CN206500002U

CN206500002U - 一种带固液相变物质的吸附再生装置

Info

Publication number: CN206500002U
Application number: CN201720104422.2U
Authority: CN
Inventors: 白爽
Original assignee: Shanghai Poly Chen Amperex Technology Ltd
Current assignee: Shanghai Poly Chen Amperex Technology Ltd
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2017-09-19
Anticipated expiration: 2027-01-26

Abstract

本实用新型公开了一种带固液相变物质的吸附再生装置，包括油气进口、第一吸附罐、第一换热管、真空泵、第一进油气阀门、第一真空阀门、第一出油气阀门、洁净气排放口，所述第一换热管设置于所述第一吸附罐内部，且其内部为中空结构，并充填有固液相变蓄能物质；所述油气进口与所述第一进油气阀门、第一吸附罐、第一出油气阀门和洁净气排放口依次连接；所述第一真空阀门一端连接于所述第一进油气阀门和第一吸附罐之间，另一端与所述真空泵连接。本实用新型一种带固液相变物质的吸附再生装置中减少了所需盘管的体积，使现场设备更少，节约了投资成本；无循环泵、切换阀门等动设备，运行更加稳定。

Description

一种带固液相变物质的吸附再生装置

技术领域

本实用新型涉及油气吸附再生技术领域，特别涉及一种带固液相变物质的吸附再生装置。

背景技术

油气等VOC气体一般通过吸附等工艺方法使排放达标，吸附时常采用比表面积很大的活性炭，由于吸附过程是个放热过程，而活性炭吸附油气后，其燃点可能降低到100℃左右，故GB 50759-2012等国标要求将吸附温度控制在65℃以内，若吸附过程温度控制不好，将带来巨大的安全隐患。

针对吸附温度控制的问题，有在油气进入活性炭吸附剂之前，先将油气冷凝，使油气中大量可凝性物质相变，减小进入活性炭吸附剂的油气浓度，也降低进入活性炭吸附剂的温度的工艺，称为冷凝+吸附工艺，冷凝工艺相对于吸附工艺，其拦截油气的效率相对较低，采用这样的工艺无疑增加了能耗。

也有通过在活性炭吸附罐内增加冷却盘管来带走吸附热的设计，如专利CN201020252215，在吸附罐内增加了冷却盘管，通过冷凝下来的冷汽油循环进入吸附罐，带走吸附热。这无疑会增加投资，增加系统复杂程度。

活性炭吸附油气后，一般采用真空再生工艺使活性炭再生，再生时，由于吸附油气的挥发使吸附剂降温，温度降低造成油气脱附困难。更严重的是，对于苯等一些高熔点物质，脱附时由于蒸发吸热，可能使温度降低至苯等高熔点物质的冰点，吸附质在活性炭微孔内结晶，造成活性炭微孔的破坏，使活性炭“中毒”失效，故此，脱附时，常常需要引入加热的空气或氮气，以避免吸附质的结晶，使再生得以顺利完成，如专利CN201110090661靠引入60～80℃的氮气使脱附彻底，这无疑增大了能耗，也增加了运行费用。

本实用新型的方案便是针对上述问题对现有吸附再生装置进行的改进。

实用新型内容

为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供了一种带固液相变物质的吸附再生装置，减少了所需盘管的体积，使现场设备更少，节约了投资成本；无循环泵、切换阀门等动设备，运行更加稳定。

为了达到上述实用新型目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本实用新型公开了一种带固液相变物质的吸附再生装置，包括油气进口、第一吸附罐、第一换热管、真空泵、第一进油气阀门、第一真空阀门、第一出油气阀门、洁净气排放口，其中：

