1、第27卷第3期2007年6月膜科學與技術(shù)MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYVol.27No.3Jun.2007文章編號:1007-8924研究簡報(2007)03-0091-04膜技術(shù)在加油站油氣回收過程的應用王連軍,馬艷勛,()摘要:.同時對該技術(shù)在國內(nèi),對膜技術(shù)油氣過程的工藝特點、.結(jié)果表明:同其他傳統(tǒng)技術(shù)相比,膜技術(shù)具有環(huán)保、高效、占地小、易用等優(yōu)點,使膜技術(shù)應用于加油站的油氣回收過程具有較大的技術(shù)優(yōu)勢.關鍵詞:膜技術(shù);油氣回收;加油站;汽油中圖分類號:TE85;TQ028.8文獻標識碼:B在加油站的操作人員的身體危害非常嚴重,也影響進入加油站的人群的身體健康;同時

2、對油站周邊的大氣環(huán)境造成嚴重的污染,這在鬧市區(qū)尤其如此.發(fā)達國家對油氣揮發(fā)造成的環(huán)境污染問題十分重視,都相繼頒布了各自的排放標準.如對油庫等油氣排放量較大的地方,歐美等國家規(guī)定油氣排放濃度120150mg/m3.如此嚴格的濃度只有將膜技術(shù)與變壓吸附技術(shù)聯(lián)合才可滿足9.加油站由于分布較分散,裝卸油量較小,場地有限.采用傳統(tǒng)的油氣回收工藝盡管可以達到較高的排放標準,但綜合考慮各種技術(shù)對加油站的適用性,油氣排放標準規(guī)定較低.如歐盟94/63/EC規(guī)定為35g/m3;美國要求加油站必須安裝油氣回收系統(tǒng)并控制油氣回收泵的氣/液比<1或在安裝排放處理設備后允許將氣/液比增至1.36.德國規(guī)定對尾氣處

3、理裝置要求其回收率>97%.目前,我國還沒有加油站的全國性的排放標準,但北京等環(huán)保意識較強的城市在2004年制定了油氣排放的地方標準.1加油站油氣回收的意義在我國,絕大部分加油站未安裝油氣回收裝置,汽油儲罐大多采用通氣管高空排放方式,當槽車往油罐內(nèi)卸油時,產(chǎn)生了大量飽和度很高的汽油蒸氣通過呼吸帽排出,另外汽車加油的過程中也會有大量的油氣從汽車油箱內(nèi)揮發(fā)出來.因此,進入加油站內(nèi)總是彌漫著刺鼻的汽油味.由于油氣屬于易燃易爆氣體,遇火星或靜電易爆炸,如不采取適當措施會構(gòu)成嚴重的安全隱患.按目前國內(nèi)的加油站沒有任何油氣回收設施的情況下,一個年加油量達7000t的加油站,一年的油氣揮發(fā)率為千分之五

4、1,2以上,即每年有35t汽油被白白揮發(fā)掉.按照汽油3800元/t價計算,一年損失的總金額就近13.3萬元.2004年全年我國共生產(chǎn)汽油5249.8萬t(數(shù)據(jù)來源:國家統(tǒng)計局2005年3月公布的主要工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量),僅僅在加油站發(fā)送過程就損失約近10億元.如果考慮油品在生產(chǎn)和貯運過程的損耗,損失將更大.油氣中含有的丁烷、戊烷、苯、二甲苯、乙基苯成分,多屬致癌物質(zhì),對人體造成的危害不能忽視.油氣被紫外線照射以后,會與空氣中其他有害氣體發(fā)生一系列光化學反應,形成毒性更大的污染物,這對收稿日期:2005-08-01;修改稿收到日期:2005-10-202加油站的油氣回收2.1國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀加油站的油氣

5、排放主要集中在兩處:呼吸口和汽車油箱口.傳統(tǒng)的加油站均為敞口式,槽車卸油時作者簡介:王連軍(1972-),男,山東省諸城人,碩士,工程師,從事膜過程應用.ljwang92膜科學與技術(shù)第27卷(卸油指槽車向地下儲油罐注油過程),儲油罐內(nèi)液位上升,壓力升高,必需從呼吸口排出油罐上部的油氣以平衡罐內(nèi)壓力;另外,汽車加油時,油罐液位下降會導致呼吸口吸入空氣,這部分空氣很快被罐內(nèi)的油氣飽和,當罐內(nèi)壓力高于外界氣壓時(如槽車卸油、罐內(nèi)溫度、壓力波動等)又會攜帶油氣從罐內(nèi)排出.如此循環(huán)反復的“呼吸”損失掉大量的汽油組分.在汽車加油過程,同樣也會由于油箱液位的上升,從汽車油箱揮發(fā)出大量油氣.氣回收經(jīng)歷了三個階

