油气回收系统在芳烃罐区的应用

宫中昊，于 辉，张卫华

(中国石化安全工程研究院，山东青岛 266071)

油气回收系统在芳烃罐区的应用

宫中昊，于 辉，张卫华

(中国石化安全工程研究院，山东青岛266071)

介绍了油气回收系统在芳烃罐区应用的情况，包括油气回收系统处理量的核算方法、油气收集系统的详细流程、油气回收装置工艺方案的选择及流程介绍等，对国内芳烃气体的回收起到借鉴作用。

芳烃 罐区 处理量 油气收集系统 油气回收装置

芳烃是我国上游化工企业的主要产品之一，其作用主要是用作化工原料或溶剂广泛应用于染料、造漆、制药、家具制造等行业。芳烃主要包括三苯(苯、甲苯、二甲苯)，均为有毒的有机化合物。苯为剧毒致癌物，甲苯主要影响中枢神经系统功能，而二甲苯的毒性主要表现为肾毒性、胚胎或生殖毒性和神经毒性[1]。由于三苯易挥发，毒性大，因此在储运过程中对作业人员的健康危害极大；由于三苯均为易燃易爆介质，其挥发气聚集在地面空间会带来较大安全隐患；此外，芳烃类产品的大量挥发也会造成能源浪费，造成较大经济损失[2]。因此我国对三苯废气的排放做了严格规定，GB31571-2015《石油化学工业污染物排放标准》规定苯、甲苯、二甲苯的排放限值分别为4，15，20 mg/m3。芳烃类气体的回收处理一直是近年的研究热点，常见的芳烃类气体处理技术包括吸附法、吸收法、催化燃烧法、生物法[3]和冷凝法[4]，目前市场上应用的油气回收工艺往往是以上几种技术的组合。本文主要介绍在中原石化成品车间芳烃罐区成功应用的油气回收系统，包括芳烃类挥发气的收集系统及处理装置，能够对芳烃类气体回收处理行业起到示范作用。

1 装置处理量核算

1.1 罐区烃类气体外排情况

中原石化成品车间芳烃罐区接入油气回收系统的设施统计如表1所示。由表1可以看出，油气回收系统所处理的气体来自2部分，一部分来自油品装车过程中罐车外排的有机气体，一部分来自储罐的呼出气。

1.2 装置处理量计算

纯苯和苯3#的最大装车体积流量分别为80 m3/h和70 m3/h，装车排出的气量可按最大装车体积流量的1.1倍取值[5]，因此纯苯和苯3#装车的排气量分别为88 m3/h和77 m3/h。

而储罐在储存和周转过程中的损耗分为大呼吸损耗和小呼吸损耗两部分。大呼吸损耗是指当有机物储罐在收油时，液位上升导致罐内气体受压缩而使压力升高，使得混合气体随液面不断升高而被排出罐外而造成的损耗；小呼吸是指当油罐在静态储油时，罐内气体空间充满有机蒸气和空气的混合气体，日出后随大气温度上升，罐内混合气体和油面温度上升，使混合气体体积膨胀而呼出罐外造成的损耗[6]。

表1 芳烃罐区设施统计

苯1#储罐和重烯烃储罐的最大进料体积流量分别为30 m3/h和20 m3/h，大呼吸量可取最大进料量的1.1倍，因此苯1#和重烯烃罐的大呼吸量分别为33 m3/h和22 m3/h；小呼吸量的计算可根据经验公式进行计算[7]，但考虑到经验公式中相关参数取值困难，本项目根据现场实际情况，利用Chem-CAD软件模拟计算得出了小呼吸量，假设每天8∶00～14∶00为升温时段，日均温升8 ℃，由此得出的苯1#和重烯烃罐的小呼吸量分别为17 m3/h和8 m3/h。将储罐大小呼吸量和装车排气量进行累加，可得出所有设施总排气量为245 m3/h，因此油气回收装置处理量可定为300 m3/h。

