CN102350077B - 一种高效紧凑的油气冷凝吸附回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型、节能、紧凑、高效的铝合金板翅式吸附装置，是吸附法回收油气的核心部件，其特征在于将传统油气回收工艺中的冷凝和吸附集中在同一设备内进行。其结构包括芯体、封头、接管，芯体由若干个流体通道重叠排列，钎焊而成；吸附通道内部以活性炭作为吸附剂进行填充，通入油气时进行吸附，吸附剂达到饱和时采用真空脱附的办法进行解吸；吸附和预冷、制冷可以在同一吸附装置内同时进行；每个通道都具有翅片，翅片为多孔形，锯齿形或百叶窗形，通道上下设有隔板，两侧采用封条密封；芯体左右两侧设有封头，封头内部具有引导流体均匀流向流体通道的导流片和防止吸附剂随流体流出吸附装置的金属滤网；芯体上下设有流体出口封头和接管，被吸附后的低温达标气体从吸附装置底部流出经预冷通道并与常温油气换热后从吸附装置顶部排向大气，而解吸的油气从吸附装置底部出口经真空泵流出。

Description

一种高效紧凑的油气冷凝吸附回收装置

技术领域

本发明油气冷凝吸附回收装置是一种节能、高效、新型、环保、结构紧凑的铝合金吸附床，是冷凝吸附法进行气体分离及油气回收的核心部件。

背景技术

变压吸附作为一种成本低廉、原理简单的气体分离方法，在炼油厂和加油站的油气回收系统已经得到了大规模的应用。其原理是利用吸附剂与吸附质各组分分子间的范德华力的不同，将油气中的各种有机气体与空气分离开，实现空气的净化和烃类气体的回收。而冷凝法则是利用油气中各种烃类气体露点温度的不同，采用降低油气温度的方法，将部分轻组分中的汽化潜热置换出来，从而达到将其液化并分离的目的。

在采用吸附法时，吸附剂使用一段时间后会失去活性，必须要经过真空解吸再生才能重复使用，即采用真空泵将吸附塔内抽成真空，使油气分子和活性炭分离以达到吸附剂再生的目的。因此目前应用较多的吸附设备大多是双塔或多塔式结构，一塔吸附，另外一塔进行解吸以保证生产的连续进行。同时由于吸附放热和解吸不彻底等原因，每次吸附解吸的循环过程中都会有部分吸附剂永久失去活性，因此吸附剂每3到5年就要彻底更换一次。冷凝法则通常需要经过多级制冷，若要使排放油气浓度达到35mg/L的标准，就需要将其冷却到零下70到80摄氏度左右，但这一标准距离国家标准25mg/m3仍存在较大差距。如果继续冷却到零下184摄氏度，虽然油气排放浓度可以达标但投资成本剧增。

若采用冷凝、吸附相结合的工艺办法进行油气回收，在油气进入吸附床之前，必须首先对油气进行冷却，初冷冷却到4摄氏度，再通过制冷剂冷却到零下30摄氏度左右，使油气中某些组分的汽化潜热被置换出来，将其冷凝为液态进行初步回收，剩余的气体再进入下一过程，通过变压吸附的办法在吸附床内进行回收。因此，在冷凝加吸附的工艺进行油气回收时，除吸附塔外，还必须额外设置冷凝器和制冷机组。这种结构不仅设备成本巨大，需要较大的安置空间，同时对于能源的利用率也不高，且工艺流程十分复杂。特别是真空泵频繁的开关,更增加了设备的运行和维护成本。而且由于多塔结构，与吸附塔相连的管道经常既是油气进口又是达标气体的出口，这样油气和达标气体混用同一管道，在一定程度上影响了吸附的效果。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种新型的油气冷凝吸附回收装置。这种吸附装置是一种高效紧凑的油气冷凝吸附回收装置，具有体积小，安装灵活，能源利用率高等特点，将油气和达标气体的进出口管道分开，极大程度的提高了设备的可靠性。

