储罐挥发油气回收技术的能耗对比及碳减排潜力评估

引言：在石油化工及其他工业中，储罐是油品和化学品贮存的重要装置，由于油品在贮存过程中会挥发，会生成大量挥发油气。这些挥发油气中不仅含有经济价值高的烃类物质，如果没有回收，直接排入大气，会造成资源的严重浪费。近年来随着世界范围内对于气候变化与环境保护问题的日益重视 ,“双碳”目标促使各个产业都在积极争取降低能耗与减少碳排放有效手段。基于这一背景，开展储罐挥发油气回收技术能耗比较和碳减排潜力评价具有重要意义，有利于筛选出最合适技术方案促进产业绿色可持续发展。

1. 储罐挥发油气回收技术及能耗分析

1.1 冷凝法

冷凝法就是利用烃类物质蒸汽压随温度变化而变化的特点，将油气中某些烃类蒸汽压经冷却达到过饱和状态后冷凝为液态，从而达到回收油气的目的。通常是按照预冷，机械制冷的程序进行。预冷器可以把进入回收装置内的气体温度由环境温度降低到 4° C 左右，从而把气体中绝大部分水汽冷凝成水并去除，降低了后续制冷系统负荷。气体从预冷器出来进入浅冷级可以使气体温度降温到 -30^∘ C~-50° C,使油气中近半数烃类物质得到回收。脱离浅冷油气入深冷级时可以降温为 -73° C~-110° C。冷凝法具有工艺原理简单、可直观地观察液态回收油品、安全、自动化水平高优点。但是它的能耗问题比较突出，制冷系统在低温环境下需耗费大量的电能。为了实现冷凝温度较低，压缩机需消耗较高能量对制冷剂进行压缩，并需至少 2 个冷凝器进行切换工作才能确保持续工作，而先期启动制冷还需花费一定的时间与精力。

1.2 吸附法

吸附法是指采用活性炭，硅胶或者活性纤维作为吸附剂，通过油气 - 空气混合气中油气组分的吸附力大小来达到油气与空气分离的目的。当油气经过吸附剂时，其成分会被固定在吸附剂的表面，接着通过减压或蒸汽的方式进行脱附，富集的油气可以通过真空泵被吸入油罐或通过其他方式转化为液态。并且吸附剂在空气中吸附力很小，未经吸附尾气通过排气管排出。吸附法可实现处理效率高和排放浓度小。但这种方法对能耗有一定影响。从一方面来看，三苯化学物质容易导致活性炭的失活现象，而国产活性炭的吸附能力通常仅约为 7% ，因此其使用寿命相对较短，通常需要在大约 2 年的时间内进行更换，替换过程既增加了成本又造成了一定能源浪费。另一方面吸附与脱附都要耗能，例如减压脱附需真空泵供电，而蒸汽脱附需耗费大量蒸汽能量。

1.3 吸收法

吸收法是按混合油气各种成分在吸收剂内溶解度大小将油气与空气分开，通常以贫油如柴油作为吸收剂。油气和由吸收塔顶部淋喷而成的吸收剂逆流接触，吸收剂选择性地吸收烃类组分，不吸收气体通过阻火器释放，将吸收剂送入真空解吸罐中进行脱附，将浓缩后的油气再利用油品进行吸附。吸收法过程比较简单，投资成本较低。但是其在能耗上有很多不利因素。首先，该方法的回收效率极低，通常仅能达到大约 80% 的水平，这不能满足当前严格的国家标准要求，这就意味着有必要处理更多的油气资源以实现同样的回收效果，从而导致能源消耗的增加。二是设备占地空间较大，造成热量散失现象，进一步加大能源的消耗。再者吸收剂耗量大，需要不断地补充，也就间接地加大了对能量的输入。

1.4 膜分离法

膜分离法是利用特殊高分子膜具有烃类优先通过性这一特性，将油气与空气混合气中油气分子通过高分子膜以一定的压力驱动而优先通过，空气中的成分会被拦截并排放，而富含的油气则会被传送到油罐或通过其他方式转化为液态。膜分离法工艺先进、流程比较简单、能直观地观察液态回收油品、安全、自动化水平较高特点。但是膜分离装置需要对气体进行稳流，稳压处理，为了达到这一要求，通常要安装复杂的气体预处理系统及稳压装置，这类装置的操作会提高能耗。

