油库的油气回收技术方案分析

发布时间:2020-05-21 12:02

  油库的油气回收技术方案分析_能源/化工_工程科技_专业资料。油库的油气回收技术方案分析 1 油库的油气回收的意义 石油及其产品是多种碳氢化合物的混合物,其中轻组分在常温下蒸气压较 高,极易挥发,故在油品从油库到加油站再到用户的整个储运过程中,广泛存在 着油品蒸

  油库的油气回收技术方案分析 1 油库的油气回收的意义 石油及其产品是多种碳氢化合物的混合物,其中轻组分在常温下蒸气压较 高,极易挥发,故在油品从油库到加油站再到用户的整个储运过程中,广泛存在 着油品蒸发损耗的问题。 油品蒸发损耗给企业和社会带来诸多严重危害,如降低 油品质量、环境污染、资源浪费、造成火灾隐患以及危害人身安全等。因此,对 油蒸气进行密闭回收势在必行[1]。 在当今油品使用量日益增加、能源供给日益紧张、环保要求日益严格的情况 下,油库安装油气回收装置可消除安全隐患,降低环境污染,减少能源浪费和保 证油品质量,有利于员工身体健康[2]。 一般情况下,油库在运行过程中,其油气排放过程主要发生在卸油、储油及 收发油3个阶段,每个阶段的油气排放量有一定差别。 卸油阶段:目前,油库所储油品的运输以火车为主,在卸油过程中,油气处 于负压状态, 排放量较小且集中。如果要使火车卸油过程中油气排放的瞬时值均 达到国标规定值,只有对火车油罐的构造进行彻底改造,将其改为底部卸油;但 很显然改造工程量大且造价高,所以难以实施。 储油阶段: 该阶段的油气挥发一般称为静止储存损耗或小呼吸,主要指油品 因受外界环境如风速、 温度以及浓度的变化而引起的呼吸损耗。针对该阶段的油 气排放问题, 目前采用的主要措施是增加储油罐的密封性能,将小呼吸排放的油 气密封在油罐内,防止其排放到大气中。 收、 发油阶段: 相对于储油阶段, 收、 发油阶段的油气挥发一般称为大呼吸, 主要指油罐从外界收油和将油罐内的油品转移到油罐车的过程中, 因油罐开启的 瞬间和装油过程中随着油罐或油罐车中油品的不断增加,罐内油气因压力升高, 呈正压而被不断地挤出罐外。 该阶段油气排放量相对较大,油库油气回收应主要 针对此阶段的油气排放进行收集和处理, 同时对储油阶段中密封储存在油罐内的 油气加以收集和处理。根据国标规定,发油过程采用底部装油方式,防止油罐开 启瞬间的油气排放; 通过油气回收装置的收集系统对罐内油气进行收集,同时在 收集系统配设测压仪表,以保证罐内压力适宜;装油和油气输送接口采用DN100 密封式快速接头,以减少油气排放[1]。 总之,成品油在输送分配过程中, 由于温度、压力的变化容易造成油气的小 呼吸和大呼吸损耗, 同时将产生大量的挥发性油气,不仅浪费了巨大资源、给环 境带来很大污染、 形成的油气聚集易成为易燃易爆场所,更给油库的运营造成巨 大安全隐患。 伴随着国民经济的快速发展, 节能减排问题日益严峻;伴随人们节 1 能、低碳、环保意识的增强,油库油气回收治理改造工作也越来越紧迫。油气回 收已是人们面临重要课题。同时为了保障人体健康、提高油品质量、节约能源、 排除安全隐患,优化油库工艺设计、引入油库油气回收系统迫在眉睫,以达到实 现减少污染的要求并能达到良好的经济效益。 由于大部分轻质油品属于挥发性易燃易爆物质,易聚积、易与空气形成爆炸 性混合物后沉聚积于洼地或者管沟之中,遇火极易发生爆炸或者火灾事故,容易 造成生命和财产重大损失。如果烃密度在1% ~ 7% 之间则处于爆炸范围,所以 在成品油油库设置油气回收装置是现代化油库建设的趋势。 而成品油库各区的火 灾发生率统计结果为罐区6. 94%,接卸区27. 78%,发油区36. 11%,可知在接卸 区和发油区发生的事故为油库事故的大多数。 从20世纪70年代以后, 我国开始对油气损耗着步采取控制手段,油气损耗占 原油量的比例高达0. 