油气封存冷凝回收系统在加油站中的应用

文/冯若飞 焦光伟 刘献强

加油站服务于客户的同时也存在着许多不容忽视的问题，例如安全、污染和损耗等[1-4]，而导致这些问题的原因就是油品挥发所产生的油气。因此，在加油站安装油气回收系统是非常必要的，它不仅能够降低油品的蒸发损耗及相应的经济损失，而且可以减小对附近环境和空气的污染；另外，在加油站安装油气回收系统还能避免油气直接向空气中排放给加油站带来安全隐患。无论从哪个方面看，在加油站安装油气回收系统都是一项利国利民的措施，值得采纳和推广。

1.油气收集系统

目前，加油站一次、二次油气回收系统，基本上属于油气收集系统，实现的是油气的转移储存或排放，虽然没有从根本上解决回收和利用油气的问题，但可为下一步真正意义上的三次油气回收做好准备。

1.1 一次油气回收系统 一次油气回收也称平衡式卸油油气回收，是指油罐车通过密闭卸油，减少油气溢散。当油罐车来油时，用软胶管连接油罐车的卸油口和油罐的进油口，再用胶管连接油罐车罐顶油气回收口与油罐油气出口，以此形成一个密闭的系统。当卸油完成后，一车油换成一车油气。整个过程中，几乎无外界新鲜空气的进入，也没有油气的溢散，得以实现油气的收集。一次油气回收系统方案如图1.1所示。

图1.1 一次油气回收系统方案示意图

1.2 二次油气回收系统 二次油气回收是指汽车加油时，利用特殊装置，将原本由汽车油箱逸散于大气中的油气，经加油枪、真空泵回收入油罐。加油站的二次油气回收系统主要有两种：分散式油气回收系统和集中式油气回收系统。目前广泛使用的非燃烧系统运作方法，是将回收的油气储存在油罐内保压，不作排放。要达到这个效果，其汽油与油气的相互交换比例接近于1：1的比率。其理论上就是在加油时，每发一公升的汽油，油罐液位相应下降，同时经由油气回收枪回收相当于一公升体积的油气，送回油罐内填补该空间而达到压力平衡[1]。二次油气回收系统方案如图1.2所示。

图1.2 二次油气回收系统的方案示意图

2.常用的油气回收技术

加油站一、二次油气回收本质上实现的是油气的转移储存，没有将油气转变为液态油，因而无法达到治理污染、保护环境、消除安全隐患的目的。要将一、二次油气回收系统抽回的油气进行油气分离、空气排放、油品液化，就得在加油站布设真正意义的三次油气回收系统。目前常用的油气回收技术从原理上分为四种，即吸收法、冷凝法、吸附法及膜分离法[2]。

2.1 吸收法 易挥发油蒸气从吸收塔的底部进入，与从塔顶进入的向下流或喷淋的吸收液形成对流接触，大多数油气被吸收液吸收，剩余的气体排入大气。这种方法回收效果直接受吸收剂影响。目前，国内外应用的吸收法有两种，即常压常温吸收法和常压冷却吸收法。

2.2 冷凝法 冷凝法的基本原理是当冷凝气的温度低于其露点温度时将发生冷凝，由于易挥发性有机化合物的露点温度高于空气的露点温度，故当对油蒸气和空气的混合物进行冷凝时，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。这种方法的优点是操作安全可靠，回收的烃类液体不含杂质；缺点是投资高，操作费用高。

2.3 吸附法 吸附法的原理是利用活性炭等吸附剂吸附油气中的烃。吸附法油气回收装置一般包括三个单元：变压吸附单元、分离罐和吸收塔。油气收集设备收集到的油气通过密闭管线首先进入变压吸附单元，在变压吸附单元完成油气的吸附和脱附，目前常用的吸附剂有活性炭和硅胶；脱附的油气经过分离塔进入吸收塔，吸收液自塔的顶部喷淋下来，与自下而上纯烃气混合，由此实现烃在吸收液中的吸收。实际上，吸附法油气回收装置是吸附法与吸收法的组合。也有的厂家将吸附法与冷凝法组合。

2.4 膜分离法[3]膜分离技术的基本原理是利用了高分子膜对油气的优先透过性的特点，让油气和空气的混合气在一定的压差推动下经膜的“过滤作用”使混合气中的油气优先透过膜得以“脱除”回收，而空气则被选择性地截留。膜片为复合结构，由三层不同的材料构成。表层为致密的硅橡胶层，很薄，起分离作用。中间层的材料为聚丙烯腈，最下层为无纺布，这两层结构疏松，主要起支撑作用，以增强膜片的机械强度。膜的结构如图2.1所示。

