吳海文(海南漢地流體材料有限公司，海南 洋浦 578101)

0 引言

油氣采收是指在裝載(儲(chǔ)存)輕油時(shí)收集揮發(fā)氣體，以及處理合并后的氣體的技術(shù)手段，不僅可以防止油氣揮發(fā)造成的破壞，而且可以實(shí)現(xiàn)油氣的回收、恢復(fù)和使用。當(dāng)輕油存儲(chǔ)或裝載到車輛中時(shí)氣體會(huì)揮發(fā)，油氣收集的過(guò)程稱為油氣回收[1]。回收時(shí)必須采用某些技術(shù)來(lái)處理潛在的有害氣體[2]。目前，我國(guó)的石油公司也排放多種類型的石油和天然氣，但主要是MTBE、酒精和汽油。這些氣體易于揮發(fā)并刺激人體呼吸系統(tǒng)，并且會(huì)對(duì)人的神經(jīng)和血液形成組織產(chǎn)生強(qiáng)大的破壞力，因此研究油氣提取技術(shù)是非常有必要的。

1 油氣回收工藝技術(shù)

油氣回收包含的吸附方法涉及將油和天然氣成分吸附在吸收材料的表面上，并進(jìn)行壓力吸收或蒸氣吸收以恢復(fù)活性炭的原始吸附功能。富集的油氣將被真空泵吸收到油箱中或通過(guò)其他方法液化。盡管諸如活性炭的吸收材料具有很少的空氣吸收能力，但是未吸收的廢氣通過(guò)排氣管排出。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于其能夠?qū)崿F(xiàn)更高的處理效率。而且這種方法發(fā)射濃度低，可以實(shí)現(xiàn)非常低的值。但實(shí)際操作過(guò)程存在較多缺陷和安全隱患，如：吸附層的高溫?zé)狳c(diǎn)問(wèn)題；廢氣需要二次處理；活性炭失活后存在的二次污染問(wèn)題。因此吸收劑還根據(jù)介質(zhì)的不同特性來(lái)選擇水，酒精或化學(xué)試劑等，而這一般是由吸收劑材料的溶解度來(lái)決定的。因?yàn)槊恳环N成分在與吸收劑材料接觸時(shí)，在不同的吸收劑中溶于其中油氣混合物的含量是完全不同的，所以選擇正確的對(duì)應(yīng)吸收劑材料才能夠良好地把兩者分離開來(lái)。吸收劑通常是煤油或特殊的吸收劑液體，并且石油和天然氣與吸收劑的回流相接觸，從吸收塔的頂部卸下吸收器，吸收器選擇性地吸收碳?xì)浠衔?。未吸收的氣體進(jìn)入真空吸收罐以吸收和富集石油、天然氣，然后與石油一起吸收。剩余的可以通過(guò)阻火器排出。在填料層中，吸收劑與相反的電流接觸，吸收劑材料從吸收塔的頂部排出。吸收材料選擇性地吸收碳?xì)浠衔锝M分。在這個(gè)過(guò)程中，石油和天然氣會(huì)被大量的溶解并且被吸收材料直接吸收，而吸收塔會(huì)在天然氣和石油被溶解的過(guò)程中把不能溶解的物質(zhì)帶走二次回收。這個(gè)方法最主要優(yōu)勢(shì)在于對(duì)人工操作能力要求不高，甚至可以完全由機(jī)械代替，同時(shí)投資成本相對(duì)較低，但缺點(diǎn)是恢復(fù)率非常低。利用制冷技術(shù)替代油氣的熱能，能夠幫助氣體向液體過(guò)渡，便于采集和回收。并且這個(gè)技術(shù)的應(yīng)用配合烴來(lái)降低溫度使得油氣中的烴類可以直接達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)而析出。油氣所需的回收率和廢氣中有機(jī)化合物的濃度極限是由它進(jìn)入大氣環(huán)境以后所形成的揮發(fā)性氣體的成分來(lái)計(jì)算和確定的，冷凝裝置的最低溫度也要據(jù)此來(lái)確定。并需要使用到對(duì)烴具有優(yōu)選滲透性的特殊聚合物膜。因此，在相對(duì)壓力條件下，對(duì)油氣混合物進(jìn)行合理地翻攪將能夠讓油氣分子最先通過(guò)聚合物膜的篩選，并把空氣排除出去。將石油和天然氣返回儲(chǔ)罐或通過(guò)其他方式液化濃縮。由于空氣中碳?xì)浠衔镱w粒的大小以及氧氣和氮?dú)夥肿拥拇笮〔煌?，因此膜的滲透性也不同，此功能可用于實(shí)現(xiàn)油氣分離的目的。油、氣和空氣之間的分離依賴于以不同擴(kuò)散形式存在的不同氣體。由于擴(kuò)散和溶解之間的差異，空氣從高壓區(qū)域到低壓區(qū)域通過(guò)膜滲透并被分離。該分離過(guò)程是典型的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，以動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)確定合適的分離過(guò)程。

