CN107661643A - 一种液体脱氧的系统装置与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液体脱氧的系统装置与应用。所述系统装置包括液体供应模块；脱氧模块，包括超重力设备和液体储罐，所述超重力设备和液体储罐集成为一体；辅助模块，包括气体供应装置和真空装置，两种装置可单独或同时使用；以及智能控制模块，用于实现各模块的流量、转速、温度和压力的调节，匹配和协调各连接模块之间的参数。本发明装置的特点在于气提和真空两种脱氧的方法可以单独使用，也可以并联使用，根据实际情况实现两种脱氧方式的自由切换可以实现资源的有效利用以及设备故障时的及时处理。整套系统结构紧凑，可实现脱氧过程高效、灵活、可控的优化操作。

Description

一种液体脱氧的系统装置与应用

技术领域

本发明涉及气液分离过程的化工领域。更具体地，涉及一种液体脱氧的系统装置及应用。

背景技术

氧是自然界分布最广、含量最高的一种元素，动物呼吸、燃烧和一切氧化过程都消耗氧气，但是液体中溶解氧气在工业上却带来许多负面影响。水中含氧量高易造成铁质的管路或设备的电化学腐蚀，严重影响生产效率以及生产安全性。在饮料及食品行业中，氧气的存在容易造成食物的氧化，从而影响食品口感、质量，以及缩短产品保质期。油田注水含氧量高易导致注水网管及注水井套腐蚀变形，而大量腐蚀杂质也随液体进入油层也容易造成油层堵塞，严重降低原油的采收率。所以在工业应用中，液体中氧气的脱除是亟需解决的问题。

工业上除氧的方式分为化学法和物理法两大类，化学法主要是利用化学反应消耗氧气来达到脱除氧的目的，虽然操作简单且高效，但是容易带来二次污染。而解吸除氧法和真空除氧法是工业应用常用的物理脱氧方法，具有节能环保等优点。解吸除氧法指的是将不含氧的惰性气体与含氧液体强烈混合接触，使溶解在水中的氧被惰性气体带出。而真空除氧法是根据亨利定律，降低气相中氧的分压，从而使水中溶解的氧气解吸出来以平衡分压，达到去除液体中溶氧的目的。

气体解吸体系设备简单，运行费用低，但是需要大量惰性气体，所以更适用于处理中小量的液体；真空除氧系统原理简单，处理量大，在常温下即可获得满意的除氧效果，但真空泵更容易发生故障，运行管理要求较高。所以单一的解吸除氧系统或者真空除氧系统不仅在应用领域都具有一定局限性，且一旦设备遇到故障会严重影响生产效率和产品质量。因此一种兼具高效脱氧与应急储备的液体脱氧体系需要被提出。

此外，传统工业生产中的脱氧装置填料塔与产品储罐通常为分离的体系，通过各种管道连接与输送，所以存在管道复杂、液体泄漏、设备占据空间大等问题。

因此，需要提供一种高效安全且占地小、操作简单、安装成本低的液体脱氧的系统装置。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种液体脱氧的系统装置。本发明的系统装置占地面积小，操作简单，安装成本低，可实现广泛的液体处理范围，资源的有效利用以及设备故障的应急处理。

本发明的另一个目的在于提供一种液体脱氧的系统装置的应用。该系统装置可以单独或同时采用气体解吸除氧法、真空除氧法来去除原料液中的氧气，操作简单、在大大提高处理效率的同时，为突发故障的处置提供了保障。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种液体脱氧的系统装置，所述系统装置包括：

液体供应模块，用于提供待脱氧处理的原料液；

脱氧模块，包括超重力设备和液体储罐，所述超重力设备和液体储罐集成为一体；

辅助模块，包括气体供应装置和真空装置，两种装置可单独或同时使用；

以及智能控制模块，用于实现各模块的转速、温度、压强、流量、液位、PH值、溶氧、电流、电压的检测和控制，匹配和协调各连接模块之间的参数，以及实现脱氧装置及系统的最优化操作。

