一種基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置及方法

2023-08-11 18:07:36 1

專利名稱：一種基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置及方法
技術領域：
本發明涉及分子科學領域、大氣環境領域和節能技術領域，涉及一種氣體提純方法，特別涉及一種基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置及方法。
背景技術：
許多社會生產過程中伴隨著氣體的產生，這些氣體中往往含有有機可燃成分，但由於濃度低，難於直接利用，往往直接排放在大氣中，這不但造成了能源的浪費，也帶來了巨大的環境汙染。例如，礦井瓦斯一般在1%以下，而瓦斯濃度要達到5%才能直接燃燒，因此這樣的瓦斯不能直接燃燒，難於直接利用，大多直接排放到空氣中；油氣勘探過程中，泥漿中存在烷烴氣體，有時候濃度還會很高，但由於濃度不穩定，因此至今也沒有得到合理利用，只能任由其揮發到空氣中。瓦斯的主要成分是甲烷，油氣勘探過程中排出的泥漿所含有的氣體中也含有豐富的甲烷，而甲烷的溫室效應是二氧化碳的24倍，因此這些氣體不但帶來了環境的汙染，還帶來了能源的浪費。此外，化工、五金行業也會產生大量的廢氣，如家具加工企業在往家具上噴塗油漆過程中，會散發出大量的甲醛等氣體，這些氣體對人體有害，但又有較高的燃燒價值。目前，其處理方式基本上是通過加大通風力度，將這些氣體直接排放到大氣中，這給周邊居民造成了較大了環境汙染。目前，已有石油勘探、石油化工和煤氣生產與化工等領域產生的伴生氣、廢氣等再利用方面的報導，主要有兩種方法，一種是將這些氣體液化儲存，另一種是直接利用廢氣進行發電。但這些利用方法的前提條件是廢氣中的有機成分濃度足夠高，至少可以直接燃燒，而對於有機成分濃度低於直接燃燒限的時候，則無能為力，或者需要在其中添加天然氣的方法才能進行再利用。顯然，當氣體中有機可燃成分濃度很低時，發電所用能源主要來自天然氣，這會帶來新的浪費。對於氣體提純的方法，主要有分子篩法、催化劑吸附法、冷凝法等。分子篩法速度慢，要求混合氣體中待分離成分與其它成分的分子大小有差異，而有機可燃氣體成分複雜，分子大小差異較大，不易從混合氣體中分離出來；催化劑吸附法由於吸附是在表面進行，催化劑容易受汙染，難於長時間穩定工作；冷凝法要求待提純混合氣中有機可燃氣體與其它成分的沸點有一定的差異，由於氣體成分複雜，有機可燃氣很難保證這一點，因此這種方法也不適合於有機可燃氣體的提純。

發明內容
本發明的目的在於提供一種基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置及方法。為了達到上述目的，本發明採用了以下技術方案:—種基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置，該提純裝置包括容器以及設置於容器上端的頂端出口，頂端出口的一側設置有與容器相連的側面出口，側面出口與設置於容器外的真空泵相連，容器的底部設置有氣體噴嘴，氣體噴嘴與頂端出口設置於容器的同一側，頂端出口與大氣相連通。
所述容器的一側側面為向容器內傾斜的斜面，頂端出口設置於斜面的上端。所述容器內自上而下設置有若干層間隔排布的布料層或者石棉層。所述布料層或者石棉層與斜面相連，布料層或者石棉層水平放置，或者布料層或者石棉層與斜面相連的一端向上高出0.1 5cm。所述側面出口的頂部高於頂端出口的頂部。所述側面出口和頂端出口在容器上形成兩個管狀體，兩個管狀體的相鄰側相交，管狀體的中軸切面為矩形或者梯形。所述頂端出口內設置有液位檢測器。所述提純裝置還包括排液管，容器的底部為向下凹陷的弧形面，排液管的一端與弧形面相連，另一端設置有蓋子。上述基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置的提純方法，包括以下步驟:首先在容器中注滿油，然後在容器中布置布料或石棉，然後開啟真空泵，然後將待提純氣從氣體噴嘴注入容器，待提純氣在向上冒出過程中，待提純氣中的與油相溶的氣體通過布料或石棉的作用在油中充分的溶解、擴散，擴散至側面出口後，由於氣壓低而與油分離，然後由真空泵泵出容器進行收集，待提純氣中的與油不相溶的氣體從頂端出口排出容器。本發明利用有機分子氣體容易溶於油中，而普通空氣則不易溶於油中的分子相溶性特點，實現有機可燃氣體與普通空氣的分離。然後在該原理的基礎上，構建了一種氣體有機可燃氣體提純裝置，可以用於提純石油勘探與開採、石油化工、礦臧開採和煤氣生產與化工等領域產生的伴生氣、廢氣等氣體中的有機可燃氣體，以便於這些氣體的再利用，從而達到節能環保的目的。


