區(qū)三苯儲(chǔ)罐在未設(shè)氮封+油氣回收系統(tǒng)前屬于無(wú)組織排放狀態(tài)，排放的油氣中含苯345mg/m3、含甲苯118mg/m3、含二甲苯41mg/m3、含非甲烷總烴2～280g/m3。設(shè)置氮封+油氣回收系統(tǒng)后，排放的油氣中含苯小于4mg/m3、含甲苯小于15mg/m3、含二甲苯小于20mg/m3、含非甲烷總烴小于120mg/m3，芳烴罐區(qū)一年可減少約15.2t三苯油氣排放量，不僅使得排放氣體滿足《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB31570-2015）的要求，保護(hù)環(huán)境，同時(shí)還可減少約15萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)損失。

8 結(jié)論

氮封+儲(chǔ)罐油氣回收系統(tǒng)不僅保證了油品的質(zhì)量，而且對(duì)罐區(qū)排放的有機(jī)廢氣進(jìn)行了有效的回收治理，使得罐區(qū)排放的有機(jī)廢氣各成分含量符合相關(guān)規(guī)范的要求，減少了對(duì)大氣的污染。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖馳.輕質(zhì)油儲(chǔ)罐應(yīng)用氮封技術(shù)的重要意義[J].石油化工安全技術(shù)，2004（6）：9-11.

[2] 陳占濤.油氣回收裝置在苯類罐區(qū)的應(yīng)用[J].四川化工，2012（1）.

[3] 屈曉禾.芳烴儲(chǔ)罐區(qū)油氣回收方案確定[J].石油石化節(jié)能，2015（3）.