炼油厂VOC排放控制策略_储运_废水处理_工艺尾气_冷却塔及火炬_李凌波

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42013年第10期 总第226期挥发性有机物（VOC）参与大气光化学反

应[1,2]，可形成二次有机气溶胶[3,4]，可能是雾霾

的主要来源之一。石油炼制是重要的VOC人为

排放源，排放的VOC不仅污染大气环境，也引起

加工损失。美国炼油厂VOC排放系数（VOC排放

量占炼油厂原油加工量或总产量的百分比）的

EPA排放因子估算值约为0.011％～0.032％[5]，欧

盟多家炼油厂VOC排放系数的红外遥感测量均

值约为0.18％[6]。我国《重点区域大气污染防治

“十二五”规划》已将VOC列入控制指标，要求

重点行业（包括石化业）现役源VOC排放削减

10％～18％。国务院2013年通过的《大气污染防

治行动计划》明确推进VOC污染治理，在石化等

重点行业实施VOC综合整治。

炼油厂VOC排放主要源于设备与管阀件的随

机泄漏、各类贮罐的大小呼吸与泄漏、油品装卸

逸散、污水处理系统逸散、各类工艺尾气及火炬

燃烧不完全等。这些VOC排放源数量多、分散且排

放无规则，除火炬外，均为无组织排放。欧盟油气

加工污染控制最佳可用技术参考文件[7]建议设备与管阀件泄漏、原油和产品贮罐、装卸设施和废水

处理场分别占炼油厂VOC排放总量的20％～50％、

20％～40％、5％～10％和5％～30％。国际石油工

业环境保护协会（IPIECA）的最新报告建议，设备

与管阀件泄漏、油品装运、贮罐和废水处理分别占

炼油厂VOC排放总量的40％～50％、30％～40％、

10％～15％和10％～15％[8]。欧盟多家大型综合性炼

油厂的红外遥感测量结果显示，炼油厂原油及产品

罐区、装置区（设备与管阀件泄漏）、焦化装置、

废水处理及火炬的VOC排放分别占31％～61％、

25％～33％、23％、10％～18％和2.25％～3.2％[6]。

炼油厂包括贮罐在内的VOC无组织排放无规

则，污染气象复杂多变，有必要建立从源头到厂

界的综合监控体系。我国现行排放标准对无组织

排放源的控制点主要为厂界，如《恶臭污染物排

放标准》（GB14554-1993）的厂界标准值和《大炼油厂VOC排放控制策略

—储运、废水处理、工艺尾气、冷却塔及火炬

李凌波 刘忠生 方向晨

（中国石化股份有限公司抚顺石油化工研究院，辽宁抚顺113001）

摘 要： 综述了炼油厂贮罐、油品装卸、废水处理系统、工艺尾气、循环水冷却塔及火炬等VOC排放源的控制标准与技术，并提出上述排放源VOC排放控制最佳实用技术和控制

策略。炼油厂VOC无组织排放源数量多、分散且类型复杂，目前单元控制与治理技术

基本成熟，未来将由末端分散控制与治理，向全厂复合减排与高效集成控制与治理发

展，控制规范或标准将向减排设计、无组织排放源控制与治理及厂界在线监控发展。关键词：炼油厂 VOC排放控制 贮罐 油品装卸 水处理 工艺尾气 循环水冷却塔 火炬

收稿日期：2013-10-18。作者简介：李凌波，教授级高工，主要从事石油石化环境监测及污染物组学研究工作。

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52013年第10期 总第226期气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中

