CN102120121B

CN102120121B - 一种油气吸附器

Info

Publication number: CN102120121B
Application number: CN 201110003881
Authority: CN
Inventors: 黄维秋; 沈泳涛; 吕艳丽
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Liyang Chang Technology Transfer Center Co., Ltd.
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2031-01-11
Also published as: CN102120121A

Abstract

本发明公开一种油气吸附器，吸附器包括吸附器顶盖（16）、吸附器主体（1）和吸附器底盖（3），其各组成之间通过螺栓（14）连接；吸附器顶盖（16）上设有排空口（17）；吸附器主体（1）由复合吸附材料（11）和循环水套（12）组成，该循环水套（12）上设有循环水套入水口（8）和循环水套出水口（13）；吸附器底盖（3）上设有油气进口（2）、排污口（4）、真空泵接口（5）、压力传感器（6）和压力表（7）；复合吸附材料（11）为泡沫金属和吸附剂的混合物。本发明通过泡沫金属增强散热，在其外部加上循环冷却/加热水外套来增强传热，从而可以有效地解决了吸附器内的温升问题和解吸器中的温降问题。

Description

一种油气吸附器

技术领域

本发明属于油气回收领域，尤其涉及一种油气吸附装置。

背景技术

石油、石化、化工、油漆（涂料）、交通等领域由于汽油等轻质油品在生产、储存、运输、销售、使用等过程中非常容易挥发而排放出高浓度油气即所谓的挥发性有机物（VOCs），从而不仅造成严重的能源损失和质量下降（从而带来了重大的经济损失），而且高浓度的油气—空气混合气大量排放入大气，严重地污染了大气环境及留下重大的火灾隐患。目前，油气与空气的分离回收方法有吸附法、吸收法、冷凝法及膜分离法等，有些还含有压缩过程，有的则是两种或者更多回收方法的集成工艺过程。各种油气回收的原理各不相同，技术经济性能也相差较大。其中，吸附法油气回收方法是利用油气—空气混合气中各组分与吸附剂之间结合力强弱的差别，使难吸附的空气组分与易吸附的油气组分分离。目前常用活性炭及其改性物（如活性炭纤维）来吸附油气。活性炭吸附过程可视为绝热吸附。在油品储运过程中，蒸发排放出来的油气流量大、浓度高，国内油气中还高含烯烃等不饱和烃。吸附法回收方法用来处理这种高浓度油气，吸附热明显。吸附热效应将带来一系列后果，比如，油气中不饱和烃及硫等杂质易发生氧化（自催化）、炭化、焦化、聚合，填住活性炭有效微孔，降低活性炭活性吸附表面积，从而降低其有效吸附容量并影响使用寿命。更严重的可能会由自燃引起爆炸事故。吸附分离法最大优点是可以使尾气排放浓度控制在较低的范围内，但缺点为进口浓度难以达到很大，否则吸附热效应将很明显，直接影响活性炭吸附能力并存在安全隐患。

多孔泡沫金属是一类具有低密度以及新奇物理、力学、电、声等性能的新型材料。多孔泡沫金属材料实际上是金属与气体的复合材料，正是由于这种特殊的结构，使之既有金属的特性又有气泡特性，如比重小、比表面大、能量吸收性好、换热散热能力高（通孔体）、吸声性好（通孔体）、渗透性优（通孔体）、电磁波吸收性好（通孔体）、阻焰、耐热耐火、抗热震、能再生、加工性好等，而且该材料可以循环使用，无毒。因此，作为一种新型功能材料，它在轻质结构、能量吸收、温度控制等方面都很具有应用潜力。在以往的专利中，泡沫金属材料被用于制造换热器、柴油机尾气消音净化器、散热器等等很多相似的用途。