所述第一换热管设置于所述第一吸附罐内部，且其内部为中空结构，并充填有固液相变蓄能物质；

所述油气进口与所述第一进油气阀门、第一吸附罐、第一出油气阀门和洁净气排放口依次连接；

所述第一真空阀门一端连接于所述第一进油气阀门和第一吸附罐之间，另一端与所述真空泵连接。

进一步的，还包括第二吸附罐、第二换热管、第二进油气阀门、第二真空阀门、第二出油气阀门和平衡吹扫阀门，其中：

所述第二吸附罐与所述第一吸附罐并联连接；

所述第二换热管设置于所述第二吸附罐内部，且其内部为中空结构，并充填有固液相变蓄能物质；

所述第二进油气阀门和第一进油气阀门并联连接，且分别与所述第二吸附罐和第一吸附罐的下部的进气口连接；

所述第二真空阀门和第一真空阀门并联连接，且分别与所述第二吸附罐和第一吸附罐的下部的进气口连接；

所述第二出油气阀门和第一出油气阀门并联连接，且分别与所述第二吸附罐和第一吸附罐的上部的排气口连接；

所述平衡吹扫阀门分别与所述第一吸附罐和第二吸附罐的上部的排气口连接。

可选的，所述第一吸附罐和/或第二吸附罐由若干个小吸附罐串联或并联组成。

进一步的，所述第一吸附罐还包括第一吸附罐本体和第一吸附剂，所述第二吸附罐还包括第二附罐本体和第二吸附剂，其中：

所述第一吸附剂和第二吸附剂对应充填于所述第一吸附罐本体和第二吸附罐本体的内部；

所述第一换热管固定连接于所述第一吸附罐本体内部的上下两端并穿设于所述第一吸附剂之间；

所述第二换热管固定连接于所述第二吸附罐本体内部的上下两端并穿设于所述第二吸附剂之间。

进一步的，所述第一换热管和/或第二换热管外设置有翅片，所述翅片采用铝、铜或不锈钢材质的导热材料。

进一步的，所述第一换热管和/或第二换热管采用多层翅片管，由一层横向排列的翅片管和一层纵向排列的翅片管交替设置组成，使得每层翅片管的翅片平行于气流方向。

进一步的，每层翅片管之间的间距在100-500mm之间。

进一步的，还包括若干支撑环，若干所述支撑环设置于所述第一吸附罐本体和/或第二吸附罐本体的内壁上，所述翅片管焊接或卡接于所述支撑环上。

进一步的，所述第一换热管和第二换热管内充填有10～70℃区间产生固液相变的蓄能物质。

进一步的，所述蓄能物质采用六水氯化钙、五水合硫代硫酸钠、三水合醋酸钠、磷酸氢二钠、乙酸或对二甲苯，其结晶点比所使用的环境温度高3～20℃。

进一步的，所述蓄能物质包括增稠剂和成核剂，所述增稠剂采用明胶、羧甲基纤维素或水溶性石蜡，所述成核剂采用水合氯化锶或四硼酸钠。

进一步的，所述第一换热管和第二换热管内留有1～20％左右的气相空间，用于给蓄能物质固液相变时体积变化留出足够余量。

优选的，所述真空泵为干式螺杆真空泵、干式涡旋真空泵、干式旋片真空泵、爪型干式真空泵或气冷式罗茨真空泵。

本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

(1)本实用新型一种带固液相变物质的吸附再生装置中增加了翅片管的设计，强化了与热气流的热交换，使吸附温升能够有效地传递到蓄能物质内。

(2)本实用新型一种带固液相变物质的吸附再生装置中的翅片管内充填了蓄能物质，蓄能物质具有相对于显热大得多的相变热，相比于吸附罐内部设置冷却盘管，采用不会相变的冷却水或其他循环的液体介质的工艺，减少了所需盘管的体积，使现场设备更少，更加节约投资；无循环泵、切换阀门等动设备，运行更加稳定。此外，由于相变蓄能物质单位吸热量大，吸附罐内部充填相变蓄能物质，损失容积比小，大约只损失1.8％。

(3)与传统的先冷凝、后吸附的吸附再生工艺相比，采用增加相变蓄能物质防止吸附过热的方法，使油气能直接安全地被吸附拦截，脱附的高浓度油气直接被冷凝，节约了冷凝时的能耗。增加了相变蓄能物质，使吸附时温度控制在蓄能物质的相变点附近，增加了吸附工艺的安全性。

(4)在吸附时蓄热，减小了吸附剂的温升，由于吸附容量与吸附温度成反比例关系，相应地使吸附剂的吸附容量得以增大。

(5)由于减压脱附过程是个吸热过程，脱附时，蓄热物质相变放热，稳定了脱附过程的温度，减小了由于脱附降温导致吸附质结晶从而使吸附剂中毒的风险，脱附温度维持在蓄能物质的较高相变温度下，也使得脱附更容易，吸附剂再生更加彻底。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是本实用新型中一种带固液相变物质的吸附再生装置的第一结构示意图；

