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石油化工油气回收技术方法探析

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摘要:随着新环保标准的发布,多数石油化工码头的油品装载需要设置油气回收或处理设施,该设施存在规模大、系统界面复杂、技术种类多、应用案例较少等特点,技术选择难度较大。本文从油气回收设施建设所需要考虑的实际条件入手,分析比对了不同技术的特点和适用性,对技术选择的难点和要点进行了总结。

关键词:石油化工;码头;油气回收

近年来,国家对挥发性有机物的控制日益重视,《石油化学(炼制)工业污染物排放标准》明确规定,挥发性有机液体装卸码头对船(驳)进行装载的设施,应密闭并设置有机废气收集、回收或处理装置,油气回收(处理)装置已成为石化码头运行的必要设施之一。但是,由于相关设施在国内成功案例较少、技术门槛较低、设计规范颁布晚等因素,选择适用的技术存在一定的难度。因此,本文对油气回收(处理)设施的选择要点进行梳理和分析,以期为码头油气回收(处理)技术的选择提供一种可选思路。

一、油气回收(处理)设施的基本结构和可选技术

影响油气回收(处理)技术选择的主要因素包括成本、占地、可靠性和安全性等,在开始选择前,应首先了解油气回收设施的基本结构和主流工艺。

(一)油气回收(处理)设施的基本结构码头油气回收(处理)设施一般划分为三个模块,分别是:船岸对接安全模块:为保护船舶、码头和油气回收装置安全,设于油气收集装置和油气输送装置之间的装置。其前端(进气端)连接输气臂或软管,末端(出气端)连接输气管网。其主要作用是监控油气的氧含量、温度和压力波动,在发生爆炸着火事故时,通过阻爆器将爆炸和火焰阻挡在事故发生的一端,阻火器是该模块的核心设备。引风模块:通过建立负压,将油气引入处理设施的设备,通常为引风机,部分工艺(膜分离)可能采用液环式压缩机。引风机有可能和处理设施布置在一起。处理设施:即处理油气的主体设施,可以是回收设施或处理(焚烧、氧化)设施。船舶靠岸后,码头上的船岸对接模块连接至船舶的油气排放口,经过引风模块进入处理设施,经回收或处理后,通过处理设施的排气筒排入大气。

(二)主流的工艺技术油气的处理方法主要包括:吸附法:即采用专用的活性炭对油气进行吸附,一般也包括脱附工艺,脱附后的油气需要再通过吸收、冷凝等方法进行回收。吸收法:采用汽油、柴油等吸收剂,通过喷淋、洗涤等方式,对油气进行吸收,单纯使用该方法时处理效率较低,一般回收率低于70%。膜分离法:采用专用的半透膜组件,在加压的状态下,将油气与N2、O2进行分离,通过膜分离法处理后的油气浓度目前可以达到1-10g/m³,如果执行更严格的排放标准,则需要附加活性炭吸附工艺。冷凝法:采用冷凝系统,根据油气的凝点不同,使油气进行液化的工艺。焚烧或氧化法:不对油气进行回收,而是直接进行处理,通过焚烧或催化氧化的方式,将油气分解为无害的二氧化碳和水。油气的回收技术一般会采用两种或两种以上的工艺进行组合,常见的工艺组合有冷凝+吸附,吸附+吸收,膜分离+吸收等。

二、确定回收种类和规模

(一)油气种类的确定交通运输部在2017年发布《码头油气回收设施建设技术规范》(试行),其中2.0.2章节提出了需要回收处理的油品种类,主要针对原油、汽油、石脑油、航空煤油、芳烃及挥发性相近的油品。除此之外,还应参考《石油化学工业污染物排放标准》(GB31571-2015)表6中的污染物种类及排放浓度要求,该表中所涉及的可能对大气排放的液态化工品的装船,一般应考虑油气回收或处理设施。对于其他的油气,应综合考虑挥发性、危害性和是否满足非甲烷总烃的排放标准(120mg/m³)。

(二)规模的确定按照《码头油气回收设施建设技术规范》要求,油气回收或处理设施的规模需要根据每个泊位的最大装船泵量确定,将所有装船泵量求和后乘以1.25即可。由于设施规模与成本有直接关系,且码头运营遇到所有泊位满载装船的概率较低,因此,在确定规模时,可以参考历年的装载数据,根据实际情况进行优化和缩减。

三、考虑可选工艺

(一)考虑建设地点和占地面积油气需要通过建立负压从每个泊位上输送至处理设施,因此油气处理设施与泊位的距离应尽量靠近,以避免过高的负压,从而导致引风模块的设备选型困难和过高的能耗。建设地点一般可以选择在码头前沿或码头后方。选择在码头前沿时,需要重点考虑防火间距、占地面积、检维修难度等因素;选择在码头后方的陆域时,需要考虑征地和平面布局等因素。占地面积是建设地点和工艺技术重要影响因素。

