2024年4月16日发(作者：乐子琳)
油
气
田
环
境
保
护
·
４３
·
０１８
年
１０
月
ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮＯＦＯＩＬ＆ＧＡＳＦＩＥＬＤＳｏｌ．２８
Ｎｏ．５
２
Ｖ
ＶＯＣｓ
吸附剂活性炭的更换及预处理过程分析
王振勇
刘巍
（中国石油天然气股份有限公司大连石化分公司）
摘
要
文章以石脑油火车装车油气回收装置为例，简单介绍了挥发性有机物“吸附
＋
吸收”的工艺处理
通过作业步骤解析、风险因素辨识、控制手段选取等，提出了相对合流程。针对活性炭罐的换剂及预处理操作，
理、安全、高效的操作规程。详细阐述活性炭预处理（钝化）的工艺要求和操作流程、重点就温度的控制和预处
提出了解决办法，跟踪评价了活性炭的吸附效果，具有一定的借鉴意义。理过程中出现的其他问题，
关键词
挥发性有机物；活性炭；钝化；温度控制
：／（）
ＤＯＩ１０．３９６９．ｉｓｓｎ．１００５３１５８．２０１８．０５．０１３
文章编号：
１００５３１５８２０１８０５００４３０４
ｊ
０
引
言
挥发性有机物（）是一类有机化合物的统
ＶＯＣｓ
］
１
规定：称。我国相关标准
［
ＶＯＣｓ
是指能参与大气光
化学反应的有机化合物，或者根据规定的方法测量或
核算确定的有机化合物。石化行业排放的废气是
例如汽油、石脑油等轻质油品装
ＶＯＣｓ
的重要来源，
卸过程中，产生的挥发性有机气体。
ＶＯＣｓ
污染对生
态环境和人体健康产生潜在危害，因而
ＶＯＣｓ
控制治
］
２３
。随着雾霾的频繁理一直是环境保护领域的热点
［
.. All Rights Reserved.
出现，以及
Ｇ
《石油炼制工业污染物排
Ｂ３１５７０
—
２０１５
放标准》和
Ｇ
《石油化学工业污染物排
Ｂ３１５７１
—
２０１５
的发布实施，环保要求更趋严格，放标准》
ＶＯＣｓ
减排
吸附回收仍是
ＶＯ
压力陡增。目前，
Ｃｓ
末端治理的主
要技术措施之一。
活性炭是用生物有机物质经过炭化、活化等工序
４
］
，具有丰富的孔隙结构，巨大制成的一种无定形炭
［
图
１
油气回收装置流程
完成活性炭再生。
油气分离吸收：在分离器内实现气液分离，真空
泵封液循环使用，油气提浓后进入吸收塔下部，与塔
汽油）逆向传质传热，被吸收后送顶喷淋而下的贫液（
未吸收的少量油气返回活性炭罐入口。出装置，
两台交替吸附、再生的活性炭罐是本装置关键
设备。
的比表面积，良好的吸附性能和稳定的化学性质，是
［］
目前治理
ＶＯＣｓ
污染的首选吸附剂
５
。
１
石脑油火车装车油气回收装置工艺
石脑油装车油气回收装置采取活性炭吸附—真
空脱附—贫液吸收的工艺路线，包括三个过程。油气
回收装置流程见图
１
。
油气吸附：槽车口收集的混合气体自压进入两个
交替切换的活性炭罐，油气被活性炭吸附，空气自排
放口排出。
油气脱附（活性炭再生）：吸附饱和的活性炭，由
一台两级液环真空泵抽真空，将油气抽送自分离罐，
２
活性炭更换及预处理
活性炭使用寿命一般不超过
１０
年。本次更换活
性炭包括三个过程：活性炭清除、活性炭装填和活性
炭预处理。
２．１
活性炭清除
活性炭罐规格：内径）筒体高
２．６ｍ
（
×３．６ｍ
（
３
度），容积
２
。在清除作业时严禁人员进罐，只能
３ｍ
从人孔处清除活性炭。
王振勇，华东）过程装备与控制工程专业，现在中国石油天然气股份有限公司大连石化分公司从事生产管理工作。通
２００６
年毕业于中国石油大学（
信地址：辽宁省大连市甘井子区山中街
１
号，
１１６０３２
·
４４
·
油气田环境保护·技术研究
Ｖｏｌ．２８
Ｎｏ．１０
２．１．１
排净油气
为防止活性炭吸附大量油气，在清理作业或废物
处置阶段，导致燃烧、异味等，清炭作业前对炭罐多次
手动抽真空脱附，并将解吸油气送入吸收塔由贫液吸
收，防止污染环境。
２．１．２
系统隔离
在活性炭罐出入口安装盲板，将活性炭罐与系统
彻底隔离，防止施工作业过程中因阀门内漏造成油气
窜入炭罐。
２．１．３
氮气吹扫
为了降低活性炭床的油气浓度，接入氮气对床层
进行吹扫。因为炭罐的最高工作压力
≤
０．１８ＭＰａ
，
吹扫过程中，要严格控制氮气量和吹扫压力，防止炭
罐超压，可以采取延长吹扫时间的方式，保证吹扫
效果。
２．１．４
清除旧炭
在人孔外地面处做好遮盖，打开人孔后活性炭将
自动卸出，为防止倾泻而出，在解开人孔盖螺栓时，留
１
～
２
个螺栓用于控制人孔开度，保证卸炭作业平稳
可控。当活性炭不能自行卸出时，方可完全打开人
孔，使用防爆耙子，将剩余活性炭清除干净。卸出的
