油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制技術(shù)評(píng)估

阿克木·吾馬爾，蔡思翌， 趙 斌，王書肖，3，海莉瑪·毛拉也夫

（1. 中國石油 烏魯木齊石化公司研究院，新疆 烏魯木齊 830019；2. 清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院環(huán)境模擬與污染控制國家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京 100084；3. 清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院國家環(huán)境保護(hù)大氣復(fù)合污染來源與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084）

環(huán)境評(píng)價(jià)

油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制技術(shù)評(píng)估

阿克木·吾馬爾1，2，蔡思翌2， 趙 斌2，王書肖2，3，海莉瑪·毛拉也夫1

（1. 中國石油 烏魯木齊石化公司研究院，新疆 烏魯木齊 830019；2. 清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院環(huán)境模擬與污染控制國家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京 100084；3. 清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院國家環(huán)境保護(hù)大氣復(fù)合污染來源與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084）

分析了我國油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)的VOCs排放環(huán)節(jié)和特點(diǎn)。選取燃燒法、吸收法、吸附法、冷凝法、膜分離法等VOCs排放末端控制技術(shù)作為研究對(duì)象，介紹了各方法的原理和適用條件。建立了包括環(huán)境性能、技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性能3方面共10項(xiàng)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。采用模糊評(píng)價(jià)方法分析了油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)的綜合性能。結(jié)果表明，冷凝法和膜分離法具有良好的綜合性能，是油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放的最佳末端控制技術(shù)。

揮發(fā)性有機(jī)物；油品儲(chǔ)運(yùn)；廢氣排放；末端控制；模糊評(píng)價(jià)

揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）是大氣復(fù)合污染物的重要前體物和參與物，由于VOCs排放所涉及的行業(yè)眾多，濃度高，污染物種類多，具有排放強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長等特點(diǎn)，對(duì)局部空氣質(zhì)量的影響顯著［1］。油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)是我國VOCs排放的重要來源之一，其排放量約占VOCs總排放量的32.8%［2］，排放環(huán)節(jié)眾多，且含有苯系物、己烷等有毒有害物種［3］。目前，我國油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)并未普遍采取VOCs排放控制措施，GB 20950—2007《儲(chǔ)油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［4］、GB 20951—2007《油氣運(yùn)輸大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［5］等標(biāo)準(zhǔn)中僅規(guī)定了非甲烷總烴的排放濃度和油氣處理效率，并未提出有指導(dǎo)性的VOCs控制技術(shù)，影響了標(biāo)準(zhǔn)的推廣和實(shí)施。

本研究通過分析我國油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)的VOCs排放環(huán)節(jié)和特點(diǎn)，建立了以環(huán)境性能、技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性能3類指標(biāo)為主導(dǎo)的VOCs排放控制技術(shù)綜合評(píng)估體系。針對(duì)油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)的VOCs主要控制技術(shù)開展評(píng)估工作，對(duì)各技術(shù)的性能進(jìn)行了量化處理。同時(shí)，調(diào)整不同指標(biāo)的權(quán)重值，得到各技術(shù)的綜合評(píng)分。在此基礎(chǔ)上，提出最適合油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)的VOCs控制技術(shù)。

1 油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放環(huán)節(jié)及特點(diǎn)

油品儲(chǔ)運(yùn)過程的VOCs排放頗為復(fù)雜，周轉(zhuǎn)地點(diǎn)涉及產(chǎn)地（如油田、煉油廠）、碼頭、油庫、終端（如加油站）等環(huán)節(jié)；運(yùn)輸過程包括車運(yùn)、船運(yùn)和管道運(yùn)輸3種方式；儲(chǔ)罐類型有固定頂罐、內(nèi)浮頂罐和外浮頂罐之分，這些都決定了油品儲(chǔ)運(yùn)過程的VOCs排放水平。

油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放環(huán)節(jié)及特點(diǎn)見表1。其中，油品儲(chǔ)存是最重要的VOCs排放環(huán)節(jié)，VOCs揮發(fā)主要來自儲(chǔ)罐的大、小呼吸損耗［6］。大呼吸損耗是指油罐進(jìn)油時(shí)，一定濃度的油蒸氣從呼吸閥呼出，造成了油品的蒸發(fā)損失。當(dāng)油罐向外發(fā)油時(shí)，吸入新鮮空氣，由于油面上方油氣沒有飽和，促使油品蒸發(fā)速度加快，使其重新達(dá)到飽和，飽和油蒸氣又在下一次收油操作中呼出。小呼吸損耗是指靜止儲(chǔ)存情況下，隨著外界氣溫、壓力在一天內(nèi)的升降周期變化，油罐排出油蒸氣和吸入空氣的過程中造成的油品損失，生產(chǎn)上也將此類損耗稱為油罐靜止儲(chǔ)存損耗。由于儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的VOCs排放量大、濃度高，且便于VOCs控制技術(shù)的施行，因此，本研究的VOCs控制技術(shù)評(píng)估主要針對(duì)油品儲(chǔ)存環(huán)節(jié)。

表1 油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放環(huán)節(jié)及特點(diǎn)

