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能源與環(huán)境是當(dāng)今世界發(fā)展的主題也是我國發(fā)展必須面對(duì)的問題。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和可持續(xù)發(fā)展的要求,有機(jī)揮發(fā)氣體回收工作將會(huì)受到越來越多的重視。有機(jī)氣體揮發(fā)存在于石化行業(yè)的生產(chǎn)、裝卸、儲(chǔ)存、罐裝及工藝生產(chǎn)線等各個(gè)環(huán)節(jié)（例如：煉廠、油品碼頭、油庫，化工廠等場所）。
1、有機(jī)揮發(fā)氣體回收的必要性
自1993年我國成為石油凈進(jìn)口國以來，我國石油對(duì)外依存度到2002年已經(jīng)達(dá)到33％，根據(jù)預(yù)測，到2020年，這個(gè)數(shù)字很有可能達(dá)到50％－60％，與美國目前的58％相當(dāng)。據(jù)中國社會(huì)科學(xué)院2008 年4 月7 日發(fā)布的《中國能源發(fā)展報(bào)告(2008)》藍(lán)皮書預(yù)計(jì)，2010 年和2020 年中國石油消費(fèi)量將分別達(dá)到4.07 億噸和5.63 億噸。雖然目前對(duì)于石油的蒸發(fā)損耗率還沒有一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)字，但各國統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，單次裝卸蒸發(fā)損耗率基本介于1‰~3‰之間，從煉油廠到用戶按照4次裝卸來計(jì)算，消費(fèi)量按照4億噸計(jì)算，我國每年石油蒸發(fā)損失約160～480 多萬噸，按每噸價(jià)格為5000 元計(jì)算，直接經(jīng)濟(jì)損失80～240億元。
我國對(duì)有機(jī)揮發(fā)氣體回收裝置的潛在需求量很大，這正是國外公司紛紛想搶灘中國市場的主要原因。目前，國外幾家有影響力的揮發(fā)氣體回收供應(yīng)商已進(jìn)入我國，想捷足先登占領(lǐng)市場，美國HEALY公司、美國OPW公司、德國勞倫斯公司的油氣回收系統(tǒng)，在國內(nèi)已有幾十個(gè)加油站安裝使用。但是由于國外進(jìn)口設(shè)備本身價(jià)格昂貴，后期維護(hù)成本高昂，再加上實(shí)際使用中很少有裝置真正實(shí)現(xiàn)揮發(fā)氣體液化回收的直接利用，在經(jīng)濟(jì)效益不能凸顯的情況下環(huán)保的進(jìn)度亦不能同步跟上。
總之，大量有機(jī)揮發(fā)氣體的直接排放，對(duì)我們的環(huán)境、健康、安全、經(jīng)濟(jì)等都造成了極大的損害。有機(jī)揮發(fā)氣體真正實(shí)現(xiàn)有效的回收利用。
2、有機(jī)揮發(fā)氣體回收的方法
1）、吸附法：利用活性炭、硅膠或活性碳纖維等吸附劑對(duì)不同分子吸附力的差異，實(shí)現(xiàn)有機(jī)揮發(fā)氣體和空氣的分離?；旌蠚怏w通過吸附劑時(shí)，有機(jī)氣體組分被吸附在吸附劑表面，達(dá)標(biāo)空氣透過吸附劑直接排放，富集揮發(fā)氣體的吸附劑經(jīng)過特殊工藝手段解析后進(jìn)入再吸附工序循環(huán)使用。
優(yōu)點(diǎn)：排放濃度低。
缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，需要二次處理； 吸附床容易產(chǎn)生高溫?zé)狳c(diǎn)，存在安全隱患；三苯易使活性炭失活，活性炭失活后存在二次污染問題；滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)活性炭壽命一般為2年左右，換一次活性炭成本很高。
2）、吸收法：根據(jù)混合揮發(fā)氣體中各組分在吸收劑中的溶解度的大小，來進(jìn)行揮發(fā)氣體和空氣的分離。一般用柴油等重油做吸收劑，采用揮發(fā)氣體與從吸收塔頂淋噴的吸收劑進(jìn)行逆流接觸，吸收劑對(duì)烴類組分進(jìn)行選擇性吸收，未被吸收的氣體經(jīng)阻火器排放，吸收劑進(jìn)入真空解吸罐解吸，富集揮發(fā)氣體再用油品吸收。
優(yōu)點(diǎn)：工藝簡單，投資成本低。
缺點(diǎn)：回收率太低，一般只能達(dá)到80%左右，無法達(dá)到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)備占地空間大；能耗高；吸收劑消耗較大，需不斷補(bǔ)充；吸收劑需要二次處理；壓力降太大，達(dá)5000帕左右。
