低温冷凝结合吸附技术处理油库VOCs的工程应用

一、油气回收项目背景
　　某民营成品油库在成品油装车过程中，随着罐车油位的上升，排除的VOCs气体含高浓度的非甲烷总烃，主要引发以下三点与安全和环保相关的问题：　

1. 油品挥发引发安全生活问题　　

经实地测试汽油油气密度约为2.2~3.1kg/m3，远大于空气标准密度1.1kg/m3，容易靠近地面漂浮，遇到明火立刻引发火灾或爆炸，安全隐患较大。据第三方检测报告显示，加注92^#汽油到达槽车液位一半以上时，槽车排气口的油气浓度已达1130g/m3以上，远高于国家规定的高浓度，如在槽车排气口上方有火星或静电就会发生爆炸。2.油品挥发污染环境，危害身体健康。　　

油气挥发混入空气后在紫外线的作用下，与大气的氮氧化物发生光化学反应，产生以臭氧为主的二次污染物，如果大气中有二氧化硫等污染物，反应生成硫酸盐气溶胶，形成光化学烟雾，对眼睛、咽喉有强烈的刺激作用，使人头疼、呼吸道疾病恶化，严重的会造成死亡。3.油品挥发造成巨大的能源浪费　　

目前国内炼油厂的油品储系统总蒸发损耗约占炼油厂原油加工量的0.3%。其中主要是储运损耗，约占60%；其次是装卸损耗，约占总损耗的20%。2019年我国汽油挥发总量高达60万吨，折合人民币30亿元。　　

因此，为治理油库内的油气挥发问题，国家环保局等部门颁布了许多关于油库油气的排放标准和限时油气回收项目改造的法律法规，国内的储油库等油品储运场所也加快了自身油气回收项目的建设进程。

二、油气回收项目介绍

 

      为解决油气VOCs气体的环境污染问题，广东申菱环境系统股份有限公司与该民营成品油库达成环保治理合作，提出通过三级冷凝+吸附组合工艺处理在装车过程中的挥发性气体，充分利用二者工艺路线的优势，通过多级冷凝液化克服堵塞问题，实现了集成冷凝和吸附工艺的一体化设备，不仅满足国家环保要求，而且实现巨大的经济收益。
1.项目简介
　　该项目所在油库临江而建，是以批发销售汽油、柴油为主的专业燃料公司。油品年转运量约40万吨，其中汽油约34万吨，环境温度介于0~40℃，蒸发损耗量达300吨以上，经济价值高达百万，并且油库全部槽车已完成下装式改造，气体收集条件成熟。

　　先前已投用吸收吸附法分散式装置，由于排放不达标、不具备回收计量条件等因素而被淘汰。目前投用申菱油库专用一体化冷凝吸附油气回收装置，根据汽油鹤管数量，装置设计处理量为600m3/h。槽车排出的气体通过尾气收集系统进入装置后，依次经过预冷、三级冷凝、吸附、真空解吸再冷凝和废液回收的工艺流程，大部分烃类转化成液体送往到回收罐，气体直接达标排放。两组吸附罐交替吸附，整套装置实现连续运行。
2.工艺流程

 

该油气回收项目的工艺流程，按功能划分可分为冷凝、智能融冰、油品输送和吸附四个单元。
（1）冷凝单元
　　本装置通过采用压缩机机械制冷和多级冷却方法连续降低油气的温度，使各组分在分压力下，分别降至对应的露点温度，油气各组分分级冷凝为液态。同时通过特殊设计换热器，使有机组分充分实现气液分离，低温洁净的空气经回热交换后，降至常温送往吸附罐。各级制冷参数如下：

 

问题解决：通过机械制冷+多级冷却组合工艺，解决了油气在降温过程中，水蒸气凝固而结霜和油气通道堵塞存在喷油隐患的问题。
（2） 智能融冰单元
　　为防止油气通道结霜堵塞，除了合理设置分级制冷温度，该装备还将设计有运行融霜和停机融霜双重保障。其中运行融霜是运行过程中监测油气通道阻力，当阻力过大时强制转入融霜状态，防止油气通道压力上升而泄漏从而触发安全事故；停机融霜则在夜晚或装置不工作时进入停机融霜模式，将内部各蒸发器温度提升至凝固点以上，以降低运行融霜触发概率。
（3）油品输送单元
　　装置设置了回收冷凝液缓冲储油箱，各级制冷冷凝下来的油品先经过制冷系统余热回收，达到常温后进行混合，防止不同熔点的组分低温混合后冻结并堵塞输送管道。后通过气液两相模型泵将回收的轻质油品输送到废液罐。成熟应用的气液两相模型泵，可将气液一起输送，良好解决易挥发汽油对泵汽蚀的问题，有效防止气液输送过程中出现的气堵现象。
（4） 吸附单元
　　如工艺流程图，采用双吸附罐设置，通过电动蝶阀的通断控制，使一个罐处于吸附状态，另一个则处于解吸状态，吸附罐炭床内填满了具有良好吸附及脱附性能的活性炭。利用油气各组分吸附力大小差异，实现油气分离。
三、油气回收项目运行状况

 

     该油气回收项目已稳定运行5年，安全可靠，自动化程度高，回收效果明显，环保排放稳定。
1.设备运行分析
　　该项目用独立电表计量，配置独立功率计监测运行功率。装机容量90kw，运行功率在大部分情况下均低于35kw，冬天工况下基本低于20kw，不到装机容量的1/3，综合耗电成本较低。
2.尾气处理浓度分析
　　表1为本装置尾气浓度经第三方检测结果，满足国家标准排放要求。从表1可见，进口浓度在夏季工况下非常高，因此投用油气回收装置具有安全，环保和经济必然性。
　　表1 尾气浓度检测结果

 

       3.3回收效率分析
　　表2收集了连续半个月用电及收油数据，当月平均气温20℃，可得出回收率(回收油量/发油量)约为9‰，平均耗电约为357度/天，经济效益明显高于运行成本。表3针对全年经济净收益进行分析。通过经济效益分析表计算，1度电能回收10元的油品价值。