根据本发明技术特点检索了国内外数据库。发现在国内外采用吸附法回收油气的专利和报道较多，但尚未见到公开发表的基于泡沫金属吸附器的吸附法油气回收装置的报道。

发明内容

本发明目的是提供一种改进吸附剂的吸附条件，提高油气吸附回收性能的油气吸附器。

本发明的技术方案为: 包括吸附器顶盖、吸附器主体和吸附器底盖，其各组成之间通过螺栓连接；吸附器顶盖上设有排空口；吸附器主体由复合吸附材料和循环水套组成，该循环水套上设有循环水套入水口和循环水套出水口；吸附器底盖上设有油气进口、排污口、真空泵接口、压力传感器和压力表；复合吸附材料为泡沫金属和吸附剂的混合物，吸附剂粉末颗粒的最大粒径与泡沫金属最可几孔径的比例约为1/10~2/10；所述吸附器主体与附器顶盖和吸附器底盖连接处分别设有隔离网。

作为本发明的进一步改进，其吸附器主体上设有温度传感器。

作为本发明的进一步改进，其泡沫金属为铜、不锈钢或铝，孔隙率为70%~90%。

本发明中的吸附剂可以是活性炭、活性炭纤维、硅胶、吸附树脂或沸石分子筛，或者以上两种以上物质的混合物，隔离网由无纺布和不锈钢丝网组成。

本发明的有益效果为：

（1）本发明采用泡沫金属作为基础，填充了吸附剂，这有效强化了吸附器的散热，使得吸附剂的吸附条件得到改进，从而使整体油气吸附回收装置的性能得到较大提高；其外部加上循环冷却/加热水外套来增强传热，

（2）当吸附器处在吸附环节时，利用吸附器壁上的水套及时导出的吸附剂吸附热，让吸附器始终保持在较适宜的温度下工作。

（3）当吸附器处在解吸环节时（即为解吸器），利用吸附器壁上的水套及时为吸附剂适当加热，让解吸器的解吸真空度不用太高就能完成解吸再生工作，从而有效地解决了吸附器内的温升问题和解吸器中的温降问题。

附图说明

图1为吸附器结构实施例图；

图2为图1中A-A视图；

图3为图1中B处放大图；

其中：其中：1-吸附器主体，2-油气进气口，3-吸附器底盖，4-排污口，5-真空泵接口，6-压力传感器，7-压力表，8-循环水套入水口，9-温度传感器，10-温度表，11-复合吸附材料，12-循环水套，13-循环水套出水口，14-螺栓，15-隔离网，16-吸附器顶盖，17-排空口， 19-金属挡板，151-无纺布，152-不锈钢网；

图4 吸附系统示意图；

其中：20-引风机，21、22-吸附器，23-真空泵，24-回收塔，25-富油泵，26-贫油泵，27-贫油入口，28-富油出口。

具体实施方式

下面结合附图具体描述本发明的具体实施方式。

如图1所示，油气吸附器包括吸附器顶盖16、吸附器主体1和吸附器底盖3，其各组成之间通过螺栓14连接；吸附器顶盖16上设有排空口17；吸附器主体1由复合吸附材料11和循环水套12组成，该循环水套12上设有循环水套入水口8和循环水套出水口13，吸附主体1上设有温度传感器9和温度表10，便于现场查看和远程控制；所述吸附器底盖3上设有油气进口2、排污口4、真空泵接口5、压力传感器6和压力表7；所述复合吸附材料11为泡沫金属和吸附剂的混合物，吸附剂粉末颗粒的最大粒径与泡沫金属最可几孔径的比例约为1/10~2/10；所述吸附器主体1与附器顶盖16和吸附器底盖3连接处分别设有隔离网15。

如图2和图3所示油气吸附器的吸附器底盖3和吸附器主体1安装有隔离网15，其隔离网15由两层组成，与复合吸附材料11接触的为无纺布151，另外一层为不锈钢网152，在不锈钢网152的下方设有金属挡板19，用于固定隔离网15。

吸附器底盖3上三个口的主要作用为：油气进口2将油气从加油装置、油罐等设备收集导入吸附器；排污口4用于排除装料和安装和使用过程中吸收塔底盖3上的污染，使得装置工作正常；真空泵接口5的作用是对吸附器进行抽真空解吸。