圖1為本發明所述提純裝置的結構示意圖之一；圖2為本發明所述提純裝置的結構示意圖之二 (頂端出口的軸向截面為梯形)；圖3為本發明所述提純裝置的結構示意圖之三(噴氣嘴從頂端出口伸向容器底部)；圖中:容器I，頂端出口 2，側面出口 3，氣路接口 4，真空泵5，氣體噴嘴6，液位檢測器7,布料/石棉層8。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。參見圖1、圖2以及圖3，本發明所述基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置，該提純裝置包括容器I以及設置於容器I上端的頂端出口 2，頂端出口 2的一側設置有與容器I相連的側面出口 3，側面出口 3與設置於容器I外的真空泵5相連，容器I的底部設置有氣體噴嘴6,氣體噴嘴與頂端出口設置於容器的同一側,頂端出口 2與大氣相連通。所述容器I的一側側面為向容器I內傾斜的斜面，頂端出口 2設置於斜面的上端。使與油不相溶的氣體沿斜面進入頂端出口。所述容器I內自上而下設置有若干層間隔排布的布料層或者石棉層。所述布料層或者石棉層與斜面相連，布料層或者石棉層水平放置，或者布料層或者石棉層與斜面相連的一端向上高出0.1 5cm。所述側面出口 3的頂部高於頂端出口 2的頂部。所述側面出口 3和頂端出口 2在容器I上形成兩個管狀體，兩個管狀體的相鄰側相交，管狀體的中軸切面為矩形或者梯形。所述頂端出口 2內設置有液位檢測器7。所述提純裝置還包括排液管，容器I的底部為向下凹陷的弧形面，排液管的一端與弧形面相連，另一端設置有蓋子。上述基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置的提純方法，包括以下步驟:首先在一個容器I中注滿不易揮發的油，然後在容器I中布置布料或石棉，然後開啟真空泵5，然後將待提純氣從氣體噴嘴6注入容器1，待提純氣在向上冒出過程中，待提純氣中的與油相溶的氣體通過布料或石棉的作用在油中充分的溶解、擴散，擴散至側面出口 3後，由於氣壓低而與油分離，然後由真空泵5泵出容器I進行收集，待提純氣中的與油不相溶的氣體從頂端出口 2排出容器I。有機可燃氣體易溶於油，而普通空氣不易溶於油，油中有機可燃氣體在空氣氣壓很低的情況又易於從油中溢出，因此，實現了有機可燃氣體與普通空氣的分離。實施例有機可燃氣體提純裝置由容器、布料、不揮發的油、真空泵、氣路管道、氣路接口、液位測量系統和氣體噴嘴構成，其結構如圖1所示。容器的頂端和側面各有一個出口，頂端出口與大氣相連，側面出口通過氣路接口、氣路管道與真空泵相連。在油中放置布料，然後將待提純的氣體從容器底端用氣體噴嘴注入，氣體在向上冒出過程中，其中的有機可燃氣體通過布料溶解在油中，並向四周擴散，並擴散至容器側面出口，而氮氣和氧氣等不溶於油的氣體則從頂端出口冒出。側面出口由於氣壓低，油中氣體易從油中溢出，真空泵將這些氣體泵出。由於這些抽出來的氣體易溶於油，因此大部分是有機可燃氣體；容器中不易揮發的油指的是主要成分為含有15個以上碳原子的烴類分子，包括烷烴，烯烴和炔烴；由於待提純的氣體中可能存在水汽，這些水汽易在油中凝結成水。水的比重比油大，因此正常情況，水在油的下面。於是讓容器的下端有向下凹陷，並在最底端接有一根5 15cm長的管道，管道最下端有個可擰緊的蓋子，在容器中存在積水的時候，可打開蓋子，即可把其中的水放出來，以保證容器中油的純潔性；容器側面出口的對面側向出口 一側傾斜，使得向上冒的氣體在向上冒的過程中，不易走向容器側面出口，從而避免待提純氣體直接從側面出口進入以提純氣體中；側面出口的水平位置比頂端出口高出10至1000cm，以防止側面出口氣壓低，油麵向上平移，導致油從容器進入氣路管道中，甚至進入到真空泵中，腐蝕真空泵；容器側面出口和頂端出口在容器上形成兩個柱形管狀體，兩個柱形管狀體的頂端交界處，在正常使用過程中，比頂端出口液面低10 30cm，但離容器底部距離在10 300cm之間。柱形管狀體也可以由中軸切面為梯形的管狀體替代，如圖2中的頂端出口所示；氣體噴嘴可以從容器底部鑽孔，由該孔將待提純氣體注入容器中，如附圖1所示；也可以從容器頂端出口深入到容器底部，將待提純氣體注入到容器中，但噴嘴的出氣口應在側面出口的對面一側，如圖3所示；布料可以用石棉替代，在側面出口對面一側緊密與容器壁貼在一起；布料是水平放置的，或者側面出口對面一側向上高出0.1 5cm，使得向上冒的氣體在通過布料時，大氣泡變成細小的氣泡，有助於將其中的有機成分溶解在油中；液位測量系統用來測量頂端出口的液位，在頂端出口液位只比兩個出口柱形管狀體頂端交界處高出Icm時，發生報警，提示管理人員往容器中添加用於有機可燃燒氣體用的不易揮發的油，以避免大氣中的空氣通過頂端出口竄入到側面出口，造成已提純氣體的稀釋；真空泵以勻速運轉，將從油中溢出的氣體抽出，同時維持側面出口的氣壓，保證油的液面不會低於氣路接口。該方法利用有機可燃氣體易溶於油，而普通空氣不易溶於油的特性實現有機可燃氣與普通空氣的分離，從而實現可燃有機氣體的提純。首先在一個容器中注滿不易揮發的油，容器頂端和側面各有一個出口，頂端出口與大氣相連，側面出口與真空泵相連。在油中放置布料，然後將待提純的氣體從容器底端注入，氣體在向上冒出過程中，其中的有機可燃氣體通過布料溶解在油中，並向四周擴散，並擴散至容器側面出口，而普通空氣主要由氮氣和氧氣組成，這些不溶於油的氣體則從頂端出口冒出。側面出口由於氣壓低，油中氣體易從油中溢出，真空泵將這些氣體泵出。由於這些抽出來的氣體易溶於油，因此大部分是有機可燃氣體。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施方式
