油氣回收技術(shù)在鐵路裝車過程中的應(yīng)用*

蔣偉寧，劉拉果，尹英煥

（中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧 撫順 113006）

油氣回收技術(shù)在鐵路裝車過程中的應(yīng)用*

蔣偉寧，劉拉果，尹英煥

（中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧 撫順 113006）

輕質(zhì)油品在裝車（船）、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、等過程中存在著揮發(fā)損耗，揮發(fā)的油氣受到裝載、儲(chǔ)存方式、運(yùn)輸工具、氣溫等因素的影響。介紹了直接冷凝法、吸附法、吸收法、膜分離法等4種油氣回收的方法，闡述了油氣回收技術(shù)在鐵路裝車過程中的應(yīng)用。

油氣回收；油氣揮發(fā)；鐵路裝車；回收效率

目前在石油、石化等領(lǐng)域中，因汽油等輕質(zhì)類油品在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、銷售、使用過程中不能實(shí)現(xiàn)全密閉式的儲(chǔ)存和裝卸，非常容易揮發(fā)而產(chǎn)生嚴(yán)重的損耗。油品的揮發(fā)，一方面降低了油品的質(zhì)量，給生產(chǎn)帶來安全隱患；另一方面在污染大氣的同時(shí)，還帶來了不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失，造成了巨大的能源浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)2001年全國汽油產(chǎn)量4 100萬t，石腦油產(chǎn)量1 178萬t，2001年全年至少損失汽油13.53萬t，石腦油1.3萬t，損耗總量達(dá)到原油加工量的0.3%～0.45%?？梢娫谟推返闹修D(zhuǎn)過程中因揮發(fā)損耗浪費(fèi)了巨大的能源，在當(dāng)今能源日益緊張的形勢(shì)下，如果能夠有效地減少油品的揮發(fā)損耗，其節(jié)能意義十分明顯。

油品揮發(fā)損耗帶來了一系列危害，從20世紀(jì)60年代起，發(fā)達(dá)工業(yè)國家就將油氣回收處理作為降低油品揮發(fā)損耗及防止油氣污染的重點(diǎn)技術(shù)加以研究推廣，并對(duì)油氣排放標(biāo)準(zhǔn)加以立法來嚴(yán)格控制油氣排放濃度。日本、美國在20世紀(jì)60、70年代就已成功研制出了油氣回收裝置，形成了成套的活性炭吸附法、貧油吸收法、冷凝法油氣回收裝置。德國也在近年推出了使用膜分離技術(shù)的油氣回收成套裝置，使油氣回收技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展。目前發(fā)達(dá)工業(yè)國家的煉油廠、油品碼頭、油庫、加油站等普遍都采用了油氣回收設(shè)施，這些設(shè)施既保護(hù)了環(huán)境，也取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，我國從20世紀(jì)80年代起開始了這方面的研究開發(fā)及設(shè)備引進(jìn)[1-2]。

1 油氣回收方法

現(xiàn)階段國內(nèi)外用來回收油氣的方法大致可分為4種：（1）直接冷凝法；（2）吸附法；（3）吸收法；（4）膜分離法。

1.1 直接冷凝法

直接冷凝法是利用制冷劑通過熱交換器對(duì)油氣進(jìn)行冷凝并采用多級(jí)連續(xù)冷卻方式降低揮發(fā)油氣的溫度，使油氣中的油品成分凝聚為液體，而排出潔凈空氣的一種回收方法。油氣經(jīng)過預(yù)冷器溫度降到4℃左右，油氣中的大部分水汽凝結(jié)為水排出，油氣進(jìn)入二級(jí)冷卻器冷卻到約-40℃左右，再進(jìn)入三級(jí)冷卻器冷卻到約-110℃以下，經(jīng)過一、二級(jí)冷卻可以使大部分揮發(fā)性有機(jī)化合物冷凝成為液體回收，排放的油氣濃度能夠達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。冷凝法回收裝置的冷凝溫度一般按預(yù)冷、機(jī)械制冷、液氮制冷步驟來實(shí)現(xiàn)，具有安全性好、油氣回收率高、符合環(huán)保要求、設(shè)備成套裝配、安裝簡(jiǎn)單、運(yùn)行過程自動(dòng)化、使用維護(hù)簡(jiǎn)便、投資回收期短等特點(diǎn)，但如果要求排放的油氣濃度更低，則需要對(duì)油氣進(jìn)行更高級(jí)的冷卻，所需要的能耗也隨之增高。

