固媒體分區蓄冷/冷凝回收油氣及溶劑油的方法

2023-10-11 03:32:19

專利名稱：固媒體分區蓄冷/冷凝回收油氣及溶劑油的方法
技術領域：
本發明屬於高濃度有機蒸氣回收利用技術領域，特別涉及油氣及溶劑油回收的工藝方法。
在汽油和溶劑油等的儲運過程中，儲油罐經常性的反覆排放油氣，其濃度一般可達20％以上。在某些工業塗膠烘乾尾氣中，溶劑油蒸氣的排放濃度也很高。如有的橡膠製品烘乾尾氣橡膠溶劑油的含量達80-90g/m3，排放強度高達600kg/h以上。這類排放源既汙染大氣環境，又浪費石油資源。應設法加以回收利用；且只要方法得當，會有很高的環境經濟效益。
從技術原理上說，油氣和溶劑回收技術不外乎吸附、吸收和冷凝回收三大類。這三類設備，前兩類適合於較低濃度範圍，如在有機廢氣淨化領域已普遍使用的活性炭吸附淨化有機有害氣體、柴油吸收「三苯」蒸氣，煤油洗油和配製的專用吸收液淨化相關有機組分等等。用於高濃度油氣等的回收，不但設計思想，運行參數和結構特徵要發生質的變化(安全可靠性所面臨的形勢更為嚴峻、大的吸收吸附容量和合理排放濃度的協調，大的炭裝量和許可床層阻力的協調，吸附熱的及時引出等等)還必需對吸收和脫附產物重新分餾提純。在煉油廠原有生產線對吸收或脫附產物有兼容性並有生產潛力可資利用的情況下，重新分餾提純可返回生產線進行。而在一般情況下往往不及冷凝回收法經濟有效。
冷凝法就是通過氣流冷卻，降低油氣類的氣相分壓，使高出冷凝溫度下飽和蒸氣壓的部分轉變成液滴，再加以捕集回收，一般的工藝設備及工藝原理如

圖1所示。圖1中，1為預冷器；2為脫水裝置；3為冷卻塔；4為制冷機組；5為捕集回收裝置。以美國冷凝技術為例，含油氣類氣流先經預冷器1，冷卻至4℃，經脫水器2脫水，進入冷卻塔3。冷卻塔3實際上常採用多級冷卻。該裝置的一級冷卻溫度為-40℃，二級冷卻至-73℃，相應的排氣濃度≤35g/m3。若使排放濃度≤10g/m3，還需採用三級液氮冷卻至-184℃。該裝置實際上採用兩級冷卻。由制冷機組裝4供冷，由捕集回收裝置5回收油氣，低溫氣流作預冷器1的冷源，回收利用一部分冷量。
這種冷凝裝置，因採用間壁式冷卻技術，不但造價高，進出口氣流溫差和能耗仍很大，分兩級冷卻雖能緩解蒸發製冷表面的冰塞現象，經濟性進一步惡化；冷卻溫度越低，造價和能耗越大；並使冷凝法的固有問題(即製冷量的有效利用率隨油氣濃度降低顯著下降)更為突出；脫水後殘留水分的冷凝連續累積，既顯著增加功耗，又易造成蒸發器表面裹冰和冰塞。
本發明的目的在於，為克服已有冷凝技術的不足，提出一種固媒體分區蓄冷/冷凝回收油氣及溶劑油的方法，其材質和結構形式均按功能區分區設計的中載體，可消除現有蓄熱式餘熱回收技術尚存問題的遺傳因素，並使冷凝工藝中特定的冰塞問題得以妥善解決；從而使冷凝回收系統的經濟性、安全性和可靠性得到全面而顯著的提高。
本發明提出的固媒體分區蓄冷/冷凝回收油氣方法，包括常溫粗脫水裝置，換向閥門，製冷蒸發器及其制冷機組，以及在蒸發器兩側沿流向對稱布置並按預冷區、低溫脫水冷卻區、過渡區、準恆溫區和預冷凝捕集區的順序設置的不同功能區組成的固媒體環節；其特徵在於包括以下步驟1)在啟動階段，由製冷蒸發器向固媒體供冷，形成由高至低的溫度分布；2)經粗脫水的常溫油氣，在換向閥門制導下依次流過製冷蒸發器一側的按上述功能區順序的固媒體，經蓄冷的固媒體先行冷卻和預冷凝，使部分油氣成為液體並在固媒體上捕集；3)將上述油氣部分再進入蒸發器冷凝在≥-70℃的普冷範圍內冷凝、補冷，使大部分油氣冷凝為液滴，其部分液滴在蒸發器表面捕集；4)殘留的液滴隨氣流進入對側的固媒體捕集和蓄冷；5)當控制點溫度高於設定值時，氣流換向，兩側的固媒體功能互換，冷凝回收過程得以連續。
上述的固媒體的材質和結構按各功能區的要求配置(如低溫脫水冷卻區用分子篩和金屬板網結構)，既能交替蓄冷和冷卻，又能提供相應的功能和溫度分布。