超重力设备由于对液体强烈的剪切能力，极大的强化了微观混合和传质过程，所以达到同样的生产效率的情况下，超重力设备的体积比传统填料塔小1～2个数量级。故考虑将超重力设备引入液体脱氧装置的应用并进行系统优化，以解决传统填料塔带来的问题。

优选地，所述原料液为含氧的纯溶剂或溶液。

优选地，所述液体供应系统包括原料储罐、进液泵、阀门以及液体流量计。

优选地，所述气体供应装置包括充满惰性气体的气柜以及风机；所述惰性气体为可以为N₂，CO₂等一种或多种不溶于原料液的气体。

进一步地，所述超重力设备包括除沫器、外壳、转子和传动系统。

优选地，所述超重力设备外壳与液体储罐一体化；超重力设备外壳上设有真空接口、气体出口、气体进口以及除沫器；所述真空接口和气体出口分别位于外壳上方两侧，其中真空接口位于邻近辅助模块一侧，气体出口位于邻近液体供应模块一侧；所述除沫器装载丝网填料，位于外壳内部的真空接口以及气体出口一侧。除沫器的设置可以有效地去除气体夹带的液沫。

超重力设备与产品储罐的一体集约化设计便于系统各操作参数的调节和控制，使整体系统结构紧凑，具有节省空间，简化流程，防止管道漏液的优点。

优选地，所述转子包括转子上盖，所述转子上盖的内缘设有若干个孔洞。设置该孔洞的目的是便于含氧惰性气体或者氧气逃逸。

优选地，所述传动系统为电机驱动超重力机转轴转动，以实现转子的高速旋转；所述传动系统中的电机安装于液体储罐外部的上方，连接电机与转子的转轴、转子以及超重力设备的其他构件均位于液体储罐内部上侧。

超重力设备安装于储液罐上侧便于脱氧后的贫氧液体在重力的作用下均匀沉降入储液罐底部，电机通过转轴连接安装于储罐外壳上侧使空间结构紧凑的同时远离液体管道，能有效避免壳体外部液体飞溅入电机内导致设备短路。

优选地，气体供应装置与真空装置位于整体脱氧模块的同一侧，分别有气体阀门可单独开关。气体供应装置由管道与超重力设备外壳侧壁的气体进口相连接；真空装置由管道与超重力设备外壳上侧的真空接口连接。将两个脱氧装置置于一侧便于系统运行出现异常时排查故障，若两者之一发生故障可及时切换装置以保证系统的正常运行。

优选地，所述智能控制模块包括主控模块、检测模块和控制模块，通过CAN总线的方式将各个模块连接起来；从而实现监测模块对液体储罐内压强、温度、液位、PH值以及溶解氧量进行在线监控。

所述智能控制模块中的控制模块通过对超重力设备电机频率调节实现转子转速的控制、通过对超重力设备进液量的调节实现液位的控制、通过对超重力设备进气量或真空度的调节实现液体储罐内压强的控制、通过控制热电偶升降温来实现液体温度控制；通过控制加减酸碱料来实现产品溶液PH值控制；以实现脱氧装置及系统的最优化操作。

智能控制模块通过CAN总线的方式，将监测和控制模块连接起来，从而实现监测模块对液体储罐内压强、温度、液位、PH值以及溶解氧量进行在线监控和反馈。控制模块通过调节流量、真空度、升降温、加减酸碱料的方法实现对监测参数的控制。智能控制模块的采用有利于实现该脱氧系统的自动化和集成化。

本发明装置的反应核心为脱氧模块，特点在于气提和真空两种脱氧的方法可以单独使用，也可以并联使用。为了实现两种脱氧方式的自由切换以实现资源的有效利用以及设备故障时的及时处理，本发明装置在脱氧模块做了以下几个方面的改进：

1)将超重力反应器与液体储罐集为一体，将超重力设备的电机设置于储罐壳体的外部上方，转子、转轴等设置于壳体内部的上侧，如此设计保证了超重力反应器的外壳即为液体储罐的外壳。

2)同时在壳体上设置真空接口、气体出口、气体进口，并令真空接口和气体出口分别位于外壳上方两侧，其中真空接口位于邻近辅助模块一侧，气体出口位于邻近液体供应模块一侧，且气体供应装置由管道与超重力设备外壳侧壁的气体进口相连接；真空装置由管道与超重力设备外壳上侧的真空接口连接，保证了气体供应装置与真空装置的独立操作性。