图2是本实用新型中一种带固液相变物质的吸附再生装置的第二结构示意图；

图3是本实用新型中一种带固液相变物质的吸附再生装置中的第一吸附罐(第二吸附罐)的整体结构示意图；

图4是本实用新型中一种带固液相变物质的吸附再生装置中的第一吸附罐(第二吸附罐)的A-A向示意图；

图5是本实用新型中一种带固液相变物质的吸附再生装置中的第一吸附罐(第二吸附罐)的B-B向示意图。

【主要符号说明】

1-第一吸附罐；

2-真空泵；

3-第一进油气阀门；

4-第一真空阀门；

5-第一出油气阀门；

6-第二进油气阀门；

7-第二真空阀门；

8-平衡吹扫阀门；

9-第二出油气阀门；

10-第二吸附罐；

11-第一换热管；

12-第二换热管；

13-第一吸附罐本体；

14-第二吸附罐本体；

15-支撑环。

具体实施方式

以下将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本实用新型的一部分实例，并不是全部的实例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型公开了一种带固液相变物质的吸附再生装置，包括油气进口、第一吸附罐1、第一换热管11、真空泵2、第一进油气阀门3、第一真空阀门4、第一出油气阀门5、洁净气排放口，其中：

所述第一换热管11设置于所述第一吸附罐1内部，且其内部为中空结构，并充填有固液相变蓄能物质；

所述油气进口与所述第一进油气阀门3、第一吸附罐1、第一出油气阀门5和洁净气排放口依次连接；

所述第一真空阀门4一端连接于所述第一进油气阀门3和第一吸附罐1之间，另一端与所述真空泵2连接。

如图2所示，所述吸附再生装置还包括第二吸附罐10、第二换热管12、第二进油气阀门6、第二真空阀门7、第二出油气阀门9和平衡吹扫阀门8，其中：

所述第二吸附罐10与所述第一吸附罐1并联连接；

所述第二换热管12设置于所述第二吸附罐10内部，且其内部为中空结构，并充填有固液相变蓄能物质；

所述第二进油气阀门6和第一进油气阀门3并联连接，且分别与所述第二吸附罐10和第一吸附罐1的下部的进气口连接；

所述第二真空阀门7和第一真空阀门4并联连接，且分别与所述第二吸附罐10和第一吸附罐1的下部的进气口连接；

所述第二出油气阀门9和第一出油气阀门5并联连接，且分别与所述第二吸附罐10和第一吸附罐1的上部的排气口连接；

所述平衡吹扫阀门8分别与所述第一吸附罐1和第二吸附罐10的上部的排气口连接。

如图3所示，所述第一吸附罐1还包括第一吸附罐本体13和第一吸附剂(未图示)，所述第二吸附罐10还包括第二附罐本体14和第二吸附剂(未图示)，其中：

所述第一吸附剂和第二吸附剂对应充填于所述第一吸附罐本体13和第二吸附罐本体14的内部；

所述第一换热管11固定连接于所述第一吸附罐本体13内部的上下两端并穿设于所述第一吸附剂之间；

所述第二换热管12固定连接于所述第二吸附罐本体14内部的上下两端并穿设于所述第二吸附剂之间。

本实施例中，所述第一吸附剂和第二吸附剂可以是活性炭、硅胶、分子筛等现有技术中的任何吸附剂。

进一步的，所述第一换热管11和/或第二换热管12外设置有翅片，所述翅片采用铝、铜或不锈钢材质的导热材料。

如图5所示，进一步的，所述第一换热管11和/或第二换热管12采用多层翅片管，由一层横向排列的翅片管和一层纵向排列的翅片管交替设置组成，使得每层翅片管的翅片平行于气流方向。进一步的，每层翅片管之间的间距在100-500mm之间。

如图4和5所示，所述第一吸附罐1和第二吸附罐10还包括若干支撑环15，若干所述支撑环15设置于所述第一吸附罐本体13和/或第二吸附罐本体14的内壁上，所述翅片管焊接或卡接于所述支撑环15上。

优选实施例中，所述第一换热管11和第二换热管12内充填有10～70℃区间产生固液相变的蓄能物质。其中，所述蓄能物质采用六水氯化钙、五水合硫代硫酸钠、三水合醋酸钠、磷酸氢二钠、乙酸或对二甲苯，其结晶点比所使用的环境温度高3～20℃。进一步的，所述蓄能物质包括增稠剂和成核剂，所述增稠剂采用明胶、羧甲基纤维素或水溶性石蜡，所述成核剂采用水合氯化锶或四硼酸钠。

