一种基于减排控制的油气回收处理系统及方法技术领域
本发明涉及一种油品储运过程中产生的油气处理及利用方法，尤其涉及的是一种
基于减排控制的油气回收处理系统及方法。
背景技术
修订后的《中华人民共和国大气污染防治法》2016年1月1日起实施，各行业及地方
标准随之颁布了新的《大气污染物综合排放标准》，多地对有组织排放的非甲烷总烃大气排
放限值要求低于120mg/m3,对无组织排放的非甲烷总烃大气排放限值要求低至4mg/m3,较
之以前的大气污染物排放标准苛刻了许多。燃烧法是能够达到目前强制性排放限值要求的
油气处理技术之一，油气中的烃类在满足供氧充足、650～1000℃温度及0.5～2.0秒驻留时
间条件下，完全转化为二氧化碳和水直接排放，彻底消除包括甲烷在内的烃类物质对环境
造成的危害。缺点是无法回收有用的烃类物质，以及因油气燃烧安全要求，需要在油气中混
配空气，引起的安全控制系统复杂、燃料耗量多、二氧化碳增量排放等问题，对资源和环境
产生额外负担。
油气控制系统包括油气收集系统和油气处理系统，油气收集系统目前采用最多的
是“全封闭平衡油气系统”，它是将在油罐、装卸车、加油机等排放的油气密闭收集，转存到
油罐的气相空间，利用油罐的压力/真空阀封存油气，通过油气气相管道平衡油罐和装卸车
的油气压力，将油罐中的部分油气再转存到空的装卸车中，油罐中的多余油气排放至油气
处理系统。
油气处理系统采用的技术方法有冷凝法、吸收法、吸附法、膜法、燃烧法以及多种
方法的组合，美国OPW公司用于加油站地下储油罐油气处理的“油气封存冷凝系统”，由压缩
机、冷凝器、膜组件、真空泵以及连接管路组成，通过压力开关和油气浓度传感器对系统进
行控制。当地下储油罐内的油气压力达到+25Pa时，系统开始启动，油气经压缩、冷凝后，得
到的冷凝液注入地下储油罐内，不凝油气送入膜组件将烃类与空气进行分离，渗余气为废
气排放到大气中，渗透气为高浓度油气经真空泵送回地下储油罐，当地下储油罐内的油气
压力降至-130Pa时，系统停止运行而恢复至静态监控状态，该系统工作区间基本在负压，有
利于油气系统中的油气不泄漏到空气中。“油气封存冷凝系统”在我国多地加油站都有安装
使用，国内外多项检测报告表明：采用该油气系统密闭性合格率不足50％。“油气封存冷凝
系统”负压状态会造成油罐油气挥发，也会引起空气通过泄漏点进入油气系统，加剧油罐油
气的挥发，而且该系统在工作状态存在着不易发现泄漏的情况，使得油气处理系统长周期
超时工作。
油品储存时在液面上形成饱和油气层、油气层，饱和油气层达到气液两相平衡时
油品不再产生油气蒸发，储油罐气相空间的压力、温度、体积变化都会造成油品气液两相转
化。显然，阻止外界气体进入储油罐，提高储油罐气相压力，降低油品储存温度，减少油品蒸
发表面积都可以减少油气排放量。将油气减排控制技术、油气密闭收集技术、低能耗油气处
理技术进行综合考虑，形成一体化的油气控制系统，保证储存油品质量和数量，满足环保排
放标准，才是油气控制系统的环保效益和经济效益之根本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于减排控制的油气回收处
理系统及方法，确保排放符合标准。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：
(1)将油罐的油气由平衡液封件的上部进入，经过平衡液封件内的液封层后到达
平衡液封件的下部空腔，将油罐车的油气连接至平衡液封件的下部空腔；
(2)当平衡液封件的下部空腔压力超过规定值，则将下部空腔内存储的油气进行
压缩、预冷和冷凝；
(3)将冷凝分液后的冷凝液通过油气回用舱注入到油罐中，将不凝油气换热升温
至高于不凝油气露点温度后进行膜分离；
(4)膜分离出来的渗余气是油气浓度高于油罐中油气浓度的富集油气，将其封存
于油气罐中用于调节油罐的气相压力为正压，分离出来的渗透气的油气浓度低于爆炸极限
下限的废气直接进行燃烧处理，分离出来的渗透气的油气浓度高于爆炸极限下限的废气返
回步骤(2)进行压缩、预冷和冷凝处理。
所述方法还包括以下步骤：
