Sự bay hơi hydrocacbon từ hệ thống lưu trữ và phân phối xăng có thể được kiểm sốt theo bốn phương pháp. Các phương pháp là phòng ngừa, giảm thiểu, thu hồi và cuối cùng là xử lý.
2.4.1. Ngăn ngừa và giảm thiểu phát thải
Phương pháp ngăn ngừa và giảm thiểu phát thải bao gồm giảm độ bay hơi của xăng (bằng cách hạ thấp RVP hoặc giới hạn RVP) và nhiệt độ, cân bằng hơi, giảm thiểu diện tích tiếp xúc pha lỏng - hơi và giảm sự xáo trộn.
Một số quốc gia áp dụng pha trộn xăng theo một giới hạn RVP định trước, tùy thuộc vào mùa. Mặc dù đã có một động thái trong việc giảm giới hạn RVP nói chung, các giới hạn thấp hơn vẫn tồn tại để tránh các vấn đề RVP ảnh hưởng sự khởi động của động cơ các phương tiện cơ giới áp suất hơi bảo hịa cần có giới hạn dưới đủ lớn để bảo đảm khả năng khởi động của động cơ.
Giảm nhiệt độ xăng được bảo quản sẽ làm giảm áp suất hơi thực và do đó làm giảm lượng bay hơi. Các phương pháp làm giảm nhiệt độ xăng bao gồm sơn các bể chứa bằng các màu phản chiếu ánh nắng mặt trời (ví dụ, màu bạc và trắng) và sử dụng các bể chứa dưới lòng đất.
Cân bằng hơi liên quan đến một hệ thống thu hồi, theo đó hơi chuyển từ bồn chứa trên bờ đến phương tiện vận chuyển và được đưa ra trở lại bồn như một vịng tuần hồn hơi kín để giảm thiểu sự phát tán ra môi trường.
Việc sử dụng các mái phao trong bể chứa là một phương pháp được áp dụng rộng rãi trong tồn chứa sản phẩm xăng dầu dễ bay hơi. Mái phao có tác dụng giảm diện tích tiếp xúc giữa sản phẩm lỏng và khơng khí nên làm giảm diện tích mặt thống có thể bay hơi của sản phẩm lỏng. Bể mái phao hiện nay đang được áp dung rộng rãi cho các sản phẩm dễ bay hơi như xăng, Jet A1 và hiệu quả giảm được khí phát thải đến 95% so với tồn chứa trong bể mái vòm [Poluttion prevention – Methodology, technologies and practices by Kenneth and L MulHoland James A. Dyer 2006] [10].
2.4.2. Thu hồi hơi (Vapor recovery)
Quá trình nghiên cứu và ứng dung công nghệ thu hồi hơi được bắt đầu từ những năm 1980. Trên thế giới đã ứng dụng 05 hệ thống thu hồi hơi cho Trạm xuất sản phẩm có cơng suất lớn, hiệu quả, độ tin cậy cao, an tồn sử dụng trong cơng nghiệp.
Hệ thống thu hồi hơi nén - làm lạnh - hấp thụ (CRA) dựa trên việc hấp thụ hơi xăng được nén áp suất với xăng được làm lạnh từ kho chứa. Quá trình thu hồi VOC diễn ra tại cụm hấp thụ với dòng hơi nén chứa VOC đi từ đáy và dòng xăng được lành lạnh được phun từ đỉnh tháp hấp thụ. Việc làm lạnh lưu chất hấp thụ để tăng hiệu quả hấp thụ cũng như giảm nhiệt độ của bộ hấp thụ nhằm cải thiện an tồn hệ thống.
Hình 2.5 - Sơ đồ ngun lý hệ hống thu hồi hơi bằng nén - làm lạnh - hấp thụ (CRA) [14]
Hình 2.6 và 2.7 là 02 hệ thống thu hồi hơi theo nguyên lý CRA được áp dụng tại một số kho xăng dầu tại các nước khu vực Bắc Mỹ. Đầu tiên hơi đi qua thiết bị bão hòa và tại đó hơi được trộn với dòng xăng hấp thụ để đảm bảo rằng nồng độ hydrocacbon của hơi cao hơn ngưỡng cháy nổ. Điều này được thực hiện như một biện pháp an toàn để giảm các nguy cơ khi nén hơi hydrocacbon.