3)设置除沫器，除沫器装载丝网填料，位于外壳内部的真空接口以及气体出口处，以除去气体夹带的液体。

4)转子上部设置转子上盖，并且转子上盖的内缘设有若干个孔洞，以便于含氧惰性气体或者氧气逃逸。

本发明装置的特点还在于所述的智能控制模块可实现各模块的流量、转速、温度和压力等调节，以及各连接模块之间参数的匹配和协调。具体是通过对装置进行以下改进实现的：

1)增设智能控制模块，包括主控模块、监测模块和控制模块三个基本模块，通过CAN总线的方式，将各个模块连接起来，从而实现监测模块对液体储罐内压强、温度、液位、PH值以及溶解氧量进行在线监控并进行反馈。

2)利用控制模块对装置运行工作中的各个参数进行调节，以实现脱氧装置及系统的最优化操作。如通过对超重力设备电机频率调节实现转子转速的控制；进液量的调节实现液位的控制；进气量或真空度的调节实现液体储罐内压强的控制；热电偶控制升降温来实现液体温度控制；加减酸碱料实现产品溶液PH值控制等等。

如上针对本发明系统装置的调整，使得整套系统结构紧凑，可实现脱氧过程高效、灵活、可控的优化操作。

本发明还公开了如上所述的液体脱氧的系统装置的应用，所述系统装置可以单独或同时采用气体解吸除氧法、真空除氧法来去除原料液中的氧气。

优选地，在应用时，所述超重力设备中转子的转速为400-2500rpm，操作温度为0～70℃，操作压力为0.1-10MPa；

更优选地，所述超重力设备中转子的转速为800-2000rpm，操作温度为15～60℃，操作压力为0.1-5MPa。

进一步地，当采用气体解吸法除氧时，气液比随水中氧含量的增大而增加，超重力设备中的气液比优选为1.5～3.5：1；当采用真空除氧法除氧获得贫氧液体后，关闭真空泵，向液体储罐内通入惰性气体，使体系压力大于等于外界压力，以防止贫氧液体被外界空气二次污染。

另外注意的是，如果没有特别说明，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及以端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

本发明的有益效果如下：

本发明系统包括液体供应模块，脱氧模块，辅助模块，同时具备了气体解吸脱氧法和真空脱氧法两种脱除液体中氧气的方法。该系统可根据实际情况选择合适的除氧方法：当液体处理量要求小时采用气体解吸系统有利于节省能耗，减小真空设备损耗；当液体处理量大是采用真空系统使生产高效，减少惰性气体成本；单一采用两者之一系统遇到故障时，可及时启动另一系统以应急，可有效减少经济损失。以实现资源的有效利用与故障解决。

本发明装置提出了超重力反应器与产品储液罐的一体化设计，可适用于各种包含超重力设备的反应体系，使系统结构紧凑，具有节省空间，简化流程，防止管道漏液等优点。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明系统装置中的脱氧模块的剖视图。

图2示出本发明系统装置中的超重力设备中转子上盖的剖视图和俯视图。

图3示出本发明系统装置的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明系统装置中液相脱氧模块中的剖视图如图1所示，其中超重力设备的转子上盖的剖视和俯视图如图2所示。图3示出本发明系统装置的示意图。

在图1中，各部分数字所代表的含义为：201液体储罐，202转子，203转子上盖，204液体进口，205气体出口，206电机，207真空接口，208除沫器，209气体进口，210填料。在图3中，各部分数字所代表的含义为：100液体供应模块，200脱氧模块，300辅助模块，400智能控制模块。