2 油氣回收各工藝比較

近年來(lái)，油氣回收技術(shù)已在我國(guó)的國(guó)有企業(yè)和合資企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。從石油和天然氣中提取的產(chǎn)品種類很多，常見的包括柴油、汽油、汽油同類物、酒精等。車輛和船舶中的呼吸閥和揮發(fā)性氣體閥的主要應(yīng)用技術(shù)是根據(jù)回收介質(zhì)選擇單一回收方法或多種方法的組合。根據(jù)不同的介質(zhì)需求，使用幾種恢復(fù)方法的組合。通過(guò)結(jié)合每個(gè)過(guò)程的優(yōu)缺點(diǎn)，所組合的方法可以對(duì)每個(gè)過(guò)程進(jìn)行補(bǔ)充，以達(dá)到最佳的回收效果。當(dāng)前使用的組合型回收技術(shù)有很大的優(yōu)勢(shì)，在操作過(guò)程中使用多種方法的結(jié)合會(huì)使每種技術(shù)彼此交融并避免低回收率。在現(xiàn)實(shí)生活中，結(jié)合并使用冷凝和吸收方法也是很常見的。首先，根據(jù)每種材料的性質(zhì)，使用冷凝法實(shí)現(xiàn)飽和，從而將石油和天然氣轉(zhuǎn)化為液體。這并不意味著它完全變成液體而是通過(guò)液態(tài)的形式被濃縮到一個(gè)固定的大小和位置等待被吸收。這個(gè)過(guò)程中為了能夠減少有害氣體對(duì)環(huán)境、空氣等的威脅還可以再次使用冷凝法進(jìn)行二次重復(fù)操作幫助保護(hù)環(huán)境，減少有害氣體的排放，達(dá)到國(guó)家對(duì)空氣質(zhì)量的要求。

目前最廣泛使用的方法是吸附和冷凝的結(jié)合。具體步驟是：首先，在-40～50 ℃下進(jìn)行二次冷凝程序，以液化約85%的石油和天然氣，過(guò)量的石油和天然氣進(jìn)入吸附系統(tǒng)。這樣處理過(guò)的石油和天然氣大大減少了體積，增加了濃度并增強(qiáng)了吸附效果。之后多余的石油和天然氣再次進(jìn)入深度冷凝系統(tǒng)，以完成最終處理。這種聯(lián)合回收方法的優(yōu)點(diǎn)：首先，它有效地結(jié)合了吸附方法和縮合方法的優(yōu)點(diǎn)；第二是在第三階段增加吸收系統(tǒng)可以減少能源消耗和油氣凝析油的處理能力；第三是第二階段冷凝后的油氣具有中低溫特性，強(qiáng)化了活性炭層吸收系統(tǒng)，遠(yuǎn)離熱源和高溫危害，成功消除了安全隱患?；钚蕴课帐悄壳白顝V泛使用的處理有機(jī)廢氣的方法。它是一種適合吸收固體的吸收劑，可以吸收非極性有機(jī)物質(zhì)(例如苯鏈)?；钚蕴繉?duì)汽油廢氣具有良好的吸附性能。在提取汽油和相同的汽油鏈中，它被廣泛用于排氣，在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，活性炭通常被用于冷凝系統(tǒng)和吸附系統(tǒng)。當(dāng)進(jìn)入第一階段時(shí)，石油和天然氣的溫度首先冷卻至3 ℃，空氣中的碳?xì)浠衔锖退帜Y(jié)成液相。之后石油和天然氣進(jìn)入第二階段冷卻，然后進(jìn)一步冷卻至-35 ℃。大多數(shù)烴在液相中冷凝，不可凝氣體達(dá)到較低的石油和天然氣濃度以后將會(huì)自動(dòng)進(jìn)入活化劑中也就是現(xiàn)階段所采用的活性炭中進(jìn)行再一次的過(guò)濾清潔處理，使之合格。

