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廣東申菱環境系統股份有限公司
廣東申菱環境系統股份有限公司
閱讀：832發布時間：2020-11-12
低溫冷凝結合吸附技術處理油庫VOCs的工程應用
一、油氣回收項目背景
某民營成品油庫在成品油裝車過程中，隨著罐車油位的上升，排除的VOCs氣體含高濃度的非甲烷總烴，主要引發以下三點與安全和環保相關的問題：
（1）油品揮發引發安全生活問題
經實地測試汽油油氣密度約為2.2~3.1kg/m3，遠大于空氣標準密度1.1kg/m3，容易靠近地面漂浮，遇到明火立刻引發火災或爆炸，安全隱患較大。據第三方檢測報告顯示，加注92#汽油到達槽車液位一半以上時，槽車排氣口的油氣濃度已達1130g/m3以上，遠高于國家規定的濃度，如在槽車排氣口上方有火星或靜電就會發生爆炸。
（2）油品揮發污染環境，危害身體健康。
油氣揮發混入空氣后在紫外線的作用下，與大氣的氮氧化物發生光化學反應，產生以臭氧為主的二次污染物，如果大氣中有二氧化硫等污染物，反應生成硫酸鹽氣溶膠，形成光化學煙霧，對眼睛、咽喉有強烈的刺激作用，使人頭疼、呼吸道疾病惡化，嚴重的會造成死亡。
（3）油品揮發造成巨大的能源浪費
目前國內煉油廠的油品儲系統總蒸發損耗約占煉油廠原油加工量的0.3%。其中主要是儲運損耗，約占60%；其次是裝卸損耗，約占總損耗的20%。2019年我國汽油揮發總量高達60萬噸，折合人民幣30億元。
因此，為治理油庫內的油氣揮發問題，國家環保局等部門頒布了許多關于油庫油氣的排放標準和*油氣回收項目改造的法律法規，國內的儲油庫等油品儲運場所也加快了自身油氣回收項目的建設進程。
二、油氣回收項目介紹
為解決油氣VOCs氣體的環境污染問題，廣東申菱環境系統股份有限公司與該民營成品油庫達成環保治理合作，提出通過三級冷凝+吸附組合工藝處理在裝車過程中的揮發性氣體，充分利用二者工藝路線的優勢，通過多級冷凝液化克服堵塞問題，實現了集成冷凝和吸附工藝的一體化設備，不僅滿足國家環保要求，而且實現巨大的經濟收益。
2.1項目簡介
該項目所在油庫臨江而建，是以批發銷售汽油、柴油為主的專業燃料公司。油品年轉運量約40萬噸，其中汽油約34萬噸，環境溫度介于0~40℃，蒸發損耗量達300噸以上，經濟價值高達百萬，并且油庫全部槽車已完成下裝式改造，氣體收集條件成熟。
先前已投用吸收吸附法分散式裝置，由于排放不達標、不具備回收計量條件等因素而被淘汰。目前投用申菱油庫一體化冷凝吸附油氣回收裝置，根據汽油鶴管數量，裝置設計處理量為600m3/h。槽車排出的氣體通過尾氣收集系統進入裝置后，依次經過預冷、三級冷凝、吸附、真空解吸再冷凝和廢液回收的工藝流程，大部分烴類轉化成液體送往到回收罐，氣體直接達標排放。兩組吸附罐交替吸附，整套裝置實現連續運行。
2.2工藝流程
該油氣回收項目的工藝流程，按功能劃分可分為冷凝、智能融冰、油品輸送和吸附四個單元。
2.2.1冷凝單元
本裝置通過采用壓縮機機械制冷和多級冷卻方法連續降低油氣的溫度，使各組分在分壓力下，分別降至對應的露點溫度，油氣各組分分級冷凝為液態。同時通過特殊設計換熱器，使有機組分充分實現氣液分離，低溫潔凈的空氣經回熱交換后，降至常溫送往吸附罐。各級制冷參數如下：
處理段 | 處理溫度 | 內容 |
尾氣預冷 | 5~15℃ | 利用低溫尾氣進行預冷降低能耗 |
一級制冷 | 0~5℃ | 主要處理水及C5或C6的冷凝，能截留大部分水分進入低溫冷凝箱，防止結霜。 |
二級制冷 | -30~-35℃ | 液化回收部分C3~C6油氣 |
三級制冷 | -70~-75℃ | 液化回收輕烴，92%以上油氣得到回收 |
熱回收 | 5~-15℃ | 經三級制冷后低溫不凝氣體可作為很好的冷源與進口的油氣進行熱交換，既起到預冷效果，又可將尾氣提升到常溫進入吸附系統。 |
問題解決：通過機械制冷+多級冷卻組合工藝，解決了油氣在降溫過程中，水蒸氣凝固而結霜和油氣通道堵塞存在噴油隱患的問題。
2.2.2 智能融冰單元