1.2 吸附法

吸附法利用吸附介質(zhì)（孔隙率較大的物質(zhì)）與油氣分子的親合作用吸附油氣分子，不吸附空氣，從而達(dá)到油氣回收的目的?，F(xiàn)使用較多的吸附介質(zhì)是活性炭，主要是利用活性碳吸附油氣，實(shí)現(xiàn)與空氣的分離，吸附法油氣回收裝置一般包括變壓吸附單元（分離罐）和吸收塔。油氣收集裝置收集到的油氣首先進(jìn)入變壓吸附單元進(jìn)行油氣的吸附，其中絕大部分輕烴被吸附在活性碳的微孔中，當(dāng)達(dá)到一定的飽和度時(shí)該吸附罐自動(dòng)轉(zhuǎn)入真空解吸狀態(tài)進(jìn)行脫附，脫附的油氣進(jìn)入吸收塔被吸收液吸收。吸附法回收效率高，但裝置占地面積相對(duì)較大，吸附塔要進(jìn)行頻繁的吸附-脫附自動(dòng)循環(huán)切換，操作頻繁，而且活性炭壽命短，所以操作維護(hù)起來比較困難，另外活性炭廢料很難處理，容易造成二次污染。

1.3 吸收法

首先利用油氣中的空氣和純油氣在吸收劑中溶解度不同的特性，利用輕組分的汽油（或廢油）、煤油系溶劑、輕柴油、特制有機(jī)溶劑等易吸收油氣的吸收液吸收油氣中的純油氣，實(shí)現(xiàn)油氣中純油氣與空氣的分離；油氣至下而上通過吸收塔，與由吸收塔內(nèi)上端的噴灑器灑下來的吸收液逆向接觸，此時(shí)大部分油氣被吸收液吸收，吸收有油氣的吸收液灑落到塔底，當(dāng)落到塔底的吸收液達(dá)到一定高度時(shí)，在浮力閥的控制下吸收液被輸送到解吸塔內(nèi)上方噴灑器處并向下噴出，經(jīng)真空解吸作用后吸收液落到塔底，解吸后的吸收液被循環(huán)泵輸送走，實(shí)現(xiàn)吸收液再生循環(huán)使用；從吸收液中解吸出的純油氣可由真空泵抽送到第一級(jí)或上一級(jí)回收裝置的進(jìn)氣口進(jìn)行循環(huán)回收，吸收法的處理效果受吸收劑的影響很大，而且通常吸收法的回收率很難達(dá)到90%以上，吸收法還有占地面積大、不利于間歇操作的缺點(diǎn)；隨著環(huán)保要求的提高，自20世紀(jì)90年代以來已逐漸由其它方法所取代。

1.4 膜分離法

膜分離法是利用膜的選擇性（空氣和輕烴組分滲透能力的不同，大分子的輕烴可穿透分離膜，而小分子的空氣則不能）從而實(shí)現(xiàn)空氣和輕烴組分的分離。實(shí)際操作過程是油氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓后，進(jìn)入吸收塔被吸收液吸收，其中大部分的油氣被吸收，一部分不凝油氣進(jìn)入分離膜，油氣分子首先被吸附并溶解于膜的高壓側(cè)表面，然后借助濃度梯度在膜中擴(kuò)散，最后從膜的低壓側(cè)解吸出來，經(jīng)膜分離凈化后的空氣排入大氣。膜分離技術(shù)油氣回收率可達(dá)99%以上。膜法油氣回收裝置占地面積小、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行安全、投資回報(bào)率高，但膜分離設(shè)施前期投資較大，膜的使用壽命短，需要定期更換。

2 油氣回收技術(shù)在鐵路裝車過程中的應(yīng)用

在撫順石化80萬t/a乙烯工程公用工程和輔助設(shè)施項(xiàng)目化工液體鐵路裝卸站設(shè)計(jì)中，苯、甲苯、二甲苯、碳五火車裝車和己烯-1火車卸車采用油氣回收裝置回收裝卸車時(shí)揮發(fā)的油氣（苯、甲苯和二甲苯裝車時(shí)產(chǎn)生的油氣通過管道進(jìn)入油氣回收裝置處理，回收液輸送至常壓罐區(qū)污油罐，碳五和己烯-1裝卸車時(shí)通過氣相平衡管道與儲(chǔ)罐相連，當(dāng)需要排空管道內(nèi)介質(zhì)以及事故狀態(tài)下排放可燃性氣體時(shí)，因無法正常排入高壓火炬系統(tǒng)，因此進(jìn)入油氣回收裝置處理）。

