CN105331409B - 一种利用鼓泡法制备轻烃燃气的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用鼓泡法制备轻烃燃气的工艺方法，将所需的燃料油放置于鼓泡反应器内，鼓泡反应器的第一输入端与空气端接口连接，鼓泡反应器的第二输入端与轻烃油补给端接口连接，鼓泡反应器的输出端与用户终端接口连接；本发明可在宽范围温度及低压环境下进行物理气化，工艺安全、稳定；对反应器没有损害，不会产生有害物质，本发明的气化率100％，不存在原料残液问题，节省使用成本，提高经济效益，提高了反应过程的安全性；轻烃液态转化成气态的速度可控，物理反应过程速度稳定，极大的提高了用气质量和燃烧质量；使用混空气体，燃烧热值能达到6500‑7500kcal/Nm3；轻烃气和空气的混合气体燃烧后，只产生CO2和水，对环境大气没有任何污染。
Description
技术领域
本发明涉及轻烃燃气制备领域，特别的是涉及一种利用鼓泡法制备轻烃燃气的工艺方法。
背景技术
烃，是碳、氢两种元素以不同的比例混合而成的物质。天然气的主要成分是C1俗称甲烷；含少量C2乙烷；液化石油气的主要成分是C3丙烷；C4是丁烷；C1-C4常温下为气态，叫气态轻烃。C5-C16的烃在常温下是液态，就叫液态轻烃。液态轻烃中最轻的C5、C6极易变成气态。再重一点的是汽油，煤油和柴油等。我国已把液态轻烃石油产品副产品转化成气体燃料，供城镇居民生活用气和工业用气制定为政策上大力支持的能源转化项目。
轻烃是轻烃燃气的原料，可制成燃烧气体，我们通常称为混合轻烃燃气。轻烃混合燃气是液态轻烃通过“轻烃气化设备”以物理方式将其气化，并按工艺要求与一定比例的空气混合，通过输配管网送给用户的气体燃料。其中由液态状化气态，轻烃组份最少不低于15％(V％)，也可以根据用户燃气参数的要求而调整混合比例。液态轻烃的热值为31800Kcal/kg。制气量和燃气热值成反比。比如要达到5400kcal/kg的热值，每公斤轻烃就产生2.5m3轻烃燃气；如果要达到7000kcal/kg的热值，每公斤轻烃就产生2m3的轻烃燃气，因此，轻烃燃气中空气的比例调节可满足不同功用的燃气用户。其依据是轻烃混空燃气在空气中发生燃烧发生完全氧化反应。由于在通常情况下氧气在空气中的比例为21％，所以从15-20％的轻烃混空燃气的热值与轻烃的组分成正关系，其公式为：
H＝rH轻烃
式中：H为轻烃混空燃气的热值；r为混空中轻烃油的体积百分比。
现有实际应用中，轻烃从液态转化成气态的气化过程，是通过加热轻烃液对其进行强制气化的过程。具体方法是通过加热介质，规定它的温度不应高于95℃，轻质烃燃料的温度不应高于45℃，这个过程通常是以水作为热媒介质。具体方法是将轻烃燃料先经过恒定体积泵进气化反应器，在以热水作为传热介质的恒温压条件下气化，然后进入分离器进行气液分离，接着进入贮存燃气罐和空气储罐送过来恒压恒容空气，进行混合，从而生成人为设计热值的混合气体，这样就完成了加热气化配气过程。
然而，由于轻烃液体极易挥发，各种温度和气体混合组分的数值都不容易控制，这使得通过加热强制气化轻烃液的方法危险度极高，极易发生爆炸，因此，不能在实际中广泛应用，以至于造成能源的大量浪费。
现有生产轻烃油燃气工艺存在的弊病：
1、在生产轻烃油燃气过程中，必须使用精纯轻烃油，成本高；
2、在生产轻烃油燃气过程中，会产生30％-40％的残液，不能完全气化，因此轻烃油的利用率极低；
3、在生产轻烃油燃气过程中，随着加温，会发生化学反应，给反应设备造成危害，设备损坏程度大，维护设备的难度也很大；
4、在生产轻烃油燃气过程中，管网中会有大量回凝，严重影响供气质量，且存在严重的安全隐患；
5、在生产轻烃油燃气过程中，火势不稳，影响用户的用气质量；
6、在生产轻烃油燃气过程中，排除管道内残液和管道凝液过程，容易发生事故。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种利用鼓泡法，在常温低压的条件下生产轻烃燃气的工艺。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
一种利用鼓泡法制备轻烃燃气的工艺方法，所述的工艺为：将所需的燃料油放置于鼓泡反应器内，所述的鼓泡反应器的第一输入端与空气端接口连接，所述的鼓泡反应器的第二输入端与轻烃油补给端接口连接，所述的鼓泡反应器的输出端与用户终端接口连接；
