CN1935318B

CN1935318B - 超声波增扰式油气吸收回收的方法及装置

Info

Publication number: CN1935318B
Application number: CN2006100415630A
Authority: CN
Inventors: 黄维秋; 刘海
Original assignee: Jiangsu Polytechnic University
Current assignee: Liyang Chang Technology Transfer Center Co., Ltd.
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2026-09-15
Also published as: CN1935318A

Abstract

本发明涉及利用超声波增扰技术促进吸收、利用耦合超声波增扰技术的真空解吸设备代替传统单纯真空解吸设备的方法及装置。整个油气回收过程可分为三部分：在超声波增扰设备和气液分离设备内进行油气吸收分离→超声波解吸罐解吸浓缩→同收塔吸收同收。其优点在于利用喷射泵引气降低了油气收集的压力要求，杜绝了油气收集过程的泄漏。且利用了超声波增扰技术，强化了吸收，提高了解吸深度，使吸收部分的设备总体体积缩小，可使整套设备投资降低30％～45％。

Description

超声波增扰式油气吸收回收的方法及装置

技术领域

本发明涉及环境保护及节能技术领域，特指在油气等各种挥发性有机物(VOCs)的吸收回收过程中利用超声波增扰技术促进吸收、利用耦合超声波增扰技术的低真空解吸设备代替传统单纯的高真空解吸设备的方法及装置。

背景技术

目前，油气与空气的分离回收方法有吸收法、吸附法、冷凝法及膜分离法等，有些还含有压缩过程或几种方法的综合利用。各种油气回收的原理各不相同，技术经济性能也相差较大。

吸附法油气回收方法是利用油气-空气混合气中各组分与吸附剂之间结合力强弱的差别，使难吸附的空气组分与易吸附的油气组分分离。目前常用活性炭及其改性物(如活性炭纤维)来吸附油气。活性炭吸附过程可视为绝热吸附。在油品储运过程中，蒸发排放出来的油气流量大、浓度高，国内油气中还高含烯烃等不饱和烃。吸附法回收方法用来处理这种油气，吸附热非常明显。吸附热效应将带来一系列后果，如：(1)油气中不饱和烃及硫等杂质易发生氧化(自催化)、炭化、焦化、聚合，填住活性炭有效微孔，降低活性炭活性吸附表面积，从而降低其有效吸附容量并影响使用寿命；(2)危及吸附操作安全。另外，其工业化设备也存在不少问题，如易损部件多，因为吸附塔要进行频繁的吸附——解吸自动循环切换，相应的阀门要能够自动实现这种操作，程控阀的使用寿命较短。吸附分离的一个优点是可以使尾气排放浓度控制在较低的指标内。因此，从油气分离回收技术的发展方向及尾气排放指标日趋严格等方面来看，对于大处理量、高浓度的进料气，油气吸附分离回收方法今后将主要用作其它分离方法(如吸收法、膜分离法、冷凝法)的最后把关(辅助)服务。

冷凝法油气回收方法，即利用制冷剂或冷凝剂通过热交换器进行间接传热冷凝，从而直接回收到油品。该方法原理简单，但由于为间接传热，装置操作温度及制冷温度低(如到-70℃)，才可保证回收率达到90％左右，相应地制冷系统较复杂。同时，还要用耐低温材料及增加保温、除霜等环节，而且不回收油气时装置也在连续运行(维持运行)，投资成本和运行费用都高。此类装置，有时还可能辅以压缩过程，安全性较差，制造较难。

膜分离法油气回收技术作为一门新技术，正处于研究开发中，尤其对高性能的膜材料开发研制。目前，国内外有用有机膜来分离回收VOC，但膜使用寿命短，投资及运行费用较大。

吸收法油气回收方法即通过油气——空气混合气与吸收剂接触，根据不同组分在吸收剂中的溶解度不同，即油气组分溶解于该吸收剂形成溶液(富吸收剂)，不能溶解的空气组分则保留在气相中，于是原混合气体的组分得以分离。以前国内外用煤油、轻柴油作为吸收剂，吸收回收率低(约为90％)，且在常温常压下难以解吸再生，故无法视为独立成套的回收技术。