2. 不同油气回收技术的碳减排潜力评估

2.1 冷凝法

膜分离法是利用特殊高分子膜具有烃类优先通过性这一特性，将油气与空气混合气中油气分子通过高分子膜以一定的压力驱动而优先通过，空气中的成分会被拦截并排放，而富含的油气则会被传送到油罐或通过其他方式转化为液态。

膜分离法工艺先进、流程比较简单、能直观地观察液态回收油品、安全、自动化水平较高特点。但是膜分离装置需要对气体进行稳流，稳压处理，为了达到这一要求，通常要安装复杂的气体预处理系统及稳压装置，这类装置的操作会提高能耗。

2.2 吸附法

吸附法回收油气降低因油气排放而产生的碳排放量，其计算方法和冷凝法相似，都是以回收油气量为基础，估算油气含碳量来规避碳排放量。在能量消耗方面，吸附法中使用的真空泵和蒸汽脱附过程会消耗大量能量。如果真空泵每年的电量消耗为 E1 万千瓦时，那么在蒸汽脱附过程中由于消耗蒸汽而产生的碳排放可以根据蒸汽的生成方式和能耗系数来进行估算。吸附法的净碳减排量 Σ=Σ 因回收油气避免的碳排放量 -（真空泵消耗电能引起的碳排放量加上蒸汽脱附所致碳排放量）。

2.3 吸收法

吸收法回收油气所规避的碳排放量，也是以回收油气量与含碳量为基准。从能源消耗的角度看，吸收法中的循环泵设备会消耗电能。假设循环泵设备每年的电量消耗为 E2 万千瓦时，并且由于吸收剂的添加和处理，也可能会消耗一定量的能源，如果吸收剂在生产及运输期间碳排放系数平均值为每公吨二氧化碳 e, 而吸收剂年补充量是 A, 那么与吸收剂有关的碳排放量就是 A×e_⨀ 。吸收法的净碳减排量 Σ=Σ 因回收油气避免的碳排放量-（设备耗电所致碳排放量加与吸收剂有关的碳排放量）。

2.4 膜分离法

膜分离法回收油气所降低的碳排放量，是根据回收油气量与含碳量来确定。在能耗上，膜分离装置预处理系统，稳压设备和膜组件更换过程中产生了能耗。假定预处理系统和稳压设备的年电量消耗为 E3万千瓦时，那么在更换膜组件过程中产生的碳排放可以根据膜组件的制造材料和能源消耗来进行估算，如果更换 1 平方米的膜组件导致的碳排放量是 f 吨，而每年更换的膜组件面积是 B 平方米，那么更换膜组件会产生 B×f 吨的碳排放量。膜分离法的净碳减排量 Σ=Σ 因回收油气避免的碳排放量-（由于设备耗电而造成的碳排放量加上由于更换膜组件而造成碳排放量）。

结束语

储罐挥发油气回收技术对于减少资源浪费，减少环境污染，保障安全生产都有着十分重要的意义。将冷凝法，吸附法，吸收法以及膜分离法这几种常用油气回收技术进行能耗比较与碳减排潜力评价，发现不同技术各有其优缺点。从碳减排潜力来看，各类技术均可通过回收油气来降低排放而带来部分碳减排，但是与此同时，运行能耗亦会导致相应碳排放问题。综合考虑，冷凝 - 吸附组合工艺这种集多种技术优点于一体的方案在能耗与碳减排上可能会有较好的综合性能。在实践中，油气回收技术要依据油气具体组成，排放规模，场地条件及经济成本诸多因素进行合理筛选与优化，以期达到降低能耗，增加碳减排潜力，促进产业朝着绿色可持续发展的目的。

参考文献：

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[2] 李伟 , 方卫 .“冷凝 + 膜分离 + 吸附”组合工艺在油气回收中的应用 [J]. 中外能源 ,2016,11:93-97.