本發明提出的固媒體分區蓄冷/冷凝回收烘乾尾氣中溶劑油的方法，包括換向閥門，製冷蒸發器及其制冷機組，以及在蒸發器兩側沿流向對稱布置並按預冷區、脫水冷卻區、過渡區和預冷疑捕集區的順序設置的不同功能區組成的固媒體環節；其特徵在於包括以下步驟1)在啟動階段，由製冷蒸發器向固媒體供冷，形成由高至低的溫度分布；2)烘乾尾氣經換向閥門指導直接進入預冷區冷卻至環境溫度，3)再經脫水冷卻區邊脫水邊冷卻，使出口端氣流露點溫度遠遠低於回收溶劑的閃點；4)而後依次經過渡區、預冷凝捕集區，使部分油氣成為液體並在預冷凝捕集區上捕集5)將上述油氣部分再進入製冷蒸發器在≥-45℃的普冷範圍內冷凝、補冷，使大部分油氣冷凝為液滴，其部分液滴在蒸發器表面捕集；6)殘留的液滴隨氣流進入對側的固媒體捕集和蓄冷；7)當控制點溫度高於設定值時，氣流換向，兩側的固媒體功能互換，冷凝回收過程得以連續。
上述的固媒體的材質和結構按各功能區的要求配置(如預冷區用特製的增擴熱容蜂窩陶瓷建立沿流向大的溫度梯度和小的相間溫差)，既能交替蓄冷和冷卻，又能提供相應的功能和溫度分布。
本發明的特點及效果本發明方法利用和氣流接觸緊密，表面積巨大和阻火性能良好的蓄冷固媒體，先行冷卻和預冷凝，既可大大降低設備投資，又使進出口氣流溫差降至原先的1/3-1/4，並使冷凝液滴得以及時捕集和引出；氣流的正反向交替，既可明顯緩解殘留水分在特定溫度區段可能造成的固媒體冰裹塞現象，又能使冷凝掛霜的大部分能耗由反向氣流取回傳給下遊固媒體；漸冷式溫度分布，又能有效預防製冷蒸發器表面裹冰，保證了高效製冷的穩定性；材質和結構形式均按功能區分區設計的中載體，消除了現有蓄熱式餘熱回收技術尚存問題(如顆粒填料的高阻力，蜂窩載體的低熱容，工作溫度分布要求和物性決定的溫度梯度之間的不一致性問題及過短的換向時間等等)的遺傳因素，並使冷凝工藝中特定的冰塞問題得以妥善解決。從而使冷凝回收系統的經濟性、安全性和可靠性得到全面而顯著的提高；對已有油氣和溶劑回收技術的優勢極其顯著，此外，本發明冷凝捕集作用的有表面積很大並與氣流接觸緊密的三個區，故冷凝捕集效率很高，且降低冷凝溫度對增加能耗的影響很小水冷凝的能耗和冷凝油品帶出的能耗也最少。既大大提高了已有冷凝回收工藝的技術經濟水平，也確立了對吸附和吸收法的優勢地位。
附圖簡要說明圖1為現有冷凝回收油氣典型工藝流程示意圖。
圖2為本發明冷凝回收油氣的工藝流程實施例示意圖。
圖3為本發明冷凝回收烘乾尾氣高濃度橡膠溶劑油的工藝流程實施例示意圖。
本發明提出的固媒體分區蓄冷/冷凝回收油氣及溶劑油的方法實施例結合附圖詳細說明如下本發明冷凝回收油氣的工藝流程實施例如圖2所示，圖中，2為常溫脫水區；6為氣流換向閥門組；7為分區蓄冷/冷凝固媒體，由71預冷區、72低溫脫水區、73過渡區、74準衡溫區和75預冷凝區組成；8為冷凝補冷區，9為制冷機組。常溫脫水區2按大容量和低阻力設置，且氯化鈣脫水，使預冷區出口溫度更低而不析出水分。預冷區71的蓄冷固媒體，用特製的蜂窩陶瓷，有沿流向大的溫度梯度、小的相間溫差、較大的熱容和較低的阻力降，儘量減少氣流的冷卻能耗和換向對回收率的影響，並使預冷卻溫度高於露點溫度，避免冰塞和水冷凝功耗。低溫脫水區72且分子篩和金屬網板作固媒體，起二級脫水和蓄冷/冷卻作用，使流向冷凝區的氣流溫度顯著降低，露點溫度達到閃點溫度附近；在更低的溫度下，則利用大量的冷凝液的表面流動防止冰塞。過渡區73起蓄冷/冷卻作用，其設置原則同71。準衡溫區74由高導熱性和低熱容的金屬管(管內作冷凝油的引流通道)和冷凝油組成複合固媒體，正向流入和反向流出的氣流溫差很小，加上前者剛流入時含水的不飽和性和後者流出時準飽和性，使該區內進水含量和排出含量差值很小；從而緩解低溫段的冰塞，回收利用部分水氣冷凝的能耗，亦留有相對充裕的冰塞空間。在預冷凝捕集區7.5中，固媒體用大熱容的波紋狀填料，其表面與氣流接觸的緊密程度介於7.1和7.4之間，並與氣流多次碰撞，截留冷凝液滴形成表面流動的液膜。冷凝液靠重力自低溫端流向溫度相對高的一端，進入引流管引出。在冷凝補冷區，由製冷劑蒸發製冷，並將冷量不經中間冷煤直接傳給經預冷凝的油氣，使油氣濃度降至冷凝終了溫度的飽和蒸氣壓。一部分冷凝液滴為蒸發器表面所捕集，憑重力進入預冷凝捕集區7.5；其餘在對稱的一側被捕集。後經分區蓄冷，回收氣流前期冷卻的冷量，經對側的7.1區域排出。當進出口氣流溫差達到調試確定值後，換向閥門組自動使氣流換向，相對稱的分區蓄冷/冷凝中載體功能互換，重複上述過程。