活性炭立即装车运离现场。
２．２
活性炭装填
２．２．１
罐内附件检查
炭罐底部的支撑网是罐内重要附件，起到承托活
性炭，防止炭粒堵塞管线或进入真空泵等作用，装填
活性炭前必须认真检查，确保完好。炭罐内格栅见
图
２
。
图
２
炭罐内格栅（在侧人孔处向内拍摄）
２．２．２
填装活性炭
活性炭由炭罐上封头处的填装口，借助漏斗加
入，依靠自身重力自然堆积，直至炭罐装满。填装过
程中禁止挤压、人为夯实等，以防止活性炭粉末化。
活性炭的填装量决定了油气回收装置的处理能力。
因活性炭结构松散，待自然沉降后可再次装入，静置
时间一般不应小于
６
周。
２．３
活性炭预处理
２．３．１
预处理工艺要求
活性炭可分为粉状活性炭和成型活性炭，粉状活
性炭耐磨强度与耐压强度都很弱，使用、运输极为不
便，容易造成粉尘污染。相对于粉状活性炭，成型活
性炭具有以下优点：
①
具有一定的形状和尺寸，且易
于调变和加工；
②
密度和强度较高，且无粉尘污染；
③
单位体积的吸附量远高于粉状活性炭
［
６
］
。成型活性
炭根据形貌又可分为球形炭、柱状炭和无定型炭
［
７
］
，
如图
３
所示。柱状炭和球形炭多为黏结成型，无定型
炭多为破碎炭。
图
３
球型炭（左）、柱状炭（中）、无定型炭（右）
为了提高
ＶＯＣｓ
吸附效率，降低活性炭床层压
降，本次更换的是荷兰诺瑞特公司（
ＮＯＲＩＴＮｅｄｅｒ
ｌａｎｄＢ．Ｖ．
）的煤基柱状活性炭，粒径约为
３．８ｍｍ
，主
要性质指标见表
１
。
表
１
活性炭产品质量分析报告
性能逻辑值质量指标检测结果
外形—见注合格
原料—重组煤合格
碘值／（
ｍ
ｇ
／
ｇ
）
ｍｉｎ１０００１０３２
表观密度／（
ｋ
ｇ
／
ｍ
３
）
ｍａｘ４６０５４２
水含量／
％
（
ｍ
）
ｍａｘ２１．５
水溶物／
％
（
ｍ
）
ｍａｘ０．５０．３２
磨损值／
％
（
ｍ
）
ｍｉｎ７５７８
总灰分／
％
（
ｍ
）
ｍａｘ９７．３
注：黑色的无臭、无味颗粒，不溶于水和有机溶剂，在没有火焰的红热
下燃烧。
在活性炭吸附油气的过程中，会放出大量的热，
所以控制活性炭床层温度是关键，工业上也出现过飞
温现象
［
８
］
。飞温不仅会造成活性炭吸附能力的大幅
下降，还会带来较大安全风险，容易引起罐内阴燃。
为此，新装填的活性炭一般都要预处理，即适度钝化，
.. All Rights Reserved.
ＶＯＣｓ
吸附剂活性炭的更换及预处理过程分析
０１８
年
１０
月
王振勇等：
２
·
４５
·
降低吸附活性。
钝化前，首先要建立汽油（贫富液）循环，贫液由
供给泵送至吸收塔，富液在吸收塔底部积聚，经返回
泵送出装置。汽油从吸收塔上部喷淋而下的过程中
产生低浓度油气，经由油气返回线到达活性炭罐入
口，启动真空泵，形成压差，帮助油气克服床层流通
阻力，建立油气循环，实现油气与活性炭的接触
吸附。
钝化过程中，通过控制油气的吸附量来控制吸附
温度
≤
１２０℃
（正常操作温度
≤
６５℃
）。如果出现温升
过快或极端高温，应立即停止油气循环，充氮气降温，
紧急情况下也可充水降温，且充水前要打开活性炭罐
排空阀，以排出水蒸汽。一般不建议充水，原因有二：
一是充水会产生蒸汽，体积膨胀，操作不当容易造成
炭罐超压，二是活性炭的吸附性能受水蒸汽影响较
大。水蒸汽易与活性炭表面的极性亲水位点（如含氧
官能团）键合，并在活性炭表面聚集，形成水分子簇，
覆盖活性炭表面非极性位点而导致其对目标物吸附
动力学速率降低、吸附量减少
［
９
］
。
２．３．２
预处理操作流程
①
隔离。活性炭罐出口排空管线堵盲板，将系统
与大气隔离。
②
手动操作。拆除活性炭罐出入口电动蝶阀继
电器，解除
ＰＬＣ
程序控制，实现阀门手动操作。
③
装置气密。因为活性炭罐操作压力较低，采取
正压气密效果不好，一般采用负压气密。通过真空泵
对炭罐抽真空，在真空度
９３．１ｋＰａ
时停车，且真空度
在
１ｈ
内应无明显变化。
④
氮气置换。先向活性炭罐缓慢注入氮气破真
空，当压力接近大气压时，向其余部分注入氮气，排净
系统内空气，形成氮气微正压环境，为引油气创造安
全条件。
⑤
流程贯通。手动操作各阀门，确保流程正确，
然后按下“复位”按钮清除所有故障，通过
ＰＬＣ
系统
访问活性炭循环画面，按下“
ＰＵＳＨＴＯＤＯＴＨＥ
ＣＡＲＢＯＮＬＯＯＰ
”按钮，此时汽油供给泵和返回泵启
动，建立汽油循环。同时，真空泵也启动，对炭罐抽真
空，当炭罐真空度达到
８９．７ｋＰａ
时，打开入口阀门，
引入油气（真空度数值会急速降低
３
～
１０ｋＰａ
