加油站油气回收系统的探讨研究

加油站油气回收系统的探讨研究

倪继勇

中化石油福建有限公司福建厦门361001

摘要：如今，随着我国汽车工业的高速发展，成品油的消费每年都在递增，通常这部分油品基本是以零售的形式通过加油站进行销售。而加油站在进行油品销存的过程也是油气挥发来源的主要途径。实践证明，加油站的油气主要来源于卸油时油气排放和加油时油气逸出，由于油蒸汽比空气的比重大，如果油气不能得到及时回收和处理，极易聚集并与空气混合形成爆炸性混合气体。同时，油气的损失不仅对加油站的安全带来潜在的危害，而且对环境造成的污染以及对石油资源造成的浪费等，这对我国提倡的建设节能环保型友好社会的理念是相违背的。基于此，本文根据当前这一现实背景，在阐述油气回收系统应用于加油站重要性的基础上，分析了加油站的油气排放及挥发，随后分别从油气回收不同的三个阶段，研究了油气回收系统在加油站油气回收中的运用，可为提高加油站油气回收的效率作以参考。

关键词：加油站；油气回收系统；应用分析

1油气回收系统应用于加油站的重要性

1.1安全因素方面

众所周知，由于加油站存放大量的汽、柴油，属于高度危险场所。其中汽油是目前使用较为广泛的燃料，它的易燃程度远远大于柴油，成为加油站内最易被引燃的物质。由于大多数加油站的油气为无组织排放，尤其是敞口卸油，从卸油口排出的油气还夹带油珠油雾，增加了其危险性。通常，可燃液体在一定温度下都可以挥发产生蒸汽并与空气混合，当混合气体达到一定浓度时遇到火源便会闪燃。另外，汽油也很容易被引爆，当油蒸汽和空气混合气体的浓度到达一定比例时，遇到一定点火能量就会发生爆炸。加油站的客户群对安全的认知有差异，各种车辆的安全性能不同，未熄灭的烟头、手机静电、拖拉机、摩托车都可能产生火花形成点火源，这样一来，当汽油或汽油蒸汽遇点火源会闪爆或燃烧。基于安全考虑，加油站应加装油气回收系统，以减少油气挥发所形成的爆炸混合物。

1.2员工健康方面

无论是有油罐进油还是汽车加油，这一过程将会产生大量油气。由于这些油气都是无组织排放，当油气挥发物与其它有害气体被太阳紫外线照射后，发生理化反应污染、或燃烧生成化学烟雾，这些物质会产生致癌物和温室效应，破坏臭氧层。汽油主要成分是C12～C14各族烃类，为混合烃类物品之一，经呼吸道吸入，皮肤吸收后作用于人的中枢神经系统。浓度吸入会出现中毒性脑病；高浓度吸入会引起意识突然丧失，皮肤接触会致急性接触性皮炎或过敏性皮炎，慢性中毒表现为神经衰弱综合症、周围神经病、皮肤损害等。油气排放的高度是1.2m，恰好在人的呼吸范围内，加油站员工工作在一线，长期吸入油气及皮肤接触油气，受油气危害显而易见。基于对长期从事加油工作的员工健康考虑，加油站安装油气回收系统将有利于净化空气，保护员工健康。

1.3油品节约方面

以城区某加油站年销量1万t成品油为例，该加油站设置地下汽油罐30m3×4具，汽柴销售比为3∶1，汽油年销量7500t，则在大、小呼吸条件下，地下油罐油气无组织排放量见表1、表2。

所谓的大呼吸是指储罐收、发储液（油）时候的呼吸。储罐收油时，由于油面逐渐升高，气相空间逐渐减小，罐内气相压力增大，当压力超过储罐安全控制压力时使呼吸阀打开，一定浓度的油蒸汽从呼吸阀排出，直到储罐停止收油，所呼吸出的油蒸汽造成了油品的蒸发损耗。当储罐向外发油时，因油面不断降低，罐内气相压力减小，当压力小于呼吸阀控制的真空度时，储罐开始吸入新鲜空气。由于油面上方油气没有饱和，促使油品蒸发速度加快，使油气重新达到饱和，罐内气相压力再次上升，可能有部分油气因压力过大，从呼吸阀逸出。而小呼吸是指储液（油品）在没有收、发作业静止储存的情况下，随着环境气温、压力在一天内昼夜周期变化，罐内气相温度、储液的蒸发速度、蒸汽浓度和蒸汽压力也随着变化，这种排出或通过呼吸阀储液蒸汽和吸入空气的过程所造成的储液损耗，在生产上也叫做储罐静止储存损耗。