2 油气收集系统介绍

一套完整的油气回收系统包括油气收集系统和油气回收装置两部分。其中油气收集系统是指利用特定的设备和管道，将储罐、装车等场所产生的有机气体安全有效地输送至后端油气回收装置的系统。其作用包括两个方面：一是要将产生的油气有效输送至后端油气回收装置；二是保证输送过程的安全性。本项目的油气收集系统主要包括装车鹤管、集气管道、引风机等一系列设施，作用是将4个储罐大小呼吸以及2个鹤位装车产生的油气安全有效输送至油气回收装置。

2.1 总体流程介绍

油气收集系统流程如图1所示。2个鹤位装车及4个储罐呼吸产生的气体分别经各自的油气回收支管线汇集并经加压风机加压后输送至后端油气回收装置，油气进装置前为避免液堵，需通过一个凝液罐进行凝液分离。

由于装车频率较低，通常一周只装车一次，因此装车油气回收支管线上的风机靠人工开启，风机工频控制，当苯3#和纯苯鹤位至少有一个在装车时，开启风机，产生的油气经装车鹤管的气相管线后进入装车油气回收支管，风机加压后送至后端油气回收装置。

而3个苯1#罐和1个重烯烃罐在罐顶进行了气相管线的连通，其目的是保持压力平衡，避免单一储罐进料压力升高而导致的风机频繁启停和储罐压力振荡情况。储罐进料或环境温度升高导致储罐压力上升，当其中一个或多个储罐压力升高到某设定值时，位于储罐油气回收支管线上的气动阀门自动开启，同时风机启动，将储罐呼出气加压输送至后端油气回收装置，该风机采用变频控制将支管线上的压力控制在某一稳定值附近，直到当储罐压力低于某一设定值后，气动阀门自动关闭，同时风机停止运行。

每个装车气相鹤管处均需安装一台阻爆轰阻火器，其目的是防止极端情况下的蹿火。同理，每个储罐的罐顶直连的呼出气管道上也必须配置一台阻爆轰阻火器。

图1 油气收集系统流程示意

2.2 罐区引风系统介绍

罐区引风系统是油气收集系统的一部分，其作用仅是将储罐呼出气安全有效地输送至后端油气回收装置。由于苯3#和纯苯装车频率不高，而储罐进料作业每天均会发生，同时储罐的大呼吸在每天上午至中午均会发生，因此储罐每天均会呼出可观的气量，油气回收装置在大部分时间内所处理的气体均为储罐的呼出气，因此罐区引风系统的配置对油气回收系统的稳定运行至关重要。

图2为罐区引风系统流程示意。T-302为重烯烃罐，T829A、T829B、T829C为3个苯1#储罐。重烯烃罐的罐顶呼吸阀的呼出压力为693 Pa，吸入压力为-198 Pa，3个苯1#罐的罐顶呼吸阀呼出压力为594 Pa，吸入压力为-198 Pa。风机启动后将储罐呼出支管线上的压力PT8227控制在某一稳定值附近，该值的上限不能过高，要防止4个储罐呼吸阀的高压起跳，该值的下限不能过低，要防止风机过度抽气导致储罐液体蒸发加剧。具体的控制流程如下。

当3个苯1#储罐顶部的压力变送器中至少2个数值大于等于450 Pa时，气动阀门XSOV8226开启；当3个压力变送器中至少2个数值小于等于250 Pa时，气动阀门XSOV8226关闭。

当重烯烃罐T302罐顶部压力变送器PT304数值大于等于450 Pa时，气动阀门XSOV304开启；当该压力变送器数值小于等于250 Pa时，气动阀门XSOV304关闭。

当风机前端压力变送器PT8227数值大于等于450 Pa时，风机C120启动；当该变送器小于等于250 Pa时，风机C120停止。

此流程表明罐区引风系统利用风机的启停及气动阀门的开闭，将4个储罐内压力控制在250～450 Pa的范围内，既可保证呼吸阀不起跳、罐内液相蒸发加剧，又能将储罐呼出油气有效输送至后端油气回收装置。

