油气回收技术在储运装卸系统中的应用

吴海文(海南汉地流体材料有限公司，海南 洋浦 578101)

0 引言

油气采收是指在装载(储存)轻油时收集挥发气体，以及处理合并后的气体的技术手段，不仅可以防止油气挥发造成的破坏，而且可以实现油气的回收、恢复和使用。当轻油存储或装载到车辆中时气体会挥发，油气收集的过程称为油气回收[1]。回收时必须采用某些技术来处理潜在的有害气体[2]。目前，我国的石油公司也排放多种类型的石油和天然气，但主要是MTBE、酒精和汽油。这些气体易于挥发并刺激人体呼吸系统，并且会对人的神经和血液形成组织产生强大的破坏力，因此研究油气提取技术是非常有必要的。

1 油气回收工艺技术

油气回收包含的吸附方法涉及将油和天然气成分吸附在吸收材料的表面上，并进行压力吸收或蒸气吸收以恢复活性炭的原始吸附功能。富集的油气将被真空泵吸收到油箱中或通过其他方法液化。尽管诸如活性炭的吸收材料具有很少的空气吸收能力，但是未吸收的废气通过排气管排出。该方法的优点在于其能够实现更高的处理效率。而且这种方法发射浓度低，可以实现非常低的值。但实际操作过程存在较多缺陷和安全隐患，如：吸附层的高温热点问题；废气需要二次处理；活性炭失活后存在的二次污染问题。因此吸收剂还根据介质的不同特性来选择水，酒精或化学试剂等，而这一般是由吸收剂材料的溶解度来决定的。因为每一种成分在与吸收剂材料接触时，在不同的吸收剂中溶于其中油气混合物的含量是完全不同的，所以选择正确的对应吸收剂材料才能够良好地把两者分离开来。吸收剂通常是煤油或特殊的吸收剂液体，并且石油和天然气与吸收剂的回流相接触，从吸收塔的顶部卸下吸收器，吸收器选择性地吸收碳氢化合物。未吸收的气体进入真空吸收罐以吸收和富集石油、天然气，然后与石油一起吸收。剩余的可以通过阻火器排出。在填料层中，吸收剂与相反的电流接触，吸收剂材料从吸收塔的顶部排出。吸收材料选择性地吸收碳氢化合物组分。在这个过程中，石油和天然气会被大量的溶解并且被吸收材料直接吸收，而吸收塔会在天然气和石油被溶解的过程中把不能溶解的物质带走二次回收。这个方法最主要优势在于对人工操作能力要求不高，甚至可以完全由机械代替，同时投资成本相对较低，但缺点是恢复率非常低。利用制冷技术替代油气的热能，能够帮助气体向液体过渡，便于采集和回收。并且这个技术的应用配合烃来降低温度使得油气中的烃类可以直接达到过饱和状态而析出。油气所需的回收率和废气中有机化合物的浓度极限是由它进入大气环境以后所形成的挥发性气体的成分来计算和确定的，冷凝装置的最低温度也要据此来确定。并需要使用到对烃具有优选渗透性的特殊聚合物膜。因此，在相对压力条件下，对油气混合物进行合理地翻搅将能够让油气分子最先通过聚合物膜的筛选，并把空气排除出去。将石油和天然气返回储罐或通过其他方式液化浓缩。由于空气中碳氢化合物颗粒的大小以及氧气和氮气分子的大小不同，因此膜的渗透性也不同，此功能可用于实现油气分离的目的。油、气和空气之间的分离依赖于以不同扩散形式存在的不同气体。由于扩散和溶解之间的差异，空气从高压区域到低压区域通过膜渗透并被分离。该分离过程是典型的动力学过程，以动力学数据来确定合适的分离过程。

2 油气回收各工艺比较

近年来，油气回收技术已在我国的国有企业和合资企业中得到广泛应用。从石油和天然气中提取的产品种类很多，常见的包括柴油、汽油、汽油同类物、酒精等。车辆和船舶中的呼吸阀和挥发性气体阀的主要应用技术是根据回收介质选择单一回收方法或多种方法的组合。根据不同的介质需求，使用几种恢复方法的组合。通过结合每个过程的优缺点，所组合的方法可以对每个过程进行补充，以达到最佳的回收效果。当前使用的组合型回收技术有很大的优势，在操作过程中使用多种方法的结合会使每种技术彼此交融并避免低回收率。在现实生活中，结合并使用冷凝和吸收方法也是很常见的。首先，根据每种材料的性质，使用冷凝法实现饱和，从而将石油和天然气转化为液体。这并不意味着它完全变成液体而是通过液态的形式被浓缩到一个固定的大小和位置等待被吸收。这个过程中为了能够减少有害气体对环境、空气等的威胁还可以再次使用冷凝法进行二次重复操作帮助保护环境，减少有害气体的排放，达到国家对空气质量的要求。