对于大、小呼吸排放主要污染物烃类（NMHC）的排放量预测，国内外已开展了许多研究工作。其中，得到公认并适合我国实际情况的有美国石油学会（API）推荐的方法适用于油罐储存原油、汽油及挥发性有机溶剂时的年大呼吸蒸发损耗和年小呼吸蒸发损耗的估算。

（1）大呼吸储油罐油气损失计算：

卸油时，汽车油罐油气无组织排放量为：油气平均排放速率为0.6kg/m3，则油罐车卸油过程中油气排放量为：7500/725×1000×0.6=6.2069t/a。车辆加油时随油枪排入大气的油气通过量为1.08kg/m3，则加油作业损失为：7500/725×1000×1.08=11.1724t/a。综上计算，汽油损耗为19.5109t/a。基于上述这一实际现状，对加油站实施油气回收系统在节约石油资源的同时，实现了企业经营利润的最大化。

2油气回收系统在加油站的应用分析

2.1一次油气回收系统

一次回收系统是针对油罐汽车的改造，即采取密闭措施，用一根耐油软管将加油站油罐上的通气管和油罐汽车相连接，形成一个回气管路。油罐车通过卸油管路卸油时，油品自液面下的注油管注入，罐内液面上升，液面之上的油气在压力作用下通过回气管路回到油罐车，流入油罐车内。为保证整个卸油过程尽可能少溢散油气，必须对传统的通气管线的结构进行改造，使得在正常气压范围内系统为密闭状态。卸油完毕后，油罐车将回收的油气带回油库进行处理。由于现有的油罐车基本上都存在密闭不良的问题，一般油气在油罐车返回油库的途中就被排放掉了。基于这一现状，一次油气回收基本无法达到节能减排的效果，只是将油气进行了异地排放，同时加大了异地排放区域的安全风险和环境污染。

2.2二次油气回收系统

二次油气回收系统，即加油油气回收系统，是指将给汽车油箱加汽油时产生的油气，通过密闭方式收集进入埋地油罐的系统。汽车在加油时，利用加油枪上的特殊装置，将汽车油箱内的油气经加油枪、真空泵、油气回收管道回收到油罐内，维持罐内的压力平衡。要达到这个效果，汽油与油气相互交换比例要接近于体积比为1：1。《加油站大气污染物排放标准》规定二次油气回收系统的气液比为1～1.2：1。良好的油气回收设备应适用于各种形式的车辆注油口。

目前国内外普遍使用的回收系统多为真空辅助式油气回收系统。真空辅助式油气回收系统可分为分散式和集中式两种。分散式油气回收系统就是以每台加油机为载体，分别设置真空泵和回收管路。当某一台加油机作业时，只有对应的真空泵启动回收油气，当加油机停止作业时，对应的真空泵同时停止作业，见图1所示。

图2集中式加油油气回收系统

分散式和集中式油气回收系统存在的共同点在于都可以分为自带动力油气回收（自带电机及真空泵）和不带动力油气回收两种方式；区别在于：1）分散式加油油气回收是指将加油时产生的油气由加油机内置真空泵抽到回气管后集中到一根回气管回到低标号汽油罐内。集中式加油油气回收是指将加油时产生的油气通过回气管集中后由一台或多台真空泵集中抽回低标号汽油罐内；2）当采取不带动力油气回收方式时，分散式油气回收是利用自吸泵电机提供真空泵动力。集中式油气回收是利用潜泵电机提供真空泵动力；3）与分散式油气回收加油机内都有一个真空泵不同，集中式式加油油气回收系统只有一个真空泵，不便于加油机在不同加油站之间调换。

