苯储罐油气排放的回收治理

2020-04-03毕馨月景晔中国石油大连石化公司辽宁大连116031

化工管理 2020年7期

毕馨月景晔(中国石油大连石化公司，辽宁大连 116031)

0 引言

大连石化公司储运一车间共有用于存储苯的储罐3 台，其中1 台容积2000m3、2 台5000m3。这3 台储罐均为内浮顶罐，罐顶苯油气排放量较大。由于国家环保标准对苯油气排放大气浓度的要求越来越严格，原有的储罐形式已不能满足排放标准的要求。故通过增上一套油气回收设施，对罐内排放的油气进行回收处理，以达到国家排放标准(苯排放浓度＜4mg/m3，非甲烷总烃去除率＞97%)。

1 油气回收设施的基本原理

为实现油气回收，在3 个苯储罐进行技术改造，在罐顶新上了氮封装置，更换呼吸阀类型，提高储罐密封能力，并新增一套由吸收塔、液环压缩机、膜组件、真空泵、吸附罐等设备组成的油气回收设施。新增的苯油气回收设施，通过一系列组合处理工艺，将罐顶油气中的油气与氮气分离，油气融入汽油中再利用，氮气排入大气中。这套处理工艺主要分为三大部分：(1)压缩吸收(洗涤)；(2)膜分离；(3)活性炭吸附。其中，膜分离部分为其核心，它是利用了特殊的高分子膜对油气的优先透过性的特点，让油气与氮气的混合气在一定的压力推动下，经选择性透过膜，油气优先透过膜，从而富集以便于回收，而氮气则被选择性截留。在膜分离处理之前与之后分别进行压缩吸收与活性炭吸附处理，作为辅助工艺，以提高回收分离效率，并增加经济性。

2 油气回收设施的工艺流程

如图1 所示，为油气回收设施的工艺流程图。

图1 工艺流程图

3 台储罐顶部产生的油气和氮气混合物，以微正压力经过密封管线集中并送入油气回收处理设备中。首先，油气和氮气的混合物通过液环压缩机加压至操作压力(0.23MPa)。液环压缩机采用汽油作为工作液，工作液一方面产生液环，将气体吸入压缩机，经过压缩后送出压缩机，另一方面可消除气体压缩产生的热量，并形成非接触的密封环，冷却机内部件。压缩后的油气和氮气混合物与液环压缩机的工作液一同进入吸收塔中部。在吸收塔内通过切向旋流可将工作液与压缩气体分离。气态的油气和氮气混合气在塔内由下向上流经填料与自上而下喷淋的汽油对流接触，液体汽油会将大部分油品蒸气吸收，形成富集的油品液体。富集的液体中包括喷淋液体和回收的液态油品，通过回液泵返回储罐。

之后，剩下的油气、氮气混合物以较低的浓度由塔顶流出后进入膜分离器。膜分离器由一系列并联的安装于管路上的膜组件构成。由真空泵在膜的渗透侧造成真空，以提高膜分离的效率。膜分离器将混合气体分成两股—含有少量油气的截留物流和富集油气的渗透流。渗透物流循环至膜法油气回收处理设备入口，与收集的油气排放气体相混合进行上述循环。

最后，净化的截留物进入活性炭吸附。活性炭吸附包括两个吸附罐，以活性炭为吸附剂，当气体流过床层时，进行碳吸附处理。经过碳吸附后，实现油气和氮气的分离。气体最终达到排放浓度可以直接排放大气中。设备运行时，两组吸附罐轮换吸附和解析，解析后富集的油气用真空泵抽吸到压缩机前再次循环；吸附过后的净化尾气经排气管排放。进入油气回收系统的一定质量的油品，经过喷淋吸收后，以较多的质量流量返回储罐。排放的油品气体以液体形式返回了储罐。

3 油气回收设施使用的主要设备

3.1 液环式压缩机

液环式压缩机用于输送油气和氮气的混合物。叶轮(偏于轴心)安装在圆柱形泵体内，并可在其中转动，叶轮的转动时工作液在泵体内形成一转动的液环，液环在叶轮的两个叶片之间的空隙内作活塞运动。在吸气侧，液环逐渐远离叶轮轴心，气体被吸入，在排气侧，液环又靠近叶轮轴心，气压被压缩，并通过配流盘上的排气口被排出。液环压缩机的泵体外壳中心线与叶轮转子中心线不在同一条直线上，正是利用了偏心的特点，在叶轮转动的过程中，形成的液环与叶轮间的气相腔室从逐渐扩大(吸入端口)到逐渐变小(压缩后排出口)，从而使吸入的气体得以压缩。