当凝液罐D150处压力变送器PT8150数值大于等于3.9 kPa时，气动阀门XSOV8150开启；压力变送器小于等于3.65 kPa时，气动阀门XSOV8150关闭。该流程的主要作用是防止凝液罐超压。

图2 罐区引风系统示意

3 油气回收装置介绍

3.1 工艺方案的选择

3.1.1介质组成检测

油气回收装置处理物料的液相组成列于表2中，从表中可看出，苯1#和苯3#中大部分为C6～C8组分的芳烃(即三苯)，而重烯烃中主要为低碳烯烃。

苯1#储罐呼出气组成列于表3中，从表中可看出，苯1#罐呼出其中的烃类主要为C5及C6组分的轻烃和苯。另据检测，纯苯和苯3#装车过程中挥发气主要为低碳烃类和苯，其中苯的体积分数在0.5%～2.5%之间，重烯烃储罐呼出气主要为低分子的单烯烃。

表2 液相组成 %

由以上检测可知，油气回收装置处理的气相组分主要包括各种低分子的烃类气体及苯气体。

3.1.2工艺方案的选择

目前工业上应用的含三苯类气体的油气回收技术主要包括冷凝法[4]、吸附+吸收法[8]和活性炭纤维吸附法[9]等，催化氧化法和生物法[1]也有应用。

表3 苯1#储罐罐顶呼出气组成 %

中原石化成品车间装车台装车废气浓度虽较高，但装车频率较低，而罐区储罐在白天虽呼出气较为连续，但呼出气量小，浓度低，因此若采用冷凝机组处理该部分气体，必然造成能耗巨大、机组运行不稳定的问题，且冷凝机组本身流程复杂、维护难度大，因此该场合不适合采用冷凝法的技术方案。而活性炭纤维吸附技术虽然对三苯类废气有较好的吸附和回收能力，但该技术对公用工程的需求过大，主要为解吸流程对蒸汽的消耗以及回收流程对循环水的消耗量大，会造成装置运行运费巨大，此外中原石化罐区处于整厂蒸汽供应的末端，蒸汽量及压力均达不到该工艺的需求，因此活性炭纤维工艺也不适用。而催化氧化工艺属销毁法处理工艺，不仅能耗大且无经济效益，此外罐区用地紧张，无法满足催化氧化工艺的安全间距要求，因此该工艺也无法应用。生物法也属销毁法，由于微生物的培养需耗费人力物力，且在装置不进料时微生物的存活问题较难处理，因此该方法也不适用。

活性炭吸附+吸收工艺具有占地小、能耗低、流程简单、处理效率高的优点[10]，是本项目的首选方案。但传统吸附+吸收工艺主要处理的介质为汽油馏分的挥发油气，活性炭吸附部分采用单级活性炭吸附罐即可满足达标排放的要求[11]，而本项目涉及苯的挥发气，由于苯的排放指标要求高，而单级活性炭罐的吸附效率为97%～99%，无法满足排放要求，因此吸附部分的配置需要增加一级吸附罐，采用活性炭二级吸附罐，苯及其他烃类的吸附效率可达到99.5%以上，满足排放要求。吸收部分吸收液可选择苯1#液体，由Chem-CAD软件进行模拟计算，真空解吸出的混合气体苯的浓度在60%以上，吸收液对苯气体的吸收效率可达85%～90%。

3.2 工艺流程(图3)

装车和罐区储罐呼吸产生的有机气体经油气收集系统输送后进入油气回收装置。如图3所示，活性炭吸附部分由3个吸附罐组成，任一时刻有2个吸附罐进行一级和二级吸附，而另一个吸附罐处于平衡状态(与之相连的所有电动阀处于关闭状态)或再生状态。例如油气首先经进气电动阀进入左侧吸附罐进行一级吸附，一级吸附后尾气经过两罐之间的电动阀进入中间吸附罐进行二级吸附，经二级吸附后的达标尾气经中间吸附罐的排空电动阀后排入大气。当左侧第一级吸附罐吸附饱和后其进气电动阀和两罐之间的电动阀关闭，再生电动阀打开同时真空泵开启对第一级吸附罐进行再生，此后右侧的吸附罐成为第一级吸附罐，中间吸附罐继续作为第二级吸附罐，当右侧吸附罐吸附饱和后该吸附进行再生。而中间的第二级吸附罐由于吸附的有机气体量较少，因此不需频繁再生，只需定期进行再生。

