CN105536282B - 一种增压多级冷凝的油气回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于油气回收的增压多级冷凝方法，采用空气压缩机对油气增压，通过风冷换热器和三级复叠式制冷系统为增压油气冷却器提供每级所需冷量。增压油气经过风冷换热器后被分成两路，与两个并联的换热器换热以分别回收液态油和尾气中的冷量，再依次通过2℃、‑30℃、‑80℃的冷却换热器，逐级冷凝分离出液态油和尾气。尾气在被排放进入大气层之前先被节流至常压，并与从风冷换热器出来的油气换热再次回收冷量。该方法有三个优点：压力提升后有利于提高除水率和油气回收率；两个并联换热器可以提高传热温差，最大程度地回收液态油和尾气中的冷量；风冷换热器同时也作为复叠制冷循环的冷凝器，使制冷系统更加紧凑高效。
Description
技术领域
本发明涉及油气回收领域，特别是一种回收易挥发性油气混合物的增压多级冷凝回收方法。
背景技术
随着中国经济的飞速发展，石油消耗量逐年增长。石油及其产品是由多种碳氢化合物组成的混合物，其中的轻烃组分具有较强的挥发性，在石油开采、炼制、储运、销售和应用的整个过程中，由于受到工艺、技术及设备的限制，部分油气不可避免地挥发排放到大气中，不仅造成严重的油品蒸发损耗，还带来了安全隐患和环境污染等问题。
油气直接排放引起的资源浪费、环境污染、安全隐患等问题日益受到人们的重视。国家环保总局于2007年颁布了国家标准GB20950-2007《储油库大气污染物排放标准》、GB20951-2007《汽油运输大气污染物排放标准》、GB20952-2007《加油站大气污染物排放标准》，要求储油库、加油站、油罐车在汽油储运、收发、运输过程中必须安装油气处理装置，并规定油气处理效率≥95％，油气排放浓度≤25g/m3。油气回收技术的应用不仅能实现油气污染治理，且能产生可观的经济节约效益，因此，进行油气回收是推行节能减排的必然要求。
在已有的冷凝法油气回收工艺中，只回收尾气中的冷量，而忽略了冷却收集到的液态油中的冷量，事实上，由于液态油的热容量与质量流量均大于尾气，液态油中的冷量更具有回收价值。另一方面，已有的增压冷凝法油气回收流程中，从空气压缩机出来的油气在与尾气换热后直接进入冷却分离器，而此时的油气温度仍高于70℃，直接进入冷却分离器会造成其负荷过高。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于回收油气的增压多级冷凝方法，该方法有助于降低制冷系统能耗，使设备稳定高效作业。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种增压多级冷凝的油气回收的方法，其特征在于：包括增压、热回收和冷却分离三个过程；所述增压过程使用空气压缩机将油气增压；所述热回收过程使用换热器将增压后的油气分别与冷却分离得到的尾气和液态油进行换热以获取回收尾气和液态油中的冷量；所述冷却分离过程使用多级冷却分离器将换热后的油气分离成尾气和液态油；所述尾气和液态油经过上述热回收过程换热后分别被排放和储存；
增压后的油气经过第一换热器换热降温后进入风冷换热器再次换热降温，再次换热降温后的油气分成两路分别进入第二换热器和第三换热器进一步换热降温；其中：油气在第二换热器中的换热对象为冷却分离过程中分离出的尾气；油气在第一换热器中的换热对象为经过第二换热器换热升温后且经过节流阀节流至常压的尾气；油气在第三换热器中的换热对象为冷却分离过程中分离出的液态油。这样可以同时回收液态油和尾气中的冷量；