Sau đó, hơi bão hòa một phần được nén và làm mát trước khi đi vào thiết bị hấp thụ. Trong thiết bị hấp thụ, hơi nén được làm mát tiếp xúc với xăng lạnh được rút ra từ kho chứa sản phẩm và được hấp thụ. Khơng khí cịn lại chỉ chứa một lượng nhỏ hydrocacbon được thoát ra từ đỉnh của bộ hấp thụ và xăng được làm giàu bằng các phần nhẹ được rút ra khỏi đáy của bộ hấp thụ và quay trở lại các bể chứa nhiên liệu. Các điều kiện hoạt động trong chất hấp thụ thay đổi tùy theo nhà sản xuất, và nằm trong khoảng từ -10 ° F đến nhiệt độ môi trường xung quanh và từ 45 psig đến 210 psig.
Hình 2.6 - Hệ thống nén-làm lạnh-hấp thụ của Parker Hannifin [15]
Hình 2.7 - Hệ thống nén-làm lạnh-hấp thụ của Rheem Superior [16]
Hiệu quả thu hồi hơi của thiết bị thu hồi hơi CRA phụ thuộc vào nồng độ hydrocacbon đầu vào. Tuy nhiên, nồng độ hydrocacbon đầu ra về cơ bản được cố định bởi các điều kiện vận hành của thiết bị hấp thụ. Các thử nghiệm cho thấy nồng độ hydrocacbon đầu ra 4% đến 4,5%, theo khối lượng. Các hệ thống CRA hiện tại
2.4.2.2. Hệ thống nén-làm lạnh-ngưng tụ
Hệ thống thu hồi hơi nén-làm lạnh-ngưng tụ (CRC) là loại đầu tiên được sử dụng bởi ngành cơng nghiệp dầu khí. Chúng dựa trên sự ngưng tụ của hơi hydrocacbon bằng cách nén và làm lạnh. Đầu tiên, hơi đến được tiếp xúc với sản phẩm thu hồi trong thiết bị bão hòa, và được bão hòa vượt qua giới hạn cháy nổ. Sau đó, hơi bão hịa được nén trong một máy nén hai cấp với một thiết bị làm mát. Sản phẩm ngưng tụ được rút ra khỏi thiết bị làm mát trước khi nén giai đoạn hai. Hơi nén đi qua một bình ngưng tại đó hơi được làm mát, ngưng tụ, và quay trở lại cùng với xăng ngưng từ bộ làm mát giữa các bình chứa xăng. Về cơ bản, khơng khí khơng chứa hydrocacbon được thốt ra từ đỉnh của bình ngưng. Mỗi nhà sản xuất có những thay đổi nhỏ từ sơ đồ cơ bản này. Điều kiện hoạt động thay đổi tùy theo nhà sản xuất, với nhiệt độ từ -10 ° F đến 30 ° F và áp suất từ 85 psig đến 410 psig.
Hiệu quả của các đơn vị thu hồi hơi CRC phụ thuộc vào nồng độ hydrocacbon đầu vào. Dữ liệu từ thực tế cho thấy các phân xưởng CRC có thể thu hồi 96% hydrocacbon trong hơi xăng bão hịa. Các nhà cung cấp cơng bố các điều chỉnh và thiết bị tùy chọn có thể cải thiện hiệu quả của hệ thống CRC đến mức thu hồi tối thiểu là 94% [Bulk Gasoline Terminal – Back ground information for proposed standards, US Enviromental Protection Agency] [11].
Hình 2.8 - Sơ đồ nguyên lý hệ hống thu hồi hơi bằng nén - làm lạnh - ngưng tụ (CRC) [17]
2.4.2.3. Hệ thống thu hồi hơi bằng phương pháp làm lạnh
Một trong những hệ thống thu hồi hơi là hệ thống lạnh thẳng, dựa trên sự ngưng tụ của hơi xăng bằng cách làm lạnh ở áp suất khí quyển.
Hình 2.9 cho thấy sơ đồ dịng cơng nghệ của một hệ thống như vậy. Hơi dịch chuyển từ thiết bị đầu cuối đi vào bình ngưng dạng ống nằm ngang, nơi chúng được làm lạnh đến -100 °F và ngưng tụ. Hơi xăng ngưng tụ được rút ra khỏi đáy bình ngưng và khơng khí cịn lại, chỉ chứa một lượng nhỏ hydrocacbon, được thốt ra từ
đỉnh bình ngưng. Làm mát cho các cuộn dây của bình ngưng được cung cấp bởi một bình chứa metyl clorua. Bộ làm lạnh hai cấp được sử dụng để làm lạnh dung dịch nước muối được lưu trữ đến từ -105 °F đến 125 °F.