国内典型的实例有利用轻柴油作吸收剂的汽油装车油气回收装置。该装置操作简单，但装置存在一些问题：①只能适宜在有催化裂化装置的炼油厂内部使用，难以作为成套独立的设备来看待，应用范围受到限制；②吸收剂(轻柴油)本身为轻质油品，回收率偏低(90％左右)，且自身挥发损耗量大，尤其在夏天使用；③轻柴油无法再生，仅作为一次性使用，用量大。

国内还有利用低温煤油作吸收剂的油气回收装置的实例。该工艺与本技术不相同，回收率约为90％，回收效果比本技术差。该装置在综合利用能源方面作了较好的考虑，但尚存在一些问题，如在50℃左右的温度下解吸煤油，煤油本身也将有部分蒸发损耗，且解吸效果不太好，因此煤油多次循环使用后，吸收效果会大大降低且要经常添加煤油。另外，作为第一级吸收剂的汽油没有解吸，也没有更新，运行一段时间后会失效。这种装置也应注意预冷脱水及保温处理，投资成本及运行费用都较高。这种装置还不适用于大处理量油气回收的场合。

有利用特制吸收剂吸收回收油气的方法及装置，专利申请号：200510123016.2。该油气回收过程可分为三部分：吸收塔吸收分离→解吸罐真空解吸浓缩→回收塔吸收回收。

根据本发明技术特点检索了国内外数据库。发现在国内外采用活性炭吸附法回收油气的专利和报道较多，尚未见公开发表的超声波技术应用于油气回收装置的报道。吸附法回收油气的专利和报道与本发明的技术路线及机理都不相同。

发明内容

本发明目的是提供一种油气吸收回收的方法及装置，是在专利申请200510123016.2的基础上，通过在油气吸收及解吸过程中引进超声波增扰技术，达到强化传质，从而优化现有的油气回收装置，使吸收和解吸设备小型化，并开发出在油气回收领域应用超声波技术的新工艺，以适应不同领域油气的回收。

实现本发明目的的技术方案为：

整个油气回收过程可分为三部分：在超声波增扰器和气液分离器内进行油气吸收分离→超声波解吸罐解吸浓缩→回收塔吸收回收。具体为：

(1)利用密闭装车鹤管及油气集气系统，将铁路油罐车等油品储运设备收发油过程产生的油气-空气混合气由喷射泵引到油气回收系统，喷射泵的介质为吸收剂；

(2)经喷射泵负压吸入的油气-空气混合气在其出口扩散段混合，大量气泡分布在吸收剂中，该气液混合流向下流经过超声波增扰器，在超声波的作用下，油气-吸收剂传质有效快速地进行，从而油气很快地被吸收剂所吸收；

(3)在气液分离器内设有深度吸收段，其为规整填料塔结构，并在其上部引入贫吸收剂向下喷淋，油气被深度吸收，即来自超声波增扰器的气液混合流中的气泡在深度吸收段上浮的过程中油气继续被贫吸收剂吸收，含有极少量油气的空气从气液分离器的深度吸收段顶部排出，直接排放到大气中；

(4)吸收了油气的富吸收剂流入有一定真空度的超声波解吸罐进行解吸。解吸了的贫吸收剂流到解吸罐底部汇聚，由溶剂泵增压后而被循环使用。在该解吸罐内，也增设了超声波增扰器，利用其空化作用及对气-液界面的扰动，起到强化解吸的目的；