為防止油氣通道結霜堵塞，除了合理設置分級制冷溫度，該裝備還將設計有運行融霜和停機融霜雙重保障。其中運行融霜是運行過程中監測油氣通道阻力，當阻力過大時強制轉入融霜狀態，防止油氣通道壓力上升而泄漏從而觸發安全事故；停機融霜則在夜晚或裝置不工作時進入停機融霜模式，將內部各蒸發器溫度提升至凝固點以上，以降低運行融霜觸發概率。
2.2.3 油品輸送單元
裝置設置了回收冷凝液緩沖儲油箱，各級制冷冷凝下來的油品先經過制冷系統余熱回收，達到常溫后進行混合，防止不同熔點的組分低溫混合后凍結并堵塞輸送管道。然后通過氣液兩相模型泵將回收的輕質油品輸送到廢液罐。成熟應用的氣液兩相模型泵，可將氣液一起輸送，良好解決易揮發汽油對泵汽蝕的問題，有效防止氣液輸送過程中出現的氣堵現象。
2.2.4 吸附單元
如工藝流程圖，采用雙吸附罐設置，通過電動蝶閥的通斷控制，使一個罐處于吸附狀態，另一個則處于解吸狀態，吸附罐炭床內填滿了具有良好吸附及脫附性能的活性炭。利用油氣各組分吸附力大小差異，實現油氣分離。
三、油氣回收項目運行狀況
該油氣回收項目已穩定運行5年，安全可靠，自動化程度高，回收效果明顯，環保排放穩定。
3.1設備運行分析
該項目用獨立電表計量，配置獨立功率計監測運行功率。裝機容量90kw，運行功率在大部分情況下均低于35kw，冬天工況下基本低于20kw，不到裝機容量的1/3，綜合耗電成本較低。
3.2尾氣處理濃度分析
表1為本裝置尾氣濃度經第三方檢測結果，滿足國家標準排放要求。從表1可見，進口濃度在夏季工況下非常高，因此投用油氣回收裝置具有安全，環保和經濟必然性。
表1 尾氣濃度檢測結果
測試點位 | 測試項目 | 單位 | 濃度監測結果 | ||
一次 | 二次 | 三次 | |||
大氣環境 | 溫度 | ℃ | 12 | 35 | 28 |
裝置入口 | 非甲烷總烴 | g/m3 | 438 | 1014 | 875 |
裝置出口 | 非甲烷總烴 | g/m3 | 4.28 | 11.5 | 6.1 |
處理效率 |
| % | 99.2 | 98.9 | 99.3 |
3.3回收效率分析
表2收集了連續半個月用電及收油數據，當月平均氣溫20℃，可得出回收率（回收油量/發油量）約為9‰，平均耗電約為357度/天，經濟效益明顯高于運行成本。表3針對全年經濟凈收益進行分析。通過經濟效益分析表計算，1度電能回收10元的油品價值。
表2 裝置綜合運行數據
日期 | 電度數 | 發油量t | 油氣量m3 | 出油表m3 |
3/1 | 70416 | 734 | 154955.9 | 132.518 |
3/2 | 70872 | 780 | 155937.8 | 133.429 |
3/3 | 71088 | 664 | 156423.2 | 134.291 |
3/4 | 71172 | 790 | 156580.2 | 134.363 |
3/5 | 71580 | 748.59 | 158356.7 | 135.312 |
3/6 | 72060 | 826 | 160257.6 | 136.488 |
3/7 | 72517.2 | 756.34 | 161674.4 | 138.014 |
3/8 | 73038 | 870.85 | 163562.1 | 139.405 |
3/9 | 73434 | 620.57 | 164913 | 140.424 |
3/10 | 73836 | 690.88 | 166447.3 | 141.0545 |
3/11 | 74244 | 680.04 | 167784.1 | 141.3357 |
3/12 | 74688 | 730 | 169294.2 | 142.8851 |
3/13 | 75060 | 721 | 170453.3 | 144.05 |
表3 該油庫運行經濟效益分析
項目名稱 | 數值 |
回收油品密度（t/m3） | 0.68 |
日均回收量（t） | 0.7892 |
回收率（‰，回收量/發油量） | 0.8 |
油品單價（元/升） | 4 |
全年運行時間（天） | 300 |
全年收益（萬元） | 139.2 |
電費及其他消耗（萬元） | 12 |
年純收益（萬元） | 127.2 |
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