石油石化有機液體裝載油氣回收技術(shù)評估＊

何少林 陳 輝 李 毅 李春成 齊志斌 葛雁冰

(1.中國石油規(guī)劃總院；2.國家油頁巖生態(tài)環(huán)境分中心；3.中國石油大港石化公司；4.中國石油北京銷售公司)

0 引 言

石油石化行業(yè)揮發(fā)性有機液體主要有原油、成品油和苯、甲苯、二甲苯等眾多有機化工品。成品油中汽油裝載油氣回收早在2007年GB 20950—2007《儲油庫大氣污染物排放標準》發(fā)布時即啟動實施，2020年新修訂標準發(fā)布，擴展了油品治理種類；GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》[1]、GB 31571—2015《石油化學工業(yè)污染物排放標準》[2]發(fā)布后，煉化行業(yè)于2017年7月1日前基本完成裝載源項油氣回收治理；GB 37822—2019《揮發(fā)性有機物無組織排放控制標準》的發(fā)布，將揮發(fā)性有機液體裝載揮發(fā)性有機物(VOCs)治理的要求實現(xiàn)了全覆蓋；GB 39728—2020《陸上石油天然氣開采工業(yè)大氣污染物排放標準》2020年底初次發(fā)布，現(xiàn)有油氣開采企業(yè)原油、凝析油等主要揮發(fā)性有機液體裝載VOCs治理尚未全面啟動[3-4]。

當前我國臭氧污染問題日益突出，但VOCs治理在企業(yè)層面仍存在綜合治理效率低等問題[5]，為科學治污、精準治污，總結(jié)石油石化VOCs治理短板并針對性開展精細化改進，對石油石化行業(yè)VOCs治理具有重要指導和現(xiàn)實意義。揮發(fā)性有機液體裝載源項是石油石化行業(yè)VOCs重要排放源項，開展裝載油氣回收技術(shù)評估是石油石化行業(yè)VOCs治理進入精準階段的必然需要。依據(jù)行業(yè)排放標準實施時間及油氣回收治理進展，本次裝載油氣回收技術(shù)評估主要聚焦煉化行業(yè)和儲油庫行業(yè)。煉化行業(yè)裝載源項主要是成品油和有機化工品等石油產(chǎn)品出廠，運輸方式有管道、汽車、火車、船舶。儲油庫裝載源項主要是成品油配送，運輸方式主要是汽車。根據(jù)調(diào)研，兩個行業(yè)汽車、火車裝車基本實現(xiàn)油氣回收設(shè)施；少數(shù)裝船建成油氣回收設(shè)施，但多數(shù)設(shè)施因船舶無油氣回收接口或監(jiān)管較少，基本處于停運狀態(tài)。

1 油氣回收技術(shù)路線

對某大型石油集團27家煉化企業(yè)的67套裝載油氣回收技術(shù)路線以及33家銷售企業(yè)的232套裝載油氣回收技術(shù)路線分別進行調(diào)研分析。

1.1 煉化企業(yè)裝載油氣回收技術(shù)路線

煉化企業(yè)產(chǎn)品出廠裝載方式主要是汽車裝車和火車裝車，少數(shù)裝船。設(shè)置有油氣回收的主要裝載產(chǎn)品為汽油、航煤、三苯、醇類，少量MTBE、酮類、丙烯腈、柴油、燃料油。油氣回收工藝技術(shù)路線主要有：吸收+膜+吸附、冷凝+吸附、吸附(再生氣吸收)、冷凝+膜+吸附、吸收+吸附、吸收+膜等，標準嚴格地區(qū)在上述工藝路線的基礎(chǔ)上加有CO、RTO或進加熱爐。將上述工藝技術(shù)路線分為三大類：吸收組合工藝、冷凝組合工藝、吸附為主工藝，其中吸收組合工藝32套，占比48%；冷凝組合工藝28套，占比42%；吸附為主工藝7套，占比10%。煉化企業(yè)部分裝載油氣回收裝置隨2007年儲油庫標準發(fā)布而建，2015年新標準發(fā)布后進行了升級改造，隨著標準的嚴苛，多采用組合工藝進行處理。煉廠汽車裝車棧臺多為多種產(chǎn)品混裝，共用裝車棚。

1.2 儲油庫企業(yè)裝載油氣回收技術(shù)路線

儲油庫產(chǎn)品出廠裝載方式主要是汽車裝車，少量火車裝車和裝船。儲油庫是成品油由煉廠至加油站的重要節(jié)點，配送方式絕大多數(shù)為汽車，設(shè)置有油氣回收設(shè)施的裝載產(chǎn)品主要為汽油，極少量柴油。油氣回收工藝技術(shù)路線有：吸附(再生氣吸收)、冷凝+吸附、冷凝+膜+吸附、吸收+膜+吸附、吸收+吸附、吸收+膜、膜+吸收、膜+冷凝等。將上述工藝技術(shù)路線分為四大類：吸附為主工藝、冷凝組合工藝、吸收組合工藝、膜組合工藝，其中吸附為主工藝164套，占比71%；冷凝組合工藝35套，占比15%；吸收組合工藝25套，占比11%；膜組合工藝8套，占比3%。上述油氣回收裝置多建于2007—2011年，源于2007年儲油庫大氣污染物排放標準的初次發(fā)布。儲油庫油氣回收建設(shè)較早，處于技術(shù)探索階段，工藝路線明顯多于后續(xù)建設(shè)的煉化企業(yè)；且多是吸附為主的工藝路線。