2 油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放控制備選技術(shù)

油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)的VOCs排放控制可以從3個(gè)方面考慮，分別是源頭控制、過程控制和末端控制。源頭控制主要關(guān)注油品的升級(jí)；過程控制以防止泄露和改進(jìn)操作條件為主；末端控制著力于VOCs的治理，使經(jīng)過處理后的廢氣實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。對(duì)于源頭控制，可使用清潔燃料，從根本上減少VOCs的排放。對(duì)于過程控制，可通過采用浮頂罐、改進(jìn)油氣管道系統(tǒng)等措施實(shí)現(xiàn)泄漏控制與油品回收。浮頂罐是將罐頂制作成漂浮在貯存液表面的浮頂，浮頂與罐壁之間布置有密封裝置，使頂蓋隨罐內(nèi)液體浮動(dòng)并使罐內(nèi)液體與大氣隔絕，可比采用固定頂罐減少約80%的油品損耗，目前在我國石化行業(yè)逐漸得到普及［7］。由于目前我國油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)的VOCs控制比較關(guān)注于以油氣回收為主的末端控制技術(shù)，因此，本研究的評(píng)估對(duì)象是末端控制技術(shù)。

末端控制技術(shù)可分為回收技術(shù)、銷毀技術(shù)及兩者的組合技術(shù)［7］?；厥占夹g(shù)包括吸收法、吸附法、冷凝法、膜分離法等；銷毀技術(shù)包括燃燒法、生物法、光催化法、低溫等離子體技術(shù)等；組合技術(shù)包括吸附濃縮—催化燃燒法、吸附濃縮—冷凝回收法等。

根據(jù)油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放特征和理化性質(zhì)，結(jié)合末端控制技術(shù)的適用范圍［8-9］，對(duì)不滿足條件的技術(shù)進(jìn)行初步篩選和剔除，去掉因VOCs理化性質(zhì)、排放濃度、排放風(fēng)量、溫度、濕度等條件不太適合的技術(shù)，選擇燃燒法、吸收法、吸附法、冷凝法和膜分離法作為油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)的VOCs排放末端控制備選技術(shù)進(jìn)行綜合評(píng)估。幾種油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)的原理和適用條件見表2［7-12］。

表2 幾種油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)的原理和適用條件

3 油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放控制技術(shù)評(píng)估

3.1 評(píng)估指標(biāo)體系

本研究建立了以環(huán)境性能、技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性能為基礎(chǔ)的VOCs排放控制技術(shù)綜合評(píng)估指標(biāo)體系，包含環(huán)境效益、去除率等10項(xiàng)指標(biāo)。VOCs排放控制技術(shù)綜合評(píng)估指標(biāo)體系見表3。

由于在技術(shù)初選時(shí)已考慮技術(shù)適用情況，故不再將適用性納入評(píng)估指標(biāo)體系。油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)的綜合評(píng)估結(jié)果見表4［7-14］。

燃燒法反應(yīng)溫度高，熱能浪費(fèi)大，易發(fā)生爆炸，存在安全隱患。同時(shí)，無法保證燃燒完全，會(huì)使二次污染的可能性增大；吸收法如果選擇較好的吸收液或吸收液連續(xù)循環(huán)吸收再生，可有效控制二次污染，不失為可選的有效方法；吸附法安全可靠，凈化效率高，適用濃度范圍廣，但投資較高，吸附劑經(jīng)水蒸氣脫附后產(chǎn)生的冷凝液如果不做處理，會(huì)產(chǎn)生二次污染；冷凝法可回收有用組分，但設(shè)備和操作費(fèi)用較高，冷凝液直接排放會(huì)產(chǎn)生二次污染；膜分離法分離效率高，流程簡單，回收率高，能耗低，能降低二次污染的可能性，是一種有前途的方法。

表4 油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)的綜合評(píng)估結(jié)果

3.2 量化指標(biāo)

由于不同指標(biāo)的評(píng)估等級(jí)和量綱有所不同，不具有可比性，無法對(duì)不同技術(shù)進(jìn)行綜合比較。因此，需運(yùn)用模糊統(tǒng)計(jì)法，對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一量化，將各原始值變換為［0，1］之間的數(shù)值，量化后的數(shù)值大小，能夠反映被評(píng)估指標(biāo)的好壞。

對(duì)于定性指標(biāo)，常通過文獻(xiàn)調(diào)研、專家評(píng)分的方式對(duì)不同控制技術(shù)的某項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行賦值，賦值越大，表明基于該項(xiàng)指標(biāo)的技術(shù)越好。定性指標(biāo)可用等級(jí)賦值法實(shí)現(xiàn)定量化。以“技術(shù)復(fù)雜性”指標(biāo)為例，首先確定該技術(shù)的復(fù)雜性程度應(yīng)落在哪個(gè)區(qū)間并賦值，然后按式（1）計(jì)算得分?！凹夹g(shù)復(fù)雜性”指標(biāo)的分級(jí)和賦值見表5。

式中：Yi為某項(xiàng)備選技術(shù)第i項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)過等級(jí)賦值法變換后的取值；Xi為該技術(shù)第i項(xiàng)指標(biāo)的原始賦值。Yi值越大，說明基于該項(xiàng)指標(biāo)的技術(shù)越好。

