近年来，废气治理引起各界关注，空气质量成为公众关注焦点。不同行业的废气治理有不同的特点，北极星节能环保网发布不同行业废气治理系列报告文章，含制药行业废气治理、包装印刷行业废气治理、油气回收等。现发布不同行业废气治理系列报告文章之三：油气回收解决方案。
延伸阅读：
不同行业废气治理系列报告文章之一：【调研报告】制药行业废气治理解决方案
不同行业废气治理系列报告文章之二：【调研报告】包装印刷行业废气治理解决方案
1 概述
1.1 项目背景
石油成品油中的轻质油，如汽油和溶剂油等具有容易蒸发的性质。油气挥发容易造成油品数量损失。汽油等轻质油从炼油厂到中转油库到加油站，直至加给汽车油箱的储、运、销过程中，会有4-5次装卸，每次装卸都有与汽油液体体积相等的饱和油蒸气排放。中国2012年石油消耗量4.9亿吨，我国依赖进口石油54.8%，要排放油气约8亿m³，每m³油气中含碳氢化合物浓度1100-1380g/m³，因此会造成油品损失数量高达90-108万吨。按照每吨0.9万元计算，损失高达81—95亿元。
油气污染对人类生态环境、安全环境、健康环境隐患无穷。油气的挥发带来火灾隐患。国内石化企业统计资料显示，在222例火灾爆炸事故中，由散发油气引起的就有101起，占到总数的45.50%。
油气回收是在成品油储、运、销环节，对汽油等轻质油蒸发的油气采取的回收利用和治理污染措施。
1.2 有机废气排放特性
油气的挥发主要是在储存及装卸过程中挥发的，具有小风量(10-102 m3/h)、高浓度(102-103 m3/h)的特点。
2 治理方案选择
2.1 常见处理方法比较
目前实际中采用的油气回收的技术主要包括吸收法、吸附法、冷凝法和膜分离法(见图1)。
1)吸收法：根据混合油气中各组分在吸收剂中的溶解度的大小，来进行油气和空气的分离。该法回收率低，排放很难达标，现在已经很少单独使用。
2)吸附法：利用活性炭或者其它孔隙率较大的物质作为吸附剂，由此达到使油气与空气分离的目的。由于填装技术、解吸技术以及活性炭本身质量等方面存在的诸多问题，活性炭使用寿命短。同时，吸附法油气回收装置的转动设备比较多，炭床需要进行频繁解吸，因此维修量大。当环境湿度过大时，其吸附能力会有一定程度的降低。
3)冷凝法：利用冷凝剂通过热交换器冷凝油气，大部分油蒸气会被冷凝成液态，而空气则可以通过通风口被排出，从而达到分离的目的。此法工艺简单、安全性能好、造价相对低廉、占地面积小、维护容易、运行费用小，回收的烃类液态不含杂质。
4)膜分离法：利用特殊高分子膜对烃类有优先透过性的特点，让油气和空气混合气在一定压力的推动下，使油气分子优先透过高分子膜，而空气组分则被截留排放，富集的油气传输回油罐或用其他方法液化。优点是技术先进，工艺相对简单;排放浓度低，回收率高。此法操作简单，适用范围广，不存在环境二次污染，但能耗高、价格高、投资大，经济性不高。
图1 含有机废气净化方法之废气流量与浓度范围
2.2 治理方案确定
针对油库、罐区油气挥发风量小，浓度高等特点，冷凝回收是比较适合的工艺路线。考虑到环保达标、经济等各方面要求，我们推荐用冷凝+变压吸附的组合工艺。原因如下：
首先是降低能耗，单纯冷凝方法要达到国家标准规定的排放浓度，需要深低温冷凝温度才能液化达标，同时也要对混合组分中的大量空气降低温度，这些需要降低的深低温配置在整机的能耗却接近30%。因此，这是单纯冷凝法的一个缺点。吸附法的主要作用是将低浓度油气或苯气富集为高浓度，其优点是能够控制尾气排放浓度。缺点是不能直接使油气或苯产生相变，不能得到液化的回收物，需要二次工艺，以及吸附热效应有安全隐患、直接吸附高浓度油气时活性炭用量大、吸附罐体积庞大、装置占地面积大，等等。两种工艺组合，整机能耗明显降低。
其次，是增强安全：油气或苯气冷凝至-70℃之后，余气为低温的空气和低浓度油气，采用吸附罐富集，能够改善吸附工况。活性炭吸附冷凝后剩余的低浓度油气，拦截余气中的碳氢化合物，空气排放。吸附罐的吸附剂(活性炭)吸附饱和之后，进行抽真空脱附，将富集提浓的油气输送到前端再次冷凝液化处理，低温下富集处理油气或苯气更安全。
第三，减小吸附罐体积和活性碳用量。冷凝之后的低温空气和低浓度油气或苯气中烃类物质含量减少，采用吸附方法富集时，所需吸附剂用量相应减少。与直接吸附高温高浓度油气或苯气的吸附装置相比，吸附罐体积不但大大缩小，而且改善了吸附工况，有利于克服吸附热温升、延长活性炭寿命。因此需要的活性炭量减少、吸附罐体积也大大缩小。
2.3 主要设计依据
根据国家及行业相关标准和规范，为客户提供定制化的治理技术方案，主要涉及依据如下：
《中华人民共和国环境保护法》;
《中华人民共和国大气污染防治法》;
《大气污染物综合排放标准》 GB16297-1996;
《恶臭污染物排放标准》 GB 14554-1993;