所述的工艺为：将所需的燃料油为轻烃油或轻烃油混合油中的任一种；
所述的轻烃油混合油，包含A和B两部分；所述的A为轻烃油；所述的B为比轻烃油的比重重，且能与轻烃油相融合，且不易挥发的轻质石油，其具体的为：先加入B部分于反应器内，当B部分的液面达到预定体积后，加入A部分，所述轻烃油混合油总体积不大于反应器罐体总体积的1/2；
所述的A优选为C5～C7的轻烃油；
所述的B为优选为煤油或者柴油中的一种；
轻烃油混合油中，以体积计，所述的A:B为1:δ，所述的δ在3～7范围内。
所述的鼓泡反应器的第一输入端，其空气的输入量与终端用户的需求量相关，其计算公式为：x＝y(1-λ)；
其中：所述的x为空气的输入量，所述的y为终端用户的需求量，所述的λ为15％～20％，为轻烃气在混合空气中的体积比例；
所述的工艺在温度为10℃～40℃，压力在0.015～0.035MPa范围内，并控制鼓泡反应器的输出端的压力在0.002～0.035MPa范围内；
9、根据权利要求1-8任一项所述的一种利用鼓泡法制备轻烃燃气的工艺方法，其特征在于：终端产生的热值计算如下：
H＝P轻烃*H轻烃/P
式中：H为轻烃混空燃气的热值；H轻烃为轻烃的热值；P轻烃为在某个温度下轻烃的饱和蒸汽压；P为混合气体的出口压力。
本发明是物理反应过程，因此不需要添加任何添加剂、阻燃剂、催化剂等化工原料，燃料油利用鼓泡法制气，燃气通过管道被输送至用户终端，整体工艺对环境毫无影响，轻烃气和空气的混合气体燃烧后，只产生CO2和水，对环境大气没有任何污染，符合国家对环保的要求。
轻烃油的蒸发量与轻烃油的表面积有关，表面积越大，蒸发量越大。因此，在制气上我们采用将低压空气吹进封闭在反应器内液态燃料油中，在燃料油内产生大量的空气泡，每个空气泡有一个球表面，空气泡在上升过程中，能量大的燃料油分子，(本发明优选轻烃油或轻烃油混合油)不断地通过球表面进入到空气泡内，空气泡上升路径越长，进入空气泡内的油分子越多。每个空气泡内就形成了由蒸汽和空气的混合气。携带混合气的气泡上浮到燃料油表面而破裂。由于气液两相界面接触面大，两相强烈扰动和不断更新加速传质速度，使得体系的气泡流动处于滞流态和湍动态之间的最佳状态。由于液体分子向气泡内的连续整体扩散，因此反应器内的燃料油上部空间就充满燃料油混空气。
本发明采用的燃料油为轻烃油或轻烃混合油，由于轻质石油的比重大于C5～C7的轻烃油的比重，即使轻质油中存在杂质，其杂质也能够沉淀于轻质石油中，摒弃了现有技术中必须采用精纯的轻烃油，节省了成本。
本发明采用的燃料油更优选的为：按照体积计，1份体积的C5石脑油和3-7份体积的煤油相复配的轻烃混合油作为燃料油。
在上述鼓泡理论的基础，以及本发明提供的燃料油的技术方案，能够解决原料残液问题，不但节省使用成本，提高经济效益，而且是极大的提高了反应过程的安全性。采用燃料油和空气的混合气体，在鼓泡法的作用下，输送到用户端的热值能达到6500-7500kcal/kg热值，与天然气热值不相上下，气化率能够达到100％。
本发明整体工艺依托物理气化原理，且主要设施在室内，整体的工艺反应外界环境可在-40℃～50℃范围内运行，可以适用于从高纬度到低纬度地区；由于混空比例在85-80％，所以适用于从低海拔到高海拔地区。本发明工艺中，燃料油在鼓泡装置内的压力在0.015～0.035MPa范围内，当燃料油经鼓泡制气后产生的燃气经反应器上设置的减压阀，经输出端，输送至客户端的压力在0.002～0.035MPa范围内，若客户端为居民用户，终端压力在0.002MPa，若客户端为工业用户，终端压力小于0.035MPa，因此整个反应体系安全，为用户的燃气的使用安全提供极大的保障。
采用本发明的技术方案，在整个工艺过程中无回凝现象，因此不会出现轻烃油爆炸现象，不仅保证了工艺的安全性，同时也极大的提高了轻烃油燃气向用户端输送中的使用安全性；
本发明提供的技术方案中，鼓泡反应器的第一输入端，其空气的输入量与终端用户的需求量相关，其计算公式为：x＝y(1-λ)；其中：所述的x为空气的输入量，所述的y为终端用户的需求量，所述的λ的取值范围为15％～20％；
通过上述的技术方案，液态燃料油转化成气态的速度可控，物理反应过程速度稳定，极大的提高了用气质量和燃烧质量。
综上所述，本发明的有益效果：
1、在宽范围的温度，及微压环境下进行物理气化，整个工艺安全、稳定，终端用户的安全性有保障；
