1、石油企业油气回收技术的发展【摘 要】汽油等轻质油品在存储、运输过程中不可避免地会进行挥发，挥发的油气不仅会造成能源的浪费，而且还会对环境、健康和安全等产生极大的危害，因此油气回收技术得以迅速发展，其中吸附法油气回收技术最为成熟。近年来我国对油气回收技术愈加重视，在吸附法油气回收技术上也取得了一定的成果，但是在设备以及工艺流程参数确定等方面与国外相比还有一定的差距。 【关键词】油气回收；油品；油气回收技术；加油站 日前由国家环境保护局制定并颁布实施了三项油气排放国家标准，标准规定全国各地的石油企业均需对其所属油库、加油站实施油气回收，实现油气达标排放，因此，各石油企业则需在规定期限内根据自身情况
2、，编制出经济可行的油气回收方案并予以实施。 随着我国国民经济的不断发展，石油生产和消费在快速增长，每年我国原油产量达万吨，成品油中汽油的产量也为万吨。石油及其产品在中国的能源结构中占有相当的比重，我国己经发展为生产和消费石油的大国。但是，我国的油气回收工作远远落后于发达国家，而油气损失对石油资源造成的浪费，对环境造成的影响和对安全生产带来的潜在危害已经引起人们的重视。近几年来，油气回收技术在我国得到不断深入的研究，并取得了一些成果，也积累了一定的经验。 我国国家环境保护总局公布了三项油气排放标准，并根据实际情况对全国各地区石油企业油库、加油站实现油气达标排放的时限作出了规定。因此，分布在全国各
3、地的石油企业，需对其油库和加油站实施油气回收将是今后的趋势所在。 一、经济意义 各种油气回收技术从经济学角度来说是很有必要的。有效的实施油气回收方案并进行试点运行，这有利于石油企业，在实施油气回收过程中学习经验和借鉴使用，并可根据自身的实际情况，对油气回收方案作相应的改进，对节省人力、物力和财力，资源浪费，提高资源利用率，增加经济效应很有帮助。 二、社会意义 由于加油站或油库的汽油储罐大多采用通气管高空排放方式，当槽车往油罐内卸油时，产生的大量饱和度很高的汽油蒸气会通过呼吸帽排出，呼吸帽上方聚集的高饱和汽油蒸气若遇到任何一点火星或静电就会发生爆炸。这对一些处于闹市区的加油站或近郊的油库来说，无
4、疑是个不定时炸弹。因此，实施油气回收，可消除可能导致爆炸、燃烧等的安全隐患，有利于保证人民生命财产安全。另外，由于油气挥发的主要成分为轻组分，因此油气挥发会降低油品的辛烷值，进而使油品的品质下降，不利于其使用，油气回收则在一定程度上削弱了上述问题。 三、环境意义 汽油的储运和装卸及加油过程中，油罐或汽车油箱会因压力波动而产生大量的油气，因而导致大量的油气排放，油气主要成分是丁烷、戊烷、苯、二甲苯、乙基苯等，它们多属致癌物质会对环境产生污染。另外，这些有毒有害物质，被紫外线照射以后，会与空气中其他有害气体发生一系列光化学反应，形成毒性更大的污染物，受污染的空气和水会通过呼吸、皮肤接触、饮用水等大
5、大增加患癌症的危险，危害到人体健康。因此，油气回收减少了空气中苯等有害物质的含量，对广大群众的身体健康起到了保护作用。 四、油气回收国内外研究现状 自上个世纪开始，先进的工业国家就将油气回收处理作为降低油品蒸发损耗及防止油气污染的重点技术加以研究推广，并对油气排放标准加以立法来严格控制。对油气排放浓度美国是最早制订油气排放控制法规并对油气污染实施治理的国家，美国和日本较早就成功研制出了油气回收装置，形成了成套的活性炭吸附法，贫油吸收法，冷凝法油气回收装置。德国也在前几年推出了使用膜分离技术的油气回收成套装置，使油气回收技术得到了进一步发展。 除此之外，国外研究人员还建立了一些模型对各种油气回收