油罐车装油前，将油气罐内的富集油气通入油罐车底部置换油罐车内的气体，提
高油罐车内的油气浓度，并将油罐车排出的油气注入平衡液封件的下部空腔；油罐车装油
时，油罐车底部不进富集油气，将油罐车排出的油气注入平衡液封件的下部空腔；油罐车卸
油时，油气罐内的富集油气通入油罐车顶部，维持油罐车的压力为正压；油罐车卸油完毕，
将油罐车内油气抽空。
一种基于减排控制的油气回收处理方法的系统，包括平衡液封件、油气压缩机、换
热器、冷凝设备、膜分离器和燃烧室；所述平衡液封件内具有液封层，所述平衡液封件的下
部具有下部空腔，所述油罐的油气连接到平衡液封件的上部，经过液封层后进入下部空腔，
所述油罐车的油气连接至所述平衡液封件的下部空腔，所述油气压缩机连接所述下部空
腔，所述油气压缩机的出口连接换热器，所述换热器连接到冷凝设备，所述冷凝设备的冷凝
液出口连接到油罐中的油气回用舱，所述冷凝设备的不凝油气出口连接到换热器并与油气
压缩机的出口油气换热升温至不凝油气露点温度以上后再连接到膜分离器，所述膜分离器
的渗透气出口的油气浓度低于爆炸下限的废气进入燃烧室，所述膜分离器的渗透气出口的
油气浓度高于爆炸上限的废气进入油气压缩机，所述膜分离器的渗余气连接到油气罐。
所述平衡液封件上设有第一压力变送器，所述第一压力变送器连接所述平衡液封
件的下部空腔，所述第一压力变送器的输出信号连接油气压缩机。
所述冷凝设备包括冷凝器和冷凝分液罐，所述冷凝器设置在冷凝分液罐内，所述
冷凝分液罐上设有第一液位变送器，所述冷凝分液罐的冷凝液出口上设有第五调节阀。
所述膜分离器为多孔膜分离器，所述膜分离器的渗透气出口上设置油气浓度仪，
所述油气浓度仪的信号分为两路，一路信号至第一调节阀，另一路信号至第二调节阀，所述
第一调节阀的连接至油气压缩机的进口，所述第二调节阀连接至燃烧室。
所述油气回用舱漂浮于油罐内，所述油气回用舱通过冷凝液柔性管道和富集油气
柔性管道连接至油罐外部，所述油气回用舱上设置多个散油孔和散气孔。
所述油气罐与油罐之间通过富集油气管道连接，所述油罐上设有第一控制组件，
所述第一控制组件包括气相压力变送器、第二液位变送器、温度变送器、第三调节阀和控制
器，所述气相压力变送器、第二液位变送器、温度变送器、第三调节阀的信号分别连接控制
器，所述第三调节阀设置在富集油气管道和油气回用舱之间。
所述油气罐、油罐车与平衡液封件之间通过富集油气管道连接，所述富集油气管
道上设有第二控制组件，所述第二控制组件包括第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门；
所述第一阀门连接在富集油气管道和油罐车的底部之间，所述第二阀门和第四阀门依次连
接在油罐车和平衡液封件之间，所述第三阀门的一端连接在第一阀门的进口，另一端连接
在第二阀门和第四阀门之间。
所述油气罐的顶部设有第二压力变送器和第四调节阀，所述第二压力变送器的输
出信号连接第四调节阀，所述油气罐通过第四调节阀连接至燃烧室。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、本发明由油罐油气控制系统、装卸油气收集系统和油气处理系统构成。油气处
理系统产生的富集油气带压存储于油气罐中，用于油罐油气控制系统和装卸油气收集系
统。油罐油气控制系统主要包括：油罐上的检测仪表、控制器、调节阀、油气回用舱。油罐油
气控制系统是根据油罐液位、储存温度和环境条件的变化，自动调整控制器参数，控制调节
阀的运行，利用油气回用舱将油气处理系统产生的低温冷凝液、富集油气回注于油罐内液
体表面，提高液面饱和油气层浓度，降低液面饱和油气层温度，形成超饱和油气层使之利于
液化。油罐油气控制系统高效利用了油气处理系统产生的分离物和冷量，稳定维持油罐气
相压力在正压状态，有效地阻止了外部气体进入油罐，也使得油罐在循环使用过程中，油罐
内的油气浓度不断提升，最大限度消除油罐“大呼吸”“小呼吸”造成的油气蒸发损耗，减少
了油气排放量，降低了油气处理系统的工作负荷。
2、装卸油气收集系统是利用油气处理系统产生的富集油气吹扫置换油罐车内气