，属正常
现象），建立油气循环。
⑥
参数记录。每半小时记录活性炭罐温度、真空
度。随着钝化进行，系统真空度会有所降低，但应保
证真空度
≥
５７ｋＰａ
，防止真空泵电机超负荷。可在汽
油供给泵、返回泵不停泵的基础上，切换至抽真空流
程，对炭罐再次抽真空，并通过真空泵出口线，少量排
出系统内气相。
表
２
真空泵入口压力与电机电流对应关系
泵入口真空度／
ｋＰａ
泵电机电流／
Ａ
０２２０
５５．５１４０
８０．３１１２
８３．０１０９
⑦
循环运行至少
１５ｈ
后，改变循环方向再运行
５ｈ
。在钝化过程中，活性炭罐温度会先上升、再下
降，当温度越过最高点，再次回到接近环境温度或装
置内汽油温度时，活性炭预处理完成。
．３．３
活性炭预处理
活性炭预处理采用两台罐串联，油气从
Ｂ５２０
罐
底部进、
Ｂ５３０
罐底部出，循环
１５ｈ
后反转流程，油气
从
Ｂ５３０
罐底部进、
Ｂ５２０
罐底部出，为了表述方便，定
义“
Ｂ５２０
罐进、
Ｂ５３０
罐出”为过程一，“
Ｂ５３０
罐进、
５２０
罐出”为过程二，示意流程见图
４
。
图
４
油气进、出活性炭罐流程
在过程一中，
Ｂ５２０
罐底部活性炭首先接触到油
气，出现温升，中部、上部温升相对依次延后。吸附过
程温度变化是先升高，达到高点后开始下降，最后趋
于常温。典型温变曲线见图
５
。
图
５
活性炭床层中部温度变化趋势
在整个预处理过程中，活性炭罐的真空度在不断
１
２
Ｂ
.. All Rights Reserved.
·
４６
·
油气田环境保护·技术研究
Ｖｏｌ．２８
Ｎｏ．１０
下降，床层压力缓慢升高。真空度趋势线见图
６
。
图
６
活性炭罐真空度变化趋势
在真空度降低到一定程度后，打开真空泵出口放
空阀，将系统内气相部分排出，真空度会很快恢复，图
６
中
１４
：
００
、
２０
：
００
两次真空度跃升，即是通过该办法
实现的。分析原因，可能是低浓度油气中含有一定量
的
Ｃ
２
组分，随着油气循环逐渐积聚增多，导致活性炭
罐压力上升。由相似相溶原理可知，该部分油气被汽
油吸收的量较少；查阅相关文献，李立清等
［
１０
］
以甲
苯、丙酮、二甲苯为吸附质，研究
ＶＯＣｓ
物性对活性炭
吸附行为的影响，实验结果显示，吸附量依次为：二甲
苯
＞
甲苯
＞
丙酮。李氏据此得出：活性炭对有机气体
的吸附量随着吸附质的分子量、分子动力学直径、沸
点、密度的增大而增大，且呈现良好的正线性关系。
可见，该部分油气被活性炭吸附的量也较小。
２．３．４
真空泵电动机超电流问题分析
现象描述：首次启动真空泵时，炭罐真空度始终
无法建立，且检测真空泵电动机电流超过
２２０Ａ
，额
定电流
１６６Ａ
，超出约
３０％
。
原因分析：启动真空泵前，系统处于氮气为微正
压环境，且氮气无法被汽油吸收，始终在系统内循环，
炭罐内无法形成真空。
解决方法：首次对活性炭罐抽真空时，多次开关
真空泵出口排空阀，排净系统内氮气。
实际操作：按照上述办法操作后，真空度顺利建
立。遗憾的是，在打开排空阀时，未采样测定气体组
分，以证实或证伪该结论。
３
活性炭实际吸附效果
石脑油装车属于间断操作，有装车任务时同步启
动油气回收，装置设计活性炭罐温度
≤
６５℃
，出口油
气排放浓度
≤
１０
ｇ
／
ｍ
３
。截至
２０１８
年
６
月底装置已
运行
７
个月，总计
３３４ｈ
，装运槽车
１３８０
辆，出入口
对比采样
１９
批次、
５０
组，每组含出入口样品各
１
个。
对比换剂前后活性炭罐的最高温度，发现换剂后
的最高温度都有所下降，具体见表
３
。由此可见，新
剂吸附温度降低，吸附能力强，单位体积活性炭的吸
附量会更大。
表
３
换剂前后炭罐最高温度对比
炭罐名称最高温度／
℃
出现日期
Ｂ５２０４８２０１７．６．２５
Ｂ５２０３１２０１８．６．３０
Ｂ５３０４８２０１７．６．２５
Ｂ５３０３４２０１８．６．３０
装置投用首月，采样
４
批次、
９
组，其中前
３
批次、
组样品的出口油气排放浓度超过
１０
ｇ
／
ｍ
３
，最大值
７．８０
ｇ
／
ｍ
３
，装置运行不稳定。从
２０１８
年
１
月起，采
样
４１
组，其中只有
４
组样品出口油气排放浓度超过
０
ｇ
／
ｍ
３
，最大值
２５．８０
ｇ
／
ｍ
３
，其余均合格，且有
２９
组
处于
５
ｇ
／
ｍ
３
以下，装置运行非常平稳，活性炭罐温度
也处于理想范围内。
根据相关规范
［
１１
］
要求，采样检测时的环境温度
≥
２０℃
，因天气条件所限，只有最近
９
组是在温度
≥
０℃
