在社会经济快速发展的同时,能源消耗量也显著提升,致使出现石油资源紧张的问题。而在石化生产过程中,进行油品储运时,会产生部分油气挥发,常此以往,油气资源损失现象严重,同时也会对大气环境造成污染影响。因此,现阶段,石化产业发展的重点为加强对挥发性有机物的治理工作。常见治理方法为进行源头治理和末端油气回收,其治理目标为利用油气回收手段提高资源利用率,并对其进行合理处理后使之达到安全排放标准,降低对大气环境的污染影响。
1.油气挥发性有机物的源头治理技术
1.1针对浮顶储罐的源头治理
有关《挥发性有机物污染源排查工作指南》中指出,浮顶储罐的挥发源头分为四个部位,即边缘密封损耗、挂臂损耗、浮盘接缝损耗以及浮盘附件损耗等。其中当边缘密封不足时,储罐挥发的VOCs量相对较大。为了从源头上控制VOCs的挥发量,可以采取科学的浮盘边缘密封措施提高其密封水平,降低边缘密封位置的挥发量。常见的密封手段有初级密封手段和二次密封手段,为增强其密封效果,可以同时采取初级密封和二次密封方式。初级密封中可以借助泡沫囊式密封方法,通过在像胶囊内填充弹性泡沫,使之充满环形间隙,达成良好的密封效果。这种密封方式存在造价成本低,适应性强的特征,且不会使储罐发生形变。但同时也存在一定的弊端,即易开裂,耐磨水平较低,仅适用于-20℃至80℃的环境温度中。此外,可采取舌型密封措施,利用弹性软密封材料进行缝隙填充。相对来说安装方法简单,密封效果较好,在一些密封要求较高的储罐中可以进行多层密封操作。大型浮顶储罐中为进一步防止油气挥发,可在此基础上再加设密封装置进行二次密封,争取从源头上控制油气挥发量。
1.2针对固定顶储罐的源头治理
为切实改善空气质量,大力推进石化行业对挥发性有机物(VOCs)的污染治理,根据《石化行业挥发性有机物综合整治方案》中“苯、甲苯、二甲苯等危险化学品应在内浮顶罐基础上安装油气回收装置等处理设施”;同时根据《石油炼制工业污染物排放标准》(GB31570-2015)《石油化学工业污染物排放标准》(GB31571-2015)中对大气污染物排放控制指标的要求,罐区增设VOCs治理设施是非常有必要的。在固定顶储罐的油气治理中,也可采取初次密封和二次密封手段。但长期服役后,初次密封效果变差,VOCs逸散到初、二次密封之间,极易达到爆炸极限,而此处是雷击起火的主要部位,可用负压法和氮气法稀释。胡海燕等认为浮顶储罐的液下刮蜡器通过与浮顶进行可靠电气连接可以替代现有导电片,避免了储罐二次密封放电发生,大大降低浮顶储罐雷击火灾事故,且便于检测和维护,更安全可靠。
2.罐区油气挥发性有机物的末端治理技术
2.1低温冷凝技术
低温冷凝技术的应用原理为通过对系统温度的有效控制或者通过提高系统压力的方式将蒸汽状态下的污染物由气相变成液相,使之从废气中分离的一种废气治理措施。该种废气治理方法较为适用于针对高浓度有机溶剂蒸汽的净化作业中。实践证明,此种废气处理措施的成本投入较高,如针对污染物含量较低的废气进行处理时,会造成不必要的成本投入。因此,通常情况下会使低温冷凝技术与其他工艺联合应用,先借助低温水对高浓度废气进行冷凝后,回收液相废气,再对该部分尾气进行合理回收,采取吸附措施回收和分解污染物。此种情况下,既能保障废气治理效果,又能提高其经济性。
2.2膜分离技术
膜分离法适用于有机溶剂的吸收,是利用不同的气体分子通过高分子膜溶解扩散速率的不同来达到分离的目的。根据工作原理的不同可大致分为蒸汽渗透、膜基吸收和气体膜分离等。其中,蒸汽渗透是冷却的有机物蒸汽直接通过膜来进行分离,有机物的化学结构并不会遭到破坏。膜基吸收是指气液两相分别在膜的两侧,液相通常使用对有机废气具有吸收效果的溶剂,强化了膜分离的效果。气体膜分离是利用压差的推动,使有机废气更快地通过膜单元进行分离。采用膜分离法回收处理废气中的VOCs,具有流程简单、回收效率高、能耗较低及无二次污染物等特点。但在膜处理过程中,由于膜使用寿命较短,而且相对处理量较小,所以在成本方面仍存在不可忽略的缺陷。在处理过程中,由于膜两侧压力差较大,因此,研发耐受性强的膜是膜分离法进一步发展的核心问题,而且方便清洗也是优质膜不可或缺的特性。
2.3吸附处理技术
该种处理技术原理为根据各类物质在吸附剂上的不同反应,通过对气体混合物的温度和压力的控制,使污染物被吸附剂吸附达成分离污染物的目标。此种技术处理措施适用于质量浓度在500-10000mg/m3的大流量油气治理环节中,且要求该部分油气具有一定的回收价值。具体吸附处理方法为,根据VOCs的浓度、种类等特征选择适当的吸附剂。常规情况下,可以使用活性炭作为吸附剂,该种吸附剂的经济成本较低,且经氧化处理后对气体较为敏感,可以起到较好的去除作用。而当环境湿度偏大时,活性炭的吸附效果会有所降低,因此,可以在空间内增加脱水装置,改善环境湿度,以提升吸附处理效果。
结语:进行罐区油气挥发性有机物治理的主要目的是从源头上入手,控制油气挥发量,减少资源浪费问题,改善当前的石油资源应用现状。为使石化行业得以稳步发展,应将针对油气挥发问题的治理工作作为重点研究项目,除做好源头控制工作以外,对于挥发的油气应加强回收再利用。而对于没有回收价值的油气则需经过有效处理后将有害物质去除再进行排放,以改善对大气环境的污染威胁。
参考文献:
[1]冯健飞,张杏锋,高波.罐区油气挥发性有机物治理技术研究进展[J].能源环境保护,2019,33(3):5.
[2]盛金辉.罐区VOCs治理改造技术应用[J].化工中间体,2018,000(002):57-58.