体，提高了油罐车在装卸过程中油罐车内油气浓度，稳定了油罐车在装卸过程中油罐车内
气相压力在正压状态，油罐车排出的气体进平衡液封中液封层下部空腔，由油气处理系统
中的压缩机直接抽取。相对于目前油罐与油罐车之间采用的“全封闭平衡油气系统”，本发
明大大减少了油罐车在装卸过程中造成的油气蒸发损耗，增加了油罐车卸车完成后，清空
油罐车内油气的功能，解决了油罐车排放气中空气含量高，影响整个油气系统的问题。
3、本发明采用改进的平衡液封取代油罐的压力/真空阀，油罐油气进入平衡液封
中液封层上部的气相空间，油罐油气只有在超压状态，才会溢出液封层，排入液封层下部空
腔；油罐车排出的气体直接进平衡液封中液封层下部空腔。改进的平衡液封即保证了油罐
安全运行，又将油罐油气系统和装卸油气系统分离开，避免了压缩机过量抽取油罐油气的
现象，使得油气处理系统只需释放出少量混入的空气，整个油气控制系统即可奏效，大大减
少了油气处理系统运行能耗。平衡液封也保证了整个油气系统维持在正压状态，一旦发生
了油气泄漏，即能通过外设检测仪表发现并及时采取措施，系统可靠性大幅提高。
4、本发明油气处理系统由压缩+冷凝+膜分离+燃烧方法组合构成，通过常规的压
缩比和浅度冷凝对油气进行预处理，避免游离液体对膜的损害；选择空气优先通过型多孔
膜对不凝气进行膜分离，得到带压的富集油气和低于爆炸极限下限浓度的废气，富集油气
存储于油气罐中，用于上述油气减量排放控制；废气因消除了焚烧时引起的回闪爆炸安全
隐患，无须混配空气和复杂的燃烧安全控制系统，可以直接进普通燃烧炉进行热力氧化分
解，满足环保排放标准。本发明尤其适用于炼厂储运设施的油气回收处理,利用炼厂工艺加
热炉多、距离储运设施近的优势，将废气直接引入加热炉的燃烧室焚烧，彻底消除包括甲烷
在内的烃类物质对环境造成的危害。
由上可以看出，本发明将油气减排控制、油气密闭收集、低能耗油气处理进行了整
体优化组合，形成一体化的油气控制技术，相对于现有的油气回收处理技术，无论是在经济
效益还是在环保效益方面均有显著的进步。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行
实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施
例。
现有油品储存大都采用常压(微内压)固定顶储罐，储罐设置了呼吸阀、液压安全
阀或通气口等与大气连通的安全附件，是油气无组织排放源。本实施例采用平衡液封件3作
为固定顶储罐安全附件，并按照《石油储罐附件》SY/T0511标准中E级呼吸阀的规定：吸入开
启压力-295Pa、呼出开启压力+1765Pa，平衡液封件3中具有通大气液封层3b和液封层3a，并
对液封层高度值进行设定；液封层3a高度值设定为+1665Pa，其背压值设定为+100Pa，通大
气液封层3b高度值设定为+295Pa；平衡液封件3控制储罐内的气相压力在-295～+1665Pa范
围内，即不会吸入空气也不会呼出油气。
如图1所示，图中：箭头表示介质流向；粗实线表示设备和管道；虚线表示仪表信号
线。本实施例包括油罐车1、油罐2、油气罐9、平衡液封件3、油气压缩机4、换热器5、冷凝设
备、膜分离器8、燃烧室11；所述油罐2的油气连接至平衡液封件3的上部空间，油罐车1的产
生的油气连接平衡液封件3的下部空腔，所述油气压缩机4的进口连接平衡液封件3的下部
空腔，所述油气压缩机4的出口连接换热器5的进口，所述冷凝设备的不凝油气出口连接到
换热器5并与油气压缩机4的出口油气换热升温至不凝油气露点温度以上后再连接到膜分
离器8，所述膜分离器8的渗透气出口的油气浓度低于爆炸下限的废气进入燃烧室11，所述
膜分离器8的渗透气出口的油气浓度高于爆炸上限的废气进入油气压缩机4的入口，所述膜
分离器8的渗余气连接到油气罐9。
平衡液封件3上设有第一压力变送器20，所述第一压力变送器20的输出信号连接
油气压缩机4。
冷凝设备包括冷凝器7和冷凝分液罐6，所述冷凝器7设置在冷凝分液罐6内，所述