的条件下采集的，采样时环境温度低，油品挥发
量小，装置入口油气浓度也低。查阅中国天气网，
０１８
年
２
，
３
，
６
三个月，大连地区平均气温分别是
０
，
，
２０．５℃
。相应的，装置入口油气浓度采样平均值分
别是
５８．３
，
１０４．１
，
２４１．０
ｇ
／
ｍ
３
，而出口油气浓度与环
境温度的关联度不大。可见，环境温度对入口油气浓
度的影响非常大。
２０１８
年
６
月份采样
１２
组，计算油气回收率大于
７％
的
７
组，大于
９３％
的
２
组，
８５％
左右的
２
组，最低
只有
７７．５％
。
１２
组样品中，出口油气浓度变化不大，
但入口油气浓度变化非常大（最大值
６２４．０
ｇ
／
ｍ
３
，最
小值
７７．２
ｇ
／
ｍ
３
），导致油气回收率波动较大，目前正
在查找入口油气浓度波动的确切原因。
结束语
活性炭钝化预处理过程中，关键参数是温度，在
活性炭床层不超温的前提下，调整油气循环量、炭罐
真空度等，做到钝化过程平稳受控。同时，要提前编
制针对超温的专项预案，防止出现安全事故。
目前油气回收装置的真空泵大多已改用双螺杆
干式真空泵，且配套变频电机，可通过真空度大小，随
时调节通过活性炭床层的油气流量，使得操作过程更
容易控制，可避免超负荷现象。
（下转第
５６
页）
６
５
１
.. All Rights Reserved.
２
２
５
９
４
·
５６
·
油气田环境保护·环境监测
Ｖｏｌ．２８
Ｎｏ．１０
化学中的应用
［
冶金分析
，Ｊ２００４，２４２３０３６．
］
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［］固体废物金属元素的测定电感耦合等离
６
环境保护部
．
子体质谱法
：
北京
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ＨＪ７６６
—
２０１５Ｓ
［］
．
社
，２０１５．
［］提高钻井废弃泥浆中重金属检测精度方法研究
７
刘诗成
．
北京
：
中国石油大学
，２０１３：５４．Ｄ
［］
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［］曹淑琴
，
曾宪津
．
电感耦合等离子体质谱方法在
８
陈杭亭
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分析化学
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生物样品分析中的应用
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微波消解测定食品中金属
１２
元素的方法探讨
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学工业出版社，
２００５
：
７２．
（收稿日期
２
）
０１７１２２６
（编辑
王薇）
Ｈ
２
ＯＨＦ
混合酸体系微波消解
②
采用
ＨＮＯ
３２
含油固体废物样品，能够实现样品的完全消解；采
０３
用
１
能够有效校正含油固体废物
Ｒｈ
作为内标元素，
样品基体干扰；
ＩＣＰＭＳ
测定含油
③
本文建立了一种微波消解
该方法耗酸量少，固体废物中
１０
中金属元素的方法，
灵敏度高，快速准确，能够应用于含油固体废物中金
属元素的测定。
［］凌生弼
，
汪金泸
，
等
．
废钻井液对环境影响分析
１
毕道金
，
及处理方法
［
油气田环境保护
，Ｊ２０００，１０３２７２９．
］
．
（）
：
［］
２ＯＨＮＥＰＡＵＬＳＥＮ，ＪＯＮＡＴＨＡＮＧＥＴＬＩＦＦ，ＲＯＡＬＤ
Ｊ
ＳＯＲＨＥＩＭ．Ｖｅｒｉｃｏｍｏｓｔｉｎｎｄｂｅｓｔａｖａｉｌａｂｌｅｔｅｃｈｎｉｕｅ
ｐｇ
ａ
ｑ
ｆｏｒｏｉｌｒｉｌｌｉｎａｓｔｅｍａｎａｅｍｅｎｔｉｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌ
ｙ
ｄ
ｇ
ｗ
ｇｙ
ｓｅｎｓｉｔｉｖｅａｒｅａｓＣＳＰＥ８６７３０，２００４，３．
［］
．
［］田絗
，
封跃鹏
，
等
．
微波消解电感耦合等离子体
３
周裕敏
，
质谱法测定煤飞灰中
１
冶金分析
，Ｊ４
种金属元素
［］
．
２０１６，３６９４２４６．
（）
：
［］谭菊
，
吴银菊
，
等
．
土壤重金属含量测定不同消
４
龙加洪
，
解方法比较研究
［
中国环境监测
，Ｊ２０１３，２９１
］
．
（）
：
.. All Rights Reserved.