Hiệu suất thu hồi hơi của hệ thống lạnh lại phụ thuộc vào nồng độ hydrocacbon của hơi đầu vào. Các hệ thống thu hồi thực tế có nhiệt độ bình ngưng -100 °F cho thấy nồng độ hydrocacbon đầu ra tương đối cố định bởi nhiệt độ bình ngưng ở mức 0,6% đến 2,6% theo thể tích. Hiệu suất thu hồi hơi hydrocacbon thực tế của hệ thống này đạt được từ 90% đến 93% [Bulk Gasoline Terminal – Back ground information for proposed standards, US Enviromental Protection Agency] [12].
Hình 2.9 - Sơ đồ nguyên lý hệ hống thu hồi bằng phương pháp làm lạnh [18]
2.4.2.4. Hệ thống thu hồi hơi bằng phương pháp sử dụng xăng (lean oil) hấp thụ
Hệ thống thu hồi bằng xăng (Lean Oil Absorption -LOA) dựa trên sự hấp thụ hơi xăng vào xăng nguyên liệu (lean oil ) để loại bỏ phần hydrocacbon nhẹ.
Hình 2.10 là sơ đồ dịng cơng nghệ của hệ thống thu hồi hơi LOA. Hơi xăng từ thiết bị đầu cuối được chuyển qua cột hấp thụ, tại đây hơi hydrocacbon được hấp thụ bởi xăng nguyên liệu, khơng khí thốt ra từ đỉnh của cột hấp thụ. Xăng đã được làm giàu được dẫn về lại thiết bị chứa. Xăng nguyên liệu cho bộ hấp thụ được tạo ra bằng cách gia nhiệt làm nóng xăng từ các bồn chứa để làm bay hơi phần nhẹ. Phần xăng nhẹ đã được tách ra sẽ được nén, ngưng tụ và đưa trở lại thiết bị chứa, và xăng nguyên liệu được lưu trữ riêng để sử dụng trong cột hấp thụ. Hiệu suất thu hồi hơi của hệ thống LOA phụ thuộc vào tỷ lệ lỏng/ hơi trong chất hấp thụ và hàm lượng hydrocacbon của hơi đầu vào. Lưu lượng xăng nguyên liệu cao hơn được sử dụng khi cần cải thiện khả năng thu hồi.
Hình 2.10 - Sơ đồ nguyên lý hệ hống thu hồi hơi sử dụng dầu lean oil hấp thụ [19]
2.4.2.5. Hệ thống thu hồi hơi bằng màng lọc
Hệ thống thu hồi hơi đơn giản và nhỏ đã được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi để tách xăng ra khỏi hỗn hợp hơi VOC là hệ thống thu hồi hơi bằng màng lọc. Hệ thống này được áp dụng phổ biến ở các trạm xăng bán lẻ để xử lý VOC phát thải của trạm cấp xăng dầu. Sơ đồ dịng cơng nghệ của loại hệ thống này được thể hiện trong Hình 2.9. Khơng khí từ bộ phân phối của trạm xăng được thu gom và đưa đến bồn chứa xăng. Khi áp suất trong bình đạt đến giá trị đặt trước, cơng tắc áp suất sẽ kích hoạt một máy nén nhỏ hút khơng khí chứa hơi VOC bên trong bồn chứa để nén, ngưng tụ và được đưa trở lại bồn chứa dưới dạng chất lỏng. Các hydrocacbon còn lại thấm qua màng và được đưa trở lại bồn chứa dưới dạng hơi đậm đặc. Khơng khí, bị loại bỏ 95-99% VOC được thốt ra ngồi.
Hình 2.11 - Sơ đồ nguyên lý bộ thu hồi hơi xăng dạng tách màng [20]
Trong đề tài này, tác giả quan tâm và tập trung nghiên cứu lựa chọn công nghệ thu hồi hơi phát thải cho các bể chứa xăng và quá trình xuất sản phẩm xăng tại Trạm xuất sản phẩm của NMLD Dung Quất.