2 油氣回收技術(shù)評估

2.1 氣量和濃度

對上述67套煉化企業(yè)裝載油氣回收和232套儲油庫企業(yè)裝載油氣回收的設(shè)計處理規(guī)模、實際處理量、實際進氣濃度、排放濃度進行調(diào)查，對比分析見表1。

表1 油氣回收設(shè)施參數(shù)對比

數(shù)據(jù)均來源于企業(yè)常規(guī)自行監(jiān)測結(jié)果，均委托具有CMA資質(zhì)的第三方進行監(jiān)測，數(shù)據(jù)準確，代表了油氣回收處理設(shè)施的正常運行狀態(tài)。從表1可知，煉化企業(yè)裝載中的裝火車和裝船較多，裝載流量較裝車大，因此，油氣回收設(shè)施設(shè)計規(guī)模普遍大于儲油庫企業(yè)，流量大，液態(tài)擾動較為強烈，進氣濃度也明顯偏高。從排放濃度看，煉化企業(yè)整體略優(yōu)于儲油庫企業(yè)，全部滿足相應(yīng)排放標準。但從全國范圍看，在油氣回收設(shè)施運行維護不當或異常工況條件下，實際處理效率預(yù)估在50%～90%。

2.2 現(xiàn)場監(jiān)測

兼顧不同物料、運輸工具、處理技術(shù)，開展現(xiàn)場監(jiān)測，歸納各類處理技術(shù)相關(guān)參數(shù)，對比見表2。

表2 現(xiàn)場技術(shù)評估分析

由于設(shè)計規(guī)模按最大裝車量考慮，而實際開展監(jiān)測時，裝車量較難達到最大量，因此實際VOCs處理流量均小于設(shè)計規(guī)模。從監(jiān)測結(jié)果分析，即使在處理量較小的情況下，吸收+膜+吸附、冷凝+吸附均無法滿足苯特征污染物排放小于等于4 mg/m3要求，需采用燃燒法解決；吸附法(再生氣吸收)在低負荷情況下可滿足處理效率和排放限值要求，但在高負荷條件下處理效率有待進一步評估；吸收+膜+吸附工藝略優(yōu)于冷凝+吸附。

2.3 工藝路線對比

吸附法、吸收法、冷凝法、膜分離法各有優(yōu)缺點，目前油氣回收多采用組合技術(shù)。對目前煉化企業(yè)和儲油庫企業(yè)裝載油氣回收使用較多的吸收+膜+吸附、冷凝+吸附、吸附(再生氣吸收)三大工藝進行對比分析，結(jié)果見表3。

表3 油氣回收三大類工藝路線特點對比分析

經(jīng)對比分析，煉化企業(yè)和儲油庫企業(yè)宜采用吸收組合工藝，揮發(fā)性較高的有機化學品混裝宜采用冷凝+吸附工藝，揮發(fā)性較低的有機化學品混裝宜采用吸附單級工藝。

2.4 減排效益經(jīng)濟性評估

對232套儲油庫裝載油氣回收工藝技術(shù)路線、設(shè)計處理規(guī)模、實際處理量、實際VOCs進口濃度、實際VOCs出口濃度、投資、年運行時間、設(shè)備總功率、活性炭更換量/頻率、膜更換量面積/頻率等信息開展調(diào)查收集，統(tǒng)一測算運行成本，VOCs處理設(shè)施氮氣、儀表風使用成本按經(jīng)驗值進行估算，其中折舊費用采用平均年限法，綜合折舊年限14年，凈殘值率3%計；維修費用按固定資產(chǎn)原值2%計；活性炭單價50 000元/t；電費0.5元/度計；氮氣按0.27元/Nm3計；儀表空氣按0.11元/Nm3計。收入為回收物料即汽油的價值，價格按7 239元/t計(2021年3月31日價格)，結(jié)果見表4。

表4 油氣回收設(shè)施減排效益經(jīng)濟性分析

由上述分析可知，在有機液體裝載環(huán)節(jié)，油氣回收設(shè)計、施工、運行均科學合理的條件下，項目可實現(xiàn)油氣回收全成本的微盈利。末端處理技術(shù)處理效率為98.1%時，年收入125萬元，年成本79萬元，年盈利46萬元，處理每噸VOCs盈利0.26萬元。末端處理技術(shù)處理效率為80%時，年收入102萬元，年成本79萬元，年盈利23萬元，處理每噸VOCs盈利0.13萬元。

3 結(jié)論與建議

石油石化裝載油氣回收工藝多為吸收、吸附、膜、冷凝4種技術(shù)的組合工藝。經(jīng)技術(shù)評估，單一工藝持續(xù)穩(wěn)定達標難度大；冷凝工藝運行維護要求高；苯等特征污染物穩(wěn)定達標困難，需采用燃燒法解決。在運行維護不當或異常工況條件下，實際處理效率預(yù)估在50%～90%。應(yīng)進一步加強油氣回收設(shè)施正常運維和監(jiān)管。

煉化企業(yè)和儲油庫企業(yè)宜采用吸收組合工藝，揮發(fā)性較高的有機化學品混裝宜采用冷凝+吸附工藝，揮發(fā)性較低的有機化學品混裝宜采用吸附單級工藝。

在設(shè)計、施工、運行均科學合理的條件下，石油石化揮發(fā)性有機液體裝載油氣回收項目可實現(xiàn)全成本微盈利，對企業(yè)具有環(huán)保和經(jīng)濟雙贏效益。

煉化企業(yè)和儲油庫企業(yè)裝載源項VOCs末端治理設(shè)施多數(shù)為撬裝設(shè)備，不利于后續(xù)運行維護管理。建議企業(yè)在占地允許的情況下，合理開展VOCs設(shè)施平面布置，以利于后期運行管理和設(shè)備檢維修。