2.1 油氣回收方式選擇

撫順石化大乙烯項(xiàng)目鐵路裝卸站設(shè)計(jì)吸取了各方面的經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)操作情況和裝卸棧橋介質(zhì)品種布置情況，5種介質(zhì)不可能同時(shí)裝卸車，經(jīng)研究確定正常裝車流量按700 m3/h，最大裝車流量按1 000 m3/h考慮選擇油氣回收裝置。因本項(xiàng)目回收介質(zhì)品種較多，吸收劑不好選擇而且吸收法占地空間較大、又受到現(xiàn)場(chǎng)用地條件的制約、從經(jīng)濟(jì)角度方面選用成品油品作為吸收劑損失較大。膜分離法雖然回收效率較高但由于前期投入資金較大，而且膜技術(shù)基本依靠進(jìn)口，國產(chǎn)膜使有壽命較短，帶來使用和維護(hù)方面的困難，因此將回收方式初步選擇在吸附法和冷凝法之間，這兩種工藝是油氣回收工業(yè)領(lǐng)域被廣泛證明其先進(jìn)可靠性的工藝技術(shù)，它們具有操作成本低、回收效率高（易揮發(fā)有機(jī)化合物回收率都可達(dá)到95%以上的）、操作壽命長、撬裝結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小于吸收法等優(yōu)點(diǎn)。

2.1.1 吸附法油氣回收裝置

吸附法油氣回收裝置主要由吸附工序、解吸工序和回收工序3個(gè)工序組成，具體流程如圖1所示。

（1）吸附工序

在鐵路裝車時(shí)產(chǎn)生的油氣經(jīng)密閉鶴管進(jìn)入油氣回收裝置，通過壓力傳送器檢測(cè)出油氣的入口壓力變化并啟動(dòng)油氣回收裝置運(yùn)行。在油氣進(jìn)入裝置之前，先要通過一個(gè)濾液罐以確保油氣不攜帶液體進(jìn)入吸附罐。油氣進(jìn)入吸附罐后，有機(jī)化合物成分將被硅膠活性炭所吸附分離。

（2）解吸工序

油氣回收裝置由二個(gè)活性炭吸附罐組成，并聯(lián)安裝，通過閥門與進(jìn)氣管道相連接。裝置啟動(dòng)后，一個(gè)活性炭罐處于吸附工作狀態(tài)，另一個(gè)活性炭罐處于解吸工作狀態(tài)。當(dāng)吸附罐內(nèi)烴氣達(dá)到飽和狀態(tài)后，真空泵啟動(dòng)，吸附罐轉(zhuǎn)入解吸狀態(tài)，與此同時(shí)，解吸罐轉(zhuǎn)入吸附狀態(tài)，如此反復(fù)實(shí)現(xiàn)二個(gè)活性炭罐交替循環(huán)工作，以保證對(duì)連續(xù)進(jìn)入裝置的油氣進(jìn)行處理。

（3）回收工序

解吸罐中解吸出來的油氣進(jìn)入冷卻器，經(jīng)循環(huán)水冷卻成液態(tài)后用回收泵管輸至常壓罐區(qū)污油儲(chǔ)罐，未被液化的油氣將再次進(jìn)入活性炭吸附罐處理。

吸附法油氣回收裝置操作控制臺(tái)和臺(tái)式PC計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安裝在指定操作間內(nèi)，用來監(jiān)視并記錄整個(gè)回收裝置的運(yùn)行狀況，來實(shí)現(xiàn)對(duì)回收控制的全自動(dòng)控制，并由1臺(tái)PC機(jī)實(shí)時(shí)顯示記錄裝置的運(yùn)行狀況，PC機(jī)會(huì)記錄裝置運(yùn)行參數(shù)如：壓力、流量、溫度、液位等，從而確保裝置運(yùn)行的可靠性及安全性。

2.1.2 冷凝法油氣回收裝置

鐵路裝車時(shí)產(chǎn)生的揮發(fā)性油氣通過密閉鶴管經(jīng)過油氣回收管道進(jìn)入油氣回收裝置，具體流程如圖2所示。

苯裝車時(shí)揮發(fā)的油氣進(jìn)入到400 m3/h冷凝處理裝置，設(shè)計(jì)溫度為6℃左右，此時(shí)苯油氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)苯排入到儲(chǔ)液罐，分離后的空氣排空；甲苯裝車時(shí)揮發(fā)的油氣進(jìn)入到400 m3/h一級(jí)冷凝處理裝置，設(shè)計(jì)溫度為6℃，然后進(jìn)入二級(jí)冷凝處理裝置，設(shè)計(jì)溫度為-95℃，此時(shí)的甲苯油氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)的甲苯排入到儲(chǔ)液罐，分離后的空氣排空；二甲苯裝車時(shí)揮發(fā)的油氣進(jìn)入到300m3/h冷凝處理裝置，設(shè)計(jì)溫度為-25℃，此時(shí)的二甲苯油氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)的二甲苯排入到儲(chǔ)液罐，分離后的空氣排空。如果碳五和已烯-1所揮發(fā)的油氣需要進(jìn)入油氣回收裝置處理，而同時(shí)又有其它的油品裝車時(shí)，可同時(shí)開啟400 m3/h+300 m3/h（一級(jí)）+300 m3/h（二級(jí)）滿負(fù)荷運(yùn)行，最大處理量可達(dá)1 000 m3/h，將有機(jī)性揮發(fā)物由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)排入儲(chǔ)液罐，分離后的空氣排空。如果在長時(shí)間的運(yùn)行過程中其中的一套一級(jí)冷凝處理裝置發(fā)生故障或維修保養(yǎng)，可將另外的冷凝處理裝置通過PLC控制改變溫度設(shè)定值，確保裝置短時(shí)間內(nèi)維持正常運(yùn)行。油氣回收裝置主要配件選用德國比澤爾第三代雙級(jí)制冷式壓縮機(jī)，其散熱采用風(fēng)冷形式，無需冷卻循環(huán)水，降低了設(shè)備的維護(hù)工作量，解決了冬季因循環(huán)水而結(jié)冰的問題，提高了設(shè)備的使用壽命，整個(gè)裝置采用撬裝形式，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。