本发明的油气冷凝吸附回收装置是采用以下技术方案实现的：油气冷凝吸附回收装置的结构包括芯体、封头和接管。芯体由若干个流体通道重叠排列，真空钎焊而成。每个通道内都具有翅片，上下设有隔板，两侧有封条进行密封。按实际需要，将若干个流体通道依次叠置，生产中将油气和制冷剂分别通入隔板两侧相邻的通道内，使油气和制冷剂形成逆流，提高换热效率。

制冷剂通道又分为上下两个部分，将油气的冷凝分为预冷和制冷两部分进行。上半部分为预冷段，下半部分为制冷段，预冷段和制冷段中间采用封条相隔开。预冷段采用在吸附通道被吸附和冷凝过的达标气体作为预冷剂对油气进行预冷，在制冷段则采用液态制冷剂对油气进行冷凝。初始浓度的油气通过吸附装置上部侧面的油气进口进入到芯体内部装有吸附剂的流体通道内，与活性炭接触进行吸附，同时被隔板另一侧的达标气体进行预冷。预冷后的油气延油气通道继续向下，并在制冷段与隔板另一侧的液态制冷剂换热，进一步的冷却到零下30摄氏度。经过预冷、制冷和吸附后的达标气体从油气通道底部的翅片开孔处流出，通过爬管返回到上半部分的预冷段，并与相邻通道内初始浓度的油气进行初步换热将其预冷，最后从吸附装置上方排空。而液态制冷剂从吸附装置下半部分的侧面进口进入芯体内的制冷剂通道，与相邻通道内的已经被预冷的油气换热后，变为气态，再从制冷段的上部即吸附装置中部流出吸附装置。吸附装置下方接管与真空泵相连，当吸附剂达到饱和后，即关闭油气进口，打开下方的油气出口并启动真空泵进行真空解析。

由于吸附常常是一个放热过程，因此在吸附时降温升压有利于推动吸附的进行，而在解吸时则正好相反。板翅式吸附装置在生产过程中，一个流体通道内通入油气进行吸附的同时，与之相邻的流体通道内通入制冷剂对其进行制冷，吸附过程中产生的吸附热通过翅片和隔板不断传递给隔板另一侧的流体，推动解吸更快更好的进行。而吸附过程中的热量及时的散发，也保证了吸附更高效的进行。这样既提高了对于热能的利用率，又降低了解吸过程中对于真空度的要求，既节约了能源，又大大简化了生产工艺。同时，由于吸附过程中产生的吸附热容易使吸附剂发生结焦、微细孔堵塞等，是使吸附剂失去活性的重要原因之一，因此降低吸附过程中的温度也可以延长吸附剂的使用寿命，降低吸附剂更换的频率，具有巨大的经济效益。

芯体与封头中间设有隔离过滤网，用以防止颗粒状或粉末状的吸附剂在吸附和解吸的过程中随流体流出，污染产品和堵塞管道。封头与芯体采用法兰连接，便于拆卸和吸附剂的更换。封头内还有引导流体均匀流向芯体内部的气体分布器，分布器为纵向长约10厘米的矩形金属网格，用于改善吸附装置内部流场的分布，避免吸附装置内中心区域油气浓度过高而靠近吸附装置外壁的部分浓度较低，从而提高吸附剂的利用率防止过早发生穿透。流体的进出口管道采用电磁阀进行控制。为保证吸附安全和空气的净化率，当吸附装置内吸附剂的吸附量达到吸附剂吸附总量的70%时即关闭油气进口通路，并打开真空泵对吸附剂进行真空解吸，在解吸末尾打开清洗气进口阀门，通入空气对吸附剂进行吹扫，以使得解吸进行得更彻底，同时降低对真空度的要求。

本发明的有益效果：本发明的油气冷凝吸附回收装置体积小，安装灵活，能源利用率高等特点，设备可靠性，与传统的吸附设备相比，能将吸附的多个过程合成为一个，使得油气在流经吸附装置时同时完成预冷、冷凝和吸附的过程，大大提高生产效率，缩短生产流程，显著降低吸附过程中能源的消耗量和设备制造成本，将工艺大大简化，延长吸附剂的使用寿命，降低更换频率和吸附剂的使用量，有效节约能源。并将油气进口管道与达标气体的出口管道分开，避免了因管道残留而对产品造成的污染。特别适合于间断式生产的小型油库和加油站。