6、段:(StageIvaporrecover)收集系統(tǒng)(ystem)和加裝尾氣處理系統(tǒng).,將卸油時油罐排出的油氣重新引回槽車.二階段是在一階段改造的基礎上將汽車加油時油箱揮發(fā)出的油氣進行回收.其原理是將整個系統(tǒng)封閉,采用雙通道加油槍和連接管(一個通道用于加油,另一通道用于將揮發(fā)的油氣收集)將注油產(chǎn)生的油氣抽回油罐來平衡油罐因發(fā)油過程導致的壓力下降.此系統(tǒng)一般需借助真空泵強化油氣的收集.因為抽氣過程不可避免的要吸入空氣,為防止油罐壓力過高造成油氣釋放,必須要求抽氣泵抽回油氣的體積速率與油槍加油的體積速率的比值小于1(即氣/液體積比1).這樣,返回油罐的氣體體積與發(fā)送的汽油體積相等(或略小),可保持

7、油罐輕微的負壓,防止油氣揮發(fā).但是,據(jù)美國加州大氣資源委員會(theCaliforniaAirResourcesBoard)測試此類系統(tǒng)90%是泄漏的2,德國環(huán)保部門(WelbundesamtesBerlin)評測的結(jié)果也顯示,此類系統(tǒng)的效率只有74.9%8.表1給出了安裝了第一階段油氣系統(tǒng)的加油站在各種操作條件下的油氣揮發(fā)損失數(shù)據(jù)7.我國絕大部分城市沒有安裝此類平衡系統(tǒng),因此油氣揮發(fā)的損失會更大.油氣的回收率與油槍操作時的氣/液體積比有關.在保證回收油氣無二次揮發(fā)損失的情況下,氣/液體積比越大則油氣的回收率越高.從表1可以看出,如不采用真空泵抽氣(氣/液體積比為0),則每發(fā)售1L汽油將損失1

8、350mg的油氣.如果將氣/液體積比增到1.0,可以回收56%(質(zhì)量分數(shù))的揮發(fā)油氣;欲取得更大的油氣回收率,需要采用較高的氣/液體積比(如1.5).但是,氣液比>1意味著吸入的油氣量大于發(fā)出的汽油量,如果系統(tǒng)封閉,儲油罐的壓力將升高,會產(chǎn)生安全隱患.此時就又需要重新開發(fā)體系向系統(tǒng)外排氣.但是還要保證油氣的回收率,就只能采用尾氣處理裝置(即油氣回收裝置)來控制系統(tǒng)的油氣排放,使之盡可能將吸入罐內(nèi)的多余的空氣排掉而少排油氣成分.這樣就既可以降低油罐壓力,又可以采用高氣液比操作,得到較高的回收率.加油站的油氣揮發(fā)損失Emissionlossoftheoilgasatgasolinestati

9、onmg/L氣/液體積比汽車加油油罐呼吸油罐加油濺液0(無油氣回抽系統(tǒng))1.01.5100025048300300461010404040總前,可用于油氣回收的技術(shù)可概括為兩類:破壞法和回收法.破壞法是指采用催化燃燒等方法將油氣消耗掉以降低油氣濃度的方法.由于該方法不產(chǎn)生經(jīng)濟效益,現(xiàn)多不再采用.回收法顧名思義是將油氣回收利用的方法,可創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益,是當今采用較多的技術(shù),主要包括活性炭或炭纖維吸附、貧油或?qū)Ｓ梦談┪健⒗淠ǖ?.這些傳統(tǒng)的回收技術(shù)或者設備占地較大,能耗較高,設備復雜,或者存在二次污染問題.而加油站大部分位于人口稠密的市區(qū),油氣揮發(fā)量較小,受設備

10、安裝用地等條件限制,這些技術(shù)的應用不具備優(yōu)勢.膜法油氣回收技術(shù)進入市場是在20世紀80年代末,主要集中在歐、美、日等發(fā)達國家.第一套用于油庫的油氣回收的膜裝置是由日本NipponKokanKabushikiKaisha(NKK)公司在1988年建造的4.之后歐美也相繼開發(fā)了各自的油氣回收膜.截至2001年9月,已經(jīng)有180多套膜法油氣回收裝置在世界各地運行,其中除了約60套用于油庫的油氣回收5外,大部分用于加油站的油氣回收,展示了極強的技術(shù)優(yōu)勢.在我國膜技術(shù)用于油氣回收起步較晚.2003年上海靈廣加油站引進吸收了一套膜法油氣回收裝置,為國內(nèi)首套投入商業(yè)運行的加油站膜法油氣回收裝置.該裝置至今運

11、行良好,取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益.2.2膜技術(shù)原理膜技術(shù)回收油氣的原理是利用高分子膜材料對第3期王連軍等:膜技術(shù)在加油站油氣回收過程的應用93油氣分子和空氣分子的不同選擇透過性實現(xiàn)兩者的物理分離.油蒸氣/空氣混合物在膜兩側(cè)壓差推動下,遵循溶解擴散機理,使得混合氣中的油蒸氣優(yōu)先透過膜得以富集回收,而空氣則被選擇性地截留,從而在膜的截留側(cè)得到脫除油氣的潔凈空氣,而在膜的透過側(cè)得到富集的油氣,達到油蒸氣/空氣分離的目的.同其他傳統(tǒng)技術(shù)相比,膜技術(shù)最大的優(yōu)點在于它的生產(chǎn)過程清潔環(huán)保,不產(chǎn)生二次污染;簡便,占地面積小.其缺點是:口,投資較高.2.3年11月正式開車,至今運行狀況良好,體現(xiàn)了該技術(shù)的