图2.1 油气回收膜的结构图

3.油气封存冷凝回收系统

三次油气回收是指在加油站安装油气回收液化处理装置，将抽回的油气进行油气分离、空气排放、油品液化。而油气封存冷凝回收是利用冷凝法和膜分离法相结合的一种三次油气回收技术。

3.1 工作原理 油气封存冷凝回收系统是采用目前世界上最成熟的高科技技术，与快速冷凝系统综合而成的先进系统。主要包括主机和控制系统。其基本工作原理为：根据监控系统监视到的油罐内的压力值，启动或维持检测状态；当油罐内的压力值达到启动值时，系统开始工作，首先油气经过系统的冷凝装置，部分油气被冷凝为液态油，未被完全液化的油气被送入薄膜处理装置，将混合气体中的碳氢化合物进行分离，分离后的液态油和高浓度油气被送回油罐加以利用，同时也控制了地下储油罐压力，保证了油罐的安全运行。该系统的基本原理如图3.1所示

图3.1 油气封存冷凝回收系统原理示意图

3.2 油气封存冷凝回收系统的运行条件

(1)当地下油罐压力增加到+0.15英寸水柱压力时，主机会启动。

(2)于下列情况下，系统装置会关闭

a.当地下油罐压力降低至-1.0英寸水柱时。

b.系统装置连续运行10分钟后，系统装置关闭2分钟，并将气液分离器内的油液排放至地下油罐内，假若地下油罐的压力又达到启动压力时，系统将再次启动。

(3)系统装置的膜分离后的气体为新鲜空气被排放，连续检测排放空气中的油气含量使之符合排放标准的限制。

(4)油气封存冷凝系统的设计，在安装及操作上，与加油站上的第二阶段真空辅助式油气回收系统和车载式油气回收系统相兼容并符合排放要求。

(5)将油气/空气分离后被返回地下储油罐的透析物含有超饱和油气和一些冷凝的汽油液体。

(6)影响加油站日运转时间的因素有：

a.站上的日发油量

b.卸油的次数及每次卸油的时间

c.油气的压力

d.油品温度

e.大气压力及温度

f.一次和二次油气回收系统的气密性

g.油罐气箱空间体积

3.3 三次油气回收系统的具体运作过程

(1)当油罐压力上升时，监测油罐的压力传感器会启动主机。

(2)抽气泵（压缩机）从储油罐中抽油气/空气混合物（饱和油气）。

(3)油气流被压缩。

(4)在同样体积内的压力上升，导致油气流的温度升高。

(5)温度升高的油气通过冷却器。

(6)冷却器将油气温度降至室温。

(7)冷却过程使液体汽油冷凝。

(8)油气混合物和液体汽油进入分离器。

(9)液体汽油从油气混合物中分离出来后，暂存在分离器中等待后续阶段的排液并回流至油罐中。

(10)剩下的空气/油气混合物，继续进入膜分离。

(11)当碳氢化合物分子沿着膜的正压侧通过时，会被吸附在膜材料中。空气分子被正压侧的膜表面所排斥，并继续直至从主机中被作为干净空气释放出来。

(12)真空泵将超饱和油气（透析物）返回至油罐中。

(13)当油罐的压力值低于设定值时，主机会自动关闭，并处于待机状态，直至压力再次升高。然后分离器的阀门打开，将分离器中储存的液体汽油排放回底下油罐。

4.结束语

笔者首先从加油站必须建立油气回收系统着手，深入分析了目前加油站一、二次油气回收系统的本质：油气的转移。为充分地解决油气回收和油气利用，详细地介绍了四种油气回收技术。最后重点落实在油气封存冷凝三次油气回收系统在加油站中的应用上，对现行加油站油气回收系统的改造和新建加油站的建设具有一定的现实指导意义。

[1]许行，周绍骑，焦光伟.油气密闭系统气液平衡问题的研究[J].天然气与石油，2010,28(5):6～8,36.

[2]刘静，李自力，孙云峰等.国内外油气回收技术的研究进展[J].油气储运，2010,29(10):726～729,743.

[3]王慧铭.膜分离技术在油气回收过程中的应用[J].油气田地面工程，2009:28(6),44～45.

[4]陈家庆，朱玲，张宝生等.美国加油站的油气排放污染控制及其启示[J].能源环境保护，2009,23(1):1～6,10.