随着社会经济的不断发展和机动车数量的日益增多,一些大中城市或其周边的加油站数量也日益增多。加油站是提供交通工具动力燃料的补给站,但同时也会因为汽油等轻质油品挥发至空气中而形成烃类挥发性有机物(烃类VOCs),人们通常称之为"油气"。"油气"的化学活性非常高,对臭氧生成的贡献率不容忽视，因此加油站的VOCs治理也显得格外重要。
加油站烃类VOCs的来源
目前国内加油站的收发油多以汽油为主，受汽油等轻质油品沸点低(50～200℃)、自身容易挥发等物理特性所决定,加油站烃类VOCs的产生不可避免。通常情况下,加油站正常作业中的烃类VOCs主要产生在2个环节：
一是收油及储存油的环节。即油罐车通过输油管线向地下储油罐内卸油,地下储油罐内的液面上升而形成正压,罐内的饱和油气通过排气管向大气中排出(这一过程也称“大呼吸”)。由于早期加油站地下储油罐结构及收油工艺的限制,GB1108521989《散装液态石油产品损耗标准》中规定A类地区汽油为0.23%、柴油为0.05%,而汽油油罐车的装车损耗率汽油仅为0.10%、柴油为0.01%。由此可知,早期加油站在收油过程中的“大呼吸”现象存在着大量的油气蒸发排放损耗。油品在地下储油罐储存期间,由于环境温度的变化,罐内饱和油气排出或从大气中补充空气(也称“小呼吸”)交替变化。温度每升高1℃,汽油会排出0.21%的油气;储存天数越多,罐内油气体积与油液体积之比越大,排放的油气越多。
二是发油作业环节。加油站在向汽车等耗油设备加油过程中,油箱内的饱和油气会因液态油占据了油箱内部空间而外溢到大气中。根据美国环保局(EPA)统计,平均每加仑(约3.785L)汽油加入油箱时,会有约4.45g油气因挥发、0.32g油气因滴漏而逸散在大气中。
加油站烃类VOCs的危害
加油站烃类VOCs的危害最主要有3个方面：影响健康、污染环境和危及安全。
影响健康
据统计,油气挥发排放物中的化合物多达450多种,一般以沸点120℃以下的烃类VOCs为主。
挥发油气中的部分可能烃类VOCs的成分列表
一般而言,烷烃类和烯烃类属于惰性化合物,造成不良的健康影响较低,油气暴露的不良反应多为芳香烃类所引起。流行病学研究指出,长时间暴露在加油站油气下的加油员,其食道癌和脑癌的标准死亡比高于平常人;加油站现场测试证实,受测者血中芳香烃类的浓度在加油后有明显增加的趋势。另一方面,由于大多数加油站建在城镇交通要道等人群相对集中的地方,油气排放的空间高度也在人们呼吸带范围,因此油气对人体造成的直接危害不可忽视。
污染环境
烃类VOCs对环境的影响可分为形成光化学烟雾和含氧烃类污染地下水源两大方面。当挥发油气溢散时,提供了大量的烃类化合物,增加了光化学烟雾形成的机会,尤其是其中的烯烃类因具有双键而反应性较强。一般而言,同等数量的油气直接挥发到大气中所造成的危害,远大于油品燃烧变成CO2、NOx等对环境所造成的危害。
油气对于地下水源的污染来自含氧烃类,该类化合物具有高水溶性,因此容易通过油库、地下储油罐和管线、加油站的泄漏渗透至地表下,对周围土壤及地下水造成污染。甲基叔丁基醚(methyltertiarybutylether,MTBE)渗透土层的速度非常快,且不会被生物降解。
危及安全
烃类VOCs属易燃、易爆物质,遇到明火和静电极易引起火灾爆炸事故。人们目前更多的是通过加强管理,增加安全设施投入来防止事故发生。尽管如此,由于油气扩散范围广,安全生产影响因素多,由此引起的火灾爆炸事故时有发生。国标GB5015622002《汽车加油加气站设计与施工规范》对加油站与周围居民区的最小安全距离等进行了明文规定,根据西方发达国家的经验,设有卸油油气回收系统的加油站或加油加气合建站,其防火距离可减少20%;同时设有卸油和加油油气回收系统则可使其防火距离减少30%,这对于缓解城市用地的紧张局面大有好处。
控制技术
鉴于烃类VOCs的可资源化本质,相应的最佳治理措施是对其进行回收而非予以控制性的燃烧处理,亦即业界通常所称的“油气回收”(oilvaporrecovery)。根据欧美发达国家的实践,一般将涉及到加油站的油气回收划分为收油和发油2个阶段,主要采用密闭收油和密闭加油的措施。
第1阶段(PhaseIorStageI)油气回收系统
第1阶段油气回收系统针对地下储油罐的收油阶段,也就是将油罐车与地下储油罐的输油管及油气回收管连接成密闭的回收系统,当油罐车卸油时,地下储油罐中同体积的油气就会回收到油罐车中,油罐车将回收的油气带回油库。
由于地下储油罐处于密闭状态,为防止收油时罐内的液位超过安全高度,所以应安装带有报警功能的液位仪。常见液位仪主要有电容式、磁致伸缩式和超声波式3种,磁致伸缩式是市场上的主导产品,同时也是目前可选择的、最合适的成熟技术。
第1阶段回收的油气只能依赖于油罐车将其送回油库集中处理,但从北京地区的实际情况来看,前仅在少数油库建有油气回收处理示范装置。由于油罐车内储存油气易发生爆炸,因此司机不愿意装载着一罐油气满街跑。结果造成了这样的尴尬局面:加油站按规定进行了常规油气回收的卸油密闭改造,执行了北京市环保局的规范,但是回收处理最终并未解决,减少污染、增加效益的目的一个也没达到,因此加油站的经营者们颇有怨言。
第2阶段(PhaseIIorStageII)油气回收系统
当车辆加油时,利用加油枪上的特殊装置,将原本由车辆油箱逸散于空气中的油气经加油枪、抽气泵进行回收,并将回收的油气储存在地下储油罐内饱压,不做排放。当地下储油罐内的油气压力过高时,地下储油罐排气口处的真空压力帽会自动打开,排出超压的油气。
常见的StageII油气回收系统包括蒸气平衡式和真空辅助式2种,这2种型式都必须采用专用的油气回收型加油枪。
蒸气平衡式油气回收系统利用加油枪抽气量A与加油量L的比值(airtoliquidvolumeratio,A/L)接近于1∶1的原理进行回收,亦即每加1L油,地下储油罐液位下降产生1L空间,而同时经由加油枪回收相当于1L体积的油气,送回地下储油罐内填补液位下降空间而达到压力平衡。该油气回收系统主要依靠加油枪管口的面板与机动车油箱口之间的充分密封来实现,需要设置探入式导管,同轴软管形成的圆形和环空密闭流道使得发油和油气回收同步进行。
目前普遍使用的回收设备是真空辅助式油气回收系统。其特点是在给车辆加油的同时利用真空泵产生的吸力进行油气回收,主要设备包括真空泵、油气分离接头、同轴短皮管、拉断阀、同轴软管和回收型加油枪等。加油时,油品从同轴软管的外层流出,通过回收型加油枪注入车辆油箱;产生的油气在真空泵作用下从回收型加油枪枪头四周的小孔进入油枪内部,经同轴软管的内层及分离器进入回收泵,然后流回地下储油罐。
延伸阅读：
原标题：VOCs“七宗罪”之五|加油站的有机废气治理
