芳烃罐区两种典型油气回收装置对比与问题优化

吴海鹏

摘要：为满足国家环保排放标准，某企业芳烃罐区应用了“催化氧化组合”与“膜分离”两种典型的油气回收工艺。本文介绍了两种工艺的基本原理，对两种工艺在车间实际使用情况进行了比对。简析两种工艺在运行过程中的典型问题及改进方法。指明需根据实际出发，提高工艺设计、选型的准确度。

关键词：芳烃 油气回收 膜分离 催化氧化

前言：根据某年产50万吨/年芳烃罐区储存挥发量为0.02%计算[1]，某160万吨/年芳烃罐区，每年约有384吨芳烃类产品由储罐挥发至大气，造成资源浪费。中国石油化工股份公司《关于加快推进炼油企业VOCs提标治理工作的通知》中，非甲烷总烃≤50mg/m3，苯≤2 mg/m3，甲苯≤8mg/m3，二甲苯≤10 mg/m3排放指标。某石化企业芳烃罐区为减少储罐油品挥发损耗及满足环保排放标准，选建了“均化+催化氧化组合工艺”与“吸收+膜分离+吸附组合工艺”两种典型的油气回收装置，本文对这两种装置进行了简析对比，对装置在实际运行过程中的主要问题进行汇总分析，并提出相对应的解决方案。

1 装置简介

某企业芳烃车间1#芳烃罐区储罐为C6C7、C8、C9+、对二乙苯，罐容为3000m³-10000m³，罐区设计规模为132000m³，新增了“均化+催化氧化”油气回收装置。2#芳烃罐区储罐为C8芳烃，罐容为8台20000m³储罐、1台5000m³储罐，罐区设计规模为165000m³。

2 工艺原理及分析

2.1均化+催化氧化 （1#芳烃罐区）

1#芳烃罐区为60万吨/年芳烃的配套罐区，储罐采用“内浮顶+氮封”，采用自力式调节阀补充氮气。2018年新增上一套处理量为 5000Nm³/h （含空气） 的催化氧化油气回收装置。

工艺原理：从罐区罐顶来的废气首先进入均化罐，在均化罐内经过浓度调节，降低废气总烃浓度，废气再经过换热器和加热器后，达到催化氧化反应温度300-450℃，废气中的有机物在催化剂作用下，与空气中的氧气发生氧化反应，生成H2O和CO2，并释放出大量的反应热。通过换热器将反应热回收，用于预热处理前的废气，换热后的净化气经排气筒排放到大气中。

2.2吸收+膜法+活性炭（2#芳烃罐区）

2#芳烃罐区为2019年的100万吨/年芳烃的配套罐区，储罐同样采用“内浮顶+氮封”，2#芳烃罐区储罐采用了压控阀联锁补氮，易控制储罐的用气量。

工艺原理：罐区罐顶油气经自身罐压及液环压缩机加压后，进入吸收塔中部，气态的混合物在吸收塔由下而上流经填料层与自上而下的液态C9+芳烃对流接触，液态C9+芳烃将大部分油气吸收，形成富态的C9+芳烃，富态的C9+芳烃返回储罐，剩下低浓度的混合油气经塔顶流出进入膜分离器。利用膜分离器的选择通过性，将混合气体分成两股，一是含有少量油气的截留物流，直接进入变压吸附单元，另一股是富集油气渗透物流，与收集的罐顶油气及变压吸附单元来的解析气体相混合，循环至油气回收入口，再次进行上述循环。

3 油气回收装置运行效果对比分析

由上表可看出，两套油气回收装置的排放数据均能满足中国石化的排放要求。油气回收排放数据分析：采用“均化罐+催化氧化”的回收装置，在350℃-400℃之间达到了较好的反应效果;采用“吸收+膜分离+吸附”的2#芳烃罐区，由于膜分离技术，现阶段膜后浓度只能达到“g”级，且膜分离技术受温度、压力、介质浓度影响，随油气温度升高，烃类气体穿透膜速率明显下降[2]。由此项对比发现，“均化罐+催化氧化”更能适应范围较广的芳烃油气回收浓度。