僅限於此，對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬於本發明由所提交的權利要求書確定的專利保護範圍。
權利要求
1.一種基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置，其特徵在於:該提純裝置包括容器(I)以及設置於容器(I)上端的頂端出口(2)，頂端出口(2)的一側設置有與容器(I)相連的側面出口(3)，側面出口(3)與設置於容器(I)外的真空泵(5)相連，容器(I)的底部設置有氣體噴嘴(6),氣體噴嘴與頂端出口設置於容器的同一側，頂端出口(2)與大氣相連通。
2.根據權利要求1所述一種基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置，其特徵在於:所述容器(I)的一側側面為向容器內傾斜的斜面，頂端出口(2)設置於斜面的上端。
3.根據權利要求2所述一種基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置，其特徵在於:所述容器(I)內自上而下設置有若干層間隔排布的布料層或者石棉層。
4.根據權利要求3所述一種基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置，其特徵在於:所述布料層或者石棉層與斜面相連，布料層或者石棉層水平放置，或者布料層或者石棉層與斜面相連的一端向上高出0.1 5cm。
5.根據權利要求1所述一種基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置，其特徵在於:所述側面出口(3)的頂部高於頂端出口(2)的頂部。
6.根據權利要求1所述一種基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置，其特徵在於:所述側面出口(3)和頂端出口(2)在容器(I)上形成兩個管狀體，兩個管狀體的相鄰側相交，管狀體的中軸切面為矩形或者梯形。
7.根據權利要求1所述一種基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置，其特徵在於:所述頂端出口(2)內設置有液位檢測器(7)。
8.根據權利要求1所述一種基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置，其特徵在於:所述提純裝置還包括排液管，容器(I)的底部為向下凹陷的弧形面，排液管的一端與弧形面相連，另一端設置有蓋子。
9.一種如權利要求1所述基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置的提純方法，其特徵在於:包括以下步驟:首先在容器(I)中注滿油，然後在容器(I)中布置布料或石棉，然後開啟真空泵(5)，然後將待提純氣從氣體噴嘴(6)注入容器(1)，待提純氣在向上冒出過程中，待提純氣中的與油相溶的氣體通過布料或石棉的作用在油中充分的溶解、擴散，擴散至側面出口(3)後，由於氣壓低而與油分離，然後由真空泵(5)泵出容器進行收集，待提純氣中的與油不相溶的氣體從頂端出口(2)排出容器(I)。
全文摘要
本發明公開了一種基於分子相溶性的有機可燃氣體提純裝置及方法，首先在一個容器中注滿不易揮發的油，容器頂端和側面各有一個出口，頂端出口與大氣相連，側面出口與真空泵相連，在油中放置布料，然後將待提純的氣體從容器底端注入，氣體在向上冒出過程中，其中的有機可燃氣體通過布料溶解在油中，並向容器側面出口擴散，而氮氣和氧氣等不溶於油的氣體則從頂端出口冒出，側面出口由於氣壓低，油中氣體易從油中溢出，真空泵將這些氣體泵出，可以用於提純石油勘探與開採、石油化工、礦臧開採和煤氣生產與化工等領域產生的伴生氣、廢氣等氣體中的有機可燃氣體，以便於這些氣體的再利用，從而達到節能環保的目的。
文檔編號B01D53/18GK103143229SQ20131007306
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月7日 優先權日2013年3月7日
發明者湯曉君, 李文棟, 趙明, 趙安新, 劉君華 申請人:西安交通大學