浅谈地下水封岩体储备技术

浅谈地下水封岩体储备技术

0燃料油等地下水封闭岩浆岩储量技术的开发已有50多年的历史。国外修建的地下水封闭岩浆井成功应用于原油、石油产品、液化天然气和浓质燃料。我国于20世纪70年代开始研究和建造地下水封岩洞油库，曾先后在浙江象山和山东黄岛成功建成1座4万m随着地下水封岩洞储备技术在国外的开发和应用，建设技术日益成熟，采用地下水封岩洞储备原油，具有投资和运营成本低、维护简单、使用寿命长、安全环保、节省占地、不破坏自然景观等优点，因此该技术近年来得到国内相关行业的重视，并将其作为建设国家石油储备库的优选方案之一。1地下水封巷道中油气的间断性(1）组成水封岩洞原油库的洞罐受自身结构的限制，其容积基本不可调整。且由于洞罐容积一般较大，所储存原油多为低凝轻质原油，因此在洞罐进出油作业过程中将产生大量油气，尤其是在进油作业时，油气挥发量更大，如果不及时疏导油气，会导致洞罐的储存压力增加，当压力大于设计压力时，就会影响洞库水封效果。(2）地下水封岩洞原油库的洞罐都设计在地下水位以下，距地表较深，在无进出油作业时，库内温度场基本稳定。当油气与原油一起封存在洞罐内时，油气达到饱和状态后，油气量维持不变，油气压力基本不变，所以在洞罐中静止储存原油损耗较小。(3）地下水封岩洞原油库一般适于用作储备库，原油周转频率较低，因此油气外排的频率相应较低，具有间断性。基于以上特点，可知地下水封岩洞原油库的油气一般为间断性集中大量产生，间断周期长，若将这些油气直排到大气中，会损耗大量的原油资源，同时由于这些油气中含有氢烃、芳香烃和硫化物等有害物质，污染大气，危害人体健康，甚至会产生安全事故。因此对地下水封岩洞原油库油气的处理和回收十分重要。2气不外排的储备库目前，地下水封岩洞原油库油气的处理有3种方案：一种是提高储存压力，加大气体空间容积，使得在操作过程中油气不外排，这种方式在欧洲国家的地下原油库中比较常见，各个洞罐相互连通，总有一定量的空库容用于储存油气，这种储备库通常兼作商业中转库。另一种是将油气引导到安全位置，并设置火炬烧掉，韩国的地下原油洞库均采用这种方式。此外还可以采用油气回收设施，将油气大部分回收，在满足安全环保的情况下将只有少量的轻烃排至大气中。2.1洞罐的净容量与挥发油量的关系地下水封岩洞是借助地下水向洞中渗透来实现密封的，因此地下水封岩洞必须建在稳定的地下水位线以下，只有洞库周围地下水的压力大于洞内介质的压力时，才能实现水封效果。洞罐中油气的挥发量与温度、压力、油品的物性有关，当油品确定、温度变化不大时，油气的压力与洞罐的净容量成反比关系。因此，可以通过提高地下洞罐的设计压力或加大洞罐容积的方式来封存油气。提高地下洞库的设计压力，为满足水封条件的要求，就必须加深洞罐设置的深度，相应的施工巷道也要加长。当地下水封岩洞原油库的选址确定后，库址的自然条件、地质条件决定了每个洞室的宽度和高度，为了封存油气而扩大油库的容积时，需要增加洞室的长度，因此，无论是提高洞罐设计压力还是增加其容积，都会增加工程量、施工难度、工程投资和建设风险。以建设一座300万m2.2气管进入火炬设置火炬，使原油进洞罐产生的油气混合气体经集气管进入火炬排放燃烧，从而减少油气带来的污染和危害。该方案的优点是投资少，简单易行，维护费用较低，但是会浪费大量原油资源，以1座300万m2.3方案3：设置石油回收装置设置一套油气回收装置，回收地下洞罐进油时产生的油气。