6、装置实施情况进行模拟，进而得到各装置的回收效率及影响回收效率的各种因素，有利于在综合考虑经济效益，社会效益和环境效益的基础上，对现有的各装置作相应的改进，或改变周围的各制约因素，以达到最佳的回收效果。 目前为止，在国外油气回收方面的研究已经相对比较成熟，先进工业国家的炼油厂，油品码头，油库，加油站等普遍都采用了各种不同的油气回收设施。随着油气回收装置的不断运用，一些研究人员开始对油气回收装置应用的经济效益，社会效益及环境效益等进行了评价和估算。近几年来我国也开始了对吸收法油气回收技术进行了研究，并根据国内当前的技术设备的情况，开发出了以轻柴油，低温汽油作吸收剂的吸收法油气回收装置。朱孝先等人通
7、过参加汽油装车损耗的测定和密封装车，油气回收的试验，分析了损耗的原因及其主要影响因素，提出了减少损耗的措施，以达到保护环境，节约能源和安全装车的目的。 目前有关油气回收装置和技术方面的研究不断得到专业人士的重视，到目前为止，我国各种油气回收装置对应的回收技术可以归为五种：直接焚烧法，冷凝法，吸收法，吸附法和膜法。其中直接焚烧法由于其对环境污染严重，安全性低和经济效益差的特点，很快即被淘汰。其他方法都获得更深一步的研究。 原油、汽油等轻质油品在生产、运输、储存、使用过程中非常容易挥发，高浓度的油气混合空气排放到大气中，不仅造成能源的浪费，而且还容易污染环境，造成重大的火灾隐患。因此越来越多的国家
8、开始研究和探索降低油品蒸发损耗的措施，并且制定了严格的法律法规来限制油气的排放。我国环境保护总局也于 2007 年 6 月 22 日颁布了储油库大气污染物排放标准等三项污染物控制排放标准，要求对储油库等油品大量周转场合产生的油气进行回收处理，回收装置应该同时符合处理效率95%和油气排放浓度25mg/L 的要求。因此，如何防止和控制油品的蒸发损耗将成为油气储运和环境保护工作者亟待解决的任务。 油品的损失主要包括油罐的呼吸损耗和装车损耗两种。当油品被加入到油罐中时，一定浓度的油气就会从顶部的呼吸阀中被排出，从而造成了油品的蒸发损失。当油罐车向外发油的时候，随着罐内压力的减小，呼吸阀吸入空气，使得油
9、面上方的油气呈现不饱和状，从而加快了油品的蒸发速度，促使其重新达到饱和，饱和油气又会在下一次的操作中被呼出，这就是大呼吸损耗。小呼吸损耗是指罐内油品在静止储存的情况下，由于环境温度、压力周期性变化的原因从呼吸阀造成的损耗。油品在装车过程中的损耗包括汽车加油站的油气损耗（加油站油枪加油和由槽车向加油站卸油时的油气损耗）和火车、汽车、船舶等运输工具装卸过程中引起的油气损耗。与油罐的呼吸损耗相比，这部分损耗要大得多。根据国外多年的研究表明，在装车的过程中，排入大气中的烃类物质为1.3kg/m3，进行一次装卸作业所浪费的油气约占整个装车量的 0.17%左右。即每装 1 吨汽油就会有 17kg 的油气被
10、白白浪费了。油气的蒸发损耗还会导致油品质量下降。据有关资料介绍，航空煤油的损耗率达到 1.2%时，其初馏点就会升高 3，蒸汽压下降 20%，辛烷值下降 0.5 个单位。油品质量的下降会使发动机工作性能变差，加速汽油的氧化速度，增加汽油的胶质。此外，油气挥发到大气中后在紫外线的作用下会与大气中的氮氧化合物发生光化学反应，从而生成以臭氧为主的二次污染物，如果大气中含有一氧化氮和二氧化硫，则对环境的污染会更大。 虽然近年来由于科学技术的进步，油气储运中广泛采用了新工艺和新设备使得环境保护方面有了明显的改善和提高，但是仍然不能达到环保排放的标准，因此油气治理已经逐渐成为急需解决的问题。从理论上讲，防止