附图说明

图1本发明实施例的油气冷凝吸附回收装置在油气回收系统中的使用状态示意图。

图2本发明实施例的油气冷凝吸附回收装置的整体结构示意图。

图3本发明实施例的油气冷凝吸附回收装置的通道结构示意图。

图4本发明实施例的油气冷凝吸附回收装置的平直翅片示意图。

图5本发明实施例的油气冷凝吸附回收装置翅片截面示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细阐述。

参照附图1，油气冷凝吸附回收装置是油气回收和气体分离系统的核心装置。储运系统产生的含烃气体通过管道，进入吸附装置床中填充有吸附剂的流体通道，当经过活性炭层时，其中的烃类部分被冷凝变为液态，其余被吸附在活性炭表面，而净化后的空气则经由管道返回吸附装置内部，与刚刚进入吸附装置的油气换热，将其预冷。预冷后油气内的大部分水蒸气和少部分的烃类气体变为液态，其余气体则延吸附剂通道继续向下，并被制冷剂冷却到零下40摄氏度左右。流体通道内的活性碳每隔一段时间交替切换再生，再生方式为真空脱附和空气吹扫，真空脱附是通过真空泵抽真空进行脱附，在再生的最后阶段，为了降低活性炭床上的油气分压，少量的空气会被引入炭床，以一定的控制方式进行吹扫。从真空泵出来的气液混合物，进入汽油储罐储存并回收利用。

在吸附装置内部，含烃气体首先经过预冷段与制冷段（冷凝段）内排出的低温达标气体换热进行冷凝。由于油气中各组分露点的不同，部分气体被冷凝下来成为液态。其余未被冷凝的气体则进入吸附装置的制冷段进行吸附和冷凝。经吸附后大部分烃类被留在吸附装置内，剩余贫气达到国家标准并在预冷阶段与富油气换热后可直接排入大气。而与此同时，从吸附装置内部被吹扫出来的富气则与被冷凝下来的液体一起进入储罐回收利用。

具体实施方式为：当来自储运系统106的油气通过图1中吸附装置侧面的油气通道进入吸附装置102时，吸附装置102油气进口阀门打开，吸附装置103进口阀门关闭。与此同时吸附装置102底部与真空泵104相连的管道阀门关闭。打开制冷剂进出口阀门，使制冷剂流入吸附装置。当油气通过吸附装置完成吸附过程之后,从吸附装置制冷段流入预冷段作为制冷剂与隔板另一侧相邻通道内的富油气进行初步换热，最后从吸附装置顶端排空。当吸附剂达到饱和状态失去活性后，关闭吸附装置102的油气进出口阀门和制冷剂进出口阀门，打开吸附装置102底部出口阀门，启动真空泵进行真空解吸。同时为了保证生产的连续，打开吸附装置103的油气和制冷剂入口阀门进行吸附和冷凝，同时关闭吸附装置103底部的出口阀门。而从吸附装置102内部被真空泵104解吸出的油气则通过管道进入储罐105回收储存。

参照附图2，油气冷凝吸附回收装置的主要结构是由芯体210和封头201、203、205、208、209等组成。封头和芯体之间均采用滤网分开，如滤网204、207，以防止吸附剂颗粒随流体流出吸附装置堵塞管道或对产品造成污染。其中封头203设有油气入口，封头209设有液态制冷剂入口，封头205设有与油气换热后气态制冷剂出口，封头201设有净化后的贫气出口，封头208设有富气及液态油气回收口。在滤网204的外侧还设有分流装置202，作用在于使流体均匀而稳定的流入吸附装置内部，改善吸附装置内部的流场情况，防止吸附装置内局部油气浓度过高而提前产生穿透。分流装置之后为缓冲区，将进入吸附装置的流体在此进行缓冲，以使得流体的温度流速等较为稳定。来自管道流体首先流入封头内的缓冲区，缓冲后的流体再流经流体分流装置和滤网最后流入吸附装置内部。完成吸附及冷凝之后的油气被去掉大部分有机气体，剩余温度较低符合排放标准的贫气沿管道206流出，作为预冷剂由芯体210再次进入吸附装置，在预冷段与初次进入吸附装置的富气进行换热，将富气预冷到4摄氏度左右，最后从吸附装置顶部的封头201的贫气出口流出，排入大气。当吸附结束，吸附剂达到饱和状态时，即启动真空泵对活性炭进行解吸，解吸出来的气液混合物通过吸附装置底部封头208的富气及液态油气回收口离开吸附装置。

