CN109569008A - 一种用于油气回收过程的强化冷凝工艺 - Google Patents

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祝强
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Abstract

本发明公开了一种用于油气回收过程的强化冷凝工艺，特别涉及一种包括使用半循环管路及其控制系统的气液多相流冷凝分离工艺。通过本发明方法，可以让多台冷凝分离设备间既具有串联关系，又同时具有并联关系。本发明方法可用于石油、化工、环保等领域的非均相气液冷凝分离过程及能量回收过程。

Description

一种用于油气回收过程的强化冷凝工艺
技术领域
本发明涉及油气回收技术领域，尤其是一种包括使用半循环管路及其控制系统、冷凝及分离系统的油气回收过程的强化冷凝工艺，用于油气冷凝回收、非均相冷凝回收、能量回收等有气体参与的石油、化工、环保等领域的相关过程。
背景技术
工业气体排放过程中，其中的挥发性有机物VOCs是一个主要的污染物控制指标。在油脂、石油、化工生产和环保处理等实验和生产中，为降低其中的VOCs指标，通常需要进行冷凝冷却，以回收油气中的有机物，同时使得气体满足排放要求。因此，在该类工业废气的处理过程中，经常会遇到含有大量不凝气的非均相换热过程。为降低气体中的油气(VOCs)，当换热器中气速较低时，气膜热阻较大，此时换热器的换热效率会处于较低水平；当换热器中气速较高时，可以减小气膜热阻，但同时也减少了气相在换热器中的平均停留时间，此时往往会出现不凝气夹带物料现象，降低凝液的收率。
工业生产和社会生活中挥发出的油气，是典型的富含不凝气的油气混合物。该油气混合物不仅会导致较为严重的环境污染和安全隐患，还会产生较大的经济损失。据2007年石油消耗数据估算，我国因油气蒸发造成的经济损失高达100亿/年。特别地，油脂行业废气中的油脂等组分，不仅可能导致一般性大气污染，还会在挥发过程中遇冷凝结，形成雾霾性污染及黏附性污染。在节能降耗、绿色环保和高质量环境要求得到日益重视的今天，油气回收成为目前油脂、石化、炼油以及油气贮运行业亟待解决的问题。
在目前工业化的油气回收项目中，无论采用单一冷凝法，还是采用冷凝+吸附、冷凝+膜分离或冷凝+吸收等组合法，油气回收工艺均离不开冷凝环节。在现有冷凝工艺中，为了充分回收不凝气中以VOCs为表征参数的油气类有机物，往往需要以多级冷凝的方式将油气深冷，甚至需要冷却到－110℃来回收油气(VOCs)，而这往往会使油气回收得不偿失，并且不当的降温也会导致管路堵塞等生产问题。因此，寻求恰当的强化冷凝工艺成为了解决非均相冷凝问题的一个关键环节。
构建一个具有较好适用性、可控且高效的强化冷凝工艺，不仅可以提高原有换热器的效率，提升以油气回收为代表的非均相冷凝技术，还能进一步拓展其在化工、环保等领域的工业化应用范围，甚至解决有关的工业化瓶颈问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种用于油气回收等含大量不凝气的强化冷凝工艺。本发明可用于油气冷凝回收、非均相冷凝回收、能量回收等有气体参与的油脂、石油、化工、环保等领域的相关过程。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于油气回收过程的强化冷凝工艺，该工艺使用了气相半循环管路及其控制系统、冷凝及分离系统，具体包括如下步骤：
(1)、油气从气相半循环管路入口进入，在第一级气相引入系统作用下，气相被部分或全部引入，然后被送入第一级冷凝及分离系统；
(2)、在第一级冷凝及分离系统内，气液多相流完成设计的换热冷凝任务后实现分离，气相重新回到气相半循环管路；
(3)、在气相半循环管路及其控制系统作用下，气相部分返回第一级气相引入系统部分进入下一级气相引入系统、全部返回第一级气相引入系统或全部进入下一级气相引入系统；
(4)、在气相半循环管路及其控制系统作用下，各级气相引入系统和冷凝及分离系统均进行相似的操作，分别完成各自设计的换热冷凝分离任务，最终气相经气相半循环管路及其控制系统出口排出。
进一步地，所述气相引入系统为管道气泵或风机。引入得到的气体可以通过适当管路在换热面上进行均布分散；当气体中夹带液相组分较高时，也可以通过沉降、过滤、吸附等形式进行处理，然后再分布到换热面进行换热。通过气相引入系统，可以为气体提供内循环的动力，强化流体的流动状态。