2、没有添加任何添加剂、阻燃剂等化学原料，对反应器没有损害，不会产生有害物质，因此对终端用户的使用不会造成身体上的伤害；
3、采用本发明的技术方案，气化率高，本发明的气化率100％，不存在原料残液问题，不但节省使用成本，提高经济效益，而且是极大的提高了反应过程的安全性；
4、在整个工艺过程中，无回凝现象，极大的提高了该气体的使用安全性；
5、本发明对轻烃液态转化成气态的速度可控，物理反应过程速度稳定，提高了用气质量和燃烧质量；
6、本发明的工艺过程，使燃气油和空气的混合气体的热值高，与天然气热值不相上下，能达到6500～7500kcal/kg；
7、轻烃气和空气的混合气体燃烧后，只产生CO2和水，对环境大气没有任何污染。
另外，所述的鼓泡反应器的第一输入端与空气端接口之间通过管道相连接，所述的管道上设置有调整入气量的设备，所述的调整入气量的设备含有框体101于静态活动环102，该静态活动环102是减缩形状的环状体，该静态活动环102的旁壁上还带有若干入气通道2A1，另外也含有同框体101相连的动态活动环103，该动态活动环103也是减缩形状的环状体，且所述的动态活动环103的旁壁上带有同静态活动环102上的入气通道2A1一一对应的控制通道3A1，动态活动环103盘绕于静态活动环102外周，所述的框体101也连着驱动件104，所述的驱动件104含有辊子4A1，辊子4A1的一头安装着链轮4A2，所述的链轮4A2经由链板4A3来进行传动，所述的链板4A3还同框体101相连。
所述的框体101含有环状条1A1，环状条1A1上于同一边架设着同环状条1A1相互成90°夹角的连接杆1A2，所述的连接杆1A2同动态活动环103相连。
所述的连接杆1A2同动态活动环103相接的一头架设着引导板1A3，所述的引导板1A3同动态活动环103相连，另外也含有轨道撑板105，所述的轨道撑板105上带有沟路5A1，所述的引导板1A3透过沟路5A1同动态活动环103相连。
所述的辊子4A1的另一头也连接着手柄4A4。
附图说明
图1为本发明的调整入气量的设备的整体结构图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例，对本发明做详细的描述。
实施例1
以青海省西宁市某小区为例，该小区居民1000户，约3000～5000人；该地区冬天最低气温在-30℃，夏天最高气温在35℃；该小区所用反应器站占地面积仅为50m2，严格按照《中华人民共和国消防安全法》规定安装反应器，包括地下储油罐，地上反应器，和工作人员生活区域，地上试气炉安装在工作人员生活区域，以便及时观察反应情况。
一种利用鼓泡法制备轻烃燃气的工艺方法，所述的工艺为：将所需的轻烃油放置于鼓泡反应器内，所述的鼓泡反应器的第一输入端与空气端接口连接，所述的鼓泡反应器的第二输入端与燃料油补给端接口连接，所述的鼓泡反应器的输出端与用户终端接口连接；所述的燃料油，按照体积比计：由1份体积的C5石脑油和5份体积的煤油相复配，该燃料油总体积不高于反应器罐体总体积的1/2；
通过一段时间的试运行，该燃气站年消耗轻烃油40吨，平均日产气量350m3的轻烃燃气，燃烧值6500Kcal/Nm3。(上述数据符合公式：x＝y(1-λ)其中：所述的x为空气的输入量，所述的y为终端用户的需求量，所述的λ为15％)本小区的气站反应器的空气输入量由四台500W的空气泵实现。
上述数据中空气鼓入量和产生的轻烃混合燃气量，由生活用轻烃燃气高峰期和非高峰期决定。
实施例2
以广东省肇庆市某小区为例，该小区居民3000户，约9000～12000人；该地区冬天最低气温在10℃，夏天最高气温在40℃；该小区所用反应器站占地面积仅为80m2，严格按照《中华人民共和国消防安全法》规定安装反应器，包括地下储油罐，地上反应器，和工作人员生活区域，地上试气炉安装在工作人员生活区域，以便及时观察反应情况。
一种利用鼓泡法制备轻烃燃气的工艺方法，所述的工艺为：将所需的轻烃油放置于鼓泡反应器内，所述的鼓泡反应器的第一输入端与空气端接口连接，所述的鼓泡反应器的第二输入端与燃料油补给端接口连接，所述的鼓泡反应器的输出端与用户终端接口连接；所述的燃料油，按照体积比计：由1份体积的C5和5份体积的煤油相复配，该燃料油总体积不高于反应器罐体总体积的1/2；
