淺談油氣減排技術(shù)及其運用

文_袁凱燕 南京博環(huán)環(huán)保有限公司

1 油品蒸發(fā)消耗及其表現(xiàn)形式

石油及其產(chǎn)品是有多種碳氫化合物組成的混合物，其中的輕質(zhì)油組分具有很強的揮發(fā)性。在石油儲運的整個過程中，由于受到工藝、技術(shù)及設(shè)備的限制，經(jīng)常會有一部分液態(tài)輕烴組分汽化而散逸到大氣中，造成不可回收的油氣損耗，這種現(xiàn)象稱為油品蒸發(fā)損耗。

2 油品損耗的危害性

2.1 嚴重污染環(huán)境

油氣是氣象烴類的有毒物質(zhì)，密度大于空氣而漂浮于地面上，從而加劇了對人和周邊環(huán)境的影響。油氣不僅是一種有機污染物，還是產(chǎn)生光化學(xué)煙霧的主要反應(yīng)物。光化學(xué)煙霧是現(xiàn)代工業(yè)化社會的主要污染物之一，具有強烈的刺激性氣味，成分復(fù)雜，其中對動物、植物、材料有害的物質(zhì)是臭氧、PAN、丙烯醛、甲醛等二次污染物。主要危害有：損耗人和動物的健康、影響植物生長、影響材料質(zhì)量，降低大氣的能見度等。

2.2 危及安全

油品在儲存、收發(fā)、銷售過程蒸發(fā)排出來的高濃度油氣具有很高的安全隱患。汽油爆炸極限（體積分數(shù)）為1%～6%，汽油蒸汽的密度約為3.0～3.1kg/m3（STP），而空氣的密度為1.1kg/m3（STP）。當嚴重超過火災(zāi)爆炸極限時，密度比空氣大的高濃度油氣大量蒸發(fā)排放、擴散、漂浮聚集在地面空間，帶來了很大的安全隱患。

2.3 油品質(zhì)量降低，影響油品正常使用，造成能源浪費

油品損耗是一種選擇性很強的損耗形式，損耗的物質(zhì)主要是油品中較輕的組分，因此造成油品質(zhì)量損失的同時，也降低了油品的質(zhì)量，影響油品的正常使用。

3 控制油品蒸發(fā)損耗的措施

從控制VOCs排放的技術(shù)角度來看，控制油品蒸發(fā)損耗的措施基本可以分為兩類：一是從源頭上控制，以防止或抑制VOCs泄漏乃至消除VOCs排放為主的預(yù)防性措施；二是以末端治理為主的控制性措施。末端治理包括兩種，第一種是非破壞性的物理性方法，即采用物理方法將揮發(fā)性VOCs聚集、回收；第二種是通過化學(xué)反應(yīng)將VOCs分解為無毒或低毒物質(zhì)的破壞性方法。

3.1 源頭控制

從源頭抑制油品的揮發(fā)是控制油品損耗和大氣污染的首要措施。任何形式的油品蒸發(fā)都是在運輸、儲存容器內(nèi)部傳質(zhì)基礎(chǔ)上發(fā)生。由于蒸發(fā)只在氣液相界面進行，氣體空壓的壓力、體積、溫度、濃度、界面面積等參數(shù)的大小或變化幅度直接影響了蒸發(fā)損耗的大小。

3.1.1 降低油罐內(nèi)溫差

降低罐內(nèi)溫度及其變化幅度主要用于降低固定頂罐小呼吸損耗。具體方法有：選用良好的油罐涂料、淋水冷卻、安裝反射隔熱板、筑防護墻等。

（1）正確選用油罐涂料

油罐涂料不僅起到防腐的作用，而且還能影響油罐對太陽輻射熱的吸收能力選用能發(fā)射光線，特別是能發(fā)射熱效應(yīng)大的紅光及紅外線的涂料，能利于降低罐內(nèi)溫度及變化，從而減少油品的消耗。

（2）噴淋冷卻

淋水降溫對降低固定頂罐小呼吸揮發(fā)損耗的效果十分明顯。夏天的白天，不間斷對罐頂淋水，在罐頂形成均勻的水膜，沿罐壁流下，帶走頂板和壁板吸收的太陽輻射。此方法適用于水源充足、油品長期儲存、以固定頂罐小呼吸為主要損耗的地面鋼油罐。使用時應(yīng)充分考慮水的循環(huán)利用。

（3）安裝反射隔熱板

發(fā)射隔熱板可以由兩層外面涂了白色涂料的石棉水泥波紋板組成，可以安裝在罐頂或罐壁外側(cè)。當反射隔熱板安裝在罐頂或者懸掛在罐壁外側(cè)時，兩層石棉水泥板之間形成了第一空氣夾層，兩層石棉水泥板與油罐之間形成了第二空氣夾層。空氣夾層的存在及白色涂料對陽光的反射作用，起到了很好的隔熱效果，從而降低了氣體空間的溫度及其變化幅度。