冷凝分液罐6上设有第一液位变送器21，所述冷凝分液罐6的冷凝液出口上设有第五调节阀
30。
膜分离器8为多孔膜分离器，所述膜分离器8的渗透气出口上设置油气浓度仪22，
所述油气浓度仪22的信号分为两路，一路信号连接第一调节阀31，另一路信号连接第二调
节阀32，所述第一调节阀31的连接至油气压缩机4的进口，所述第二调节阀32连接至燃烧室
11。
油气罐9与油罐2之间通过富集油气管道连接，所述油罐2上设有第一控制组件，所
述第一控制组件包括气相压力变送器23、第二液位变送器24、温度变送器25、第三调节阀33
和控制器26，所述气相压力变送器23、第二液位变送器24、温度变送器25、第三调节阀33的
信号分别连接控制器26，所述第三调节阀33设置在富集油气管道和油气回用舱10之间。
所述油气罐9、油罐车1与平衡液封件3之间通过富集油气管道连接，所述油气罐9、
油罐车1与平衡液封件3之间的富集油气管道上设有第二控制组件，所述第二控制组件包括
第一阀门34、第二阀门35、第三阀门36、第四阀门37；所述第一阀门34连接在富集油气管道
和油罐车1的底部之间，所述第二阀门35和第四阀门37依次连接在油罐车1和平衡液封件3
之间，所述第三阀门36的一端连接在第一阀门34的进口，另一端连接在第二阀门35和第四
阀门37之间。
所述油气罐9的顶部设有第二压力变送器27和第四调节阀38，所述第二压力变送
器27信号连接第四调节阀38，所述油气罐9通过第四调节阀38连接至燃烧室11。
其中油气压缩机4、换热器5、冷凝设备、膜分离器8、燃烧室11及其相应控制器件构
成了油气处理系统，而油罐2、平衡液封件3、油气罐9、油气回用舱10及其相关控制器件构成
了油罐油气控制系统，装卸油气收集系统由油罐车1、油气罐9及其相关控制器件构成。
本实施例的具体工作过程如下：
当油罐2中的油气压力超出+1665Pa时，油气通过平衡液封件3液封层3a进入平衡
液封件3下部空腔；当平衡液封件3的下部空腔的气相压力达到+100Pa时，其上的第一压力
变送器20的信号启动油气压缩机4引流平衡液封件3下部的油气增压，油气压缩机4的压缩
比为3～4，当平衡液封件3下部的气相压力达到0Pa时，其第一压力变送器20的信号停止油
气压缩机4运行。
增压油气经换热器5冷却至3℃左右后进冷凝分液罐6，将油气中的水分和C6以上
烃类组分冷凝下来，避免冷凝器7结霜；冷凝分液罐6中上升油气经冷凝器7冷却至-40℃，油
气中绝大部分C3以上烃类组分冷凝液化。冷凝分液罐6上的第一液位变送器21信号控制第
五调节阀30，将冷凝液注入油罐2中的油气回用舱10。
冷凝分液罐6顶部出口不凝油气传输至换热器5，与油气压缩机4出口油气换热升
温至高于不凝气露点温度30℃后进膜分离器8，避免游离液体对膜的损害，同时也提高了
氧、氮等小分子渗透速率。膜分离器8的膜材料选用空气优先通过型的多孔膜，不凝气经过
膜分离器8后产生两股物流：一股渗余气为带压的富集油气至油气罐9；另一股渗透气为含
少量烃类的废气，膜分离器8废气出口管道上设置了油气浓度仪22，当检测到废气浓度高于
其爆炸极限下限浓度时，油气浓度仪22控制第一调节阀31开启、第二调节阀32关闭，废气至
油气压缩机4入口循环再处理；当检测到废气浓度低于其爆炸极限下限浓度时，油气浓度仪
22控制第一调节阀31关闭、第二调节阀32开启，将废气引入燃烧室11焚烧处理后达标排放。
低于爆炸极限下限浓度的废气不会出现回闪和爆炸现象，可以直接进普通燃烧炉，废气中
的烃类在满足供氧充足、760℃以上的温度及1秒左右驻留时间条件下，完全转化为二氧化
碳和水直接排放，炼厂生产装置工艺加热炉完全满足上述条件，因此可以将低于爆炸极限
下限浓度的废气与工艺加热炉助燃空气混合，利用燃烧器配焰燃烧，也可以将低于爆炸极
限下限浓度的废气引入工艺加热炉燃烧室11离焰燃烧，即能为工艺加热炉提供了部分热
量，亦可彻底消除包括甲烷在内的烃类对环境造成的危害。
本发明采用Aspen工艺模拟计算软件，模拟计算了上述多种工况下的油气处理，得
到的计算结果显示：油气中非甲烷总烃去除效率≥97％，富集油气的油气体积浓度均高于