表5 “技術(shù)復(fù)雜性”指標(biāo)的分級(jí)和賦值

油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)綜合評(píng)估的指標(biāo)量化結(jié)果見表6。

表6 油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)綜合評(píng)估的指標(biāo)量化結(jié)果

3.3 指標(biāo)權(quán)重值

確定指標(biāo)權(quán)重的方法可分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法。本文將主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法相結(jié)合，依次運(yùn)用專家問卷調(diào)研法和層次分析法來確定指標(biāo)權(quán)重值。綜合專家判斷，對(duì)指標(biāo)層構(gòu)造兩兩判斷矩陣［15］，計(jì)算特征向量，并對(duì)每個(gè)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，根據(jù)判斷矩陣運(yùn)算結(jié)果，計(jì)算出各指標(biāo)的權(quán)重值。油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)綜合評(píng)估指標(biāo)權(quán)重值見表7。

表7 油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)綜合評(píng)估指標(biāo)權(quán)重值

3.4 評(píng)估結(jié)果

根據(jù)表6和表7，可由式（2）計(jì)算各備選技術(shù)的綜合得分（Ei）。

式中：Eij為在具體指標(biāo)層下每種技術(shù)的得分；Dj為指標(biāo)層每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值。得分最高的技術(shù)即為綜合最佳控制技術(shù)。

油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)綜合評(píng)估結(jié)果見圖1。由圖1可見，幾種備選技術(shù)優(yōu)劣順序依次為：冷凝法 ≈ 膜分離法＞吸附法＞燃燒法 ≈吸收法。冷凝法和膜分離法具有良好的綜合性能，是油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放的最佳末端控制技術(shù)。

圖1 油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)VOCs排放末端控制備選技術(shù)綜合評(píng)估結(jié)果一級(jí)指標(biāo)：經(jīng)濟(jì)性能；技術(shù)性能；環(huán)境性能

4 結(jié)語

對(duì)于油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)的VOCs末端控制，建議使用冷凝法或膜分離法對(duì)油氣進(jìn)行回收。若考慮環(huán)境性能，冷凝法具有較大優(yōu)勢；若考慮經(jīng)濟(jì)性能和技術(shù)性能，膜分離法將更受歡迎。我國油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)的VOCs排放控制，可在使用冷凝法或膜分離法作為末端控制技術(shù)的同時(shí)，加強(qiáng)源頭控制和過程控制，實(shí)現(xiàn)全過程的污染防治。

本研究建立的技術(shù)評(píng)估指標(biāo)體系和評(píng)估方法具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性，不僅適用于油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)，還可用于其他行業(yè)的VOCs排放控制技術(shù)綜合評(píng)估，體系中的指標(biāo)及其權(quán)重值可在針對(duì)具體行業(yè)的技術(shù)評(píng)估時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷幕蚝喕?/p>

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［4 ］ 北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，國家環(huán)?？偩汁h(huán)境標(biāo)準(zhǔn)研究所. GB 20950—2007 儲(chǔ)油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］. 北京：中國環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［5］ 北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，國家環(huán)?？偩汁h(huán)境標(biāo)準(zhǔn)研究所. GB 20951—2007加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］ . 北京：中國環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

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（編輯 祖國紅）

Comprehensive Evaluation of Volatile Organic Compounds Control Technologies for Oil Storage and Transportation

Akemu Wumaer1，2，Cai Siyi2，Zhao Bin2，Wang Shuxiao2，3，Hailima Maolayefu1
（1. PetroChina Research Institute of Urumuqi Petrochemical Company，Urumqi Xinjiang 830019，China；2.School of Environment，State Key Joint Laboratory of Environment Simulation and Pollution Control，Tsinghua University，Beijing 100084，China；3. School of Environment，State Environmental Protection Key Laboratory of Sources and Control of Air Pollution Complex，Tsinghua University，Beijing 100084，China）

The process and characteristics of VOCs emission in oil storage and transportation industry in china are analyszed. The principles and applicable conditions of VOCs emission sources end control technologies are introduced. A comprehensive evaluation index system including 10 indexes in aspects of environmental performance，echnology performance and economic performance is established. The fuzzy evaluation method is used to analysis the comprehensive performance of the alternative end control technologies for VOCs emission in oil storage and transportation industry. The results show that the condensation and membrane separation process with better comprehensive performance are the best end control technologies for VOCs emission in oil storage and transportation industry.

volatile organic compounds（VOCs）；oil storage and transportation；waste gas emission；end control；fuzzy evaluation

X511

A

1006 - 1878（2015）01 - 0064 - 05

2014 - 06 - 24；

2014 - 08 - 27。

阿克木·吾馬爾（1977—），男，新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市人，碩士，工程師，電話 13999992214，電郵akm1122@163.com。聯(lián)系人：王書肖，電話 010 - 62771466，電郵 shxwang@tsinghua.edu.cn。

公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（2011467003）；國家科技支撐計(jì)劃課題（2013BAC13B03 ）。