6%左右, 随着技术不断进步, 特别是浮顶罐的推广应用, 使 油气损耗大幅度降低,资料显示,汽油从炼厂生产出来到达最终用户手中,一般 要经过4次装卸, 每次装卸都有1. 8% 的挥发损失, 次装卸的损失率既为7. 2%, 4 所以在接卸区和发油区设置油气回收设施从节能和安全上考虑尤为重要[3]。 2 油气回收的技术 2.1 油气回收技术分类 油气回收方法主要有吸收法、吸附法、冷凝法、膜分离法和氧化燃烧法。 (1)吸收法 吸收法是在一定的温度和压力条件下, 利用对油气中的烃类组分有良好吸收 和解吸性能的吸收剂, 对油气中的汽油组分进行回收,包括常压常温吸收法和常 压低温吸收法2种典型的方法。 (2)吸附法 吸附法利用吸附剂对油气中的烃类组分和空气具有不同的吸附亲合力, 将烃 类组分与空气分离, 进而实现对烃类组分的选择回收。吸附法通常利用活性炭吸 附和解吸油分子,进而实现油气的回收利用。在实际应用中,由于直接吸附浓度 较大的油气时,吸附材料很快达到饱和,这对吸附设备的使用周期、解吸过程的 安全性提出了更高的要求,因此使吸附法的应用受到一定限制。 (3)冷凝法 冷凝法的基本原理是通过与制冷介质进行热交换, 在常压下将油气降至足够 低的温度, 使其中的绝大部分汽油组分冷凝为液体汽油并加以回收,冷凝后的尾 气则直接排入大气。 (4)膜分离法 膜分离法的基本原理是基于采用特殊方法和材料制成的分离膜对气体的渗 2 透性, 利用一定压力下混合气体中各组分在膜中具有不同的渗透速率, 实现分离。 (5)氧化燃烧法 利用催化氧化燃烧法直接处理油气是一种操作费用较低的方法, 但因为涉及 到加油站的安全和环境保护问题,每个加油站建一套这种处理装置比较困难;在 加油站进行分散吸收,再统一进行氧化燃烧处理,不失为一种好方法,其燃烧热 可以再利用,且成本与吸收法相差不多。 2.2 油库油气回收装置 油库油气回收装置通常基于活性炭吸附法或专用吸收剂吸收法建造而成。 在 实际选用油气回收装置时,应根据油库实际情况综合考虑多种因素,如建安费、 能耗、处理效率、年回收量、使用寿命、占地面积、使用安全性及环境影响等, 在对各个评价指标进行分析比较的基础上,确定油气回收方案。 (1)活性炭吸附法 吸附法油气回收技术是国外比较成熟的技术之一, 该技术使用高效活性炭作 为吸附剂,回收效率高,安全稳定,在西欧、美国等发达国家被广泛应用,代表 厂家有丹麦库索深公司和美国乔丹公司,美国专利US34276058,US515735和欧 洲专利则分别给出了吸附法油气回收装置的不同设计。 吸附法回收油气的关键技 术包括高质量吸附剂的研制、 筛选, 装置关键部件的优化设计和工艺参数的确定, 目前研究重点主要集中在油气回收工艺的开发方面,对吸附剂的研究相对较少。 吸附法油气回收装置由吸附系统和吸收系统组成, 吸附系统利用吸附材料单 位体积具有的极大的表面积, 有效地吸附油气中的烃,它由两个交替工作的活性 炭床组成, 油气从吸附器下端进入吸附器内,经过活性炭床层,被活性炭吸附。 吸附后的油气通过吸附器出口, 经浓度检测后排放到大气中,从而达到净化的目 的。当吸附器出口浓度达到设定值时,吸附器的出口阀门自动关闭,真空解析阀 门打开,同时真空泵启动, 降低活性炭床压力,使油气从活性炭的孔隙结构中脱 离出来, 分离出的油气被真空泵送入吸收系统,吸收系统由吸收塔和两台油泵组 成。 进入吸收塔的油气与来自罐区的常温贫油逆流接触被吸收下来送回储油罐作 为成品油发出。 未被吸收的油气返回油气总管道与发油台送来的油气混合后进入 活性炭床再次被吸附。 吸附剂主要为高比表面的活性炭, 采用丁烷工作容量(BWC)表征其吸附油气 的能力。吸附剂的研究重点应放在其吸附性能、吸附寿命、再生性能等方面。研 发出强度大、 吸附容量高、 吸脱附油气速率快的炭材料是实现吸附剂大规模应用 的前提。高玉明等[4][5]发现活性炭中孔的分布对油气吸附有很大影响,并认为活 性炭对油气的吸附过程为物理吸附,同时具有微孔填充和毛细凝聚的双重特征。 