油品自然蒸发形成的油气体积浓度，含甲烷废气的油气体积浓度均低于理论计算的混合气
爆炸极限下限体积浓度。根据不同的条件，油气处理采用的压缩比和冷凝温度还有很大优
化空间。
油气罐9存储的富集油气优先用于控制油罐2中的气相压力。油罐2安装有气相压
力变送器23、第二液位变送器24和温度变送器25，用于监控油罐2运行状态，并将信号汇集
至控制器26，控制器26根据油罐2操作过程特性、环境温度变化，通过自适应参数的调整控
制第三调节阀33运行，利用油气罐9存储的富集油气控制油罐2气相压力。比如：当油罐2达
到油品储存设定高点液位、设定高点储存温度(考虑环境温度因素变化)时，控制器26控制
第三调节阀33开启注入富集油气，将油罐2气相压力调整到设定的最高点值(比如+1665Pa)
后，控制器26控制第三调节阀33关闭；当油罐2液位下降或者温度下降，造成油罐2气相压力
下降至设定的最低点值(如+25Pa)，控制器26控制第三调节阀33开启调节注入富集油气流
量，维持油罐2气相压力在设定的+25Pa以上的压力区间。控制器26可以通过被控参数值的
调整，将富集油气封存于油罐2中，维持油罐2气相压力在正压状态，避免外界气体进入油罐
2，最大限度消除油罐2“大呼吸”“小呼吸”造成的油气蒸发损耗。
油气罐9中的富集油气可用于油罐车1装油前吹扫置换油罐车1内气体，提高油罐
车1油气浓度，减少油品装车时油气蒸发量。开启第一阀门34、第二阀门35、第四阀门37，关
闭第三阀门36，利用富集油气将油罐车1内气体吹扫至平衡液封件3下部空腔，气体压力达
到+100Pa时，第一压力变送器20的信号启动油气压缩机4，将气体送入上述油气处理系统。
油罐车1装油时，开启第二阀门35、第四阀门37，关闭第一阀门34、第三阀门36，将油罐车1内
排出的油气送入平衡液封件3下部空腔。
油气罐9中的富集油气可用于油罐车1卸油时维持油罐车1气相压力，避免外界空
气进入油罐车1内，减少油品卸车时油气蒸发量。如图1所示，开启第二阀门35、第三阀门36，
关闭第一阀门34、第四阀门37，利用富集油气维持油罐车1气相压力为正压；油罐车1卸油完
毕后，开启第二阀门35、第四阀门37，关闭第一阀门34、第三阀门36，启动油气压缩机4将油
罐车1中的油气抽至0Pa时，其第一压力变送器20的信号停止油气压缩机4运行。
油气罐9中富集油气浓度的远高于其爆炸极限上限浓度，热值含量高，可以作为燃
料气使用。油气罐9顶部安装有第二压力变送器27，当油气罐9中富集油气超出设定压力值
时，第二压力变送器27信号控制第四调节阀38运行，可将油气罐9中超压部分的富集油气送
入燃料气管网，作为燃烧室11的燃料气使用。
油罐2内设置了浮动式油气回用舱10，油气回用舱10能够漂浮于油罐2内液体表
面，并随液面升降而上下移动，油气回用舱10与油罐2的外部通过冷凝液柔性管道及富集油
气柔性管道连接，油气回用舱10上多个散油孔和散气孔，冷凝液和富集油气通过油气回用
舱10注入油罐2液体表面，使得油气回用舱10周边区域的饱和油气层温度下降、油气浓度上
升，形成超饱和油气层，阻止新的油蒸气生成并利于油气的液化，同时也最大限度减少了油
罐2内油气扰动。油气回用舱10的设置既减少了油品蒸发表面积，又有效的抑制了油气蒸
发。
油罐车1的油气排放至平衡液封件3下部空腔，油罐2的油气排放至平衡液封件3上
部的气相空间，平衡液封件3中间的液层将油罐车1和油罐2的油气系统分离开。油罐车1排
放气不可避免的带有空气，直接进入油气处理系统。油罐2利用富集油气调节油罐2气相压
力在正压状态，避免了外界空气通过平衡液封件3中的通大气液封层3b进入油罐2的油气系
统，在正常操作状态下，油罐2油气系统是一个独立单相流动的循环系统，能持续提高油罐2
内油气浓度，减少油罐2油气蒸发量；同时也给油气处理系统带来最大的好处，减少了油气
处理系统的处理量，提高了压缩+冷凝处理效率,膜分离只需释放出少量的空气即可使得整
个系统奏效。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。