3）、膜分離法：利用特殊高分子膜對(duì)有機(jī)分子有優(yōu)先透過性的特點(diǎn)，讓揮發(fā)氣體和空氣混合氣在一定壓力的推動(dòng)下，使揮發(fā)氣體分子優(yōu)先透過高分子膜，而空氣組分則被截留排放，富集的揮發(fā)氣體傳輸回油罐或用其他方法液化。
優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)先進(jìn)，工藝相對(duì)簡單；排放濃度低。
缺點(diǎn)：投資大；膜尚未能實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，價(jià)格昂貴，而且膜壽命短；膜分離裝置要求穩(wěn)流、穩(wěn)壓氣體，操作要求高；膜分離后級(jí)的吸收設(shè)備需要用重油吸收并統(tǒng)一進(jìn)行后級(jí)再處理。
4）、冷凝法：利用制冷技術(shù)將揮發(fā)氣體的熱量置換出來，實(shí)現(xiàn)揮發(fā)氣體組分從氣相到液相的直接轉(zhuǎn)換。冷凝法是利用揮發(fā)氣體各組分在不同溫度下的蒸汽壓差異，通過降溫使揮發(fā)氣體中一些烴類蒸汽壓達(dá)到過飽和狀態(tài)，過飽和蒸汽冷凝成液態(tài)直接回收利用的揮發(fā)氣體回收方法。一般采用多級(jí)連續(xù)冷卻方法降低揮發(fā)氣體的溫度，使之凝聚為液體回收，根據(jù)揮發(fā)氣的成分、要求的回收率及最后排放到大氣中的尾氣中有機(jī)化合物濃度限值，來確定冷凝裝置的最低溫度。 一般按預(yù)冷、機(jī)械制冷等步驟來實(shí)現(xiàn)。預(yù)冷器是一單級(jí)冷卻裝置，為減少回收裝置的運(yùn)行能耗，現(xiàn)已開發(fā)出一種使用冷量回用的技術(shù)，使進(jìn)入回收裝置的氣體溫度從環(huán)境溫度下降至4℃左右，使氣體中大部分水汽凝結(jié)為水而除去。氣體離開預(yù)冷器后進(jìn)入淺冷級(jí)?？蓪怏w溫度冷卻至－30℃～－50℃，根據(jù)需要設(shè)定，可回收揮發(fā)氣體中近一半的烴類物質(zhì)。離開淺冷的揮發(fā)氣體進(jìn)入深冷級(jí)，可冷卻至－73℃到－110℃，根據(jù)不同的要求設(shè)定溫度并進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)配置。
優(yōu)點(diǎn)：工藝原理簡單；可直觀的看到液態(tài)的回收油品；安全性高；自動(dòng)化水平高 。
缺點(diǎn)：對(duì)于不需要連續(xù)運(yùn)行揮發(fā)氣體回收裝置的場所，某些烴類采用單一冷凝法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放需要降到很低的溫度 ，能效比相對(duì)較低。
5）、冷凝+吸附法：利用制冷技術(shù)將揮發(fā)氣體的熱量置換出來，實(shí)現(xiàn)絕大部分揮發(fā)氣體組分從氣相到液相的直接轉(zhuǎn)換。對(duì)揮發(fā)氣體中的未分凝的組分，靠活性碳等吸附材料進(jìn)行進(jìn)一步處理。
優(yōu)點(diǎn)：充分結(jié)合了單一工藝的優(yōu)點(diǎn)，有效避開了各自工藝的缺點(diǎn)，工藝原理簡單；可直觀的看到液態(tài)的回收油品；安全性高；自動(dòng)化水平高，同時(shí)使揮發(fā)氣體滿足達(dá)標(biāo)排放的要求。
缺點(diǎn)：無法擺脫吸附法的部分不足（如：占地面積偏大、增加系統(tǒng)壓降）。
一般油庫、煉廠、碼頭的揮發(fā)氣體排放裝置都采用“冷凝+吸附”的方法。先將揮發(fā)氣體冷凝到一定溫度，使大部分揮發(fā)氣體液化，剩余揮發(fā)氣體經(jīng)過吸附罐進(jìn)行吸附，結(jié)合吸附可以達(dá)到很高的回收率，排放濃度也低，可以達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。另外，經(jīng)過冷凝的低溫?fù)]發(fā)氣體也有效的防止了活性碳吸附床容易產(chǎn)生高溫?zé)狳c(diǎn)的問題。
綜合比較以上揮發(fā)氣體的回收方法可以看出：冷凝法是真正實(shí)現(xiàn)揮發(fā)氣體回收的有效可行方法，適合我國的國情，成本相對(duì)較低，工藝簡單，安全高效，能夠真正實(shí)現(xiàn)揮發(fā)氣體的液化回收。針對(duì)不需要連續(xù)運(yùn)行揮發(fā)氣體回收裝置的場所，某些烴類采用單一冷凝法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放需要降到很低的溫度 ，此時(shí)推薦采用冷凝+吸附的組合法。
3、冷凝法回收有機(jī)揮發(fā)氣體回收的必要性