１２３１２６．
［］谷学新
，
范国强
，
等
．
微波消解技术及其在分析
５
周勇义
，
檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯
（上接第
４６
页）
换剂后装置运行平稳，基
从实际运行情况来看，
本实现了无人值守，出口油气排放浓度较低，符合采
样条件下的油气回收率，也满足
Ｇ
石
Ｂ３１５７０
—
２０１５
《
油炼制工业污染物排放标准》和
Ｇ
石
Ｂ３１５７１
—
２０１５
《
要求。油化学工业污染物排放标准》
参考文献
［］国家质量监督检验检疫总局
．
石油炼制工
１
环境保护部
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（收稿日期
２
）
０１８０６２７
（编辑
王蕊）
2024年4月16日发(作者：乐子琳)
油
气
田
环
境
保
护
·
４３
·
０１８
年
１０
月
ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮＯＦＯＩＬ＆ＧＡＳＦＩＥＬＤＳｏｌ．２８
Ｎｏ．５
２
Ｖ
ＶＯＣｓ
吸附剂活性炭的更换及预处理过程分析
王振勇
刘巍
（中国石油天然气股份有限公司大连石化分公司）
摘
要
文章以石脑油火车装车油气回收装置为例，简单介绍了挥发性有机物“吸附
＋
吸收”的工艺处理
通过作业步骤解析、风险因素辨识、控制手段选取等，提出了相对合流程。针对活性炭罐的换剂及预处理操作，
理、安全、高效的操作规程。详细阐述活性炭预处理（钝化）的工艺要求和操作流程、重点就温度的控制和预处
提出了解决办法，跟踪评价了活性炭的吸附效果，具有一定的借鉴意义。理过程中出现的其他问题，
关键词
挥发性有机物；活性炭；钝化；温度控制
：／（）
ＤＯＩ１０．３９６９．ｉｓｓｎ．１００５３１５８．２０１８．０５．０１３
文章编号：
１００５３１５８２０１８０５００４３０４
ｊ
０
引
言
挥发性有机物（）是一类有机化合物的统
ＶＯＣｓ
］
１
规定：称。我国相关标准
［
ＶＯＣｓ
是指能参与大气光
化学反应的有机化合物，或者根据规定的方法测量或
核算确定的有机化合物。石化行业排放的废气是
例如汽油、石脑油等轻质油品装
ＶＯＣｓ
的重要来源，
卸过程中，产生的挥发性有机气体。
ＶＯＣｓ
污染对生
态环境和人体健康产生潜在危害，因而
ＶＯＣｓ
控制治
］
２３
。随着雾霾的频繁理一直是环境保护领域的热点
［
.. All Rights Reserved.
出现，以及
Ｇ
《石油炼制工业污染物排
Ｂ３１５７０
—
２０１５
放标准》和
Ｇ
《石油化学工业污染物排
Ｂ３１５７１
—
２０１５
的发布实施，环保要求更趋严格，放标准》
ＶＯＣｓ
减排
吸附回收仍是
ＶＯ
压力陡增。目前，
Ｃｓ
末端治理的主
要技术措施之一。
活性炭是用生物有机物质经过炭化、活化等工序
４
］
，具有丰富的孔隙结构，巨大制成的一种无定形炭
［
图
１
油气回收装置流程
完成活性炭再生。
油气分离吸收：在分离器内实现气液分离，真空
泵封液循环使用，油气提浓后进入吸收塔下部，与塔
汽油）逆向传质传热，被吸收后送顶喷淋而下的贫液（
未吸收的少量油气返回活性炭罐入口。出装置，
两台交替吸附、再生的活性炭罐是本装置关键
设备。
的比表面积，良好的吸附性能和稳定的化学性质，是
［］
目前治理
ＶＯＣｓ
污染的首选吸附剂
５
。
１
石脑油火车装车油气回收装置工艺
石脑油装车油气回收装置采取活性炭吸附—真
空脱附—贫液吸收的工艺路线，包括三个过程。油气
回收装置流程见图
１
。
油气吸附：槽车口收集的混合气体自压进入两个
交替切换的活性炭罐，油气被活性炭吸附，空气自排
放口排出。
油气脱附（活性炭再生）：吸附饱和的活性炭，由
一台两级液环真空泵抽真空，将油气抽送自分离罐，
２
活性炭更换及预处理
活性炭使用寿命一般不超过
１０