本發明冷凝回收烘乾尾氣高濃度橡膠溶劑油的工藝流程實施例如圖3所示，其中，7.6為脫水冷卻區，其餘編號與圖2同名。由於烘乾尾氣比室溫油氣溫度和含水均高。追加預冷卻至常溫的其它措施不經濟。故由固媒體7.1蓄熱預冷卻至環境溫度；在含水過多的場合，尚需追加水冷管，使多餘水分冷凝。相應地將圖2中常溫粗脫水區2和低溫脫水區7.2組合成7.6。由於橡膠溶劑油閃點比汽油高許多，設置準衡溫區7.4已無必要，故予取消；從可靠性方面說，也可作為預防冰以塞的保險手段加以保留。取消準衡溫區7.4，冷凝溫度取-45℃，冷凝回收的經濟性更好(因製冷設備造價也低)，回收的橡膠溶劑油含水很低；保留準衡溫區7.4，冷凝溫度可取-70℃，增加投資以提高回收率。因深冷不會象已有冷凝技術那樣顯著增加能耗，從提高資源利用率和減輕環境汙染(若不再作二次淨化)方面說，保留準衡溫區也是可取的。
權利要求
1.一種固媒體分區蓄冷/冷凝回收油氣方法，包括常溫粗脫水裝置，換向閥門，製冷蒸發器及其制冷機組，以及在蒸發器兩側沿流向對稱布置並按預冷區、低溫脫水冷卻區、過渡區、準恆溫區和預冷凝捕集區的順序設置的不同功能區組成的固媒體環節；其特徵在於包括以下步驟1)在啟動階段，由製冷蒸發器向固媒體供冷，形成由高至低的溫度分布；2)經粗脫水的常溫油氣，在換向閥門制導下依次流過製冷蒸發器一側的按上述功能區順序的固媒體，經蓄冷的固媒體先行冷卻和預冷凝，使部分油氣成為液體並在固媒體上捕集；3)將上述油氣部分再進入蒸發器冷凝在≥-70℃的普冷範圍內冷凝、補冷，使大部分油氣冷凝為液滴，其部分液滴在蒸發器表面捕集；4)殘留的液滴隨氣流進入對側的固媒體捕集和蓄冷；5)當控制點溫度高於設定值時，氣流換向，兩側的固媒體功能互換，冷凝回收過程得以連續。
2.一種固媒體分區蓄冷/冷凝回收烘乾尾氣中溶劑油的方法，包括換向閥門，製冷蒸發器及其制冷機組，以及在蒸發器兩側沿流向對稱布置並按預冷區、脫水冷卻區、過渡區和預冷凝捕集區的順序設置的不同功能區組成的固媒體環節；其特徵在於包括以下步驟1)在啟動階段，由製冷蒸發器向固媒體供冷，形成由高至低的溫度分布；2)烘乾尾氣經換向閥門指導直接進入預冷區冷卻至環境溫度，3)再經脫水冷卻區邊脫水邊冷卻，使出口端氣流露點溫度遠遠低於回收溶劑的閃點；4)而後依次經過渡區、預冷凝捕集區，使部分油氣成為液體並在預冷凝捕集區上捕集5)將上述油氣部分再進入製冷蒸發器在≥-45℃的普冷範圍內冷凝、補冷，使大部分油氣冷凝為液滴，其部分液滴在蒸發器表面捕集；6)殘留的液滴隨氣流進入對側的固媒體捕集和蓄冷；7)當控制點溫度高於設定值時，氣流換向，兩側的固媒體功能互換，冷凝回收過程得以連續。
全文摘要
本發明屬於高濃度有機蒸氣回收利用技術領域,本發明主要包括在蒸發器兩側沿流向對稱布置並按預冷區、低溫脫水冷卻區、過渡區、準恆溫區和預冷凝捕集區的順序設置的不同功能區組成的固媒體環節;通過漸冷式溫度分布,使油氣及溶劑油先行冷卻和預冷凝,並使冷凝液滴得以及時捕集和引出;氣流的正反向交替,具有投資少、氣流帶走的能耗低和安全可靠性高,可緩解冰塞、保證蒸發器正常供冷、阻火等特點。
文檔編號C10G5/00GK1382763SQ0111551
公開日2002年12月4日 申請日期2001年4月27日 優先權日2001年4月27日
發明者徐康富, 馬永亮, 陸永琪 申請人:清華大學