冷凝法回收有機(jī)揮發(fā)氣體的基本原理就是：采用壓縮機(jī)制造低溫冷源，在特殊設(shè)計(jì)的換熱器中氟利昂和揮發(fā)氣體實(shí)現(xiàn)充分的熱量交換，氟利昂吸收揮發(fā)氣體中的熱量，將揮發(fā)氣體溫度分級(jí)降至分壓力下各組分對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度，有機(jī)揮發(fā)氣體的不同組分分級(jí)冷凝為液態(tài)，由于換熱器采取了特殊的工藝設(shè)計(jì)，在其中液態(tài)的有機(jī)組分可與氣態(tài)的空氣實(shí)現(xiàn)液體與氣體的充分分離。整個(gè)工藝流程中揮發(fā)氣體各組分被連續(xù)分凝，直接回罐利用，沒有任何二次污染，充分分凝后的低溫清潔空氣經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的換熱器進(jìn)行回?zé)峤粨Q，直至末端常溫達(dá)標(biāo)排放。
冷凝法在易揮發(fā)液體回收裝置中（以油氣回收裝置為例）的應(yīng)用主要有兩種：
一種是通過壓縮機(jī)制冷提供-25℃、-75℃和-110℃的低溫場，根據(jù)各組分不同溫度下飽和分壓力的差別，分階段實(shí)現(xiàn)有機(jī)氣體的液化回收，冷凝后的氣體經(jīng)回?zé)崂煤罂梢灾苯訉?shí)現(xiàn)常溫達(dá)標(biāo)排放。
另一種是利用“冷凝+吸附”的工藝，前級(jí)通過壓縮機(jī)制冷提供-25℃和-75℃的低溫場，使油氣中約95％的非烷烴有機(jī)組分直接冷凝回收，后級(jí)極少量有機(jī)組分通過吸附的方式達(dá)到一定的富集濃度后解析進(jìn)入前級(jí)再冷凝處理，最終仍然是通過冷凝的方法實(shí)現(xiàn)回收利用。這種方法對(duì)于一些達(dá)標(biāo)排放為mg級(jí)的有機(jī)氣體排放尤為適用，大大提高了揮發(fā)氣體的處理效率。
綜合以上兩種方法中，真正實(shí)現(xiàn)揮發(fā)氣體直接回收的環(huán)節(jié)取決于冷凝部分的直接分凝，針對(duì)具體氣體成分尾氣處理的不同要求來確定是否需要后級(jí)再處理裝置。也就是說，揮發(fā)氣體的回收的本質(zhì)在于實(shí)現(xiàn)氣體到液體的相變，排除加壓液化（揮發(fā)氣體中一般都含有大量的空氣，增加壓力存在很多危險(xiǎn)因素）來講，冷卻分凝即冷凝法是揮發(fā)氣體回收的唯一簡單而有效的方法。
本方法的特點(diǎn)：一是根據(jù)各有機(jī)組分不同溫度下飽和分壓力的差異采用梯度降溫的方式降低整機(jī)能耗，二是本工藝的特點(diǎn)在于混合氣在常壓低溫下工作，不產(chǎn)生高溫點(diǎn)，使用過程安全可靠。
我公司生產(chǎn)的冷凝法油氣回收裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)揮發(fā)氣體從收集、液化、分離到輸送全程處理：油蒸汽收集階段采用自主研制的裙式鶴管密封裝置收集，確保揮發(fā)氣體收集過程無泄漏；制冷系統(tǒng)采用壓縮機(jī)復(fù)疊制冷技術(shù)，前級(jí)制冷系統(tǒng)同時(shí)為后級(jí)制冷和揮發(fā)氣體提供冷量，分階段實(shí)現(xiàn)揮發(fā)氣體的冷凝回收，大大提高了制冷系統(tǒng)的能效比；在揮發(fā)氣體分凝階段利用不同沸點(diǎn)的制冷劑直接蒸發(fā)吸收揮發(fā)氣體熱量，使揮發(fā)氣體中多種組分溫度分梯度降至凝點(diǎn)以下，通過合理設(shè)計(jì)的揮發(fā)氣體換熱分離器實(shí)現(xiàn)揮發(fā)氣體的高效分離回收；對(duì)回收到集油罐的液態(tài)油采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的易揮發(fā)性物質(zhì)冷凝回收自動(dòng)輸送裝置實(shí)現(xiàn)油品的可靠輸送。吸附撬塊采用目前國內(nèi)成熟的變壓吸附和變溫吸附技術(shù)，以滿足不同用戶的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)尾氣可靠達(dá)標(biāo)排放。
4、市場應(yīng)用情況
目前，各種回收工藝在市場上都有一定的應(yīng)用，我公司研發(fā)的揮發(fā)氣體回收裝置分純冷凝及冷凝與吸附技術(shù)相結(jié)合兩大類，去年至今年初已經(jīng)有三十余臺(tái)裝置在各地大型油庫使用，用戶反映良好，滿足揮發(fā)氣體達(dá)標(biāo)的同時(shí)得到了可觀的經(jīng)濟(jì)收益。該系列裝置真正能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保等多重收益，有著廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。