冷凝法油氣回收裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)定條件自動(dòng)開、停、實(shí)現(xiàn)無人值守，系統(tǒng)控制包括電氣執(zhí)行器件、PLC可編程控制系統(tǒng)（可編程模塊采用西門子組件）、圖形化人機(jī)操作接口（HMI）等主要組件?？刂撇糠职ǚ辣刂乒?、防爆機(jī)組電控箱、PLC可視操作系統(tǒng)、各級(jí)冷凝溫度顯示儀表、各級(jí)制冷排氣和回氣壓力顯示儀表、報(bào)警聲光顯示等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)有多種安全聯(lián)鎖保護(hù)功能，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行過程中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都可以實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)，裝置的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)傳送到控制室，控制室可顯示實(shí)際的操作數(shù)據(jù)，操作數(shù)據(jù)可記錄，并可由通訊接口進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。所有的設(shè)定參數(shù)可通過授權(quán)密碼進(jìn)行調(diào)整。也可通過無線遙控裝置開啟設(shè)備。

2.2 油氣回收方式對(duì)比分析

吸附法的優(yōu)缺點(diǎn)：吸附法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以通過改變吸附和再生運(yùn)行的工作條件來控制出口氣體中油氣的濃度，而且能耗較低，設(shè)備可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行信號(hào)反饋儀表操作間。缺點(diǎn)是設(shè)備投資較高、工藝相對(duì)復(fù)雜、雖然采用改進(jìn)的活性碳＋硅膠作為吸附材料，但三苯易使活性炭失活，失活后的活性炭存在二次污染處理問題。

冷凝法的優(yōu)缺點(diǎn)：冷凝法油氣回收技術(shù)已發(fā)展多年，相關(guān)技術(shù)也比較全面，回收處理設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)相對(duì)低廉、國產(chǎn)化率好、占地面積相對(duì)吸附法小，維護(hù)容易，安全性好，不存在二次污染問題并且采用了400m3/h+ 300 m3/h+300 m3/h油氣回收方案，當(dāng)裝車量較大時(shí)可同時(shí)開啟3套冷凝處理裝置，裝車量較小時(shí)只運(yùn)行其中1套或2套，操作比較靈活，如果其中的一套冷凝處理裝置發(fā)生故障，可將另外的冷凝處理裝置通過PLC控制改變溫度設(shè)定值，確保裝車的正常運(yùn)行并可以直觀地看到油氣回收的工藝流程。缺點(diǎn)是電消耗稍高。

3 結(jié)束語

選擇什么樣的油氣回收方法，要根據(jù)儲(chǔ)運(yùn)規(guī)模，交通運(yùn)輸情況、當(dāng)?shù)貧庀笄闆r、現(xiàn)有公用工程的情況，從設(shè)備投資、效益、操作、使用壽命等方面進(jìn)行綜合考慮來確定油氣回收方法。

[1]李漢勇.油氣回收技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2]何龍輝.油氣儲(chǔ)運(yùn)工程設(shè)計(jì)[Z].洛陽：中國石化集團(tuán)公司儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)技術(shù)中心站，2004.

Application of Oil-vapor Recovery Technology in Railway Loading Process

JIANG Wei-ning，LIU La-guo，YIN Ying-huan
（China Huanqiu Contracting＆Engineering Corporation Liaoning Branch Company，Liaoning Fushun 113006，China）

Volatilization loss of light oil often happens during loading，storage，transportation and so on.The amount of volatilization is affected by loading method，storage method，transportation tools and temperature.In this paper，oil-vapor recovery technology including direct condensation method，adsorption method，absorption spectrometry and membrane separation method was introduced.Application of oil-vapor recovery technology in railway loading process was mainly discussed.

Oil-Vapor Recovery；Oil Vapor Volatilization；Railway Loading；Recovery Efficiency

TE 992

A

1671-0460（2010）01-0045-04

2009-10-13

蔣偉寧，助理工程師，2005年畢業(yè)于東北大學(xué)電子信息專業(yè)，現(xiàn)從事油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)工作。電話：0413-7593986。