(5)富吸收剂解吸出来的高浓度油气进入回收塔而被贫汽油泵送来的液态贫汽油本体所吸收，吸收后的富汽油通过富汽油泵打回原来油罐或可直接使用；

(6)回收塔中的尾气重新进入吸收塔而被循环吸收。

本发明所述装置包括：依次相连的油气吸收分离设备、解吸罐、回收塔，以及溶剂泵、富汽油泵、贫汽油泵，其特征在于：油气吸收分离设备包括气液分离器以及在气液分离器前设置的超声波增扰器。

其在超声波增扰器前采用喷射泵与集气系统相连，以引入油气。

其中所述的气液分离器内的深度吸收段为规整填料塔结构，通过在其上部引入贫吸收剂喷淋深度吸收，含有极少量油气的空气从气液分离器的深度吸收段顶部排出，直接排放到大气中。

所述的解吸罐为带超声波振子的超声波解吸罐。其设有布液直管，解吸盘与布液直管垂直，布液直管管壁设有斜下即小于90°的若干小孔以保证液流均落在解吸盘上；不同层解吸盘上的吸收剂由上逐层向下流动，直到流到解吸罐底部，由溶剂泵增压后而被循环使用。

为了方便提供贫汽油及储存富汽油，可设置油罐。

集成超声波技术的吸收法油气回收系统，在油气-空气的混合气处理量为500m³/h(STP)、油气回收率为95％的情况下，其设备投资约降低64万元，运行能耗约减少10％，而且占地面积及施工难度也相应降低。

本发明优点在于：

(1)本发明利用了超声波增扰技术，强化了吸收，使吸收部分的设备总体体积缩小，投资降低，减少占地。

(2)本发明利用喷射泵引气，降低了油气收集的压力要求，杜绝了油气收集过程的泄漏。

(3)利用带有一定真空度的超声波解吸设备替代传统的纯粹的高真空解吸设备，降低了解吸难度，提高了解吸深度，可使整套设备投资降低30％～45％。

(4)本发明可防止各种VOCs带来的环境污染及火灾爆炸隐患，还可回收有价值的物料，如汽油、苯。

附图说明

图1为超声波增扰式常温常压吸收法油气回收工艺流程示意图。

图2为超声波解吸罐结构实施例图。

图3为布液直管A局部开孔示意图。

1集气管，2喷射泵，3超声波增扰器，4气液分离器，5尾气排放口，6超声波解吸罐，7溶剂泵，8真空泵，9密封液罐，10回收塔，11富油泵，12贫油泵，13贫油入口，14富油出口15超声波振子，16解吸盘，17布液直管，18富溶剂入口，19解吸油气出口，20贫溶剂出口

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例包括依次相连的喷射泵2、超声波增扰器3、气液分离器4、超声波解吸罐6、溶剂泵7、真空泵8、回收塔10、富油泵11、贫汽油泵12。本发明中超声波解吸罐6为关键设备，其实施例结构如图2所示。富吸收剂在布液直管17内流动时，吸收剂通过直管管壁斜下即0＜90°若干小孔逐渐均匀地外泄并分布到解吸盘上；然后，不同层解吸盘上的吸收剂由上逐层向下流动，直到流到解吸罐底部，由溶剂泵增压后而被循环使用。在该解吸罐内，也增设了超声波增扰器，利用其空化作用及对气-液界面的扰动，起到强化解吸的目的。其具体工作原理为：超声波使富吸收剂和解吸盘产生扰动，并利用超声波在负压波阶段形成的空化现象，以及在图1所示的真空泵8共同作用下，富吸收剂中的油气不断气化并形成气泡而迅速在解吸盘液面上逸出，溢出吸收剂界面；同时，在气泡的气-液界面上，由于超声波所产生的界面湍动，使传质快速进行，提高了解吸效率并使解吸速度加快，缩短了吸收剂在解吸罐内的停留时间。