年。本次更换活
性炭包括三个过程：活性炭清除、活性炭装填和活性
炭预处理。
２．１
活性炭清除
活性炭罐规格：内径）筒体高
２．６ｍ
（
×３．６ｍ
（
３
度），容积
２
。在清除作业时严禁人员进罐，只能
３ｍ
从人孔处清除活性炭。
王振勇，华东）过程装备与控制工程专业，现在中国石油天然气股份有限公司大连石化分公司从事生产管理工作。通
２００６
年毕业于中国石油大学（
信地址：辽宁省大连市甘井子区山中街
１
号，
１１６０３２
·
４４
·
油气田环境保护·技术研究
Ｖｏｌ．２８
Ｎｏ．１０
２．１．１
排净油气
为防止活性炭吸附大量油气，在清理作业或废物
处置阶段，导致燃烧、异味等，清炭作业前对炭罐多次
手动抽真空脱附，并将解吸油气送入吸收塔由贫液吸
收，防止污染环境。
２．１．２
系统隔离
在活性炭罐出入口安装盲板，将活性炭罐与系统
彻底隔离，防止施工作业过程中因阀门内漏造成油气
窜入炭罐。
２．１．３
氮气吹扫
为了降低活性炭床的油气浓度，接入氮气对床层
进行吹扫。因为炭罐的最高工作压力
≤
０．１８ＭＰａ
，
吹扫过程中，要严格控制氮气量和吹扫压力，防止炭
罐超压，可以采取延长吹扫时间的方式，保证吹扫
效果。
２．１．４
清除旧炭
在人孔外地面处做好遮盖，打开人孔后活性炭将
自动卸出，为防止倾泻而出，在解开人孔盖螺栓时，留
１
～
２
个螺栓用于控制人孔开度，保证卸炭作业平稳
可控。当活性炭不能自行卸出时，方可完全打开人
孔，使用防爆耙子，将剩余活性炭清除干净。卸出的
活性炭立即装车运离现场。
２．２
活性炭装填
２．２．１
罐内附件检查
炭罐底部的支撑网是罐内重要附件，起到承托活
性炭，防止炭粒堵塞管线或进入真空泵等作用，装填
活性炭前必须认真检查，确保完好。炭罐内格栅见
图
２
。
图
２
炭罐内格栅（在侧人孔处向内拍摄）
２．２．２
填装活性炭
活性炭由炭罐上封头处的填装口，借助漏斗加
入，依靠自身重力自然堆积，直至炭罐装满。填装过
程中禁止挤压、人为夯实等，以防止活性炭粉末化。
活性炭的填装量决定了油气回收装置的处理能力。
因活性炭结构松散，待自然沉降后可再次装入，静置
时间一般不应小于
６
周。
２．３
活性炭预处理
２．３．１
预处理工艺要求
活性炭可分为粉状活性炭和成型活性炭，粉状活
性炭耐磨强度与耐压强度都很弱，使用、运输极为不
便，容易造成粉尘污染。相对于粉状活性炭，成型活
性炭具有以下优点：
①
具有一定的形状和尺寸，且易
于调变和加工；
②
密度和强度较高，且无粉尘污染；
③
单位体积的吸附量远高于粉状活性炭
［
６
］
。成型活性
炭根据形貌又可分为球形炭、柱状炭和无定型炭
［
７
］
，
如图
３
所示。柱状炭和球形炭多为黏结成型，无定型
炭多为破碎炭。
图
３
球型炭（左）、柱状炭（中）、无定型炭（右）
为了提高
ＶＯＣｓ
吸附效率，降低活性炭床层压
降，本次更换的是荷兰诺瑞特公司（
ＮＯＲＩＴＮｅｄｅｒ
ｌａｎｄＢ．Ｖ．
）的煤基柱状活性炭，粒径约为
３．８ｍｍ
，主
要性质指标见表
１
。
表
１
活性炭产品质量分析报告
性能逻辑值质量指标检测结果
外形—见注合格
原料—重组煤合格
碘值／（
ｍ
ｇ
／
ｇ
）
ｍｉｎ１０００１０３２
表观密度／（
ｋ
ｇ
／
ｍ
３
）
ｍａｘ４６０５４２
水含量／
％
（
ｍ
）
ｍａｘ２１．５
水溶物／
％
（
ｍ
）
ｍａｘ０．５０．３２
磨损值／
％
（
ｍ
）
ｍｉｎ７５７８
总灰分／
％
（
ｍ
）
ｍａｘ９７．３
注：黑色的无臭、无味颗粒，不溶于水和有机溶剂，在没有火焰的红热
下燃烧。
在活性炭吸附油气的过程中，会放出大量的热，
所以控制活性炭床层温度是关键，工业上也出现过飞
温现象
［
８
］
。飞温不仅会造成活性炭吸附能力的大幅
下降，还会带来较大安全风险，容易引起罐内阴燃。
为此，新装填的活性炭一般都要预处理，即适度钝化，
.. All Rights Reserved.