进一步地，所述气相半循环管路包括流体输送所使用的管道；控制系统包括阀门、以及对流体起到传输作用的设备。通过管路设置和阀门调节，可以让多台换热分离设备间既具有串联关系，又同时具有并联关系，从而既能因串联关系而提高最终换热冷凝的程度，也能因并联关系避免各级换热器流体供应的不足。同时这种半串半并关系的管路设置，还可实现多台换热设备间的压力平衡等功能。
进一步地，所述冷凝及分离系统是具有换热面积及形状的换热设备，或是具有换热单元和气液分离单元的设备。在冷凝及分离系统中，设备内部流体的流动状态也可以通过换热表面结构优化、泵动循环、附加挡板、设置流程调整装置等进行强化。当气液两相分离过程中因相互夹带可能会影响到生产时，可在冷凝及分离系统中设置气液分离区域划分挡板(或附件等)、添加气液分离器等来避免。本发明所述工艺的技术基础是冷凝分离系统。相应的冷凝器可以是翅板、管壳、螺旋板等间壁式换热器，也可以是喷淋塔、填料塔等直接换热设备。
进一步地，所述油气是只包含气体的均相流体、气体(或蒸汽)－液体所形成的两相流体，或包含有部分固形物(如催化剂)的气体(或蒸汽)－液体－固体所形成的多相流体。
本发明的有益效果是：本发明设计合理，操作简便，具有以下优点：
1)以气体吸入系统为动力，可引入低压气体到冷凝分离设备，当引入气体为冷凝分离设备出口气时，还可实现气体的内循环换热功能；
2)在气体吸入系统和循环管路及其控制系统作用下，未充分换热气体可在单台冷凝及分离设备内循环，其中可凝性组分可经冷凝器去除；
3)每个冷凝及分离设备内因冷凝导致体积减少的气体欠缺部分可由半循环管路及其控制系统以并联形式提供，这既保证了气体供应，又避免了前面各级冷凝循环气量过大导致的气体吸入设备高负荷和过多能耗；
4)通过半循环管路及其控制系统，平衡了各级冷凝及分离设备内的压力，为充分冷凝换热和汽液分离过程的实现及稳定运行提供了保障。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明第一种工艺流程图；
图2是本发明第二种工艺流程图。
图中1.冷凝及分离系统，2.气相引入系统，01.气相半循环管路入口,02.分流口，03.冷凝及分离系统入口，04.气相出口，05.气相回流口，06.冷凝单元出口，07.冷媒进口，08.冷媒出口，09.冷凝液出口，1#.第一级冷凝单元，2#.第一级冷凝单元。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种用于油气回收过程的强化冷凝工艺，油气从气相半循环管路入口01进入强化冷凝系统的第一级冷凝单元1#，可经分流口02由冷凝及分离系统入口03进入气相引入系统2，在压力作用下进入冷凝及分离系统1，在此完成换热后，气相从气相出口04流向气相回流口05，在气相回流口05处气体一部分回流到分流口02完成一次循环，另一部分经冷凝单元出口06流向强化冷凝系统的后继单元或环节，冷凝下来的凝液经冷凝液出口09排出冷凝分离设备。
在具体应用中，可视情况对管路进行简化或调整(如可将风机设于冷凝及分离系统1内部，分流口02直接与冷凝及分离系统1相连)；气体管路05－06段可设置气液分离器，以控制气相液体夹带量，分离出的液相可返回冷凝及分离系统1或做它用；气体管路05－06段还可设置气体净化装置(如吸附、吸收等)，以保持气体的质量，避免由此带来的相关问题；气相管路02－03段、04－05段、02－05段、05－06段可分别设置控制阀门，从而实现对系统内压力、气体流向及气体流量的控制，当所设置阀门为常关时，可对其进行简化或调整(如不再设置该管段)；根据各级出口气相温度的差异，从冷凝单元出口06流出的气体由于的冷凝结束温度较低，可以作为冷媒接入该冷凝单元中冷凝及分离系统1的冷媒进口07。半循环式强化冷凝系统可由多单元所构成(如图1中的1#单元，2#单元等)，各单元流程可完全相同或据实际情况分别进行简化或调整。
如图2所示的一种用于油气回收过程的强化冷凝工艺，油气从气相半循环管路入口01进入强化冷凝系统的第一级冷凝单元1#，气相半循环管路入口01进入的气体与气相出口04流出来的气体在气相回流口05处汇合，汇合后的气体经分流口02分流后，一部分由冷凝及分离系统入口03进入气相引入系统2，在压力作用下进入冷凝及分离系统1，在此完成换热后，气相从气相出口04流向气相回流口05，在气相回流口05处气体回流到分流口02完成一次循环；分流口02分流后的另一部分气体经冷凝单元出口06流向强化冷凝系统的后继单元或环节，冷凝下来的凝液经冷凝液出口09排出冷凝分离设备。
下面通过3个实施例说明本发明。
实施例1
某车间排出含刺激性油气(VOCs)的气体，使用具有两个冷凝单元的半循环式强化冷凝系统处理，气相引入系统2为管道风机，冷凝及分离系统1为螺旋板式换热器，流程参考附图1。