11、油品蒸发损耗及对环境的污染可采取的措施主要分以下四点：一是完善制度，加强管理，改进操作措施，如采用下装鹤管付油；二是抑制油品的蒸发损耗，如采用浮顶罐；三是焚烧油品蒸发排放气；四是集中排放并回收利用。因此，在当今油品收发作业日益频繁及能源日益紧张的情况下，必须大力发展更具社会和经济效益的油气回收技术。 我国在油气回收方面与发达国家相比还有较大的差距，在油气储运的各个环节中没有建立起完整的回收体系，只是在少数发达城市的油库中引进了油气回收系统。近年来我国也开始对油气回收装置进行了自主开发，但在装置关键部件的优化设计及工艺参数确定方面还存在不足。整个油气回收体系可以分为三个阶段：一次油气回收、二次油
12、气回收和三次油气回收。 （一）一次油气回收 一次油气回收也叫卸油油气回收。GB20952-2007加油站大气污染物排放标准将一次油气回收系统定义为“将油罐车卸油时产生的油气通过密闭的方式进行收集，然后重新返回油罐车罐内的系统” 。因此，一次油气回收主要是对油罐车的改造，通过管线将油罐车的呼吸阀和罐车的某一回收管口相连，从而形成一个密闭的回路。当油罐车卸油时，顶部呼吸阀排出的油气会沿管线重新回到油罐车内，回收的油气被运回油库进行处理。但是我国现有油罐车的密封性普遍存在问题，一般情况下，回收的油气在运输途中可能就漏光了。另外我国现阶段的油库大部分没有安装油气处理装置，回收的油气往往也只能集中排放，
13、因此，一次油气回收根本没有实现节能减排的效果。 （二）二次油气回收 二次油气回收是指加油站油气回收。在加油站对汽车加油过程中，油箱口会挥发一定量的油气，二次油气回收系统就是将这部分油气通过密闭方式进行收集使其重新返回地下油罐。二次油气回收主要是针对加油机和加油枪的改造，首先将加油枪添加了回气管路，另外在加油机的终端配备了真空泵，当加油机进行加油时，加油枪会在真空泵的配合下，按气液比 11.2：1 的比例对油箱内的油气进行回收。地下油罐的压力会随着二次回收油气的增加而增大，当压力达到一定值时，油罐排放口就会开启，此时挥发的油气就需要三次油气回收系统进行回收。 （三）三次油气回收 三次油气回收主要
14、指油气回收处理装置，一般加油站会在油罐排放口处安装油气回收处理装置，主要用于收集由于二次回收引起油罐压力过高所排放的油气。目前油气回收装置已经成为油气回收体系中最重要、有效的一个环节。近年来，越来越多的付油场所，如码头、油库等开始配备油气回收装置，用于回收付油过程中挥发的大量油气，回收效果非常明显。三次油气回收技术从原理上主要有四种类型：吸收法、冷凝法、膜分离法和吸附法。 1.吸收法。吸收法是通过混合气体在溶剂中溶解度的差异，利用吸收剂对油气的溶解吸收来实现油气回收的技术。因此，吸收剂的性能是影响吸收效果的主要原因。目前吸收法使用的吸收剂主要有三种：轻柴油、低温汽油和有机溶剂。吸收过程有两种典
15、型的方法，即常压常温吸收法和常压冷却吸收法。 常压常温吸收法是指在常温常压下，通过吸收剂与排放气的接触从而完成除去油蒸汽的一种方法。吸收装置一般选用填料塔，在塔内使吸收液与自下而上的蒸汽进行逆流接触。此方法要求气液接触吸收率高、压力损失小且喷雾部分不易产生静电等。常温常压吸收法有两种回收类型，一是富吸收剂可以循环利用，因此整套装置可以作为一个独立的体系运行使用。但对吸收剂性能要求比较高，能否开发出易于再生的吸收剂是此方法发展的关键。另一种是吸收剂每使用一次后需要进行加工处理，这种装置主要应用于炼油厂中，炼油过程中使用成品油作为吸收剂，吸收剂使用完后可以返回炼油装置进行回炼，这种装置工艺简单且不
