港口码头油气回收技术的发展

■ 张君名

港口码头油气回收技术的发展

■ 张君名

0 引 言

油气回收是指按照规范的标准对石油在加工、储运、销售及使用过程中所挥发的烃类气体进行收集、处理，消除油气的大量散发以避免安全事故、大气污染和油品损失。油库作为油品作业的主要场所，开展油库油气回收技术应用的研究具有实际意义。自20世纪70年代起，发达工业国家开始研究油气回收技术并设计出油气回收装置，中国在80年代左右也开始对吸收法油气回收技术进行研究，并根据国内当时技术设备的情况，开发出以轻柴油、低温汽油作吸收剂的吸收法油气回收装置。随着近年来环保意识的不断提高，我国政府不断加大环保工作力度，到目前为止，北京和上海的部分油库都安装了油气回收装置。

1 油气回收的必要性

1.1 油气回收的环境效益

随着全球气候变暖、能源紧张，气候变化和生态安全已成为国际社会普遍关注的全球性问题。我国政府提出了到 2020 年单位国内生产总值 CO2排放比2005年下降 40%～45%的目标。党的十六届六中全会提出建设“资源节约型、环境友好型”社会 的要求，党的十八大提出将生态文明纳入“五位一体”的总要求中，将“绿色发展”提到了前所未有的高度。

我国为能源消耗大国，每年需大量进口石油类产品。仅 2011 年，进口原油就达 2.5 亿t。油气中不仅含有大量的烃组份，同时也含有可吸入颗粒物 PM10 和 PM2.5，大量的油气排放到空气中，除造成环境污染外，还会增加雾霾天气出现的概率。油气被紫外线照射后释放毒气等级升高，受污染的空气和水被人接触后会严重危害人体健康。有研究表明，长期从事加油等挥发性作业人群的异常发病率高于普通人群。此外，油气为易燃物，混合氧气存在于空气中时，容易达到含氧量 8%的临界值而发生爆炸危险。

1.2 油气回收的经济效益

以大连港东港区油品码头及配套设施迁建工程油气回收工程为例，该工程年汽油装船量为200 万t，汽油挥发量按0.08%计，油气回收处理率95%，该项目投产后汽油年回收量为1 520 t，每年节省标准煤2 234 t，减少二氧化碳排放为5 854 t。根据码头年汽油装船量、汽油挥发量和回收处理率计算，本项目投产后年汽油年回收量1 520 t，经调和后即可作为汽油使用。油气回收产生的大量汽油，具有较高经济价值，可作为码头收入提高码头运营效益。

2 油气回收技术方法

油气回收处理工艺主要包括循环回路法、吸附法、吸收法、冷凝法和膜法油气回收工艺等。

1.1 循环回路法

该处理工艺是在收、发油容器的顶部连接一条气体管道，使其与工艺管道共同组成密闭的回路。油品从发油容器沿管道泵送到收油容器，同时将收油容器中的气体置换回发油容器。

1.2 吸附法

吸附法是使含烃混合气在常温常压下流经吸附床，与吸附剂接触，从而使混合气中的烃类蒸气吸附于吸附剂中，排出混合气中的空气。当吸附剂中的烃含量达到或接近饱和时，对其解吸、再生，回收油品，吸附剂重新使用。

1.3 吸收法

吸收法包括常压常温吸收法与常压低温吸收法。常压常温吸收法是在常压常温下，利用馏出轻组分的汽油（或废油）、煤油系溶剂、轻柴油、特制有机溶剂等易吸收油气的吸收液，在吸收塔内与混合气喷淋接触以溶解吸收其中的油气。常压低温吸收法是使用冷冻机将吸收液冷却到低温，然后送到吸收塔对混合气进行喷淋，利用物理降温方法回收油气 。

1.4 冷凝法

冷凝法是采用多级连续冷却方法降低挥发油气的温度，使油气中的轻油成分凝聚为液体而排出洁净空气的一种回收方法。冷凝法回收装置的冷凝温度一般按预冷、机械制冷、液氮制冷等步骤来实现。

1.5 膜法

将收集的油气贮存在气柜中，针对不同油品的分子大小选择好适合孔径的膜，油蒸气与空气混合气的薄膜分离，主要是利用了油气和空气分子透过高分子膜片时的传递速率的差异（油气比空气优先透过），实现两者的分离。滤出的空气被直接排入大气中，浓缩的油气被送入吸收塔进行反复喷淋吸收，未吸净的油气被送回膜重复处理。