目前最广泛使用的方法是吸附和冷凝的结合。具体步骤是：首先，在-40～50 ℃下进行二次冷凝程序，以液化约85%的石油和天然气，过量的石油和天然气进入吸附系统。这样处理过的石油和天然气大大减少了体积，增加了浓度并增强了吸附效果。之后多余的石油和天然气再次进入深度冷凝系统，以完成最终处理。这种联合回收方法的优点：首先，它有效地结合了吸附方法和缩合方法的优点；第二是在第三阶段增加吸收系统可以减少能源消耗和油气凝析油的处理能力；第三是第二阶段冷凝后的油气具有中低温特性，强化了活性炭层吸收系统，远离热源和高温危害，成功消除了安全隐患。活性炭吸收是目前最广泛使用的处理有机废气的方法。它是一种适合吸收固体的吸收剂，可以吸收非极性有机物质(例如苯链)。活性炭对汽油废气具有良好的吸附性能。在提取汽油和相同的汽油链中，它被广泛用于排气，在实际应用系统中，活性炭通常被用于冷凝系统和吸附系统。当进入第一阶段时，石油和天然气的温度首先冷却至3 ℃，空气中的碳氢化合物和水分凝结成液相。之后石油和天然气进入第二阶段冷却，然后进一步冷却至-35 ℃。大多数烃在液相中冷凝，不可凝气体达到较低的石油和天然气浓度以后将会自动进入活化剂中也就是现阶段所采用的活性炭中进行再一次的过滤清洁处理，使之合格。

3 油气回收需注意的问题

我国石油化工项目中回收的主要原材料是汽油、汽油链混合物、丁醇，辛醇和其他化学品。在这些材料限制中，我国现在最常采用的油气回收技术则包括两种：一个是冷凝法附；另一个是活性炭吸附法。在石油和天然气的装卸中，起重机管装卸的密封非常重要，轻微的疏忽会导致严重的损失。因此，以使油气回收过程顺利进行，必须充分考虑起重管的耐磨性和耐磨性，并应尽可能缩短油气回收管道。此外还应该选择合适的回收方法，例如：选用活性炭作为吸收剂主要成分，油气回收率高，而且其成本低，操作也相对简单，虽然活性炭的使用寿命相对较短，但综合考虑来看，活性炭的总体经济效益依然是非常可观的。石油行业部门所必须回收的是辛醇、MTBE 等有害物质，避免这些物质进入空气危害到人们的生命财产安全。因此，我国石油部门在回收过程中，又在冷凝和活性炭吸附之间添加了一个两阶段性质的联合回收方法，以帮助合理回收和高效回收。根据我国的有关规定要求非甲烷碳氢化合物总量中的废气排放量小于或等于120 mg/m3，汽油的排放量小于或等于12 mg/m3。因此，进入回收单元的石油和天然气首先进入冷却的第一阶段，以形成碳氢化合物，这些碳氢化合物会将油和气态液体的颗粒和物体重新聚集，并携带水。之后进入二次冷却环节中，对石油和天然气实行冷却，一直降温直到至-34.5 ℃为止，这就催化了C5 组分碳氢化合物并使其变成了便于储存和操作的液体形态。在这期间，气体在凝结过程以后其浓度变低，并进入到活性炭吸收系统，被吸附材料吸收，然后达到较高的排放水平，从废气中排出。以石油部门中一个相关油气处理案例为例子，该案例中油气回收的主要物质包括MTBE、苯以及丁醇等，都是不能直接接入空气中的有害物质。该案例中的回收方法主要采用了两阶段冷凝技术和用活性炭进行吸附处理的技术[1]。第一阶段先把油气做预前处理，再把油气过渡到油气回收装置并进行二次冷却，以完成冷凝相变过程。当石油和天然气进入第一个处理阶段时，温度首先冷却至2.5 ℃，碳氢化合物重新排列，空气中的水分凝结成液相。最后，石油和天然气进入第二阶段冷却，然后进一步冷却至-34.5 ℃。大多数烃在液相中冷凝，而不可凝气体则了达到较低的石油和天然气浓度，并进入活化剂中做最后处理，以达到国家可排放标准。这个案例就有效利用了各种方法的组合帮助回收油气，取各家方法之长而避其短处，最终达到了能够排放的标准，减少了对空气和环境的损害。

4 结语

油气提取是节约能源的有效途径，油气回收对环境保护和人类健康具有深远的意义。对油气的合理处理，能够降低火灾和爆炸造成的潜在安全隐患。使用油气回收装置可以有效改善运营环境，减少空气污染，保护操作人员生命健康，同时最大程度地减少了因挥发油和天然气造成的损失。改善油气采收技术可以消除潜在的安全隐患，避免出现大型的化工爆炸燃烧等事故，造成人员伤亡。油气回收技术对国家的经济发展和科技进步也有着极为深远的影响。积极参与油气回收技术的研究和改良不仅是对人们生命财产的负责，也是对科学的负责，让油气回收技术中的储运装卸系统发展得更加地全面，为世界的环境保护作出卓越的贡献。