参照附图3，芯体为流体通道交错叠置，整体真空钎焊而成。油气通道和制冷剂通道由隔板301相隔，303为油气的流体通道，在翅片的间隙填充活性炭，用活性炭作为吸附剂用来回收油气中轻组分，而其中的翅片不仅起到了强化传热的作用同时也对吸附剂起支撑和固定作用，避免了在真空解吸过程中因真空度过高而使吸附装置发生失稳，更增加了吸附装置的抗疲劳性能。305为液态制冷剂的流体通道，内部为液态制冷剂，与隔板另一侧的油气进行换热。302、304、306、307为流体的导流片，流体通道303、305、308两侧及导流片306和307中间设有封条。封条与翅片、隔板一起采用整体钎焊的方法成型，这样就组成了吸附装置的一个基本操作单元。当油气延导流片302流入流体通道303时，另外一个流体通道305则通入制冷剂对油气进行制冷。流体通道末端即出口端的导流装置，可根据产品的组成，配合调节阀引导流体从特定的出口流出吸附装置。

参照附图4，流体通道中翅片采用特殊设计，为一较长的长翅片（梯形或平行四边形）401和较短的楔形导流装置402结合而成。经过长翅片401的流体可在导流装置402的引导下，由不同出口流出吸附装置。导流装置402可以有效改善吸附装置内部及入口处流体的流场分布情况，提高吸附剂的利用率。在长翅片401的侧面，还分布有大量开孔，可以提高流体的湍动程度，强化吸附及传热。本附图4中的梯形长翅片401与附图3中的流体通道303对应的同一位置；导流装置402与附图3中的导流片302对应的同一位置。

参照附图5，为流体通道中翅片的截面形状。金属翅片高为9.5mm，厚度约为0.2mm，翅片间距为4.2mm。可以有效的传递热量并便于吸附剂的装卸。该截面形状不仅对吸附剂有一定的固定作用，还对吸附装置本身具有支撑作用，防止在解吸过程中由于真空度过高而造成吸附装置整体的失稳变形。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但附图和实施例并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，但同样在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.一种油气冷凝吸附回收装置，包括芯体、封头、接管，其特征在于：所述芯体上下两端及侧壁设有流体进出口封头和接管，所述封头内具有引导流体均匀流向流体通道内部的导流片及防止吸附剂颗粒随流体流出污染产品的金属滤网；所述芯体由若干个流体通道重叠排列钎焊而成，每个通道都具有翅片，翅片上下设有隔板，两侧采用封条密封；所述流体通道包括油气通道和制冷剂通道；

每个流体通道内部翅片均由较长的长翅片和较短的楔形导流装置拼接而成；所述两侧封头和接管采用整体铸造成型；所述流体通道内翅片为多孔形、锯齿形或百叶窗形；所述翅片上开孔，所述孔为圆形、三角形、椭圆形或多边形。

2.根据权利要求1所述的油气冷凝吸附回收装置，其特征在于：所述翅片、隔板及封头、接管均为铝或不锈钢或铜材料构成。

3.根据权利要求1所述的油气冷凝吸附回收装置，其特征在于：所述油气通道内翅片之间以活性炭、分子筛、沸石或合成树脂为吸附剂进行填充。

4.根据权利要求1所述的油气冷凝吸附回收装置，其特征在于：所述制冷剂通道分为上下两段，上半部分为预冷段，下半部分为制冷段，预冷段与制冷段之间采用封条分隔开。

5.根据权利要求4所述的油气冷凝吸附回收装置，其特征在于：所述芯体的底部设有爬管，净化后的达标气体延爬管进入所述预冷段与富油气进行换热。  

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