进一步的，所述第一换热管11和第二换热管12内留有1～20％左右的气相空间，用于给蓄能物质固液相变时体积变化留出足够余量。

可选的，所述第一吸附罐1和/或第二吸附罐10由若干个小吸附罐串联或并联组成。

优选的，所述真空泵2为干式螺杆真空泵、干式涡旋真空泵、干式旋片真空泵、爪型干式真空泵或气冷式罗茨真空泵。

具体吸附再生工艺一：

步骤1：待处理油气经油气进口进入，经进第一进油气阀门3进入第一吸附罐1，并在第一吸附罐1中被第一吸附剂吸附拦截，固液相变物质通过翅片管吸收大量吸附热使固液相变物质由固体变成液体，稳定吸附温度，剩余洁净尾气被剩余的少量吸附热升温后经第一出油气阀门5排入大气，第一吸附罐1吸附油气的同时，第二吸附罐10在再生，再生和吸附的交替时间为10～20分钟；

步骤2：再生时间设定为20分钟，第二吸附罐10开始再生时，第二真空阀门7打开，同时真空泵2启动，真空泵2产生的负压使吸附质蒸发并被真空泵2排出，同时吸附质从翅片管吸收固液相变物质的热量，使固液相变物质由液体逐渐变成固体，稳定脱附时的温度，待再生时间达到10～15分钟后或根据正在进行再生的第二吸附罐10内的压力达到1～15KPa时，平衡吹扫阀门8打开，对第二吸附罐10补入从第一吸附罐1排出的加热过的洁净尾气，使活性炭再生更加彻底，平衡吹扫阀门8打开1～3分钟后，真空泵2停止抽气，同时第二真空阀门7关闭，平衡吹扫阀门8继续打开补气，使抽完真空的第二吸附罐10内的压力逐渐恢复常压后关闭或左右吸附罐切换时关闭，以待下次与第一吸附罐1的交替运行；

步骤3：经过真空泵2抽真空后的高浓度脱附气输送至后续装置中。

具体吸附再生工艺二：

步骤A：待处理油气经油气进口进入，油气经第二进油气阀门6进入第二吸附罐10，并在第二吸附罐10中被第二吸附剂吸附拦截，固液相变物质通过翅片管吸收大量吸附热使固液相变物质由固体变成液体，稳定吸附温度，剩余洁净尾气被剩余的少量吸附热升温后经第二出油气阀门9排入大气，第二吸附罐10吸附油气的同时，第一吸附罐1在再生，再生和吸附的交替时间为10～20分钟；

步骤B：再生时间设定为20分钟，第一吸附罐1开始再生时，第一真空阀门4打开，同时真空泵2启动，真空泵2产生的负压使吸附质蒸发并被真空泵排出，同时吸附质从翅片管吸收固液相变物质的热量，使固液相变物质由液体逐渐变成固体，稳定脱附时的温度，待再生时间达到10～15分钟后或根据正在进行再生的第一吸附罐1内的压力达到1～15KPa时，平衡吹扫阀门8打开，对第一吸附罐1补入从第二吸附罐10排出的加热过的洁净尾气，使活性炭再生更加彻底，平衡吹扫阀门8打开1～3分钟后，真空泵2停止抽气，同时第一真空阀门4关闭，平衡吹扫阀门8继续打开补气，使抽完真空的第一吸附罐1内的压力逐渐恢复常压后关闭或左右吸附罐切换时关闭，以待下次与第二吸附罐10的交替运行；

步骤C：经过真空泵抽真空后的高浓度脱附气输送至后续装置中。

进一步的，在步骤1或步骤A中，在第一吸附剂或第二吸附剂吸附放热时，油气被拦截，剩余洁净气体带走部分吸附热并排出第一吸附罐1或第二吸附罐10，剩下部分的吸附热通过气体的对流传热作用和吸附剂的导热作用传递给充填在中空的第一换热管11或第二换热管12内的蓄能物质，蓄能物质吸热液化，蓄能物质液化时在温度基本不变的情况下吸收大量的热，使吸附时不致超温。

其中，所述蓄能物质采用六水氯化钙、五水合硫代硫酸钠、三水合醋酸钠、磷酸氢二钠、乙酸或对二甲苯，其结晶点比所使用的环境温度高3～20℃。

进一步的，在步骤2或步骤B中，吸附再生20分钟后，采用真空脱附使第一吸附剂或第二吸附剂再生，再生时，温度逐渐降低至蓄能物质结晶点，蓄能物质开始相变放出大量的热，使再生更易进行，同时使吸附质不致在低温下结晶，保护第一吸附剂或第二吸附剂的微孔结构；在再生的最后阶段，真空泵2使第一吸附罐1或第二吸附罐10内压力降低至1～15KPa，缓慢打开第一出油气阀门5或第二出油气阀门9或平衡吹扫阀门8，引入部分低温的新鲜空气吹扫吸附剂及蓄能物质，确保再生完全和确保蓄能物质全部相变结晶。