3.1.2 提高油罐承壓能力

提高油罐承壓能力不僅能完全消除小呼吸損耗，還能一定程度上降低大呼吸損耗。提高油罐承壓能力，一般從改進油罐結(jié)構(gòu)設(shè)計入手。扁球形頂?shù)琢⑹綀A柱形油罐，容積為300～4500m3，承受內(nèi)壓的能力達17.5～45.0kPa；滴狀罐承受內(nèi)壓能力可達30～2000kPa，容積可達6000m3，設(shè)置可達10000m3。多折的滴狀罐，當內(nèi)壓能力為100kPa時，容積可達25000m3。拱頂油罐承受內(nèi)壓能力為2kPa，球罐是承受內(nèi)壓能力最高的壓力油罐，一般用于儲存低沸點液化氣及其石油化工產(chǎn)品。

3.1.3 消除油面上的氣體空間

消除油面上的氣體空間實際上就是消除了蒸發(fā)現(xiàn)象賴以存在的自由表面，這樣不僅能完全消除小呼吸損耗，還能基本上消除降低大呼吸損耗。

這種措施在浮頂油罐中使用效果較好，這種罐的罐頂浮在油面上，隨油面升降。極大地減少蒸發(fā)自由表面和氣體空間體積。浮頂罐雖然造價高，但是效果明顯，能大量減少蒸發(fā)損耗，投資回收快，適用于收發(fā)作業(yè)頻繁的油庫。

3.2 末端治理

油氣的末端治理技術(shù)主要有銷毀處理技術(shù)和回收技術(shù)。常見的末端治理VOCS技術(shù)見圖1。

圖1 常見的末端治理VOCS技術(shù)

3.2.1 油品蒸發(fā)排氣的銷毀處理技術(shù)

油品蒸發(fā)排氣的銷毀處理技術(shù)主要有生物法、等離子體法、光催化法、燃燒法等。此類方法損失了大量的油品，本文不做進一步討論。

3.2.2 油品的回收技術(shù)

從原理上來說，目前油氣回收技術(shù)分為4種：吸收法、吸附法、冷凝法、膜分離法。這四種方式都各有自己的優(yōu)缺點及適用范圍。油品回收技術(shù)比較見表1。

表1 油品回收技術(shù)比較表

不同工藝具有不同的優(yōu)缺點和試用范圍，因此在實際工作中，對于油氣回收要求高的場合，往往采用組合工藝進行油氣回收。常見的組合工藝有：冷凝-吸附組合工藝、吸收-膜分離組合工藝、冷凝+膜分離+吸附組合工藝等。

（1）冷凝-吸附組合工藝

此組合工藝先采用多級連續(xù)冷卻的方法降低油品的溫度，一般為二級。第一級為預(yù)冷，冷凝溫度設(shè)計為2℃，將油氣中的水蒸氣冷凝下來，同時使進入低溫冷凝器的油氣狀態(tài)標準化；第二級冷凝設(shè)計溫度為-80℃，將95%的油氣冷凝下來。未冷凝下來的5%油氣進入活性炭吸附罐。一般設(shè)置兩個吸附罐，交替工作一個吸附飽和后進行解析，另一個可以用于吸附。

此套組合工藝結(jié)合了冷凝法和吸附法的優(yōu)點，減少了二次污染。

（2）吸收-膜分離組合工藝

由于膜分離只是將油氣濃縮，不能將油氣100%的純度分離出來，因此對于排放要求高的煉油廠、油庫，冷凝-膜分離組合工藝更高效、合理。油氣體積含量40%的混合氣體經(jīng)液環(huán)壓縮機，將氣體的壓力提高到操作壓力約3.5×105Pa（絕對壓）后進入吸收塔，在塔內(nèi)通過切向旋流將環(huán)液與壓縮蒸汽分離。塔內(nèi)蒸汽在向上流時，經(jīng)噴淋塔填料與噴淋而下的液烴逆流接觸，蒸汽內(nèi)部的部分輕烴類被高效地回收富集，剩下的蒸汽/空氣混合物經(jīng)塔頂流出后進入膜分離系統(tǒng)，進行進一步的分離。

（3）冷凝+膜分離+吸附組合工藝

對于油氣排放要求更高的場合，還可以采用冷凝-膜分離-吸附的組合工藝。先采用冷凝預(yù)處理，分離出部分油氣后，進入膜分離工藝，膜分離產(chǎn)生的低含量尾氣再經(jīng)活性炭或樹脂吸附。油氣回收效率可達到99%以上，經(jīng)濟合理。

4 結(jié)語

油氣減排首先采用降低油罐內(nèi)溫差、提高油罐承壓能力、消除油面上的氣體空間等措施，從源頭上減少油品的揮發(fā)。對于揮發(fā)出來的油氣，優(yōu)先采用吸收法、吸附法、冷凝法、膜分離或復(fù)合工藝對油品進行回收利用。最后可采用生物法、等離子法、光催化氧化法、燃燒法等銷毀措施進一步減少油氣揮發(fā)對環(huán)境的污染。