ＶＯＣｓ
吸附剂活性炭的更换及预处理过程分析
０１８
年
１０
月
王振勇等：
２
·
４５
·
降低吸附活性。
钝化前，首先要建立汽油（贫富液）循环，贫液由
供给泵送至吸收塔，富液在吸收塔底部积聚，经返回
泵送出装置。汽油从吸收塔上部喷淋而下的过程中
产生低浓度油气，经由油气返回线到达活性炭罐入
口，启动真空泵，形成压差，帮助油气克服床层流通
阻力，建立油气循环，实现油气与活性炭的接触
吸附。
钝化过程中，通过控制油气的吸附量来控制吸附
温度
≤
１２０℃
（正常操作温度
≤
６５℃
）。如果出现温升
过快或极端高温，应立即停止油气循环，充氮气降温，
紧急情况下也可充水降温，且充水前要打开活性炭罐
排空阀，以排出水蒸汽。一般不建议充水，原因有二：
一是充水会产生蒸汽，体积膨胀，操作不当容易造成
炭罐超压，二是活性炭的吸附性能受水蒸汽影响较
大。水蒸汽易与活性炭表面的极性亲水位点（如含氧
官能团）键合，并在活性炭表面聚集，形成水分子簇，
覆盖活性炭表面非极性位点而导致其对目标物吸附
动力学速率降低、吸附量减少
［
９
］
。
２．３．２
预处理操作流程
①
隔离。活性炭罐出口排空管线堵盲板，将系统
与大气隔离。
②
手动操作。拆除活性炭罐出入口电动蝶阀继
电器，解除
ＰＬＣ
程序控制，实现阀门手动操作。
③
装置气密。因为活性炭罐操作压力较低，采取
正压气密效果不好，一般采用负压气密。通过真空泵
对炭罐抽真空，在真空度
９３．１ｋＰａ
时停车，且真空度
在
１ｈ
内应无明显变化。
④
氮气置换。先向活性炭罐缓慢注入氮气破真
空，当压力接近大气压时，向其余部分注入氮气，排净
系统内空气，形成氮气微正压环境，为引油气创造安
全条件。
⑤
流程贯通。手动操作各阀门，确保流程正确，
然后按下“复位”按钮清除所有故障，通过
ＰＬＣ
系统
访问活性炭循环画面，按下“
ＰＵＳＨＴＯＤＯＴＨＥ
ＣＡＲＢＯＮＬＯＯＰ
”按钮，此时汽油供给泵和返回泵启
动，建立汽油循环。同时，真空泵也启动，对炭罐抽真
空，当炭罐真空度达到
８９．７ｋＰａ
时，打开入口阀门，
引入油气（真空度数值会急速降低
３
～
１０ｋＰａ
，属正常
现象），建立油气循环。
⑥
参数记录。每半小时记录活性炭罐温度、真空
度。随着钝化进行，系统真空度会有所降低，但应保
证真空度
≥
５７ｋＰａ
，防止真空泵电机超负荷。可在汽
油供给泵、返回泵不停泵的基础上，切换至抽真空流
程，对炭罐再次抽真空，并通过真空泵出口线，少量排
出系统内气相。
表
２
真空泵入口压力与电机电流对应关系
泵入口真空度／
ｋＰａ
泵电机电流／
Ａ
０２２０
５５．５１４０
８０．３１１２
８３．０１０９
⑦
循环运行至少
１５ｈ
后，改变循环方向再运行
５ｈ
。在钝化过程中，活性炭罐温度会先上升、再下
降，当温度越过最高点，再次回到接近环境温度或装
置内汽油温度时，活性炭预处理完成。
．３．３
活性炭预处理
活性炭预处理采用两台罐串联，油气从
Ｂ５２０
罐
底部进、
Ｂ５３０
罐底部出，循环
１５ｈ
后反转流程，油气
从
Ｂ５３０
罐底部进、
Ｂ５２０
罐底部出，为了表述方便，定
义“
Ｂ５２０
罐进、
Ｂ５３０
罐出”为过程一，“
Ｂ５３０
罐进、
５２０
罐出”为过程二，示意流程见图
４
。
图
４
油气进、出活性炭罐流程
在过程一中，
Ｂ５２０
罐底部活性炭首先接触到油
气，出现温升，中部、上部温升相对依次延后。吸附过
程温度变化是先升高，达到高点后开始下降，最后趋
于常温。典型温变曲线见图
５
。
图
５
活性炭床层中部温度变化趋势
在整个预处理过程中，活性炭罐的真空度在不断
１
２
Ｂ
.. All Rights Reserved.