16、需要其他特殊的设备。 常压冷却法是利用制冷装置将吸收剂进行冷却处理，然后送入吸收塔的顶部对油蒸汽进行喷淋吸收，由于吸附剂在低温下可以省略吸收时轻组分的汽提操作，因此吸附剂一般选用汽油即可。为了使排放气能够达到工艺标准，工程上一般要求吸收剂的冷却温度达到30左右，而吸收剂所需要的冷却工艺和装置又非常复杂，从而导致装置投资的增加。另外，常压冷却吸收法还应注意防静电和空气中水分在低温下造成装置的结冻。因此，与常温常压吸收法相比，冷却吸收法的投资成本比较高，现阶段推广还比较困难。 2.冷凝法。冷凝法油气回收是利用冷凝剂通过热交换器来冷凝油气，该工艺主要采用多级连续冷却的方法，降低油气温度使其液化最终达
17、到油气回收的目的。 3.膜分离法。膜分离技术主要是利用不同气体在不同速度下扩散率和溶解度的差异，通过高分子膜对油气中某些烃类物质选择性透过的特性，将油气组分和空气的混合气在一定的压差推动下穿过膜组件，使得混合气中的油气优先透过膜得到回收，空气被过滤排放。分离效率受膜材料、压差、气体组成、分离系数以及温度等因素的影响，是一种典型的动力学分离过程。膜分离法油气回收技术具有设计简单、可不用动力、与油品损耗过程相匹配等优点，因此是一个有前途的发展方向，现在研究的重点是膜组件的选择和开发上。 4.吸附法。吸附法油气回收技术的原理比较成熟，主要是利用了混合气体中各组分与吸附材料间结合力强弱差别的原理，不同
18、的吸附剂对各组分的选择性是不同的。当油气与相应吸附剂接触后，油气中的烃组分会进入吸附剂的孔隙中被吸附下来，而空气和水蒸气则不能被吸附，从而完成了烃类组分和空气的分离，然后通过解吸和吸收工艺对吸附的烃分子进行收集，最终完成对油气的回收。在吸附法油气回收技术中，高质量吸附剂的研制和筛选直接影响着回收效率。吸附剂一般要求具有比表面积大、压降小、劣化度小、机械强度高等特点。 目前吸附法油气回收技术最常用的吸附剂是活性炭。活性炭是一种吸附性较强的固体颗粒，它对烃类大分子的吸附力比小分子的强，对空气和水蒸气等几乎没有任何吸附力。活性炭内部具有大量的孔隙结构，每克质量内部的总表面积高达 500m21000m
19、2，而吸附剂的吸附能力与单位质量吸附剂的总表面积成正比，当吸附剂的自由表面被全部利用的时候，称之为饱和。 吸附法油气回收技术的优点是可以将排气浓度控制在很小的指标内，但是处理气体的浓度不能过高，否则吸附过程中的热效应过于明显。 五、结论 国家环境保护局制定并颁布实施的三项油气排放国家标准规定全国各地的石油企业均需对其所属油库，加油站实施油气回收，实现油气达标排放，因此，各石油企业编制出经济可行的油气回收方案是很有必要的。目前，为了提高环境质量，除了对油品质量提出要求以外，还需对油气排放回收也应提出要求。因油品运输过程中的损失和对环境带来的危害不能忽视。 参 考 文 献 1朱孝先.汽油装油气回收J.石油炼制与化工.1981（12）：3034 2张金，王建基，张兴华.冷凝式油气回收装置研究J.石油规划设计.2006，17（5）：4647 3李辉，王树立，赵会军等.膜分离技术在油气回收中的应用J.气体净化.2007，7（1）：1316 4赵书华，黄维秋，徐燕平等.常温常压吸收法油气回收装置的开发与应用J.江苏工业学院学报.2006，18（4）：810 5刘共华.中国首台吸附法油气回收装置在武汉研制成功J.化工装备技术.2006，27（5）：20 6陈家庆，曹建树，王建宏等.面向加油站的油气回收处理装置及其关键技术J.环境工程.2007，25（1）：4146
