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原油从开采到炼油厂加工,以及成品油从炼油厂的产出到最终用户消费,通常要经历若干储存、装卸过程。在这些过程中,由于温度、气压、盛装油品容器的气液相体积变化等因素影响,有一部分油气会因此而挥发进入大气,造成油气的损耗。储运过程的油气损耗本质上与轻质油品的饱和蒸汽压及气液相体积变化有关:相同条件下,油品越轻,其饱和蒸汽压越高,油气蒸发损耗越大;气液相体积变化越大,油气蒸发损耗越大。举一个例子,将汽油从储罐通过泵送装入火车或汽车槽车,通常情况下是一个不可缺少的环节,装车前,空槽车内充满空气和汽油气,当汽油装入槽车后,一部分油气挥发弥漫在槽车的气相空间,随着汽油逐步装入,槽车的液相空间越来越大,气相空间越来越小,原槽车内的空气、汽油气以及新挥发出来的汽油气随之被排入大气,造成装车过程的油气损耗。根据国内外多年来的研究,在这样的装车过程中,排入大气中的气体中平均含烃类为1.3kg/m3,进行这样一次装卸作业造成的油气浪费约占汽油装车量的0.17%左右,也就是说,每装1吨汽油就有1.7公斤汽油白白挥发到大气中。
从油气回收的角度分析,油气损耗大体可分为三大部分,一是储罐部分的油气呼吸损耗,主要集中在原油中转站、炼油厂、油库等;二是火车、汽车、轮船等运输工具装卸作业过程引起的油气损耗;三是汽车加油站的油气损耗,由槽车向加油站卸油和油枪加油两部分油气损耗构成。
石油及其加工后的油品,在储存、运输过程中除了明显的漏失外,还有隐存的蒸发损耗,诸如储存时的“呼吸损耗”(温差引起蒸发损耗);储油罐开口及附件不密封所造成的自然通风损耗;储油罐收发油过程中的蒸发损耗,亦称大呼吸损耗。此外,石油及油品在装卸过程中槽车、船罐口的蒸发损耗,以及加油站加油时的油气蒸发损耗。
别看这些不显眼的石油“蒸发损耗”,其损失与危害惊人。据1995年国际石油会议公布的美国油气蒸发损耗数量占美国当年原油产量的3%,即蒸发损耗量每年达1200万吨。若以全世界石油蒸发损耗量3%计,全世界每年损耗油量1.13亿吨(2001年全世界的产油量约37.8亿吨)。这个数字相当于我国陆上油田产油量的总和,可见蒸发损耗浪费了大量的石油资源。
油品储运过程中油气的挥发,来自油品储运过程中的储运环节和罐装环节。
油品储运过程中的挥发主要来自储罐的大呼吸损耗和小呼吸损耗。大呼吸损耗是指,储罐进油时,由于液面的上升导致罐内的油气经储罐通气管排放到大气中,而当储罐出油时,由于液面的下降导致大气被吸入罐内;小呼吸损耗是指,由于昼夜温差变化,使得罐内的油气压力发生变化,当温度下降时,罐内气相压力降低,吸进罐外空气,当温度上升时,罐内气相压力升高,油气就会排到大气中去。大小呼吸过程中,每当“呼”时,油蒸气排放到大气中;当“吸”时,新鲜空气进入油罐,降低油蒸气浓度,促使油品液面进一步蒸发,重新达到饱和。即使油罐发完油、油船仓和槽车罐卸完油、汽车油箱内的油使用完,容器内油蒸气仍然存在,因为在油液减少、空气补进的过程中,油分子继续在蒸发、浓度逐渐饱和。在下一次进油时,空容器内的油蒸气还会重复“呼出”而进入大气环境。
根据有关部门多次实测,汽油大呼吸损耗率约为0.8~1.4kg/(t.次)。我国北方地区的汽油小呼吸年损耗率约为0.70%,南方地区约为0.79%。
减少油品储存过程中油气损失的最好方法,是用浮顶油罐或内浮顶油罐储存轻质油品。由于浮顶罐和内浮顶罐在液体上设有一浮顶,因此大大减少了油气空间的体积,抑制了油气挥发,同时浮顶能够随着液位的升降而变化,降低了呼吸的损耗。浮顶罐和内浮顶罐的油气挥发率通常要比固定顶罐小95%。
汽油的罐装过程是散发烃类污染物的重要环节。当汽油高速灌入槽车等容器时,会产生剧烈的扰动,造成大量的油气挥发。以汽油为例,汽油从炼厂到加油站出售给用户,最少要经过以下4次灌装过程:在炼厂,将成品油装入火车油罐车出厂;在油库,将汽油灌入汽车槽车送往加油站;在加油站,汽车槽车将汽油卸入加油站埋地油罐;在加油站,加油机将汽油经加油枪注入汽车的油箱。如果油料在各级油库之间转运,灌装次数就更多,灌装过程大多是敞口作业,产生的油气都直接排入大气。
加油站经销的汽油有容易蒸发逸散的特性。每吨汽油从炼油厂发出,经水路或铁路运输、油库储存中转、油罐车送到加油站零售的过程,至少会产生7立方米油蒸气,通过“大呼吸”、“小呼吸”排放到大气环境。
油气的危害