此外，在步骤2或步骤B中，所述真空泵2通过变频器(未图示)控制，用以控制油气流量，且使其启动时不会过载，所述真空泵2的启动压力为10～90KPa。

运行实例

由于可再生的吸附一般为物理吸附，物理吸附的放热一般为20kJ/mol，以油气浓度1000g/Nm³，油气的分子量大约为65g/mol，处理规模较大的1000Nm³/h油气回收设备，20分钟吸脱附交替为例计算：

吸附20分钟以上参数的较高浓度油气放出的吸附热为，1000÷65X20X1/3＝102564.1kJ，以六水合氯化钙的相变热175kJ/kg，制作成金属翅片管后的蓄能物质有效装填密度1600kg/m³计算：

则含金属翅片管体积的六水合氯化钙相变物质需占用的容积为：102564.1÷175÷1600＝0.3663m³，1000Nm3/h规模的直接吸附式油气回收其活性炭罐的充填容积至少为20m³，可以计算可知，由于此蓄能材料的加入，使吸附罐损失的容积为：0.3663÷20＝1.8％，蓄能物质的经济性非常明显。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种带固液相变物质的吸附再生装置，其特征在于，包括油气进口、第一吸附罐、第一换热管、真空泵、第一进油气阀门、第一真空阀门、第一出油气阀门、洁净气排放口，其中：

2.根据权利要求1所述的一种带固液相变物质的吸附再生装置，其特征在于，还包括第二吸附罐、第二换热管、第二进油气阀门、第二真空阀门、第二出油气阀门和平衡吹扫阀门，其中：

所述第二吸附罐与所述第一吸附罐并联连接；

3.根据权利要求2所述的一种带固液相变物质的吸附再生装置，其特征在于，所述第一吸附罐和/或第二吸附罐由若干个小吸附罐串联或并联组成。

4.根据权利要求2所述的一种带固液相变物质的吸附再生装置，其特征在于，所述第一吸附罐还包括第一吸附罐本体和第一吸附剂，所述第二吸附罐还包括第二附罐本体和第二吸附剂，其中：

5.根据权利要求2所述的一种带固液相变物质的吸附再生装置，其特征在于，所述第一换热管和/或第二换热管外设置有翅片，所述翅片采用铝、铜或不锈钢材质的导热材料。

6.根据权利要求5所述的一种带固液相变物质的吸附再生装置，其特征在于，所述第一换热管和/或第二换热管采用多层翅片管，由一层横向排列的翅片管和一层纵向排列的翅片管交替设置组成，使得每层翅片管的翅片平行于气流方向。

7.根据权利要求6所述的一种带固液相变物质的吸附再生装置，其特征在于，每层翅片管之间的间距在100-500mm之间。

8.根据权利要求6所述的一种带固液相变物质的吸附再生装置，其特征在于，还包括若干支撑环，若干所述支撑环设置于所述第一吸附罐本体和/或第二吸附罐本体的内壁上，所述翅片管焊接或卡接于所述支撑环上。

9.根据权利要求6所述的一种带固液相变物质的吸附再生装置，其特征在于，所述第一换热管和第二换热管内充填有10～70℃区间产生固液相变的蓄能物质。

10.根据权利要求9所述的一种带固液相变物质的吸附再生装置，其特征在于，所述蓄能物质采用六水氯化钙、五水合硫代硫酸钠、三水合醋酸钠、磷酸氢二钠、乙酸或对二甲苯，其结晶点比所使用的环境温度高3～20℃。

11.根据权利要求10所述的一种带固液相变物质的吸附再生装置，其特征在于，所述蓄能物质包括增稠剂和成核剂，所述增稠剂采用明胶、羧甲基纤维素或水溶性石蜡，所述成核剂采用水合氯化锶或四硼酸钠。

12.根据权利要求6所述的一种带固液相变物质的吸附再生装置，其特征在于，所述第一换热管和第二换热管内留有1～20％左右的气相空间，用于给蓄能物质固液相变时体积变化留出足够余量。

13.根据权利要求1所述的一种带固液相变物质的吸附再生装置，其特征在于，所述真空泵为干式螺杆真空泵、干式涡旋真空泵、干式旋片真空泵、爪型干式真空泵或气冷式罗茨真空泵。