吸附法油氣回收裝置及其安全設計

一、前言

原油從開采到煉油廠加工，以及成品油從煉油廠的產出到最終用戶消費，通常要經受若干儲存、裝卸過程。在這些過程中，由于溫度、氣壓、盛裝油品容器的氣液相體積變化等因素影響，有一部分油氣會因此而揮發進入大氣，造成油氣的損耗。從油氣回收的角度分析，油氣損耗大體可分為三大部分，一是儲罐部分的油氣呼吸損耗，主要集中在原油中轉站、煉油廠、油庫等；二是火車、汽車、輪船等運輸工具裝卸作業過程引起的油氣損耗；三是汽車加油站的油氣損耗，由槽車向加油站卸油和油槍加油兩部分油氣損耗構成。

油品的蒸發直接危害人類的生存環境。由于輕質油品大部分屬于揮發性易燃易爆物質，易聚集，與空氣形成爆炸性混合物后沉聚于凹地或管溝之中，遇火極易發生爆炸或火災事故，造成生命和財產的重大損失。由于油氣爆炸極限范圍寬，油氣集中范圍廣，由此引起的火災爆炸事故時有發生。特殊是在密閉狀態下的油罐、油庫、油船倉及槽車內，更易發生爆炸事故。排放到大氣中的油氣分子污染環境，既產生光化學煙霧，又破壞臭氧層。

儲運過程的油氣損失，造成珍貴的石油資源的鋪張。依據國內外多年來的討論，在裝車過程中，排入大氣中的氣體中平均含烴類為1.3kg/m3。2022年，我國的汽油消費量為五千多萬噸，汽油揮發損失量近九十萬噸，直接經濟損失五十億元。

早在60年月國外就對裝車、裝船過程蒸發損耗油氣進行回收技術的討論，70年月，世界上技術先進的國家，如美國、日本、西歐國家已廣泛采納油氣回收技術，解決了裝車、裝船過程油品損耗的問題。在美國，不僅煉油廠和油庫實行了油氣回收措施，而且全部加油站都建立了密閉卸油和加油系統，使加油站基本無油氣排放。歐盟的煉油廠和油庫已經普遍實行了油氣回收措施，對加油站的油氣污染治理工作也已經開頭，2022年之前歐盟的加油站均實行了油氣回收措施。

在國內，油氣回收還是個新興產業，實際應用不多。隨著平安、環保、節能意識的逐步增加，國內對油氣回收的廣泛應用已經提到議事日程。由于油氣回收裝置的主要使用場所是煉油廠、油庫、加油站等易燃易爆危急性場地，人們對油氣回收裝置自身的平安問題很重視，也有些疑慮。

2022年2月，位于“中國光谷”武漢東湖新技術開發區的湖北楚冠實業股份有限公司經過多年的討論，勝利開發出我國第一套具有自主學問產權的吸附法油氣回收裝置。經過中石化環保專家現場嚴格的測試，其油氣回收率大于99%，排放的尾氣中非甲烷總烴濃度低于3g/m3，性能水平能滿意國外嚴格的排放標準要求，填補了國內空白。這套裝置采納了撬裝式，結構緊湊，其中一個很重要的特點就是：整個系統無論是在撬體上的設備、儀表、電氣，還是撬體外的電氣掌握柜和操作掌握臺，都采納了很嚴格的平安防爆設計，自身的平安性能很高，解除了用戶的后顧之憂。目前，公司的吸附法油氣回收裝置已經形成多種規格的系列化產品，并制定出了嚴格的企業標準，確保了裝置在設計、制造、安裝等方面的質量，相宜于煉油廠、油庫、加油站等易燃易爆危急性場所使用（見圖1、圖2）。本文從平安的角度探討了吸附法油氣回收裝置在設計時實行的平安措施及留意事項。

二、裝置構成

目前，吸附法油氣回收裝置無論是國外還是國內的流程，都主要由兩部分組成：吸附部分、汲取部分。吸附部分主要由兩個交替使用的吸附罐組成，其中一個吸附罐處于吸附油氣階段，另一個吸附罐則處于對吸附飽和的吸附劑進行脫附的階段。吸附劑一般采納油氣回收專用的活性炭或硅膠。脫附過程由真空泵完成。汲取部分采納汽油或輕柴油（煉油廠可以將回收后的富油送回煉廠重新煉制）作為汲取劑，汲取過程在填料塔中完成，塔頂未汲取完全的尾氣重新返回吸附罐的入口循環吸附。汲取部分主要是將富氣變成液態汽油，也可以采納冷凝的方法達到相變的目的。

楚冠公司的吸附法油氣回收裝置工藝流程簡述如下（見圖2）：

從火車槽車及汽車槽車密閉裝油鶴管汽油管線來的油氣，經凝縮罐分別出其中游離液滴后，進入活性炭吸附罐A，油氣中的烴類組分被活性炭吸附在孔隙中，空氣則透過炭層。達到排放要求的尾氣由吸附罐頂部排放口經阻火器后排至大氣。

當炭吸附罐A烴類吸附量達到肯定值、在吸附罐頂部即將穿透前，通過PLC程序掌握系統根據預先設定、調整好的時間，自動切換至另一炭吸附罐B進行吸附工作，而炭吸附罐A轉入再生階段，由解吸真空泵對其抽真空至絕壓10KPa以下，吸附在活性炭孔隙中的烴類被脫附出來。為了保證炭床中的烴被盡可能清除潔凈，在后期引入少量空氣對炭床進行吹掃。

活性炭床層設置有上、中、下多個測溫點。活性炭吸附油氣時，由于吸附熱的作用，床層溫度會上升，當床層溫度升至肯定值時掌握系統會報警，必要時自動切換至另一炭罐工作，或關閉油氣進口閥門，以確保平安。活性炭脫附油氣時，為吸熱過程，床層溫度又會下降。

脫附出來的高濃度油氣（富氣)進入真空泵后，與工作液及部分凝聚的液態汽油在真空泵出口分別器中分別。

自真空泵出口分別器分別出來的油氣（富氣）送至填料汲取塔下部，與自上而下的噴淋汽油在填料中充分接觸，高濃度的油氣被汽油汲取。在汲取塔未被汲取的少量低濃度油氣，從汲取塔頂部再引至活性炭罐前油氣總管，送入炭吸附罐進行循環吸附。

三、標準與規范

嚴格遵守國家相關標準和規范是設計上的原則問題。吸附法油氣回收裝置在平安設計時所采納的相關標準規范主要有：

GB50156-2022汽車加油加氣站設計與施工規范

GB50074-2022石油庫設計規范"

GB50160—92石油化工企業設計防火規范

SH3097－2000石油化工靜電接地設計規范

SH3063-1999石油化工企業可燃氣