目前油气回收有活性炭吸附法、溶剂吸收法、膜分离法和冷凝法等几种方法2.3.1组分分离系统溶剂吸收油气工艺，通过油气与液体吸收剂接触，气体中的烃类物质溶解于吸收剂中，不能溶解的组分则保留在气相中，从而实现油气分离。该工艺回收率较低，目前最高回收率为90%，存在二次污染问题，而且该工艺不适合于间歇作业，目前没有处理大流量油气能力的成熟装置，因此不宜应用于处理地下水封岩洞原油库的油气。2.3.2尾气冷却工艺冷凝法回收油气工艺，通过低温冷凝将油气分离出来，但单纯的制冷剂冷却，只能使排放的尾气浓度降到35mg/L，按照环保要求需对尾气作进一步处理，常采用液氨冷却工艺作深度处理2.3.3透性气体排放膜分离工艺，将洞库中的油气经加压后送至膜分离器，在有机物选择性薄膜上，油气比空气具有更高的穿透性，含烃气体被分离成富油气穿透物流和贫油气滞留物流。富油气物流中的油气再被油品吸收下来，贫油气滞留物流作为净化气体排放。膜分离法能够满足油气回收处理要求，回收率可达95%以上，对环境不存在二次污染问题，但是设备造价昂贵，回收油气的能力受限制，适用于加油站、成品油装卸等场合。2.3.4不同油气回收工艺对比活性炭吸附法利用活性炭的物理吸附特性吸附油气，该方案的工艺相对简单，油气回收尾气含烃量不超过10g/m以处理1座300万m通过对方案三的4种油气回收方法的比较可以看出，活性炭吸附法在经济性、可行性、适用性、安全环保性等方面具有综合优势。3再生活性炭吸附法下面着重介绍活性炭吸附工艺，该工艺流程见图1。原油进洞罐产生的油气混合气体经集气管进入油气回收装置。该装置设置两个活性炭吸附罐，一个通过阀门连接在油气进入管上，处于“吸附”状态，另一个则通过真空泵进行炭床的“再生”。两个活性炭吸附罐同时工作，保证对油气的及时处理，当一个活性炭吸附罐在吸附油气中烃的同时，另一个活性炭吸附罐在把上阶段所吸附的烃通过真空泵排出；当第一个活性炭吸附罐达到饱和后，转入“再生”阶段，而之前已排空的活性炭吸附罐进入下一个吸附阶段，从而实现连续运行。真空泵排出的油气经过气/液分离罐分离液体后，油气进入吸收塔，大部分油气被从塔顶喷淋的原油吸收，而含有少量油气的尾气经吸收塔顶部排出，重新进入吸附炭床。吸收了烃气的富油和从油气分离罐中分离的液体一起经过吸收油泵送回原油洞罐。在这一过程中，油气进入活性炭吸附罐后，油气中的烃类组分被活性炭吸附在孔隙中，其他尾气透过炭层，由吸附罐顶部排放口通过阻火器或排放筒排至大气。当吸附罐的炭床达到饱和后就转入解吸再生阶段，由解吸真空泵对其抽真空，使吸附在活性炭中的烃类脱离出来进入真空泵。在解吸最后阶段，即深度真空再生阶段，从炭床顶部引入氮气反向吹扫床层，可以脱出更多的烃类，提高炭床的再生率。近年来活性炭纤维（activatedcarbonfiber，简称ACF）作为一种新型高效吸附材料迅速发展并得以广泛应用。ACF微孔含量在90%以上，孔径在1～2nm，孔径分布窄，比表面积可达到1000～3000m4方案三：生物处理+回收油气方案二经过对以上3种油气处理方案的分析，可知这3个方案都能够在不同程度上满足地下水封岩洞原油库的油气处理要求，而且各具特点：方案一投资最大，但能可靠地处理油库中的油气问题，能耗最小，安全环保，比较适合于商业周转库或者进出油作业频繁的油库；方案二简单易行，工艺可靠，投资最少，但资源浪费严重，不利于环保，较适用于所储油品长期不周转的油库；方案三中采用活性