经过第二换热器和第三换热器换热降温后的油气合并后进入多级排列的冷却分离器，每经过一级冷却分离器的油气均被分离成液态油和温度更低的油气，从前一级冷却分离器分离得到的油气进入下一级冷却分离器进一步冷却分离；经过多级冷却分离后得到的液态油混合后进入第三换热器换热升温，之后进入储液罐存储；最后一级冷却分离器分离得到的油气为尾气；
所述冷却分离器有三级，分别为第一冷却分离器、第二冷却分离器和第三冷却分离器；
第一冷却分离器配备有第一压缩机、第一回热器和第一膨胀阀，所述第一压缩机中的气态第一制冷剂经过风冷换热器换热降温液化成液态第一制冷剂后先后经过第一回热器降温、第一膨胀阀节流后进入第一冷却分离器吸热升温气化成气态第一制冷剂后经过第一回热器与液态第一制冷剂换热后返回第一压缩机中；该阶段油气冷却过程为初冷除水，其目的在于去除油气混合物中的大部分水蒸汽以防止在后面的换热器中结霜；
第二冷却分离器配备有第二压缩机、第二回热器和第二膨胀阀，所述第二压缩机中的气态第二制冷剂经过风冷换热器换热降温液化成液态第二制冷剂后先后经过第一冷却分离器降温、第二回热器换热降温、第二膨胀阀节流后进入第二冷却分离器吸热气化成气态第二制冷剂后经过第二回热器与液态第二制冷剂换热后返回第二压缩机中；该阶段油气冷却过程为中间冷却，其目的在于回收油气混合物中的大部分烃类；
第三冷却分离器配备有第三压缩机、第三回热器和第三膨胀阀，所述第三压缩机中的气态第三制冷剂经过第二冷却分离器冷却降温液化成液态第三制冷剂后先后经过第三回热器换热降温、第三膨胀阀节流后进入第三冷却分离器吸热气化成气态第三制冷剂后经过第三回热器与液态第三制冷剂换热后返回第三压缩机中；该阶段油气冷却过程为深层冷却，其目的在于进一步回收油气混合物中的轻烃，使尾气排放浓度达到国家标准。
进一步的，在本发明中，所述第一制冷器为R134a，所述第二制冷剂为R404a，所述第三制冷剂为R508a。
进一步的，在本发明中，所述油气经过空气压缩机增压至0.5MPa～0.6MPa，经过第一换热器中降温至95℃，然后进入风冷换热器中降温至35℃，接着分两路分别进入第二换热器和第三换热器中再合并后降温至15℃，接着进入第一冷却分离器中降温至2℃，接着进入第二冷却分离器中降温至-30℃，最后进入第三冷却分离器降温至-80℃。
进一步的，在本发明中，经第三冷却分离器得到的-80℃的尾气经过第二换热器中增温至10℃，然后经过第一换热器增温至100℃。
进一步的，在本发明中，经过三级冷却分离器分离并混合后得到-15℃的液态油经过第三换热器中升温至25℃。
有益效果：
本发明在已有冷凝法油气回收技术的基础上提出改进，从空气压缩机中出来的油气经过第一换热器与尾气热交换后再次分别与温度较低的液态油和尾气进行热交换，压力提升有利于提高除水率和油气回收率，并且并联的第二换热器和第三换热器可以提高传热温差，实现最大程度地回收液态油和尾气中的冷量，使得冷量得到充分利用；且经过上述过程将油气事先冷却至较低的温度后再进入多级设置的冷却分离器，使得冷却分离器的负荷降低；另外，风冷换热器同时也作为复叠制冷循环的冷凝器，使制冷系统更加紧凑高效；冷却分离器配套的压缩机中的制冷剂不断循环并进行热交换，提高了制冷的能效比。因此，本发明不但提高了除水效率与油气回收效率，也大幅降低了系统的总能耗。
附图说明
图1是用于油气回收的增压多级冷凝方法的示意图。