黄维秋等[6]认为活性炭吸附剂吸附油气温度低有利于增加吸附容量、提高吸脱附 速率, 但被吸附的油气脱附不完全;活性炭的饱和吸附率随吸附操作温度升高而 3 降低,新鲜活性炭在20℃时的饱和吸附率高达34%,30℃时为30%;活性炭吸附 存在劣化度且难以彻底再生。北京煤化工分院[7]利用金属化合物催化活化制备出 活性炭材料。樊亚娟等[8]通过以市售活性炭和炭化料为原料,利用水蒸汽活化法 制备了吸附汽油蒸气的活性炭。段剑锋[9]的实验结果表明:活性炭吸附油气为物 理吸附过程,吸附速率快,在实验条件下,一般75 min即可达到吸附平衡,吸附 温度越高,平衡时问越短,但是吸附量下降;2~6nm孔径分布的活性炭有利于 油气的吸附,活性炭经过多次再生循环后有效吸附量趋近于平衡;低压、高温、 吹扫气量大有利于活性炭的再生。 (2)吸收法 吸收法分为常压常温吸收法和常压低温吸收法。 前者设备投资少, 操作简单, 使用范围广, 国内应用的也比较多。目前研究的重点在于筛选和开发研制出性能 良好的吸收液。吸收法作为一种古老的混合物分离方法, 其分离原理已经比较成 熟, 在石化系统内也得到了广泛的应用。吸收分离的优点是可以使尾气浓度控制 在很小的指标内,但缺点为进口浓度难以达到很大,否则吸附热效应将很明显。 日本Maruxen Engineering Incorporation生产的油气回收装置采用吸收剂 SOVAR来吸收油气,SOVAR是添加了有机成分的石油产品溶剂。国外基于吸收 法设计的油气回收装置的专利很多, 如日本专利J57162631, 欧洲专利EP501054, 美国专利U $3914115、U84475928、U$3981156、U$3815327、US3830074等。 20世纪80年代,洛阳石化工程公司就开始对吸收法油气回收技术进行研究, 先后开发了以轻柴油、 低温汽油作吸收剂的吸收法油气回收装置。1996年开始研 究的有机溶剂作吸收剂的油气回收装置, 是一种经济实用的新型吸收法油气回收 装置, 适合在炼油厂和大中小型油库推广使用。江苏工业学院发明了具有专利权 的吸收剂AbsFOV—97(GB10593—2007),该产品适用于轻质油品收发、装卸、 销售作业区等场所, 目前已在石化企业铁路油罐车装卸区获得应用,油气回收率 高于95%,且装油期间装车周围大气中的总烃浓度平均降低98.1%。 3 油气回收装置的技术经济问题 目前国内的油库有部分已经安装了油气回收装置,但相当一部分只是“摆 设”,没有投入运行或仅仅在环保部门检查时才勉强运转。其原因主要是运转费 用高,回收的汽油仍不能抵消运转和维修成本,因此企业缺乏正常运转的动力, 这样不仅造成了巨大的浪费, 也给企业增加了压力。 油气回收装置不能正常运行, 主要是能耗太高。以能耗较低,技术上成熟的活性炭吸附法为例,一套设计处理 量为500 m3/h的活性炭吸附油气回收装置启动后能耗为80 kW· h,若按人民币1 kW· h为1元计算,仅电耗就为1920元/天,全年约为人民币70万元,应至少回收汽 油140 t才能达到能耗的盈亏平衡点。若按每1 m3油气能回收0.8 kg汽油计算,那 么油库的汽油发油量至少应为17.5 kt, 也就是说大约汽油的年发油量在20万t以上 4 的油库, 回收的汽油可以在经济上达到运转的盈亏平衡点。若选用能耗较高的回 收方法,如冷凝法、膜分离法,盈亏平衡点还要提高。 油气回收和其他节能减排的环保治理措施一样,必须考虑到它的经济效益、 社会效益和环境生态效益。 凡是在经济上不合理的措施,其社会效益和环境生态 效益在很大程度上也可能是不合理的。因为能源(电能)的取得是以排放CO2为前 提的,从局部来看可能减少了排污,但从整体上来看,可能这种治理措施不是减 少了CO2的排放,而是增加了CO2的排放。 