本发明所指的泡沫金属为铜、不锈钢或铝等高导热金属制成，其孔隙率为70%~90%；本发明所指的吸附器可以是立式吸附器或卧式吸附罐；本发明所指的吸附剂可以是活性炭、活性炭纤维、硅胶、吸附树脂或沸石分子筛，或上述两种以上吸附剂的混合物碾成的粉末；本发明所指的吸附剂粉末颗粒的最大粒径与泡沫金属最可几孔径的比例约为1/10~2/10。

本发明的油气吸附器实现过程为：

(1) 根据吸附器大小，选择合适的泡沫金属的孔径和外形尺寸；选择吸附剂粉末的填充量和粒径；准备目数较高的不锈钢网152及多孔无纺布151。

(2) 将不锈钢网152垫在吸附器的底部，然后再垫上无纺布151，以防吸附剂粉末洒落。

(3) 将外形尺寸与吸附器内径匹配的泡沫金属填装入吸附器中，然后填入吸附剂粉末，并摇晃填实；再往吸附层顶盖16上一层无纺布151和不锈钢网152，以防粉末吸附剂被气流吹走或携带走。

(4) 在吸附器外部增加一副冷却/加热循环水套12。当吸附器处在吸附环节时，在循环水套12中循环通入冷却水，从而可有效降低吸附器内的吸附热温度，为吸附剂提供较良好的吸附环境，进而提高吸附剂的有效吸附容量，并适当延长吸附剂的使用寿命。当吸附器处在解吸环节时，在循环水套12中循环通入热水，从而可提高解吸速度，并可适当降低解吸真空度，进而降低真空系统的投资及解吸操作费用。

(5) 在吸附器每隔一段高度可安置一个温度传感器9，监控吸附器内部的温度变化。如温度过高，证明进气浓度较高，也可从温度得知吸附器内吸附传质带的移动情况，以便及时对吸附剂进行解吸处理。

(6) 装有该新型吸附器的油气吸附回收系统开始进行油气回收运行时，吸附器循环水套12中的冷却水一直循环流动；解吸器循环水套12中的热水一直循环流动。在进气压力下油气进入吸附器被吸附剂所吸附，吸附过程将产生吸附热。如果油气进气浓度较高，吸附热会很明显。如果没有泡沫金属的参与，吸附剂吸附可视为绝热过程。而对于本发明的吸附器，其中泡沫金属会发挥较强的导热能力，加上外部循环冷却水，使吸附器内的吸附热及时导出，吸附器内的温度降低，从而给吸附剂一个低温的吸附环境，提高吸附剂的有效吸附容量，也降低了吸附剂因为高温而产生的劣化，提高吸附剂的使用寿命及设备安全运行性能。同时，当吸附器切换到解吸状态（即为解吸器）时，由于解吸过程为吸热过程，所以此时在解吸器水套中持续通入循环热水，同样借助泡沫金属较强的导热能力，可以在较低的真空度下完成吸附剂的解吸再生，进而可降低真空系统的投资及解吸操作费用。

使用这种新型吸附器的油气吸附回收装置，可以使吸附器内的温度在同等进气浓度条件下，温升降低约10%~15%，吸附剂的有效吸附容量同比增长约5%，并且吸附剂的使用寿命也比传统装置的有所提高。在吸附剂量相同的情况下，可以获得更高的吸附率和解吸率。同时，在解吸环节，通过热水的加热，解吸真空度可以下降8%~10%。因此，吸附器的改装需要投入少量资金，但是设备的使用寿命得到延长整个油气吸附回收系统的投资成本及运行费用同时降低。