12、可靠性.整套膜分離裝置占地僅1000mm×500mm×1000mm(長×寬×高),這是其他傳統(tǒng)油氣回收技術(shù)很難做到.由于膜片借助汽油蒸氣和空氣在其內(nèi)部的透過速率的差異實現(xiàn)分離,膜本身并不吸附油氣分子,采樣分析.圖2為尾氣.由圖2可見,安裝膜分離裝,一個最顯著的變化就是加油內(nèi)的空氣質(zhì)量顯著提高,原來刺鼻的油氣味明顯消失.經(jīng)測定,膜處理裝置排放氣中的油氣體積分數(shù)可降至0.5%110%(低于30g/m3),可以滿足歐盟現(xiàn)行標準.氣回收泵抽進油罐內(nèi)的多余的空氣經(jīng)膜回收裝置排掉,維持油罐的壓力平衡.可以將油氣回收泵的氣/液體積比提高到1.5,因而可使系統(tǒng)的油氣回收

13、效率增至93%以上.圖1給出了膜分離方法用于加油站油氣回收過程的示意圖.圖2膜裝置尾排油氣排放濃度Fig.2Emissionconcentratonofthemembraneunit圖1膜法加油站油氣回收流程示意圖Fig.1Schematicdrawingofthemembraneunitforoilgasrecoveryatgasolinestation采用US.RAE公司7240kPID揮發(fā)性有機物檢測儀對膜分離裝置進行了標定.結(jié)果表明:從呼吸管直接排入大氣的油氣體積分數(shù)可達30.5%.安裝膜裝置回收后可將排放氣的油氣體積分數(shù)降至0192%,有效減輕了對環(huán)境的污染,同時滲透氣提濃至48.8

14、%(體積分數(shù))后返回汽油儲罐回收,大大降膜法油氣回收裝置通過監(jiān)測油罐的壓力來控制回收系統(tǒng)的間歇式自動操作.汽車加油時,利用特制的加油槍將加油時揮發(fā)出的油氣抽回油罐.由于抽氣的速率大于發(fā)油速率,油罐的壓力將上升.當油罐壓力升高到一定值時(如0.1006MPa,可通過安裝在與罐體相連的壓力傳感器測定),膜分離裝置自動啟動.油罐排放出來的油氣排入膜分離裝置,油蒸氣優(yōu)先透過膜,在膜的滲透側(cè)富集,再經(jīng)真空泵返回油罐.脫除油氣后的凈化空氣則直接排入大氣.隨著油罐中空氣的排放,油罐的壓力不斷下降.當油罐的壓力降低到正常水平或微負壓(如0.0996MPa),膜分離裝置將自動停止運行,整個系統(tǒng)密閉.如此往復,完

15、成油氣回收過程.上海靈廣加油站的膜法油氣回收裝置于2003低油氣的揮發(fā).由以上數(shù)據(jù)計算得出膜回收裝置的回收率可達98%以上.以上數(shù)據(jù)是在環(huán)境溫度為10左右測量而得,隨環(huán)境溫度的升高,揮發(fā)的油氣濃度將逐漸增大,進而回收的油氣也會隨之增多.另據(jù)上海靈廣加油站2004年全年的經(jīng)營數(shù)據(jù)統(tǒng)計,安裝膜回收裝置后,當年節(jié)油占發(fā)油量的017%,如按年售油6000t計,每年可創(chuàng)造經(jīng)濟效益近16萬元.3結(jié)論盡管有許多技術(shù)均可用于油氣回收過程,但各自的優(yōu)、缺點又使它們的應用具有最佳點,尤其是對于油氣揮發(fā)量較小,場地有限的加油站來說.國、內(nèi)外的應用經(jīng)驗表明,膜分離技術(shù)具有較好的優(yōu)勢.我94膜科學與技術(shù)4KatoM,I

16、nourN,Shibu5OhlroggeK,WindJ,Kinthechainof6thWorldCon2001:9.第27卷yaY.MethodforrecoverinyburzE.,Orghy2們的現(xiàn)場試驗也證明:膜分離方法具有占地面積小,操作靈活、簡便,性能可靠,油氣回收率高,無二次污染等其他技術(shù)無法比擬的優(yōu)點,尤其適用于加油站的油氣回收.尤為重要的是,該技術(shù)不僅具有可觀的經(jīng)濟效益還具有社會效益.現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)顯示,膜法油氣回收裝置可為加油站每年減少0.7%的汽油損失,高于貯運過程的揮發(fā)損失.隨著我國工業(yè)發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,對環(huán)境保護的要求愈加嚴格.的能源戰(zhàn)略實施,出更高的要求.

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