其中有：1、贮气罐，2、空气压缩机，3、第一换热器，4、风冷换热器，5、第二换热器，6、第三换热器，7、第一冷却分离器，8、第二冷却分离器，9、第三冷却分离器，10、节流阀，11、第一压缩机，12、第二压缩机，13、第三压缩机，14、第一回热器，15、第二回热器，16、第三回热器，17、第一膨胀阀，18、第二膨胀阀，19、第三膨胀阀，20、储液罐。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1中所示，来自贮气罐1的油气经空气压缩机2压缩至0.5MPa，通过管道与第一换热器3的油气侧输入端连接，油气与来自第二换热器5并经过节流阀10节流至常压的尾气在第一换热器3内降温至95℃，第一换热器3的油气侧输出端通过管道与风冷换热器4的油气侧输入端连接，油气在风冷换热器4内降温至35℃。风冷换热器4的油气侧输出端通过管道分为两路，一路通过管道与第二换热器5的油气侧输入端连接，另一路通过管道与第三换热器6的油气侧输入端连接。这两路油气分别通过第二换热器5和第三换热器6与从冷却分离器中分离出来的回收液和尾气换热至约15℃，合并后再依次进入三级冷却分离换热器中。经过冷却分离过程得到的称为尾气与回收液，尾气与回收液经过热回收过程后分别被排放与储存。油气的冷却分离过程包括初冷除水、中间冷却和深层冷却三个阶段。
其初冷除水阶段至少包括第一冷却分离器7、第一压缩机11、第一回热器14以及第一膨胀阀17。从第一压缩机11出来的R134a制冷剂在风冷换热器4内被冷凝成液态，经过第一回热器14换热和第一膨胀阀17节流后进入第一冷却分离器7，提供2℃蒸发温度，使油气冷却，同时也使R404a制冷剂过冷。从第一冷却分离器7出来的气态R134a与从风冷换热器4出来的液态R134a通过第一回热器14换热，以提高制冷的能效比。
其中间冷却阶段至少包括第二冷却分离器8、第二压缩机12、第二回热器15以及第二膨胀阀18。从第二压缩机12出来的R404a制冷剂在风冷换热器4内被冷凝成液态，然后进入第一冷却分离器7被过冷，再经过第二回热器15换热和第二膨胀阀18节流后进入第二冷却分离器8，提供－30℃蒸发温度，使油气冷却，同时也使R508a制冷剂过冷。从第二冷却分离器8出来的气态R404a与从第一冷却分离器4出来的液态R404a通过第二回热器15换热，以提高制冷的能效比。
其深层冷却阶段至少包括第三冷却分离器9、第三压缩机13、第三回热器16以及第三膨胀阀19。从第三压缩机13出来的R508a制冷剂在第二冷却分离器8内被冷凝成液态，经过第三回热器16换热和第三膨胀阀19节流后进入第三冷却分离器9，提供－80℃蒸发温度，使油气冷却。从第三冷却分离器9出来的气态R508a与从第二冷却分离器出来的液态R508a通过第三回热器16换热，以提高制冷的能效比。
第二换热器5的油气侧输出端和第三换热器6的油气侧输出端通过管道混合后进入第一冷却分离器7的油气侧输入端，在第一冷却分离器7的油气侧设置有排液管道，少部分油气和大部分水蒸汽在第一冷却分离器7中冷凝得到液态油，液态油通过排液管道进入第三换热器6的液态油输入端；第一冷却分离器7的油气侧输出端通过管道与第二冷却分离器8的油气侧输入端连接，在第二冷却分离器8的油气侧设置有排液管道，大部分油气在第二冷却分离器8中冷凝得到液态油，液态油通过排液管道进入第三换热器6液态油输入端；第二冷却分离器8的油气侧输出端通过管道与第三冷却换热器9的油气侧输入端连接，在第三冷却分离器9的油气侧设置有排液管道，部分油气在第三冷却分离器9中冷凝得到液态油，液态油通过排液管道进入第三换热器6液态油输入端；第三冷却分离器9排出的尾气已达到国家排放标准。第三冷却分离器9的尾气侧输出端通过管道与第二换热器5的尾气侧输入端连接；第二换热器5的尾气侧输出端通过管道与节流阀10的输入端连接，通过节流阀10将尾气节流降温至常压，节流阀10的输出端通过管道与第一换热器3的尾气侧输入端连接，第一换热器3排出的尾气通过管道排入大气。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种增压多级冷凝的油气回收的方法，其特征在于：包括增压、热回收和冷却分离三个过程；所述增压过程使用空气压缩机将油气增压；所述热回收过程使用换热器将增压后的油气分别与冷却分离得到的尾气和液态油进行换热以回收尾气和液态油中的冷量；所述冷却分离过程使用多级冷却分离器将换热后的油气分离成尾气和液态油；所述尾气和液态油经过上述热回收过程换热后分别被排放和储存；