如图1、2，各装置连接描述如下：(1)铁路油罐车通过密闭装车鹤管来收发油，铁路油罐车排放气通过集气管1与喷射泵2的侧部相连接；(2)喷射泵2混合出口与超声波增扰器3入口相连、超声波增扰器2出口连接气液分离器4入口；(3)气液分离器4深度吸收段上部、喷射泵2入口与溶剂泵7出口相连接，气液分离器4顶部与排放口5相连接，气液分离器4底部出口与超声波解吸罐6之富溶剂入口18相连；(4)超声波解吸罐6之解吸油气出口19与真空泵8的入口相连以引出浓缩的油气，底部贫溶剂出口20与溶剂泵7进口端相连接；(5)真空泵8出口连接回收塔10下部，回收塔10底部与富汽油泵11进口端相连接，上部与贫汽油泵12出口端相连接，顶部排放出的尾气返回到喷射泵2侧部而被循环吸收。

油气回收步骤为：

(1)利用密闭装车鹤管及油气集气系统，将铁路油罐车等油品储运设备装油过程产生的油气-空气混合气经喷射泵2引到油气回收系统的超声波增扰器3再进入气液分离器4的下部。

(2)利用高效吸收剂(贫吸收剂)在超声波增扰器3及气液分离器4深度吸收段中吸收回收汽油等轻质油品蒸发排放出来的油气后变成富吸收剂，富吸收剂在真空度的作用下自流进入超声波解吸罐6解吸变成贫吸收剂，贫吸收剂由溶剂泵7打到喷射泵2和气液分离器4深度吸收段顶部。未被吸收的空气从排放口5排入大气。气液分离器4中的液位通过调节阀来控制，从而使其液位保持在稳定的水平。

(3)从超声波解吸罐6被解吸出来的高浓度油气由真空泵8出口进入回收塔10下部而被液态贫汽油本体所吸收，吸收后的富汽油经富油泵11打回原来油罐或直接外送使用，从而实现油气的回收。其中贫油由贫油泵12来实现输送。回收塔10中的液位通过调节阀来控制，从而使其液位保持在稳定的水平。

(4)回收塔10中有部分未被吸收的油气-空气混合气(尾气)重新进入喷射泵2侧部而被循环吸收。

Claims

1.实现超声波增扰式油气吸收回收的方法的设备，其特征是：

整个油气回收过程分为三部分：在超声波增扰器和气液分离器内进行油气吸收分离→超声波解吸罐解吸浓缩→回收塔吸收回收，具体为：

(1)利用密闭装车鹤管及油气集气系统，将铁路油罐车收发油过程产生的油气-空气混合气由喷射泵引到油气回收系统，喷射泵的介质为吸收剂；

(2)经喷射泵负压吸入的油气-空气混合气在其出口扩散段混合，大量气泡分布在吸收剂中，形成的气液混合流向下流经过超声波增扰器；

(3)在气液分离器内的深度吸收段的上部引入贫吸收剂向下喷淋，油气被深度吸收，含有极少量油气的空气从气液分离器的深度吸收段顶部排出，直接排放到大气中；

(4)吸收了油气后形成的富吸收剂流入有一定真空度的超声波解吸罐进行解吸；解吸后形成的贫吸收剂流到解吸罐底部汇聚，由溶剂泵增压后而被循环使用；

(5)富吸收剂解吸出来的高浓度油气进入回收塔而被贫汽油泵送来的液态贫汽油本体所吸收，吸收后的形成的富汽油通过富汽油泵打回油罐或直接使用；

(6)回收塔中的尾气重新进入喷射泵而被循环吸收；

其包括：依次相连的油气吸收分离设备、解吸罐、回收塔，以及溶剂泵、富汽油泵、贫汽油泵，油气吸收分离设备包括气液分离器(4)与在气液分离器(4)前设置的超声波增扰器(3)，所述油气吸收分离设备还包括在超声波增扰器(3)前并与集气系统相连的喷射泵(2)；所述解吸罐为带超声波振子(15)的超声波解吸罐(6)，该解吸罐设有与解吸盘(16)垂直的布液直管(17)，布液直管(17)管壁设有斜下即小于90°的若干小孔。