刺激性油气(VOCs)含量为500mg/L的常压气体从气相半循环管路入口01进入处理系统的第一级冷凝单元1#，流量为100m3/h。管道风机的吸气量为500m3/h，原料气经分流口02由冷凝及分离系统入口03进入螺旋板式换热器，气体在螺旋板换热器内经冷凝分离后从气相出口04流向气相回流口05，在气相回流口05点部分气体流向分流口02，部分气体流向冷凝单元出口06并进入第二级冷凝单元2#，此时气体中油气(VOCs)的含量为100mg/L。在第二冷凝单元重复与第一冷凝单元类似的冷凝分离过程，最后气体在第二冷凝单元的冷凝单元出口06排出，排出气体中刺激性油气(VOCs)含量为20mg/L。冷凝下来的有机物经冷凝液出口09流出换热器，收集后去车间回收。
实施例2
某车间排出含高浓度油气(VOCs)的易燃气体，使用具有三个冷凝单元的半循环式强化冷凝系统处理，气相引入系统2为管道风机，冷凝及分离系统1为翅板式换热器，流程参考附图1。
油气(VOCs)含量为150mg/L的常压气体从气相半循环管路入口01进入处理系统的第一级冷凝单元1#，流量为500m3/h。管道风机的吸气量为1500m3/h，原料气分流口02由冷凝及分离系统入口03进入翅板式换热器，气体在翅板换热器内经冷凝分离后从气相出口04流向气相回流口05，在气相回流口05点部分气体流向分流口02，部分气体流向冷凝单元出口06并进入第二级冷凝单元2#，此时气体中油气(VOCs)的含量为100mg/L。在第二和第三冷凝单元重复与第一冷凝单元类似的冷凝分离过程，在第二冷凝单元的冷凝单元出口06排出的气体中油气(VOCs)含量为40mg/L，在第三冷凝单元的冷凝单元出口06排出的气体中油气(VOCs)含量为10mg/L。第三冷凝单元的冷凝单元出口06排出的低温气体接入第一冷凝单元的冷媒进口07以回收冷量，冷凝下来的有机液体经冷凝液出口09流出换热器，收集后去车间回收。
实施例3
某车间排出含恶臭油气(VOCs)的有机尾气，使用具有两个冷凝单元的半循环式强化冷凝系统处理，气相引入系统2为管道风机，冷凝及分离系统1为管壳式换热器，流程参考附图1。
恶臭油气(VOCs)含量为1000mg/L的常压气体从气相半循环管路入口01进入处理系统的第一级冷凝单元1#，流量为50m3/h。管道风机的吸气量为100m3/h，原料气分流口02由冷凝及分离系统入口03进入翅板式换热器，气体在翅板换热器内经冷凝分离后从气相出口04流向气相回流口05，在气相回流口05点部分气体流向分流口02，部分气体流向冷凝单元出口06并进入第二级冷凝单元2#，此时气体中恶臭油气(VOCs)的含量为60mg/L。在第二冷凝单元重复与第一单元类似的冷凝分离过程，在第二冷凝单元的冷凝单元出口06排出的气体中恶臭油气(VOCs)含量为5mg/L。冷凝下来的有机液体经冷凝液出口09流出换热器，收集后去车间回收。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于油气回收过程的强化冷凝工艺，该工艺使用了气相半循环管路、控制气相半循环管路的控制系统、以及冷凝及分离系统，其特征在于：具体包括如下步骤：
(1)、油气从气相半循环管路入口进入，在第一级气相引入系统作用下，气相被部分或全部引入，然后被送入第一级冷凝及分离系统；
(2)、在第一级冷凝及分离系统内，气液多相流完成设计的换热冷凝任务后实现分离，气相重新回到气相半循环管路；
(3)、在气相半循环管路及其控制系统作用下，气相部分返回第一级气相引入系统部分进入下一级气相引入系统、全部返回第一级气相引入系统或全部进入下一级气相引入系统；
(4)、在气相半循环管路及其控制系统作用下，各级气相引入系统和冷凝及分离系统均进行相似的操作，分别完成各自设计的换热冷凝分离任务，最终气相经气相半循环管路及其控制系统出口排出。
2.根据权利要求1所述的用于油气回收过程的强化冷凝工艺，其特征在于：所述气相引入系统为管道气泵或风机。
3.根据权利要求1所述的用于油气回收过程的强化冷凝工艺，其特征在于：所述气相半循环管路包括流体输送所使用的管道；控制系统包括阀门、以及对流体起到传输作用的设备。
4.根据权利要求1所述的用于油气回收过程的强化冷凝工艺，其特征在于：所述冷凝及分离系统是具有换热面积及形状的换热设备，或是具有换热单元和气液分离单元的设备。
5.根据权利要求1所述的用于油气回收过程的强化冷凝工艺，其特征在于：所述油气是只包含气体的均相流体、气体－液体所形成的两相流体，或包含有部分固形物的气体－液体－固体所形成的多相流体。
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