2.3三次油气回收系统

三次油气回收系统是指油气排放后处理装置，见图3所示。油气排放处理装置一般是指对加油油气回收系统收集的油气进行回收处理的装置。处理的是带有回收油气功能的加油枪在气液比大于1时多收集并从排气管路排放的油气以及埋地油罐随大气压和气温变化产生正压时排放的油气。该系统可以使汽油罐的油气排放基本为零，显著提高加油站的本质安全水平。三次油气回收系统包括有冷凝回收法、吸附回收法、膜分离回收法、冷凝+吸附回收法和冷凝+膜分离回收法等。

2.3.1冷凝法油气回收原理

冷凝法采用多级连续冷却的方法，利用制冷技术将油气的热量置换出来，使油气混合气中的烃类各组分温度低于凝点，实现油气组分从气相到液相的直接转换，从而实现油气与空气的分离。冷凝法主要优点是工艺原理简单，关键部件已全部实现国产化，自动化程度高，维护方便，安全性能好，回收的油品可直接利用等。缺点是排放浓度高，如要达标需要大幅降低温度，能耗巨大。

图3油气排放处理系统

2.3.2吸附法回收原理

该方法主要利用活性炭、硅胶或活性纤维等吸附剂对油气和空气混合气吸附力的大小，实现油气和空气的分离。活性炭吸附法一般有两个活性炭床组成，交替进行吸附和解吸操作。该方法的主要优点是回收效率高，尾气排放浓度低。主要缺点是操作复杂，一次性投资费用高，装置需要频繁切换，操作弹性小，需要定期更换吸附剂，同时吸附过程产生的凝结热也对安全造成影响。

2.3.3膜分离法回收原理

膜分离法利用烃类优先透过特殊高分子膜的特点，在一定压力推动下，使油气分子优先透过高分子膜，这部分富集的油气被传输回油罐或用其他方法液化回收。该方法的优点是工艺流程相对简单，技术先进，油气回收率高，排放浓度低；操作弹性大，自动化程度高，安全可靠；无需专人维护保养；没有二次污染，节能环保。对于油气挥发量小、场地有限的城区加油站来说具有较大的优势。缺点：膜分离装置操作要求高，该装置尚未实现国产化，价格高，寿命短，投资大。

2.3.4冷凝+吸附法回收原理

通过采用二级冷凝将85%以上的油气冷凝液化，未冷凝的低浓度油气再通过吸附系统进行富集，提高油气浓度。同时排放达标尾气，富集的油气再进入三级冷凝系统深度冷凝回收。将冷凝和吸附技术相结合，不仅降低了能耗，避免了活性炭床产生高温热点的安全问题，而且有效解决了油气回收过程中加油站环境温度的影响。

2.3.5冷凝+膜分离法回收原理

利用抽气泵将油气混合物从汽油罐中抽出，油气流在进入冷却器前被压缩，致使同样体积的油气压力上升，温度升高。当油气流通过冷却器时，饱和油蒸汽被冷凝变成液体汽油。不饱和的油气混合物和液体汽油进入分离器，液体汽油分离后暂时存在分离器中，剩下的不饱和油气混合物继续进入膜分离器。当油分子沿着膜的正压侧通过时，会被吸附在膜材料中进行富集，变成饱和油蒸汽。空气分子被作为干净尾气释放出来。真空泵富集的饱和油气返回至油罐，其中一部分被冷凝称液体汽油。将冷凝和膜分离技术进行组合，设备耗能大幅降低，投资效益明显提高。由于膜的负载大大降低，延长了膜的使用寿命，降低了维护成本。另外，经过膜渗透后的空气更加清洁，油气净化效率也更高。

综上所述，不同油气回收技术都具备了各自不同的优势，本文通过对上述几种回收系统的研究发现，对于城区加油站而言，由于油气回收技术还受加油站所处环境影响，故当加油站实际情况和所处环境发生变化时，其油气回收效率可能受到影响。因此，作为成品油销售的加油站，需要根据当地具体情况，利用上述方法进行综合考虑来决定最适合的油气回收技术，以此实现企业经济价值的最大化。

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