增压后的油气经过第一换热器(3)换热降温后进入风冷换热器(4)再次换热降温，再次换热降温后的油气分成两路分别进入第二换热器(5)和第三换热器(6)进一步换热降温；其中：油气在第二换热器(5)中的换热对象为冷却分离过程中分离出的尾气；油气在第一换热器(3)中的换热对象为经过第二换热器(5)换热升温后且经过节流阀(10)节流至常压的尾气；油气在第三换热器(6)中的换热对象为冷却分离过程中分离出的液态油；
经过第二换热器(5)和第三换热器(6)换热降温后的油气合并后进入多级排列的冷却分离器，每经过一级冷却分离器的油气均被分离成液态油和温度更低的油气，从前一级冷却分离器分离得到的油气进入下一级冷却分离器进一步冷却分离；经过多级冷却分离后得到的液态油混合后进入第三换热器(6)换热升温，之后进入储液罐(20)存储；最后一级冷却分离器分离得到的油气为尾气；
所述冷却分离器有三级，分别为第一冷却分离器(7)、第二冷却分离器(8)和第三冷却分离器(9)；
第一冷却分离器(7)配备有第一压缩机(11)、第一回热器(14)和第一膨胀阀(17)，所述第一压缩机(11)中的气态第一制冷剂经过风冷换热器(4)换热降温液化成液态第一制冷剂后先后经过第一回热器(14)降温、第一膨胀阀(17)节流后进入第一冷却分离器(7)吸热升温气化成气态第一制冷剂后经过第一回热器(14)与液态第一制冷剂换热后返回第一压缩机(11)中；
第二冷却分离器(8)配备有第二压缩机(12)、第二回热器(15)和第二膨胀阀(18)，所述第二压缩机(12)中的气态第二制冷剂经过风冷换热器(4)换热降温液化成液态第二制冷剂后先后经过第一冷却分离器(7)降温、第二回热器(15)换热降温、第二膨胀阀(18)节流后进入第二冷却分离器(8)吸热气化成气态第二制冷剂后经过第二回热器(15)与液态第二制冷剂换热后返回第二压缩机(12)中；
第三冷却分离器(9)配备有第三压缩机(13)、第三回热器(16)和第三膨胀阀(19)，所述第三压缩机(13)中的气态第三制冷剂经过第二冷却分离器(8)冷却降温液化成液态第三制冷剂后先后经过第三回热器(16)换热降温、第三膨胀阀(19)节流后进入第三冷却分离器(9)吸热气化成气态第三制冷剂后经过第三回热器(16)与液态第三制冷剂换热后返回第三压缩机(13)中。
2.根据权利要求1所述的增压多级冷凝的油气回收的方法，其特征在于：所述第一制冷剂为R134a，所述第二制冷剂为R404a，所述第三制冷剂为R508a。
3.根据权利要求1所述的增压多级冷凝的油气回收的方法，其特征在于：所述油气经过空气压缩机(2)增压至0.5MPa～0.6MPa，经过第一换热器(3)中降温至95℃，然后进入风冷换热器(4)中降温至35℃，接着分两路分别进入第二换热器(5)和第三换热器(6)中降温至15℃，再合并后进入第一冷却分离器(7)中降温至2℃，接着进入第二冷却分离器(8)中降温至-30℃，最后进入第三冷却分离器(9)降温至-80℃。
4.根据权利要求3所述的增压多级冷凝的油气回收的方法，其特征在于：经第三冷却分离器(9)得到的-80℃的尾气经过第二换热器(5)中增温至10℃，然后经过第一换热器(3)增温至100℃。
5.根据权利要求3所述的增压多级冷凝的油气回收的方法，其特征在于：经过三级冷却分离器分离并混合后得到-15℃的液态油经过第三换热器(6)中升温至25℃。
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