3 油气回收技术发展

随着全球环保意识的增强，各国对油气回收装置尾气排放要求也越来越严，单一的一种油气回收技术和工艺，逐渐显露出其缺点。例如，对于尾气中非甲烷总烃允许排放标准，瑞士最初执行的是 35 g/Nm3，当初安装了许多套活性炭再生吸附法油气回收装置；但2002年后瑞士执行更加严格的标准150 mg/Nm3，单一的活性炭再生吸附法不再能够满足要求，目前大多数处理工艺采用“吸附+吸收”，即“活性炭吸附＋贫油吸收”的处理工艺（见图1）。

图 1 “吸附+吸收”处理工艺

油气首先进入回收装置中已装满活性炭吸附塔中的一个，空气—油气混合气体中的碳氢化合物被吸到活性炭粒子表面，并在大气作用下停留。空气—油气混合气体中的空气成分不受活性炭的影响，通过活性炭后排入大气，中间不再掺杂碳氢化合物。

当空气—油气混合气体通过活性炭吸收表面后，碳氢化合物被吸附到活性炭表面，并停留在活性炭表面出现更大的反向力，这种吸引的现象叫做“吸附”。 在吸附过程中，油气吸附在活性炭的表面。一旦活性炭接近其吸附极限，炭床必须再生，以继续作为吸附剂发挥作用。通过暴露在高真空（负压）下的方式使活性炭再生。高真空能产生足够大的解吸能量破坏烃分子和活性炭颗粒间的分子力，使碳氢 化合物从活性炭颗粒中释放出来，并通过活性炭颗粒间真空作用从炭床底部流出。这种再生现象叫做“解吸”。从活性炭中解吸出来的油气被送入吸收塔，在吸收塔中，浓缩碳氢化合物不断向上运动，穿过填料层。同时成品汽油从塔顶流下，向下流过填料，填料为向下流动成品汽油和向上运动的油气提供了足够大的接触表面积。接触过程使浓缩的气相碳氢化合物不断在液体油品中溶解，这种现象叫做“吸收”。

上述，油气在回收装置中的吸附、解吸和吸收过程被称作“吸附＋吸收”处理工艺。

4 油气回收安全隐患及处置

4.1 平面位置

船岸对接模块和油气回收装置与已建相邻构筑物、道路、消防车回车场等安全距离应满足相关规范要求。

4.2 操作过程

油气回收设施用于汽油装船过程产生的挥发性有机物 VOCs 进行回收处理，其回收介质为气态汽油、处理后产品为液态汽油，操作过程如有不慎将会引起安全事故。

船岸对接模块（DSU）是船舶油气返回接口与油气回收装置连接单元之一，保证船舶产生的油气安全输送至油气回收装置。

首先船舱内产生的油气等通过软管进入船岸对接模块，汽油通过船岸对接模块中高精度过滤器时，可以将油气中夹带的 10 μm 以上的颗粒去除，从而可以降低油气中颗粒物对后续鼓风机模块产生良影响，之后油气经阻爆器后进入鼓风机模块，在鼓风机模块中的引风机抽送至油气回收装置进行处理，阻爆器主要起阻隔火焰的作用，一旦船岸对接模块（DSU）或鼓风机模块（VBU）发生火灾事故，该阻爆器可以保障鼓风机模块（VBU）和船岸对接模块（DSU）安全。

同时，在紧急切断阀前安装压力变送器和氧含量分析仪，随时监测船舶和码头油气压力变化和油气中的氧含量的变化，氧含量控制在 8%以内。在事故状态下确保快速切断，与后续鼓风机模块（VBU）和油气回收装置（VRU）及库区装船泵系统进行紧急停车连锁控制，保证事故状态下船舶和码头及油气回收处理设施安全。

图2 油气回收流程

4.3 综合管理措施

1）为了保证安全生产，对油气回收工程中所使用的设备设施及其附件，均应严格进行投产前的质量检验和投产后的质量检查，质量合格才允许使用，以避免或减少设备设施的质量缺陷；在工程正式投产前，应进行试生产，对设备设施系统的整体安全性可靠性进行检查，发现问题，立即解决。

2）重大危险源应当登记建档，进行定期检测、评估、监控，并制定应急预案，告知从业人员和相关人员在紧急情况下应当采取的应急措施。

3）加强安全设施，如防雷、防静电、紧急切断等，做好消防设施及检测报警装置及控制仪表的定期检测与日常维护、保养工作，若发现质量缺陷或故障，应及时排除，确保其运行状态完好。