3 油氣回收需注意的問(wèn)題

我國(guó)石油化工項(xiàng)目中回收的主要原材料是汽油、汽油鏈混合物、丁醇，辛醇和其他化學(xué)品。在這些材料限制中，我國(guó)現(xiàn)在最常采用的油氣回收技術(shù)則包括兩種：一個(gè)是冷凝法附；另一個(gè)是活性炭吸附法。在石油和天然氣的裝卸中，起重機(jī)管裝卸的密封非常重要，輕微的疏忽會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的損失。因此，以使油氣回收過(guò)程順利進(jìn)行，必須充分考慮起重管的耐磨性和耐磨性，并應(yīng)盡可能縮短油氣回收管道。此外還應(yīng)該選擇合適的回收方法，例如：選用活性炭作為吸收劑主要成分，油氣回收率高，而且其成本低，操作也相對(duì)簡(jiǎn)單，雖然活性炭的使用壽命相對(duì)較短，但綜合考慮來(lái)看，活性炭的總體經(jīng)濟(jì)效益依然是非常可觀的。石油行業(yè)部門所必須回收的是辛醇、MTBE 等有害物質(zhì)，避免這些物質(zhì)進(jìn)入空氣危害到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，我國(guó)石油部門在回收過(guò)程中，又在冷凝和活性炭吸附之間添加了一個(gè)兩階段性質(zhì)的聯(lián)合回收方法，以幫助合理回收和高效回收。根據(jù)我國(guó)的有關(guān)規(guī)定要求非甲烷碳?xì)浠衔锟偭恐械膹U氣排放量小于或等于120 mg/m3，汽油的排放量小于或等于12 mg/m3。因此，進(jìn)入回收單元的石油和天然氣首先進(jìn)入冷卻的第一階段，以形成碳?xì)浠衔?，這些碳?xì)浠衔飼?huì)將油和氣態(tài)液體的顆粒和物體重新聚集，并攜帶水。之后進(jìn)入二次冷卻環(huán)節(jié)中，對(duì)石油和天然氣實(shí)行冷卻，一直降溫直到至-34.5 ℃為止，這就催化了C5 組分碳?xì)浠衔锊⑹蛊渥兂闪吮阌趦?chǔ)存和操作的液體形態(tài)。在這期間，氣體在凝結(jié)過(guò)程以后其濃度變低，并進(jìn)入到活性炭吸收系統(tǒng)，被吸附材料吸收，然后達(dá)到較高的排放水平，從廢氣中排出。以石油部門中一個(gè)相關(guān)油氣處理案例為例子，該案例中油氣回收的主要物質(zhì)包括MTBE、苯以及丁醇等，都是不能直接接入空氣中的有害物質(zhì)。該案例中的回收方法主要采用了兩階段冷凝技術(shù)和用活性炭進(jìn)行吸附處理的技術(shù)[1]。第一階段先把油氣做預(yù)前處理，再把油氣過(guò)渡到油氣回收裝置并進(jìn)行二次冷卻，以完成冷凝相變過(guò)程。當(dāng)石油和天然氣進(jìn)入第一個(gè)處理階段時(shí)，溫度首先冷卻至2.5 ℃，碳?xì)浠衔镏匦屡帕?，空氣中的水分凝結(jié)成液相。最后，石油和天然氣進(jìn)入第二階段冷卻，然后進(jìn)一步冷卻至-34.5 ℃。大多數(shù)烴在液相中冷凝，而不可凝氣體則了達(dá)到較低的石油和天然氣濃度，并進(jìn)入活化劑中做最后處理，以達(dá)到國(guó)家可排放標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)案例就有效利用了各種方法的組合幫助回收油氣，取各家方法之長(zhǎng)而避其短處，最終達(dá)到了能夠排放的標(biāo)準(zhǔn)，減少了對(duì)空氣和環(huán)境的損害。

4 結(jié)語(yǔ)

油氣提取是節(jié)約能源的有效途徑，油氣回收對(duì)環(huán)境保護(hù)和人類健康具有深遠(yuǎn)的意義。對(duì)油氣的合理處理，能夠降低火災(zāi)和爆炸造成的潛在安全隱患。使用油氣回收裝置可以有效改善運(yùn)營(yíng)環(huán)境，減少空氣污染，保護(hù)操作人員生命健康，同時(shí)最大程度地減少了因揮發(fā)油和天然氣造成的損失。改善油氣采收技術(shù)可以消除潛在的安全隱患，避免出現(xiàn)大型的化工爆炸燃燒等事故，造成人員傷亡。油氣回收技術(shù)對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步也有著極為深遠(yuǎn)的影響。積極參與油氣回收技術(shù)的研究和改良不僅是對(duì)人們生命財(cái)產(chǎn)的負(fù)責(zé)，也是對(duì)科學(xué)的負(fù)責(zé)，讓油氣回收技術(shù)中的儲(chǔ)運(yùn)裝卸系統(tǒng)發(fā)展得更加地全面，為世界的環(huán)境保護(hù)作出卓越的貢獻(xiàn)。