无组织排放监控浓度周界外最高点值。由于厂界

监控困难，上述标准难以有效控制炼油厂VOC排

放，未来炼油厂VOC控制标准或法规将向完善设

备与管阀件泄漏、贮罐、工艺排放口，以及废水

处理系统等无组织排放源的控制、处理与排放要求

发展。

前文探讨了设备与管阀件泄漏排放控制技术

与策略[9]，本文综述贮罐、油品装卸、废水处理系

统、工艺尾气、循环水冷却塔及火炬等VOC排放

控制标准、技术与策略。

1 贮罐排放控制

贮罐是炼油厂最重要的VOC排放源或加工

损失源之一。炼油厂主要应用拱顶罐、内浮顶罐

和外浮顶罐储存原油、成品油及中间产品，其中

原油基本采用外浮顶罐贮存；汽油、石脑油、芳

烃采用内浮顶罐贮存；柴油和航煤大部分采用内

浮顶罐贮存，少量用拱顶罐贮存；储存含油废水

（液）的贮罐（如酸性水罐、碱渣罐、冷焦水罐

等）、高温贮罐（如蜡油罐、沥青罐、渣油罐

等）、油品中间罐（如粗柴油罐）及废油贮罐

（污油罐、污水处理场浮油罐和罐中罐等）基本

为拱顶罐。拱顶罐VOC排放源于呼吸损失（小呼

吸，breathing loss）和工作损失（大呼吸，working

loss），内浮顶罐和外浮顶罐VOC排放来自蒸发损

失（standing loss）和工作损失[10]。呼吸损失源于

环境温度和气压变化，蒸发损失由贮存物料通过

浮顶边缘密封、接缝及附件蒸发导致，工作损失

来自贮罐进出物料的液位变化[10]。

美国有关炼油厂VOC排放控制的法规和标准

较为完善，新源标准（NSPS）、有害空气污染物

排放标准（NESHAP）及各州法规对贮罐排放均有

要求。为减少同类工业排放控制标准的口径不一

致，并减轻工业界和政府法规管理者的负担，美

国EPA于2012年提出了贮罐及输运国家统一排放

标准[11]，未来将替代石化行业NESHAP（MACT）

和NSPS相关标准。该标准规定了贮罐的设计要

求、检查要求和排放限值，从3个方面控制贮罐

VOC排放：①根据物料的蒸气压和储存量合理选

择罐型控制VOC排放；②采用适当排放控制措施削减、回收或处理VOC；③通过泄漏检测与维修

计划防止贮罐的非正常排放。具体控制要求见表

1[1,2]。美国NSPS Subpart OOOO最新要求油气生产

和储运过程中VOC排放超过6吨/年的贮罐需采取控

制措施，至少减排VOC 95％[13]。该标准预示美国

炼油厂的大型贮罐未来可能需安装VOC控制与处

理装置。贮罐VOC排放常用控制技术见表2[7,8]，由

表2可知：控制浮顶罐VOC排放最有效的手段是改

进浮顶密封，控制拱顶罐VOC排放最有效的手段

是安装排放气密闭处理装置或蒸气平衡系统。同

等储存条件下，拱顶罐VOC排放量大大高于浮顶

罐，是炼油厂VOC排放控制的重点。炼油厂拱顶

罐不仅排放烃类和苯系物，通常也排放硫化氢和

有机硫化物等异味污染物，某炼油厂酸性水罐、

高温蜡油罐、污油罐、碱渣罐、油品中间罐和冷

焦水罐等拱顶罐约占其臭味排放量的80%[14]。抚

顺石油化工研究院开发的气体减排及低温馏分油

吸收/碱洗技术已广泛用于上述拱顶罐VOC和异味

减排与综合治理[15-17]。值得关注的是浮顶罐变形

泄漏难以修复，VOC排放量较大，其VOC排放控

制最有效的手段是二次收集处理。如一座原油罐

（外浮顶）的造价约为2 000～3 000万美元，激光

差分雷达（DIAL）监测发现其变形泄漏排放VOC

约136千克/小时，造成损失约100万美元/年，该罐

的寿命约为20～30年，拆除并新建不经济，技术

经济可行的方法可能是加装拱顶，并回收油气。

2 油品装卸排放控制

美国贮罐及输运国家统一排放标准中，对油

品装载过程VOC排放控制要求，主要包括装载方

法、置换气排放控制和运输容器3个方面[11]。装

载方法要求采用浸没式或底部灌装。单个装车鹤

管年装载最大真实蒸气压≥27.58 kPa的油品超过

13.25万立方米，要求置换气密闭收集，并采用如

下技术控制或处理：①置换气引入火炬焚烧或非

火炬控制装置，非火炬控制装置的VOC削减率必

须≥95％（含卤素VOC削减率必须≥99％），或

处理出口VOC≤20 μL/L；②置换气引入燃料气

系统；③设计并运行置换气平衡系统。运输容器

应通过认证，运载最大真实蒸气压≥27.58 kPa油

品的容器每年需进行一次气密检测，运输容器应李凌波等. 炼油厂VOC排放控制策略

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62013年第10期 总第226期表1 美国贮罐及输运国家统一排放标准对贮罐VOC排放控制要求

最大真实蒸气压/kPa贮存容量/立方米罐型选择及排放控制要求监测要求

任意＜75.7 m3可用拱顶罐。不允许有开放排气口，开放排气口安装呼吸阀，除必要时（环境温度变化等引起罐内压力变化），拱顶罐处于全封闭状态拱顶罐用EPA方法21（便携式有机气体分析仪）或红外气体相机检测泄漏。EPA方法21检测频次为每年1次，读数≥500 µL/L为泄漏。红外气体相机检测频次为每年2次。一旦发现泄漏，应在45 d内维修或清空贮罐。定期测量浮顶罐浮顶边缘缝隙，或用EPA方法21和用红外气体相机检测泄漏，检测频次为每年1次。一旦检测到泄漏，或常规运行中发现泄漏，均应维修＜13.1＜151.4 m3

＜5.17≥151.4 m3

≥13.1≤76.5≥75.7 m3满足如下4项要求之一：①采用内浮顶或外浮顶罐；②采用拱顶罐，安装蒸气平衡系统；③采用拱顶罐，排放气密闭处理（火炬或蒸气控制装置）；④采用拱顶罐，排放气送入燃料气系统≥5.17≤76.5≥151.4 m3

表2 贮罐排放控制技术

贮罐类型排放控制相对费用控制效率，%

拱顶安装蒸气平衡系统中等

利用现有浮顶罐低

安装内浮顶高90～95

收集蒸气并破坏处理很高火炬≥98热焚烧95～99催化焚烧90～98

安装油气回收很高吸附90～99吸收50～95冷凝50～80

外浮顶检查和维修浮顶垫片低检查和维修边缘密封低安装二次边缘密封中等60～70将边缘密封更换为机械滑板密封高80～90机械滑板密封加装舌型密封高90～95机械滑板密封加装二次密封高95～99加装拱顶高

内浮顶检查和维修浮顶垫片低检查和维修边缘密封低安装二次边缘密封中等60～70将边缘密封更换为机械滑板密封高50～60机械滑板密封加装二次密封高70～80

收集蒸气并破坏处理很高火炬≥98热焚烧95～99催化焚烧90～98

安装油气回收很高吸附90～99吸收50～95冷凝50～80

配备与VOC控制装置衔接接口。欧盟指导性文件

（Directive 94/63/EC）[7]要求尽可能采用油气回收

技术控制油品装卸过程VOC排放，只允许在油气

回收不安全或技术不可行情况下使用热焚烧或

催化焚烧等破坏性处理技术，安装在炼油厂的汽车罐车、铁路罐车和油船油气平衡和油气回

收装置（VRU）非甲烷烃（NMHC）排放限值为

35 mg/m3。VRU主要用于汽油装卸，常用技术见

表3。单套VRU的规模一般为500～2 000立方米/

时，活性炭吸附技术应用较普遍。VRU也可用于