3.2 吸收塔

吸收塔形式为填料塔，填料装在塔的中上部。填料的比表面积较大，有利于气—液相的充分接触和吸收，形状为八四内弧环、填充高度为2m。塔顶操作压力约为0.23MPa，在较高压力下气相中的VOC(有机挥发性组份)更容易进入液相(相似相溶原理)。油气和氮气混合物与压缩机工作液(汽油)一同进入吸收塔中部。在塔内工作液与压缩气体分离。油气和氮气混合气在塔内填料中与汽油对流接触，油气被淋洗后融入汽油中，氮气流到塔顶排出。

3.3 膜分离器

膜分离器用于分离油气和氮气。它主要通过膜片的选择透过性来起作用。膜片材料为高分子聚合物，膜对于油气容易渗透，空气不容易透过。膜片的安装形式为碟片式，共配置8 只膜组件。膜分离器外部共3 个接口。底部侧面进口用于进气，非渗透气(氮气)在上部出口排出，渗透气(油气)在中心管的底部出口排出。膜分离器结构简图如图2 所示。

图2 膜分离器结构简图

3.4 油润滑旋片真空泵

真空泵用于抽取膜分离器分离下的油气以及活性炭吸附罐解吸出的油气，并将其输送回液环压缩机入口前，再次进行分离。按照旋片式原理工作，偏心安装的转子在泵体内旋转，离心力迫使叶片沿着转子的狭槽滑向泵体内壁。旋片将泵体和转子之间的月牙型空间分隔成数个工作腔。当工作腔和进气口相连时，吸入气体。随着转子的继续转动，被吸入的气体被压缩，进而排除到油箱内。恒定的压力差使真空泵润滑油进入压缩腔。润滑油和被抽气体一起排入油箱内，通过除雾器和排气过滤器的作用下使得油、气分离，润滑油回落到油箱底部，再次进入工作腔(油循环)，不含油的气体通过排气过滤罩排向大气。

4 油气回收设施使用时的注意事项及存在问题

4.1 注意事项

膜分离器中的膜分离层越薄，单位面积渗透量越大；膜的分离层越厚，则渗透量低，相同面积的膜面积处理量越小。所以膜加工制造的非常薄，膜分离层厚度仅为10～100nm。因此，膜分离器中的膜极易发生损坏，使用时应注意以下事项：(1)不让不符合设计条件的油气进入膜分离器(含有有害组成)；(2)油气温度不允许超过膜分离器的最高允许操作温度(≤50℃)；(3)严禁膜的渗透气侧压力高于原料气侧压力(称为“反压”)；(4)严禁在未安装聚结过滤器滤芯或滤芯破损的情况下运行膜分离器；(5)严禁液体物料(包括水)、以及有固体颗粒的原料气进入膜分离器；(6)长期停车一定要用氮气吹扫、置换膜分离器内的油气，防止可凝组分冷凝而损坏膜分离器。

真空泵投用时需注意，一般先启动真空泵，再打开膜分离器前进气阀，最后打开膜分离器后氮气排管路尾气控制阀。这样可使膜前后存在正向压差，防止膜损坏。真空泵停机时与上述过程相反，即先关尾气控制阀，再关进气阀，最后停真空泵。

4.2 存在问题

油气回收设施在使用中还存在一些问题。主要有以下几点：(1)3 台苯储罐加设氮封装置后，由罐顶压力自动控制罐内油气泄放，导致处理量不稳定。液环式压缩机的变频范围又太小，当处理量大幅波动时，无法满足要求，有时会频繁启停系统。(2)为防止苯储罐排出的油气与氮气混合气中氧气混合，导致系统油气的氧含量超标，产生爆炸风险，下一步准备在罐顶油气排出管路上增设在线氧含量分析仪，确保进入油气回收系统的氧气含量不超标。