《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》 HJ2026-2013;
《工业企业噪声测量规范》GBJ122-88;
《工业与民用供配电系统设计规范》GB50052-2009;
《通风与空调工程施工质量验收规范》GB 50243-2002;
《储油库大气污染物排放标准》GB20950-2007;
《汽油运输大气污染物排放标准》GB20951-2007;
《加油站大气污染物排放标准》GB20952-2007;
北京市地方标准DB11/206-2010《储油库油气排放控制和限值》;
北京市地方标准DB11/207-2010《油罐车油气排放控制和限值》;
北京市地方标准DB11/208-2010《加油站油气排放控制和限值》;
3油气回收技术方案(冷凝+变压吸附技术)
3.1方案概述
油气回收装置采用冷凝+吸附组合工艺，有效净化含油气、甲苯等有机成分的废气，回收其中的有价值成分，同时达到环保达标的目的。
延伸阅读：
不同行业废气治理系列报告文章之一：【调研报告】制药行业废气治理解决方案
不同行业废气治理系列报告文章之二：【调研报告】包装印刷行业废气治理解决方案
3.2工艺流程
油气回收处理工艺是采用冷凝+变压吸附的工艺原理：
冷凝是利用制冷技术将油气的热量置换出来，实现油气组分从气相到液相的直接转换。利用烃类物质在不同温度下的蒸汽压差异，通过降温使油气中一些烃类蒸汽压达到过饱和状态，过饱和蒸汽冷凝成液态，回收油气的方法。一般采用多级连续冷却方法降低油气的温度，使之凝聚为液体回收，根据挥发气的成分、要求的回收率及最后排放到大气中的尾气中有机化合物浓度限值，来确定冷凝装置的最低温度。一般按预冷、机械制冷等步骤来实现冷凝的目的。预冷阶段是为减少回收装置的运行能耗，将进入回收装置的气体温度从环境温度下降至5℃左右，使气体中大部分水汽凝结为水而去除水分。预冷后油气进入浅冷阶段，浅冷阶段可将气体温度冷却至-35℃左右，油气中70-80%的烃类组分能够液化。离开浅冷阶段后的油气进入深冷阶段，深冷阶段可把油气冷却至-70℃左右，可回收95%以上的油气。
-70℃冷凝后的余气，仍然含有少量烃类组分，不能够达到国家标准规定的排放限值。单纯采用冷凝方法处理油气要实现达标排放，需要降低到-110℃左右，且只增加回收3-4%的油气，却需要增加约30%的能耗，性价比极低。因此在-70℃之后的余气，采用变压吸附的工艺，引入至活性炭吸附装置进行吸附，进行富集提浓后再进行冷凝处理，实现尾气达标排放。当吸附器吸附饱和时使用真空泵对吸附器进行抽真空，降低吸附器内的压力，破坏吸附平衡，使吸附在吸附器中的油气被释放出，通过真空泵，送至冷凝工艺的最前端，进行再次冷凝液化回收。
现实中VOCs有机物气体排放有两种状态，一种是小流量高浓度(流量在2000m³/h以下，浓度在500g/m³以上)，一种是大流量低浓度(流量在2000--数万m³/h，浓度进油数g/m³或更低)。对前一种排放状态，采用“冷凝+吸附组合工艺”，先冷凝液化回收;对后一种排放状态，采用“吸附+冷凝组合工艺”，先用吸附剂将烃类组分富集，让大量空气排放，然后再将富集的烃类组分脱附，得到提浓的有机物气体，再进行冷凝液化回收。由于石油储运过程基本属于前一种排放状态和处理方法，即通常所说的油气回收，我们这里主要介绍“冷凝+吸附组合工艺”，这里的吸附工艺采用变压吸附脱附，因此，也称为“冷凝+变压吸附工艺”。
工艺流程图如图3所示：
图3 冷凝+变压吸附工艺流程图
油气回收系统包括油气密闭收集设施、气相传输管路、油气回收处理装置、回收物暂存罐、尾气排放管。
装车时，密闭鹤管的密闭罩将罐内蒸发的油气收集，经过气相支管路、气相主管路，油气传输到油气回收处理装置前端。油气回收处理装置进口管路上的压力变送器感应到主管路中开始传输来的油气压力(微正压)。
在压力变送器感应到50-100pa微正压压力时，给出信号到PLC控制柜。启动引气泵，将油气送入油气回收处理装置冷凝单元的冷凝箱体中。油气先后经过前置、一级、二级换热器，温度降低并逐步液化，各级液化的回收物流入暂存罐，没有液化的余气和空气进入富集单元。
余气经过富集单元吸附罐中的活性炭炭床时，吸附罐进行吸附，烃类组分被活性炭拦截吸附，空气穿过碳床后排放。碳床吸附接近饱和时进行减压脱附再生。在整个过程中，两个活性炭炭罐交替进行吸附、脱附工作，当一个炭罐进行吸附时，另一个炭罐则进行脱附再生;工作一个吸附周期后，两个吸附罐切换工作状态，以实现装置连续工作。真空泵脱附后高浓度气态物质则返回到系统的引气泵的入口，与进入装置的油气混合，可以提高混合气中轻烃组分分压，有助于提高轻烃组分饱和温度，提高冷凝液化效果。
净化处理后的尾气，低于国家标准规定的排放限值排放。
暂存罐内的回收物达到设定液位时，抽出派用。
延伸阅读：
