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文档简介

地下水封岩洞原油库油气处理方案的探讨第32卷第4期石油工程建设

杜华章,毕加宾2张庆征2,姜志兵2

(1.中石化管道储运分公司南京输油处,江苏南京210046;2.中石化管道储运分公司,江苏徐州221008)

摘要:地下水封岩洞储备技术,是建设国家石油储备库的优选方案,然而,原油进库产生的油

气会对洞库正常安全运行产生一定的影响,直排到大气中不仅浪费石油资源,还会对环境造成污

染.文章针对地下水封岩洞原油库油气产生的特点,通过对3种油气处理方案进行分析对比,确

定了一个较好的方案.认为采用活性炭吸附回收油气方案,与提高洞库的设计压力,加大洞库容

积方案以及设置火炬燃烧油气2种方案相比,在经济性,可行性,适用性,安全环保性等方面具

有综合优势.文章还着重介绍了活性炭吸附油气的工艺流程.

关键词:岩洞原油库;油气处理;方案;活性炭吸附

中图分类号:TE972.02文献标识码:A文章编号:1001—2206(2006)04—0023—03

O引言

地下水封岩洞储备技术的开发已有50多年的

历史,国外建成的地下水封岩洞库,已成功地应

用于储存原油,石油产品,LPG以及重质燃料油

等.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成品油库和1座15万m原油

库.受当时环境和技术条件的限制,所建油库单

洞室容积小,单位库容建设成本较高,同时这两

座油库均用作中转油库,进出油作业频繁,呼吸

损耗较大,没能充分显示出地下水封岩洞储备技

术的优越性,因此该技术在我国没有得到进一步

的应用与发展.

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水封岩洞原油库中油气特点及油气处理的重要性

(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

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地下水封岩洞原油库油气处理方案

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

石油工程建设2006年8月

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方案一:提高洞罐设计压力,加大洞罐容积

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m的原油库(进油流量

4200m3/h,储存设计压力为O.1MPa)为例,为

了使洞罐进油产生的油气不外排,须将洞库的设

计压力由O.1MPa提高到O.2MPa,容积提高约

42.5%,共需增加投资约2.7亿元.此外油气要占

用洞库的大量空间,从而减少了洞库容积的有效

利用率,严重影响地下水封岩洞储存原油的经济

效益.但是该方案能够较好地解决地下水封岩洞

油库进油作业时油气处理问题,而且能耗小,工

艺可靠,安全环保,节约原油资源.

2.2方案二:设置火炬燃烧油气

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30o万m3的原油洞库(进油流量4200m3/h,

储存设计压力为O.1MPa)为例,每当洞库的原油周

转一次,因油气损耗导致的原油损失约为2087t【l_,

按照国际原油参考价格6O美元/桶计算,折合人

民币约710万元.此外油气燃烧后含有硫化物的

气体直接排放到大气中,仍会污染环境.

2.3方案三:设置油气回收装置

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],这

几种方法在国内外一些炼油厂和成品油的装车设

施中都有采用.下面分别介绍.

2.3.1溶剂吸收法

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冷凝法

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].

该工艺对制冷设备的选材要求比较严格,操作要

求,运行及维修费用,能耗及投资都比较高翻,同

时冷凝法回收油气装置运行时,会产生一定量的

含油污水需要另行处理.

2.3.3膜分离法

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活性炭吸附法

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,回收率可达98%,而且能

较好地满足环保要求.7O年代在美国开始应用,

现已在世界范围内广泛应用,吸附法是油气回收

主要工艺方案之一.

第32卷第4期杜华章等:地下水封岩洞原油库油气处理方案的探讨

以处理1座300万m的原油洞库(进油流量

4200m3/h,储存设计压力为0.1MPa)的油气为

例,设置一套活性炭吸附法油气处理装置的一次

性投资约2000万元.

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活性炭吸附法的工艺流程

下面着重介绍活性炭吸附工艺,该工艺流程

见图1.

气体外排进库原油

图1活性炭吸附法油气回收工艺习iE程

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,

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~

3000mVg.ACF用作吸附剂时与普通活性炭相比,

具有吸附容量大,吸附速度快,解吸快,再生率

高,便于使用等优点[2].将ACF应用到油气回收领

域中,为油气吸附回收技术的推广提供了一种工

艺性能优异的材料,可以得到更理想的油气回收

效果.

4结论

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

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

三中采用活性炭吸附回收油气的方法,工艺合理,

在投资上比方案一具有十分明显的优势,在节约

资源,安全环保方面比方案二有优势,设旌运行

维护的费用与其使用频率有关,如果储存原油周

转频率小,则这部分费用很少.

综上所述,对于大型地下水封岩洞原油库的

油气处理,为了减少工程投资,节约原油资源,

采用活性炭吸附工艺是一个比较好的选择.

参考文献:

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