储运过程的油气损失,造成宝贵的石油资源的浪费,严重污染环境,也对安全生产构成威胁。
油品的蒸发直接危害人类的生存环境。蒸发出来的油气分子易燃、易爆,特别是在密闭状态下的油罐、油库、油船仓及槽车内,更易发生爆炸事故,直接造成财物及人体的损伤;排放到大气中的油气分子污染环境,既产生光化学烟雾,又破坏臭氧层。
油品的蒸发会导致油品质量下降。当汽油蒸发损失达1%时,其辛烷值降低1个单位,蒸发温度亦上升,使汽油发动机工作性能变差,加速汽油氧化,增加汽油胶质。
烃类气体对人体的神经系统有损害,长期吸入含有烃类的气体,可以导致多种疾病。烃类气体可以导致二次光化学污染。烃类气体在日光作用下会与空气中的氧化氮反应生成臭氧,臭氧是化学烟雾的重要组成部分,有强烈的刺激性,会引起鼻腔、咽喉和肺部感染发炎,造成呼吸困难,如果人体长期吸入臭氧,会给肺部造成永久性的损害。
可燃蒸汽在空气中都有两个可燃极限。下限是可燃蒸汽在空气中进行燃烧所需要燃气与空气的最小比例;上限是空气与蒸汽最大浓度。比上限更富的蒸汽浓度只有与额外的空气保持接触才会燃烧。如:汽油为1.4%---7.6%。
可燃气体(或粉尘)与空气或其他气体混合后,在点火时能发生爆炸的浓度的上限和下限。在上下限之间的范围称爆炸范围。常用混合物中可燃气体(或粉尘)含量的百分数(或每立方米的克数)表示。
爆炸极限:可燃气体、可燃液体蒸气或可燃粉尘与空气组成的混合物,并非任何混合比例下都可以爆炸,而是固定浓度范围的,不同可燃物有不同的固定浓度范围。这一固定范围通常叫该物质的爆炸范围或爆炸极限,通常用可燃气体、可燃液体蒸气、可燃物粉尘在空气中的体积百分数表示。能够产生爆炸的最低浓度称为爆炸下限,最高浓度为爆炸上限。例如:汽油的爆炸极限是1.0%~6.0% ,1.0%称为爆炸下限,6.0%称为爆炸上限。爆炸极限的数值越宽,爆炸下限越低,爆炸危险性越大。
爆炸极限是在常温、常压等标准条件下测定出来的,这一范围随着温度、压力的变化而有变化。
回收的意义
安装油气回收装置的意义主要有以下几点:
1、环境保护
油气主要成分有丁烷、戊烷、苯、二甲苯、乙基苯等,多属致癌物质,平均的油气浓度在30~40.%vol。油气对人体造成的危害也不能忽视。油品蒸汽本身具有一定的毒性,会引起皮肤、内脏和神经系统的疾病,还有致癌作用,严重影响人的身体健康。挥发到大气中的油气被紫外线照射以后,会与空气中其他气体发生一系列光化学反应,形成毒性更大的污染物。
2、安全运行
由于轻质油品大部分属于挥发性易燃易爆物质,易聚集,与空气形成爆炸性混合物后沉聚于洼地或管沟之中,遇火极易发生爆炸或火灾事故,造成生命和财产的重大损失。由于油气爆炸极限范围宽,油气扩散范围广,由此引起的火灾爆炸事故时有发生。
3、节能、可观的经济效益
油气挥发造成损失,油品质量下降。油品蒸发损耗的是其较轻的组分,随着轻馏分蒸发,汽油的初馏点升高,蒸气压下降,启动性能变差,辛烷值降低。
油气回收装置变废气为有较高商业价值的汽油、溶剂或液化气。一套小型装置的投资回收期一般不会超过五年,如果计入环保、安全效益,则投资回收期更短。油气回收装置投资的经济效益显著。
欧盟统计,由于蒸发,若没有设置减少损失的装置, 在油库和终端用户之间的配送过程,将损失汽油总量的约0.5%。
欧盟委托的评估表明,由于实施了94/63/EC,欧盟的烃或VOC的总损失量每年已经减少了500000吨。
欧洲共同体大多数国家和美国对油气排放进行控制和回收,与1984和1990之间的任意一年相比,VOC排放量要减少30%。
根据1995年第四届国际石油会议的报导,在美国,从原油开采、炼制加工到成品油销售,油品损耗量约占原油总量的3%。
按3%的损耗量计算,中国今年原油加工量约为2.7亿吨,总损耗量约为800万吨。按4000元/吨计,总价值200 亿元人民币。
中国汽油的年使用量按5000 万吨计,
按A类地区估算汽油损耗:
不计油船(全按铁路罐车和汽车罐车)的装车和运输损耗,不计输转损耗和灌桶损耗。油库储罐全按浮顶罐计,加油站地下罐全按隐蔽罐计。按铁路罐车装车一次、铁路运输(<500km计)一次、铁路卸车一次(浮顶罐)、浮顶罐储存、汽车罐车装车一次、汽车罐车公路(<50km计)运输一次、汽车罐车加油站卸车一次、加油站地下罐储存及零售加油机加油一次。估算总损耗率为1%
以1%的损失率,按5000万吨的汽油量估算油气损失,损失量约50万吨按4000元/吨计,价值人民币20亿元。