若考虑到投资一套设计处理量为500 m3/h的活性炭吸附油气回收装置,以基 建投资约为人民币400万元(其中设备费用约人民币300万元,土建和其他费用约 人民币100万元)计算,其设备折旧按10年计算,则每年应分摊的折旧费为40万, 再加上人工费、管理费、维修费10万,其总共的运转费用大约应在人民币120万 元,按此基数计算,盈亏平衡点应为汽油年发油量30万t,更不用说投资回收期 了。 4 油气回收技术推行问题 4.1 油气回收技术推广的必要性[11] (1)安全经营的需要 油气泄漏或挥发是造成油库、加油站等场所事故的最主要原因。增设油气回 收系统可以一定程度减少安全距离。 (2)保障员工职业健康的需要 汽油对人体的神经系统、血液系统、肾脏和皮肤都有危害。从北京、上海等 地的卫生监督部门、 疾病预防控制中心或职业病预防控制机构对加油站员工开展 的职业健康体检结果来看, 他们患有神经衰弱综合症、 皮肤疾患、 白细胞低下症、 尿常规异常等疾病的概率均高于不接触汽油危害的人群。有研究表明,长期吸入 汽油可能会降低人体的免疫能力。加装了油气回收装置的油库,可以明显感觉到 汽油味减轻了很多,可以有效改善员工的作业环境。 (3)保护大气环境的需要 散发到大气中的油气可以产生光化学烟雾。目前,大气污染的主要物质是氮 氧化合物,当油气遇到氮氧化合物,在紫外线的作用下,可发生一系列光化学反 应,生成臭氧、一氧乙酰硝酸酯、高活性自由基、醛、酮和有机酸等二次污染物, 一次和二次污染物的混合物构成了光化学烟雾。光化学烟雾有很强的氧化性,产 生的有毒物质对人体有较大危害,可诱发人体器官尤其是呼吸器官的病变。如果 全国的油库(以及油罐车和加油站)广泛应用了油气回收装置,每年可减少上亿 立方米的油气排放到大气中,对保护城市大气环境发挥作用。 (4)节约能源的需要 5 2009年我国汽油表观消费量为6 700万t,按0.7%的损耗量计算,损失油品约 47万t,价值33亿元人民币左右(以汽油价格7 000 t计算)。如果在油库、油罐车和 加油站广泛推广密闭装卸和油气回收装置,以95%的回收率计算,可实现45万t 汽油、31亿元的资源节约效益,为我国推广低碳生活、节能减排做出贡献。 4.2 油气回收技术推广过程需要注意的问题 (1)不要混淆油气收集与油气回收的概念。油气回收系统通常分为油气收 集和油气回收2个层次。油气收集过程并不改变油气存在的气相状态。有的企业 只是将油气收集起来由管线送至较高位置排放, 这样的油气收集只是转移污染范 围,不能彻底消除污染,无法实现投资收益。而油气回收则是将收集到的油气通 过吸附、溶剂吸收、冷凝、膜分离等手段加以富集和液化,进而重新使用。 (2)油气回收系统建设需统筹布局,不宜操之过急、本末倒置。推广油气 回收系统, 首先要解决的是炼油厂和油库的油气回收问题,最后解决加油站的油 气回收问题,顺序合理。而若为了解决城市大气污染问题,先从终端销售场所加 油站开始推广建设,这样做未免本末倒置。 (3)油气回收技术选择需谨慎。无论在国内还是国外,吸附、吸收、冷凝、 膜分离技术均有应用,回收率也要视油库、加油站经营规模,当地的气候条件, 排放标准要求以及配套的油气收集系统情况综合评估,绝对不能一概而论。由于 各种油气回收方案控制效果不同,对于不同地区,应根据不同的要求和排放标准 设计油气回收方案。例如对于油气浓度较高、流量大且排放要求严格的场所,为 了克服单一油气回收方法的缺点, 可以采用几种基本工艺路线组合的方案来实现 油气回收,较典型的组合方案有吸收一吸附组合法和冷凝一吸附组合法。 (4)推动油气回收系统认证进展。由于油气回收装置在中国存在的巨大市 场, 吸引了很多油气设备制造商在此领域开展服务, 但由于缺少权威的认证体系, 令油库和加油站经营者在选择技术和装备时面临较大的风险。 参考文献 [1] 刘静等.国内外油气回收技术的研究进展.油气储运,2010,29(10):726—729,743. 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