通过一段时间的试运行，该燃气站年消耗轻烃油120吨，平均日产气量1200m3的轻烃燃气，燃烧值6500Kcal/Nm3。(上述数据符合公式：x＝y(1-λ)其中：所述的x为空气的输入量，所述的y为终端用户的需求量，所述的λ为15％)本小区的气站反应器的空气输入量由四台1000W的空气泵实现。
上述数据中空气鼓入量和产生的轻烃混合燃气量，由生活用轻烃燃气高峰期和非高峰期决定。
实施例3
以河北省邯郸市某高新工业区某外资企业为例，该企业拥有一台7吨锅炉，该地区冬天最低气温在-25℃，夏天最高气温在40℃；该企业所用反应器站占地面积仅为80m2，严格按照《中华人民共和国消防安全法》规定安装反应器，包括地下储油罐，地上反应器，及全程可视监控系统和工作人员生活区域，地上试气炉安装在工作人员生活区域，以便及时观察反应情况。
一种利用鼓泡法制备轻烃燃气的工艺方法，所述的工艺为：将所需的轻烃油放置于鼓泡反应器内，所述的鼓泡反应器的第一输入端与空气端接口连接，所述的鼓泡反应器的第二输入端与燃料油补给端接口连接，所述的鼓泡反应器的输出端与用户终端接口连接；所述的燃料油，按照体积比计：由1份体积的C5和7份体积的煤油相复配，该燃料油总体积不高于反应器罐体总体积的1/2；
通过一段时间的试运行，该燃气站年消耗轻烃油200吨，该气站产气高峰时每小时产气量700m3的轻烃燃气，燃烧值7500Kcal/Nm3。(上述数据符合公式：x＝y(1-λ)其中：所述的x为空气的输入量，所述的y为终端用户的需求量，所述的λ为20％)本小区的气站反应器的空气输入量由两台3000W的空气泵实现，能够给锅炉持续稳定的供给能源。
上述试运行中，该反应器连续工作56小时，在夏天20秒能使锅炉水温升高1℃，冬天30秒能使锅炉稳定升高1℃。锅炉温度与预定的90℃水温误差±1℃，说明本发明提供的技术方案运行非常稳定。
另外，如图1所示，所述的鼓泡反应器的第一输入端与空气端接口之间通过管道相连接，所述的管道上设置有调整入气量的设备，所述的调整入气量的设备含有框体101于静态活动环102，该静态活动环102是减缩形状的环状体，该静态活动环102的旁壁上还带有若干入气通道2A1，另外也含有同框体101相连的动态活动环103，该动态活动环103也是减缩形状的环状体，且所述的动态活动环103的旁壁上带有同静态活动环102上的入气通道2A1一一对应的控制通道3A1，动态活动环103盘绕于静态活动环102外周，所述的框体101也连着驱动件104，所述的驱动件104含有辊子4A1，辊子4A1的一头安装着链轮4A2，所述的链轮4A2经由链板4A3来进行传动，所述的链板4A3还同框体101相连。经过旋动控制动态活动环103，就能让入气通道2A1同控制通道3A1间的开口变宽变窄，这样来控制入气量与流速的多少。
所述的框体101含有环状条1A1，环状条1A1上于同一边架设着同环状条1A1相互成90°夹角的连接杆1A2，所述的连接杆1A2同动态活动环103相连。由此能够确保动态活动环103的平稳性能，控制和工作非常平稳。
所述的连接杆1A2同动态活动环103相接的一头架设着引导板1A3，所述的引导板1A3同动态活动环103相连，另外也含有轨道撑板105，所述的轨道撑板105上带有沟路5A1，所述的引导板1A3透过沟路5A1同动态活动环103相连。本发明内的沟路5A1能够确保引导板1A3恒定地于沟路5A1中移动，获得定位和引导的性能。
所述的辊子4A1的另一头也连接着手柄4A4。容易控制旋动。
本调整入气量的设备最开始是把轨道撑板105同所述的管道相连，且静态活动环102朝向管道的透气口，并把静态活动环102同管道相连，于要进行控制之际，仅仅要旋动手柄4A4，让入气通道2A1同控制通道3A1间的开口变宽变窄，这样来控制入气量与流速的多少。除此之外，通过全自动控制系统对电子气体流量计的控制，也能精准的控制空气的鼓入量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种利用鼓泡法制备轻烃燃气的工艺方法，其特征在于：所述的工艺为：将所需的燃料油放置于鼓泡反应器内，所述的鼓泡反应器的第一输入端与空气端接口连接，所述的鼓泡反应器的第二输入端与轻烃油补给端接口连接，所述的鼓泡反应器的输出端与用户终端接口连接；
所述的工艺为：所需的燃料油为轻烃油或轻烃油混合油中的任一种；