(二)不同工艺的特点吸附+吸收的处理工艺是国内外应用最广泛,成功应用最多的工艺;膜分离技术虽然在国内已经有研究和应用,但与进口(主要来自德国)膜组件相比,使用寿命和效率仍有较大差距;冷凝法在国外基本已经淘汰,主要原因是能耗较高,容易出现“冰堵”,以及C6以上的轻组分难以冷凝,从而在活性炭中聚集并“穿透”导致排放超标的问题。

(三)分析回收物和可用吸收剂回收物的回收价值是选择技术的重要条件之一。码头由于多个泊位同时作业,不同种类的油气会混合到一起进行回收,对于炼油产品,混合后一般具有较高的回收价值,可以进行回炼甚至直接掺入产品;而对于化工产品,混合后可能回收价值较小。回收物如果回收价值较小,可以优先选择采用焚烧或氧化的方法进行处理,如果价值较高,则选用回收的方法进行处理。选择工艺时,如果码头距离储罐区或生产区较近,可以较为方便地取得吸收剂,则建议优先排除冷凝法。主流的处理工艺均需要采用吸收剂,吸收剂一般可以选用产品或中间物料。一般来讲,吸收剂挥发性越差,吸收效率越高。回收物为单一产品(如汽油)时,可以直接采用该产品作为吸收剂;回收物为多种混合物时,则需要考虑回收物对吸收剂性质的影响,实际情况可以向产品质量控制部门或油气回收的供应商咨询。

四、核算运行成本

对于焚烧或催化氧化处理工艺,其主要成本为电耗和燃料气(或N2)消耗。对于油气回收工艺。需要综合考虑电耗、吸收剂使用、活性炭(或膜组件)更换的成本,同时考虑回收物的价值。

(一)需要注意的关键因素工艺可靠性,对于以冷凝法为主的处理工艺,冰堵处理和保证达标是该方法的难点。对于冰堵的处理,应要求技术供应商提供详细的防冰堵控制措施和冰堵后的解冻措施;冷凝法一般需要和吸附工艺组合使用,而稳定高效的吸附工艺需要较高的技术研发能力,因此,在使用冷凝法时,也应对其后路吸附工艺的实际应用情况进行全面的考察。对于以吸附法为主的处理工艺,活性炭的选择和吸收解吸的设计是该方法的难点。不同的油气种类需要对应不同的活性炭类型,在选择该技术时,应密切注意同类品牌和型号活性炭的使用寿命和达标处理情况;吸收解吸时间的设计是吸附法的核心技术,该设计会对于系统稳定运行和活性炭寿命产生最为直接的影响,国外成熟的专利技术往往对该设计有严格的论证(但具体计算过程可能会保密),在选择该技术时,应要求技术供应方提供有关的说明。对于以膜分离法为主的处理工艺,膜的寿命和系统的安全性是该方法的关键点。截至2017年底,国内的膜一般需要2年内进行更换(国外优质膜组件一般为10年);由于该方法需要加压操作,且可以处理处于爆炸极限内的油气,该技术应具备对油气浓度提高的设计方案,在选择该技术时,应要求技术供应方提供油气浓度调整的设计说明。

(二)安全方面对于船岸安全装置,国内的《码头油气回收船岸安全装置标准》尚未发布,相关的要求一般参考美国标准,阻爆器是船岸安全装置的核心设备,应选择“双向防爆轰型”阻火器,并通过CE认证和ISO16852的第三方型式试验。对于系统的安全性,虽然最新的标准要求船舱在装船前充惰(如N2),但目前很多船舶和码头可能无法满足该要求,处于爆炸极限内的油气将直接进入油气回收设施。因此,不论选择哪种技术,均需要由针对油气回收设施的安全性进行全面分析,可以要求技术供应方在详细设计时组织系统的HAZOP分析。对于活性炭的吸附热,高浓度的油气可能引起活性炭局部温度升高,形成“热点”,从而产生较大的安全隐患,因此,在选择该项技术时,应要求技术供应方详细阐述对于“热点”的监控和控制措施。

(三)效益的影响因素油气回收的效益往往被夸大,实际的运行状态下,油气在液态产品的表面集聚后,产生的“保护效应”会限制油品的挥发,超过一定的空间后,油气浓度会急剧降低。因此,装船过程中的大部分油气会集中在距离装船完成前10%-30%的阶段排出。

五、结论

码头的油气回收设施由于工艺流程相对简单,技术门槛低,缺少相关规范,导致了国内的技术水平参差不齐,应用案例较少,行业内也存在恶性竞争的情况。在进行油气回收的技术选择时,不仅要结合自身的实际特点,也应密切关注技术提供方的应用业绩和对关键设计问题的理解和解释,细致、慎重地审查设施设计的合理性。

【参考文献】

[1]王旭.油气回收技术发展现状概述[J].山东化工,2017,46(18):55-56+58.

[2]李艺颖,王媞.码头油气回收系统设计探讨[J].当代化工,2016,45(4):805-808.

作者:赵春雷 单位:中海油惠州石化有限公司

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