结合图1和图2可知，本发明的脱氧模块包括：液体储罐201和超重力设备外壳集成一体，超重力设备包括转子202和传动系统，所述转子包括转动盘、转轴和转子上盖203；所述传动系统中液体储罐外侧正上方的电机206带动转轴高速旋转，从而使转子转动；所述转子的转动盘和转子上盖间装有填料210；所述分别位于外壳上方两侧分别设有真空接口207和气体出口205，其中真空接口为邻近辅助模块一侧，气体出口位于邻近液体供应模块一侧；所述除沫器208位于外壳内部的真空接口以及气体出口一侧；所述转子外壳上壁气体出205下方处设有液体进口204；液体直接由离心力的作用从填料外侧甩出后，累积于液体储罐201内。

本发明装置的智能控制模块400包括主控模块、监测模块和控制模块三个基本模块，通过CAN总线的方式，将各个模块连接起来。通过对各个模块的转速、温度、压强、流量、液位、PH值、溶氧、电流、电压的检测和控制，匹配和协调各连接模块之间的参数。例如通过对超重力设备电机频率调节实现转子转速的控制、通过对超重力设备进液量的调节实现液位的控制、通过对超重力设备进气量或真空度的调节实现液体储罐内压强的控制、通过控制热电偶升降温来实现液体温度控制；通过控制加减酸碱料来实现产品溶液PH值控制；以实现脱氧装置及系统的最优化操作。

图3示出本发明系统装置的示意图，如图3所示，原料液从原料罐经过原液泵在管道内输送至压力调节阀，调节至反应系统所需的压力，然后通过液体流量计计量后从液体入口进入脱氧模块200，开启脱氧模块200中的超重力设备，使转子带动填料高速旋转。辅助模块300的操作同时可选择以下三种情况：①关闭气体出口、气泵和气量调节阀，开启真空泵并用调节阀调节至一定真空度，使液体在超重力设备中被充分破碎，氧气从液体中逃逸抽出，贫氧液体由填料外侧甩出，在重力的作用下累积于液体储罐内部；②关闭真空泵以及相应调节阀，打开气体出口和气泵，通过气体调节阀调整气量大小，液体在超重力环境下被强烈剪切破碎，溶解于液体的氧气被惰性气体从气体出口带出，贫氧液体沉降于液体储罐内；③关闭气体出口，同时开启真空系统和气提系统，惰性气体带出液体中的氧气后迅速被真空泵抽离系统，两个系统的并联操作有利于加快脱氧效率。

实施例2

在国内，油田注水是油气田生产系统的重要部分，由于所需贫氧水需求量大，一般选择真空脱氧法。本发明提供一种液体脱氧的系统装置在油田注水的应用，其流程如图3所示，具体步骤如下：

(1)海水经过上游过滤处理后进入原料罐内，原料液储罐内的液体通过液体泵入脱氧模块的装置中，液体入口管道用压力调节阀和液体流量计调节到所需流量，通常超重力装置的处理液量宜小于或等于5000m³/d。

(2)关闭供气系统和气体出口，真空泵采用水环式真空泵，开启并调节真空泵吸口能力为200m³/h，泵排出的气液混合物进入气液分离罐，气体与液体分开后，气体排至大气，水返回真空泵重复利用。

(3)开启脱氧模块中的超重力设备，调节转子转速为1000r/min，水经过真空脱氧后收集于储液罐底部。储液罐内经真空脱氧的海水溶解氧浓度为0.1mg/L。

(4)真空泵运作时间过长或者出现故障，导致抽真空能力降低时，需要检修，检修期间将真空脱氧系统更换为气提脱氧系统。气柜内的储备气体为足量N₂，开启气泵和阀门，调节气量为800m³/h，待系统稳定后再打开气体出口，关闭真空泵。

实施例3

啤酒是广受欢迎的一种饮料，然而在啤酒中存在氧则会导致啤酒中的蛋白类等生物氧化反应，从而导致保质期短和口感不好等问题。本发明提供一种液体脱氧的系统装置在啤酒生产中的高浓稀释用脱氧水制备方面的应用，其流程如图3所示，具体步骤如下：