所述的轻烃油混合油，包含A和B两部分；所述的A为轻烃油；所述的B为比轻烃油的比重重，且能与轻烃油相融合，且不易挥发的轻质石油，其具体的为：先加入B部分于反应器内，当B部分的液面达到预定体积后，加入A部分，所述轻烃油混合油总体积不高于反应器罐体总体积的1/2；
所述的A为C5～C7的轻烃油。
2.根据权利要求1所述的一种利用鼓泡法制备轻烃燃气的工艺方法，其特征在于：所述的B为优选为煤油或者柴油中的一种。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种利用鼓泡法制备轻烃燃气的工艺方法，其特征在于：轻烃油混合油中，以体积计，所述的A:B为1:δ，所述的δ在3～7范围内。
4.根据权利要求1所述的一种利用鼓泡法制备轻烃燃气的工艺方法，其特征在于：所述的鼓泡反应器的第一输入端，其空气的输入量与终端用户的需求量相关，其计算公式为：x＝y(1-λ)；
其中：所述的x为空气的输入量，所述的y为终端用户的需求量， 所述的λ的取值范围为15％～20％。
5.根据权利要求1任一项所述的一种利用鼓泡法制备轻烃燃气的工艺方法，其特征在于：所述的工艺在温度为10℃～40℃，压力在0.015～0.035MPa范围内，并控制鼓泡反应器的输出端的压力在0.002～0.035MPa范围内。
6.根据权利要求1任一项所述的一种利用鼓泡法制备轻烃燃气的工艺方法，其特征在于：终端产生的热值计算如下：
H＝P轻烃*H轻烃/P
式中：H为轻烃混空燃气的热值；H轻烃为轻烃的热值；P轻烃为在某个温度下轻烃的饱和蒸汽压；P为混合气体的出口压力。
7.根据权利要求1所述的利用鼓泡法制备轻烃燃气的工艺方法，其特征在于：所述的鼓泡反应器的第一输入端与空气端接口之间通过管道相连接，所述的管道上设置有调整入气量的设备，所述的调整入气量的设备含有框体于静态活动环，该静态活动环是减缩形状的环状体，该静态活动环的旁壁上还带有若干入气通道，另外也含有同框体相连的动态活动环，该动态活动环也是减缩形状的环状体，且所述的动态活动环的旁壁上带有同静态活动环上的入气通道一一对应的控制通道，动态活动环盘绕于静态活动环外周，所述的框体也连着驱动件，所述的驱动件含有辊子，辊子的一头安装着链轮，所述的链轮经由链板来进行传动，所述的链板还同框体相连；所述的框体含有环状条，环状条上于同一边架设着同环状条相互成90°夹角的连接杆，所述的连接杆同动态活动环相连；所述的连接杆同动态活动环相接的一头架设着引导板，所述的引导板同动态活动环相连，另外也含有轨道撑板，所述的轨道撑板上带有沟路，所述的引导板透过沟路同动态 活动环相连；所述的辊子的另一头也连接着手柄。
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Legal Events
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Address after: 210009 No. 30 New Model Road, Gulou District, Nanjing City, Jiangsu Province Patentee after: Zhao Lijie Address before: Room 1307, Unit B, Building 1, Fuchen Plaza, Xinbei District, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee before: Zhao Lijie |
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Denomination of invention: A Process Method for Preparing Light Hydrocarbon Gas by Bubbling Method Effective date of registration: 20230626 Granted publication date: 20160817 Pledgee: Bank of China Limited Taiyuan Binhe sub branch Pledgor: Shanxi Gaoyang Yizhong New Energy Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023140000034 |