·
４６
·
油气田环境保护·技术研究
Ｖｏｌ．２８
Ｎｏ．１０
下降，床层压力缓慢升高。真空度趋势线见图
６
。
图
６
活性炭罐真空度变化趋势
在真空度降低到一定程度后，打开真空泵出口放
空阀，将系统内气相部分排出，真空度会很快恢复，图
６
中
１４
：
００
、
２０
：
００
两次真空度跃升，即是通过该办法
实现的。分析原因，可能是低浓度油气中含有一定量
的
Ｃ
２
组分，随着油气循环逐渐积聚增多，导致活性炭
罐压力上升。由相似相溶原理可知，该部分油气被汽
油吸收的量较少；查阅相关文献，李立清等
［
１０
］
以甲
苯、丙酮、二甲苯为吸附质，研究
ＶＯＣｓ
物性对活性炭
吸附行为的影响，实验结果显示，吸附量依次为：二甲
苯
＞
甲苯
＞
丙酮。李氏据此得出：活性炭对有机气体
的吸附量随着吸附质的分子量、分子动力学直径、沸
点、密度的增大而增大，且呈现良好的正线性关系。
可见，该部分油气被活性炭吸附的量也较小。
２．３．４
真空泵电动机超电流问题分析
现象描述：首次启动真空泵时，炭罐真空度始终
无法建立，且检测真空泵电动机电流超过
２２０Ａ
，额
定电流
１６６Ａ
，超出约
３０％
。
原因分析：启动真空泵前，系统处于氮气为微正
压环境，且氮气无法被汽油吸收，始终在系统内循环，
炭罐内无法形成真空。
解决方法：首次对活性炭罐抽真空时，多次开关
真空泵出口排空阀，排净系统内氮气。
实际操作：按照上述办法操作后，真空度顺利建
立。遗憾的是，在打开排空阀时，未采样测定气体组
分，以证实或证伪该结论。
３
活性炭实际吸附效果
石脑油装车属于间断操作，有装车任务时同步启
动油气回收，装置设计活性炭罐温度
≤
６５℃
，出口油
气排放浓度
≤
１０
ｇ
／
ｍ
３
。截至
２０１８
年
６
月底装置已
运行
７
个月，总计
３３４ｈ
，装运槽车
１３８０
辆，出入口
对比采样
１９
批次、
５０
组，每组含出入口样品各
１
个。
对比换剂前后活性炭罐的最高温度，发现换剂后
的最高温度都有所下降，具体见表
３
。由此可见，新
剂吸附温度降低，吸附能力强，单位体积活性炭的吸
附量会更大。
表
３
换剂前后炭罐最高温度对比
炭罐名称最高温度／
℃
出现日期
Ｂ５２０４８２０１７．６．２５
Ｂ５２０３１２０１８．６．３０
Ｂ５３０４８２０１７．６．２５
Ｂ５３０３４２０１８．６．３０
装置投用首月，采样
４
批次、
９
组，其中前
３
批次、
组样品的出口油气排放浓度超过
１０
ｇ
／
ｍ
３
，最大值
７．８０
ｇ
／
ｍ
３
，装置运行不稳定。从
２０１８
年
１
月起，采
样
４１
组，其中只有
４
组样品出口油气排放浓度超过
０
ｇ
／
ｍ
３
，最大值
２５．８０
ｇ
／
ｍ
３
，其余均合格，且有
２９
组
处于
５
ｇ
／
ｍ
３
以下，装置运行非常平稳，活性炭罐温度
也处于理想范围内。
根据相关规范
［
１１
］
要求，采样检测时的环境温度
≥
２０℃
，因天气条件所限，只有最近
９
组是在温度
≥
０℃
的条件下采集的，采样时环境温度低，油品挥发
量小，装置入口油气浓度也低。查阅中国天气网，
０１８
年
２
，
３
，
６
三个月，大连地区平均气温分别是
０
，
，
２０．５℃
。相应的，装置入口油气浓度采样平均值分
别是
５８．３
，
１０４．１
，
２４１．０
ｇ
／
ｍ
３
，而出口油气浓度与环
境温度的关联度不大。可见，环境温度对入口油气浓
度的影响非常大。
２０１８
年
６
月份采样
１２
组，计算油气回收率大于
７％
的
７
组，大于
９３％
的
２
组，
８５％
左右的
２
组，最低
只有
７７．５％
。
１２
组样品中，出口油气浓度变化不大，
但入口油气浓度变化非常大（最大值
６２４．０
ｇ
／
ｍ
３
，最
小值
７７．２
ｇ
／
ｍ
３
），导致油气回收率波动较大，目前正
在查找入口油气浓度波动的确切原因。
结束语
活性炭钝化预处理过程中，关键参数是温度，在
活性炭床层不超温的前提下，调整油气循环量、炭罐
真空度等，做到钝化过程平稳受控。同时，要提前编
制针对超温的专项预案，防止出现安全事故。
目前油气回收装置的真空泵大多已改用双螺杆
干式真空泵，且配套变频电机，可通过真空度大小，随
时调节通过活性炭床层的油气流量，使得操作过程更
容易控制，可避免超负荷现象。
（下转第
５６
页）
６
５
１
.. All Rights Reserved.
２
２
５
９
４
·
５６
·
油气田环境保护·环境监测
Ｖｏｌ．２８
Ｎｏ．１０
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０１７１２２６
（编辑
王薇）
Ｈ
２
ＯＨＦ
混合酸体系微波消解
②
采用
ＨＮＯ
３２
含油固体废物样品，能够实现样品的完全消解；采
０３
用
１
能够有效校正含油固体废物
Ｒｈ
作为内标元素，
样品基体干扰；
ＩＣＰＭＳ
测定含油
③
本文建立了一种微波消解
该方法耗酸量少，固体废物中
１０
中金属元素的方法，
灵敏度高，快速准确，能够应用于含油固体废物中金
属元素的测定。
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Ｊ
ＳＯＲＨＥＩＭ．Ｖｅｒｉｃｏｍｏｓｔｉｎｎｄｂｅｓｔａｖａｉｌａｂｌｅｔｅｃｈｎｉｕｅ
ｐｇ
ａ
ｑ
ｆｏｒｏｉｌｒｉｌｌｉｎａｓｔｅｍａｎａｅｍｅｎｔｉｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌ
ｙ
ｄ
ｇ
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ｇｙ
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（上接第
４６
页）
换剂后装置运行平稳，基
从实际运行情况来看，
本实现了无人值守，出口油气排放浓度较低，符合采
样条件下的油气回收率，也满足
Ｇ
石
Ｂ３１５７０
—
２０１５
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０１８０６２７
（编辑
王蕊）