当第一级吸附罐吸附饱和后，其活性炭床通过真空机组提供的真空进行再生，吸附罐再生后期，吸附罐后的吹扫电磁阀打开，引入干净的空气使更多的有机物分子从活性炭床层中解吸出来，再生结束后，微开吸附罐后的排空电动阀，使其恢复至常压。

再生后的高浓度有机气体通过真空泵出口管线进入吸收塔内，与来自罐区的通过进油管道泵输送的苯1#液体进行逆流接触，有机物气体被喷淋吸收之后通过回油管道泵输送返回罐区储罐，少量的未被吸附的有机气体通过二次回收管线返回到活性炭罐进行再次吸附。吸收塔底部正常情况下保持一定的混合苯1#液位，保证吸收过程的正常运转。混合苯1#的循环由2台屏蔽泵完成。

图3 油气回收装置流程示意

4 结语

a)中原石化成品车间芳烃罐区共有4个储罐和2个装车台需接入油气回收系统，经核算，装置总处理量为300 m3/h。

b)此油气回收系统包括油气收集系统和油气回收装置两部分。

c)油气收集系统的作用是采用一系列设施，将4个储罐大小呼吸以及2个鹤位装车产生的油气安全有效地输送至后端油气回收装置。

d)油气回收装置采用活性炭二级吸附+吸收的工艺路线，对苯及其他烃类处理效率达99.5%以上，装置运行稳定可靠。

[1] 周大顺，王志良，李国平，等. 三苯类废气处理进展[J]. 化工环保，2012，31(2)：134-139.

[2] 刘井新. 浅谈苯蒸汽回收的必要性和方法[J]. 炼油与化工，2010，21(2)：20-22.

[3] 陶有胜. “三苯”废气治理技术[J]. 环境保护，1999(08)：20-21,24.

[4] 黄维秋，石莉，胡志伦，等. 冷凝和吸附集成技术回收有机废气[J]. 化学工程，2012，40(6)：13-17.

[5] 杨旭. 工业废气无组织排放污染的监测和评价方法[J]. 中国卫生工程学，2000，9(1)：30-38.

[6] 崔浩，包雪，裴林. 降低储罐蒸发损耗的方法[J]. 化工进展，2012，31(增刊二)：67-69.

[7] 王洪冰. 储油罐气态污染物计算方法的选择及污染控制[J]. 气象与环境学报，2008，24(3)：59-62.

[8] 张湘平，刘洁波. 吸收法和吸附法油气回收技术的联合应用[J]. 石油化工环境保护，2006，29(3)：57-62.

[9] 慕常强，高洪波，周建民，等. 吸附法在苯类装车油气回收中的应用[J]. 齐鲁石油化工，2003，31(3)：221-224.

[10] 姜春明，李俊杰，张卫华，等. 吸附法油气回收装置的研发与应用[J]. 安全、健康和环境，2006，6(2)：3-5.

[11] 任海军. 活性炭吸附法油气回收技术及其应用[J]. 环境保护，2011(4).

ApplicationofVaporRecoverySystemintheAromaticsTankFarm

Gong Zhonghao, Yu Hui, Zhang Weihua

(SINOPEC Research Institute of Safety Engineering, Shandong, Qingdao，266071)

The application of a vapor recovery system in the aromatics tank farm is introduced. The calculation method of the vapor recovery system, the detailed process of the vapor collection system, selection of the process scheme and the process of the vapor recovery unit are presented. This project will serve as a model for the aromatics vapor recovery domestically.

aromatics; tank farm; design capacity; vapor collection system; vapor recovery unit

2015-10-05

宫中昊，工程师，硕士，2012年毕业于中国石油大学(北京)化学工艺专业，现主要从事油气回收工艺研发与应用工作。