油气回收技术在营口港仙人岛码头中的应用研究

郭长顺

(营口港仙人岛码头有限公司 营口市 115002)

1 污染物的形成

随着经济持续发展,我国能源需求不断增大,一定程度上促进了油品码头的建设。码头运输时,由于各类油品(原油、汽柴油、煤油等)具有较大的挥发性,在港口储罐存储、管道运输以及收发油工艺环节中因外界温度变化、密封点不严、管道泄漏等情况,不可避免地造成油气挥发,有机物逸散至空气中,形成油品码头主要大气污染物[1]。

2 油品挥发组分

营口港仙人岛码头主要以原油运输为主,由于油品种类多、存储量大,产生的油气成分也相对复杂,主要有烷烃、环烷烃、烯烃和芳族化合物等[2-3]。营口港原油基础数据情况见表1。

表1 原油基础数据表

营口港储存的沙轻原油、沙中重原油品种挥发产生的油气主要包括非甲烷总烃、硫化氢、乙硫醇、乙硫醚以及苯、甲苯、乙苯、间二甲苯、苯乙烯等污染物。从表1可以看出,沙轻原油的轻组分含量较多,非甲烷总烃浓度也明显高于沙中重原油。挥发性有机物在大气环境中易氧化与凝结,也会构成细颗粒物和臭氧污染的前体物。

3 码头油气回收方法

常见的码头油气回收方法主要有吸附法、吸收法、冷凝法和膜分离法等。

3.1 吸附法

吸附法的原理是利用吸附剂与各组分结合力的差异选择性吸附油气,使油气与空气分离,进而去除油气。常用的吸附剂包括活性炭、硅胶和活性纤维等。吸附法的优点是油气回收率较高,操作弹性大,在容许流速内,吸附床层未被击穿前,可以有效吸附油气分子,使尾气浓度控制在较小的数值内。缺点是进口油气浓度不能过高,处理量较小;吸附剂更换频次通常较高,易造成二次污染。

3.2 吸收法

吸收法指利用油气组分在液体吸收剂中的溶解性进行吸收,将油气组分从气相转移到液相,再进行解吸回收处理的方法。汽油、柴油、可再生溶剂等贫油溶剂通常被用作吸收剂。吸收法适用于油气排放量大的工况,广泛适用于大型原油码头、大型油库、炼油厂等油气排放浓度高的场所。缺点是长时间运行后,吸收剂容易达到饱和,影响吸收效果,易造成二次污染。

3.3 冷凝法

冷凝法是利用油气的饱和蒸汽压特性,通过改变温度分离油气和空气的方法。冷凝法适用于浓度高、沸点高的油气回收工况。优点是回收的烃类液体杂质少。缺点是需要的冷凝温度低,对制冷系统设备要求比较高,投资、运行及维护成本较高。

3.4 膜分离法

膜分离法主要是利用气体组分分子在薄膜内的扩散能力差异(即渗透速率不同),实现组分分子与空气的分离。膜分离法具有设施占地面积小、工艺流程简单、能耗较低、回收率高和二次污染小等优点,缺点是一次性投资过高以及组件更换等运维成本较高。

对于油气浓度高、流量大和排放标准严格的场景,为满足以上需求,可采用多种回收方法耦合的方式进行回收,全面考虑操作温度、压力和进料浓度等工况后选择确定方案。

4 营口港油气回收工艺应用情况

营口港仙人岛码头坐落于营口港仙人岛港区,共有五期原油储罐库区、燃料油储罐库区、1#～3#油品码头泊位。营口港仙人岛码头大型储罐主要为外浮顶型储罐,浮顶罐气相空间小,挥发损耗较拱顶罐减少85%以上,是目前储存挥发性液体、原油、成品油的最佳工艺设施,属于控制非甲烷总烃排放的先进储存设施,在国内外得到普遍应用。

仙人岛码头汽车装卸区原油、柴油的装卸工艺均采用上装下卸,装车方式为小鹤管液下装车。为进一步降低运营过程中装车产生的油气对大气环境的影响,仙人岛码头安装了油气回收装置对油气进行回收处理。该装置采用“冷凝+吸附”工艺,利用制冷技术逐级将油气冷却至-75℃左右,液化油气后进行回收,剩余少量油气通过吸附罐吸附。

为了进一步保证油气的有效回收及达标排放,在汽车装卸台设计配置了1套处理能力1000Nm3/h的油气回收系统(含2个吸附罐),油气回收设施及工艺流程见图1、图2。吸附后烃类的排放浓度能够控制在10g/m3以下,油气回收率可达95%以上,能够满足《储油库大气污染物排放标准》(GB20950—2020)相关限值要求。

图1 油气回收设施

图2 汽车装卸区油气回收设施工艺流程示意图

近年,随着港区开发建设,港区原油储库一期、二期装车场新增1套处理量为1200Nm3/h的油气回收装置,设置23套原油装车鹤位;三期、四期装车场新增1套处理量为1200Nm3/h的油气回收装置,设置24套原油装车鹤位。油气回收及处理系统排放气体满足《油品装载系统油气回收设施设计规范》(GB50759—2012)规定的非甲烷总烃≤25g/m3、苯≤12mg/m3、甲苯≤40mg/m3、二甲苯≤70mg/m3的要求。

在汽车装车操作中,原油通过装车泵注入油槽车,装车过程中产生的油气通过油气回收鹤管进入油气回收总管,随后经油气回收装置回收。回收后的原油由油气回收装置自动输送泵进入已建的装车汇管或出罐装车管线,以供装车外运。储罐中的油品经过装车泵后输送至汽车装车区,完成装车外运。工艺流程见图3。

图3 发油和油气回收流程图

近期,仙人岛港区2#～3#油品及液体化工品泊位增加了装船油气回收装置,设计过程中面临着船岸界面安全装置与油气回收装置距离较远的问题。为此,提出了一种在管道中段设置风机增压装置的解决方案,并与油气回收装置进行连锁控制。由于油气回收装置设计处理量为3750Nm3/h,处理能力较强,单独设置一套大型油气回收装置的占地及功耗会偏高,因此,仙人岛港区进行了方案设计优化,即将1套处理能力为3750Nm3/h的装置分为2套处理能力为1875Nm3/h的装置进行并联处理,保证有效回收油气的同时,降低建设、运行、维修检修全过程成本。

5 结论

原油成品油码头产生的油气不但会对港区及周边环境造成影响,而且具有毒性和爆炸性。码头开展油气回收治理工作,可降低油气挥发,实现颗粒物与臭氧的协同控制。同时,由于原油成品油种类较多,组分相差较大,不同油品的油气组分和浓度均会影响处理技术的选择,建议码头企业根据油品特性充分论证后选择最佳技术方案,减少环境污染,实现有效管控。