4 油气回收装置费用对比分析

根据表格发现两种组合工艺均能满足现阶段长周期连续运行的要求，费用方面，两者在维修保养方面的费用实际相差不大。

5 使用过程中遇到问题及现有解决方案

5.1问题：

1、均化罐+催化氧化组合装置：由于芳烃车间储罐采用“内浮顶+氮封”，罐区排放尾气浓度较低，进入油气回收装置时的油气浓度（非甲烷总烃）平均为3000mg/m3。油气经过均化罐浓度消峰和空气稀释后，进入催化氧化单元时，较低的油气浓度导致催化剂无法进行有效反应，致使产生的反应放热不足，无法形成催化氧化单元的“反应放热+废气换热”的可自主热循环过程，在反应过程仍需电加热器进行辅助加热，维持催化剂的处理效果，浪费电能。

2、吸收+膜分离+变压吸附：该罐区罐容大，储罐设计压力高（操作压力为4KPa），进入油气回收装置时的油气浓度（非甲烷总烃）平均为200mg/m3，其次采用了挥发性较高的C9+芳烃作为吸收剂，C9+芳烃带着管道吸收日照中热能及压缩机工作产生的热量进入吸收塔，吸收塔内C9+芳烃的温度可达到43℃-55℃，加剧了C9+芳烃的挥发（C9+芳烃在43℃下饱和蒸气压挥发浓度为90000mg/m³）。经采样分析，吸收塔出口的非甲烷总烃浓度达到15000mg/m3，主要组分为C9+芳烃，以此证明，膜前非甲烷总烃浓度主要由吸收剂C9+芳烃自身挥发导致。高浓度的油氣，增加了膜组件选择性通过性的压力。其次，同类油气回收装置出现了受环境温度因素影响，在夏季装置运行中因吸收剂温度过高，而导致装置连锁停机[4]的情况发生。

5.2问题解决方案：

根据1#油气回收催化氧化单元进气浓度低，无法达到催化反应自身产热维持该单元热循环，需要加热器辅助的问题。车间首先将由罐区进入油气回收装置压力由1.0KPa提升到1.25KPa，通过提高罐区排放压力，间接提高进气浓度;其次，少量自罐区来油气通过增加跨线直接进入催化氧化单元，提升催化剂反应浓度，使其达到自身产热的效果。

对于2#油气回收C9+芳烃吸收剂挥发浓度大于罐区油气挥发浓度的情况，在吸收剂进入油气回收装置前，通过空冷的冷却，将吸收剂C9+芳烃的温度降低后进入装置，适度增大吸收塔操作塔压，降低C9+芳烃的饱和蒸气压浓度，从而有效降低膜分离组件前油气浓度，提高膜组件的使用寿命。

六、结论：

为满足日益严峻的VOCs排放，各企业纷纷上马油气回收项目，从目前本车间采用较为成熟的“均化+催化氧化组合工艺”、“吸收+膜分离+吸附组合工艺”加之设计缜密的连锁，能够有效的保证设备完好和安全。排放指标均能满足国家环保要求，甚至远高于国家标准。在使用过程中，2套罐区排放的油气浓度均低于设计浓度，甚至在膜分离装置中，吸收剂C9+芳烃成为VOCs产生的主要部分，对膜组件产生运行压力，该工艺选型有待完善，不恰当的选型是对投资的一种浪费，应在今后的设计及设备选型中，适度提高标准，既满足排放要求，又不造成投资浪费。

参考文献：

[1]屈晓禾.芳烃储罐区油气回收方案的确定[J];石油石化节能;2015年03期

[2]陈坚，姜磊.膜技术在石油化工油气回收系统的应用研究[J].石油化工应用.2012.31（10）：9-11

[3]李建文.油气回收装置在“三苯”装车系统的应用探讨[J].广东石油化工学院学报.2013.23（4）：27-29

[4]林蕾.膜法油气回收装置吸收效果[D].天津大学.2012

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