图4为应用本发明吸附器的油气吸附回收系统。油品储运设备如铁路油罐车、汽车油罐车通过密闭装车鹤管来发油，油罐车排放气通过集气管与引风机20相连接；引风机20出口与吸附器21、22入口相连，两吸附器并联，交替工作；吸附器21和22底部的阀门V2和V4接引风机20，阀门V3和V5接真空泵23；吸附器21和22顶部分别通过阀门V1和V6直接排空；真空泵23接回收塔24；贫油入口27与贫油泵26进口端连接，贫油泵26出口端连接到回收塔24顶部；富油泵25进口端与回收塔24底部连接，富油泵25出口端与富油出口28相连。在图2中，循环水套的进口8和出口13外接循环冷却水/热水。应用本吸附系统进行油气回收的流程如下：

(1) 利用密闭装车鹤管及油气集气系统，将油品储运设备装油过程产生的油气和空气混合气经引风机20引到油气吸附回收系统的吸附器21或22中。

(2) 利用吸附器21或22中装载了基于泡沫金属的吸附剂粉末，对汽油等轻质油品蒸发排放出来的油气进行吸附。当吸附器21排空出口油气浓度超过标准时，吸附器21的油气进口的阀门V2和排空阀门V1就会关闭，连接真空泵的阀门V3打开，真空泵23开始对吸附器21进行抽真空解吸。同时，吸附器22的油气入口阀门V4和排空阀门V6打开，接真空泵23的阀V5关闭。此时就切换到吸附器22进行油气吸附。

(3) 当吸附器21被解吸足够时间后，关闭真空泵23接口阀门V3，等当前工作的吸附罐22吸附饱和，再与之进行切换，从而实现整个回收装置持续有效地工作。

(4) 从吸附器21、22解吸出来的高浓度油气由真空泵23解吸出，并送入回收塔24下部而被液态贫汽油本体所喷淋吸收，吸收后的富汽油经富油泵25打回原来油罐或直接外送使用，从而实现油气的回收。其中贫油由贫油泵26来实现输送。回收塔24中的液位通过调节阀来控制，从而使其液位保持在稳定的水平。

(5) 回收塔24中有部分未被吸收的油气和空气混合气（尾气）重新进入吸附器入口段，从而被循环吸收。

(6) 当吸附器21或22处在吸附环节时，在水套中循环通入冷却水，从而可有效降低吸附器21或22内的吸附热温度。当吸附器21或22处在解吸环节时，在水套中循环通入热水，从而可提高解吸速度，并可适当降低解吸真空度。

Claims

1.一种油气吸附器，包括吸附器顶盖（16）、吸附器主体（1）和吸附器底盖（3），其各组成之间通过螺栓（14）连接；其特征在于：所述吸附器顶盖（16）上设有排空口（17）；所述吸附器主体（1）由复合吸附材料（11）和循环水套（12）组成，该循环水套（12）上设有循环水套入水口（8）和循环水套出水口（13）；所述吸附器底盖（3）上设有油气进口（2）、排污口（4）、真空泵接口（5）、压力传感器（6）和压力表（7）；所述复合吸附材料（11）为泡沫金属和吸附剂的混合物，吸附剂粉末颗粒的最大粒径与泡沫金属最可几孔径的比例为1/10~2/10，所述泡沫金属的孔隙率为70%~90%；所述吸附器主体（1）与附器顶盖（16）和吸附器底盖（3）连接处分别设有隔离网（15）。

2.根据权利要求1所述的油气吸附器，其特征在于，所述吸附器主体（1）上设有温度传感器（9）。

3.根据权利要求1所述的油气吸附器，其特征在于，所述泡沫金属为高导热金属。

4.根据权利要求1所述的油气吸附器，其特征在于，所述泡沫金属为铜、不锈钢或铝。

5.根据权利要求1所述的油气吸附器，其特征在于，所述吸附剂是活性炭、活性炭纤维、硅胶、吸附树脂或沸石分子筛。

6.根据权利要求1所述的油气吸附器，其特征在于，所述吸附剂是活性炭、活性炭纤维、硅胶、吸附树脂、沸石分子筛中的两种以上的混合物。

7.根据权利要求1所述的油气吸附器，其特征在于，所述隔离网（15）由无纺布（151）和不锈钢丝网（152）组成。