(1)杀菌后的纯净水储存于原料罐内，通过液体泵进入脱氧装置中，液体入口管道用压力调节阀和液体流量计调节到10m³/h。

(2)同时开启气提系统和真空系统，关闭脱氧装置中的气体出口，开启真空泵和调节阀，开启二氧化碳的气泵和阀门，气柜内的储备气体为足量CO₂，调节气量为50m³/h。

(3)开启脱氧系统中的超重力设备，调节转子转速为1200r/min，二氧化碳将水中的氧气带出脱氧装置，脱氧水在离心力作用下甩入产品储液罐内部，脱氧水制备至一定液量，关闭真空泵，使储罐内压强增大到0.12～0.15MPa，调节罐内水的PH值范围4.2-4.6，导出富含CO₂的脱氧水。

(4)真空泵排出的气液混合物进入气液分离罐，气体与液体分开后，二氧化碳与氧气混合气体被收集待分离循环利用，水返回真空泵重复利用。

储液罐内经真空脱氧和气提脱氧发共同运作所得到的啤酒稀释水溶解氧浓度为0.05mg/L。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种液体脱氧的系统装置，其特征在于，所述系统装置包括：

液体供应模块，用于提供待脱氧处理的原料液；

脱氧模块，包括超重力设备和液体储罐，所述超重力设备和液体储罐集成为一体；

辅助模块，包括气体供应装置和真空装置，两种装置可单独或同时使用；

以及智能控制模块，用于实现各模块的转速、温度、压强、流量、液位、PH值、溶氧、电流、电压的检测和控制，匹配和协调各连接模块之间的参数。

2.根据权利要求1所述的一种液体脱氧的系统装置，其特征在于：所述原料液为含氧的纯溶剂或溶液。

3.根据权利要求1所述的一种液体脱氧的系统装置，其特征在于：所述气体供应装置与真空装置位于脱氧模块的同一侧，分别有气体阀门可单独开关；所述气体供应装置包括充满惰性气体的气柜以及风机；所述惰性气体为一种或多种不溶于原料液的气体。

4.根据权利要求1所述的一种液体脱氧的系统装置，其特征在于：所述超重力设备包括除沫器、外壳、转子和传动系统。

5.根据权利要求4所述的一种液体脱氧的系统装置，其特征在于：所述超重力设备外壳与液体储罐一体化；超重力设备外壳上设有真空接口、气体出口、气体进口以及除沫器；所述真空接口和气体出口分别位于外壳上方两侧，其中真空接口位于邻近辅助模块一侧，气体出口位于邻近液体供应模块一侧；所述除沫器装载丝网填料，位于外壳内部的真空接口以及气体出口处。

6.根据权利要求4所述的一种液体脱氧的系统装置，其特征在于：所述转子包括转子上盖，所述转子上盖的内缘设有若干个孔洞；所述传动系统中的电机安装于液体储罐外部的上方，连接电机与转子的转轴、转子以及超重力设备的其他构件均位于液体储罐内部上侧。

7.根据权利要求1所述的一种液体脱氧的系统装置，其特征在于：所述智能控制模块包括主控模块、检测模块和控制模块，通过CAN总线的方式将各个模块连接起来；所述控制模块通过对超重力设备电机频率调节实现转子转速的控制、通过对超重力设备进液量的调节实现液位的控制、通过对超重力设备进气量或真空度的调节实现液体储罐内压强的控制、通过控制热电偶升降温来实现液体温度控制；通过控制加减酸碱料来实现产品溶液PH值控制。

8.如权利要求1-7任一所述的液体脱氧的系统装置的应用，其特征在于：所述系统装置可以单独或同时采用气体解吸除氧法、真空除氧法来去除原料液中的氧气。

9.根据权利要求8所述的液体脱氧的系统装置的应用，其特征在于：所述超重力设备中转子的转速为400-2500rpm，操作温度为0～70℃，操作压力为0.1-10MPa；

优选地，所述超重力设备中转子的转速为800-2000rpm，操作温度为15～60℃，操作压力为0.1-5MPa。

10.根据权利要求8所述的液体脱氧的系统装置的应用，其特征在于：当采用气体解吸法除氧时，气液比随水中氧含量的增大而增加，超重力设备中的气液比优选为1.5～3.5：1；当采用真空除氧法除氧获得贫氧液体后，关闭真空泵，向液体储罐内通入惰性气体，使体系压力大于等于外界压力，以防止贫氧液体被外界空气二次污染。