成品油装车设施油气处理焚烧工艺研究

2019-12-12杨海敬

山东化工 2019年22期

杨海敬

(中海油石化工程有限公司，山东青岛 266061)

随着石油生产和消费量迅速增长，极大的促进了我国石油加工行业的发展，但是油品在生产、储运的各环节都会挥发损失，在造成能源浪费的同时，还会造成严重的环境污染问题。伴随石油炼制工业企业及其生产设施的水污染物和大气污染物排放限值、监测和监督要求的提高，2015年7月，我国正式实施了GB 31570-2015《石油炼制工业污染物排放标准》，根据新标准要求，现有企业从2017 年7月1日起必须执行新的大气污染物排放限值，要求挥发性有机物排放浓度小于120mg/m3，有机气体排放口去除效率大于等于95%的双指标要求，必须要有密闭装油、油气收集及回收处理装置[1]。因此，加强成品油装卸过程的油气回收治理势在必行。

1 油气处理工艺

1.1 油气回收规模的确定

油气回收规模的确定需根据装车泵及同时装车鹤位的数量一起确定。根据《油品装载系统油气回收设施设计规范》GB50759-2012，油气回收装置的设计规模宜为最大装车体积流量的1.0～1.1倍。

1.2 油气处理技术对比

目前，国内油气处理技术的方法主要分为两大类：非破坏性的和破坏性的。非破坏性的处理方式即非焚烧式处理油气，即常说的油气回收技术，主要有活性炭吸附法、溶剂吸收法、冷凝法和膜分离法等几种方法，有时是几种方法的组合。

破坏性的处理方式即燃烧法处理油气，指VOCs废气在高温下进行完全燃烧，分解成CO2、SO2和H2O等。燃烧法包括直接燃烧法、热力燃烧法、催化氧化法(CO)等。

本文仅对冷凝-吸附和冷凝-CO两种组合进行对比分析。

1.2.1 冷凝-吸附工艺

低温冷凝-吸附，是指回收的混合油气先经过冷凝处理，低露点气体凝结后被回收；剩余未凝气体进入吸附塔，油气被活性炭吸附，经吸附后的气体排放至大气。

冷凝法油气回收工艺分为三个工艺段，第一段为预冷段，利用换热器等设备将收集到的油气首先冷却至 0～4 ℃；其次是一级冷却段，将预冷段冷却后的油气再次冷凝到-35～-40 ℃，采用的冷源为一级压缩致冷；最后是油气二级冷却段，被冷凝到-70～-95 ℃以下，采用的冷源为两级压缩致冷，如果在机械致冷后再增加一段液氮深冷，就可以满足更加严格的排放要求[2]。

图1 冷凝-吸附油气回收流程示意图

如图1所示，油品装车过程中产生的油气通过专用的收集管道进入油气回收系统中。油气首先通过预冷凝换热器，油气在预冷凝换热器中被冷却到约5℃，此时相当一部分的油气被冷凝下来，成为回收油被送入专用的储液罐中供用户调度安排。

冷凝后的油气浓度降低，成为低浓度油气，并被送至后续的吸附单元(吸附罐A 和B)。这部分油气进入吸附单元后，油气中的几乎所有烃类被吸附剂完全吸附下来，而处理后的气体通过浓度控制罐后直接排放。

当一个吸附罐吸附达到饱和后，系统自动关闭该吸附罐的出入口阀门，并将另外一个吸附罐的出、入口阀门打开，两者交替进行吸附。吸附饱和的吸附罐立即进入再生状态，保证装置能够连续有效处理装车油气。

吸附罐的再生方式是在高真空度下对吸附剂进行脱附，并结合少量吹扫气吹扫。在高真空度下，大量的油气将从吸附剂上解吸下来。这部分油气浓度很高，经过真空泵压缩后将变成气液混合物(称为再生气)。再生气由真空泵直接送入冷凝器，在冷凝器中将大部分的油气冷凝下来，成为回收油并被送入专用的储液罐中供用户调度安排。

冷凝器中少量不能完全冷凝的气相将和预冷凝器中的低浓度油气一起重新进入吸附单元，完成一个工作流程。

冷凝+吸附工艺优点：工艺原理简单，处理效率高；可直观的看到液态的回收油品；低温下处理VOC气体，安全性高；自动化水平高。缺点：单一冷凝要达标需要冷凝到很低的温度，-70℃以下冷场耗电量较大。

由于成品油气中含有较多轻组分烃类，其中C2：乙烷沸点为-88.6℃，乙烯沸点为-103.7℃，普通三级冷凝，温度降至-70℃无法将其冷凝下来，必须采用深冷技术，温度降到-110℃～-120℃，才能使其变成液体，并且运输和储存难度很大，一旦进入油水分离罐又变成油气存在系统中。因此冷凝+吸附组合工艺将无法长时间满足排放要求。

2.2.2 冷凝-CO工艺

催化氧化是VOCs治理有效的方法之一，对低浓度稳定流量的VOCs最为适用。催化氧化是指在一定压力和温度条件下，以催化剂，如Pt、Pd、Ni、Cu等存在情况下与以空气、氧气、臭氧等为氧化剂进行的氧化反应。VOCs催化氧化机理主要取决于VOCs种类和催化剂性质。在治理特定种类VOCs时，需根据催化剂性质进行选择。主要的催化剂可分为贵金属催化剂、金属氧化物催化剂和混合金属催化剂三类。其中，贵金属催化剂如Pt、Pd、Au和Ag在有介质的低温条件下对VOCs去除效率较高[3]。对于排放浓度较高的油品装车场所，需要经过处理才能进入催化氧化。冷凝-催化氧化油气处理流程见图2。

图2 冷凝-催化氧化油气处理流程示意图

2.2.3 冷凝-吸附与冷凝-CO工艺对比

冷凝-吸附与冷凝-CO工艺对比见表1。

表1 冷凝-吸附与冷凝-CO工艺对比

通过对比，非破坏性的处理技术比较成熟，但是国内能够长期达标处理的案例不多。近几年新兴的催化燃烧处理工艺虽然可以达标排放，但是却受限于明火安全间距，对于大部分企业没有足够的空地布置，并且对前端净化装置和配风的稳定要求高，安全性不高。

2.2.4 冷凝-吸附-焚烧工艺

利用VOCs物质在不同温度下饱和蒸汽压的差异，通过降温使部分VOC蒸汽压达到过饱和状态，实现VOC直接液化回收。根据挥发气的工况及处理要求来确定冷凝装置的最低温度。经过预处理的油气接入鼓风机入口，由鼓风机作为配风输送至燃烧炉进行燃烧，装置鼓风机入口设置阻火器和气动开关阀门，气动开关阀与装置停机信号、鼓风机故障信号以及总烃含量联锁。当装置停机、鼓风机故障或者总烃超标时联锁关断鼓风机入口切断阀，打开管网紧急放空阀，并打开管网氮气反吹阀。

汽油油气在空气中爆炸极限为1.4%～7.6%，某装置焚烧炉鼓风机正常鼓风量为7300Nm3/h，冷凝装置出口油气浓度一般在5%(体积浓度)以下，考虑某装置鼓风机60%负荷运行，油气在鼓风机内浓度为0.457%，低于爆炸下限以下。

冷凝-吸附-焚烧油气处理流程见图3，类似尾气去鼓风机入口工程实例见图4。