具有變速增壓泵的蒸氣回收系統的製作方法
2024-02-03 18:42:15
專利名稱：具有變速增壓泵的蒸氣回收系統的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及揮發性液體蒸氣控制領域，尤其是涉及一種提高組合吸收/吸收蒸氣回收系統效率的裝置和方法。
背景技術：
當處理包括發動機燃料和溶劑的揮發性有機混合物(VOC)時，易於產生空氣-揮發性液體蒸氣混合物。這種空氣-蒸氣混合物直接排入大氣會引起環境的嚴重汙染及潛在的著火或爆炸危險。因此，現有的環保法規要求控制這些排放。
因此，發展和使用了許多方法和裝置以便從空氣-揮發性液體蒸氣混合物中回收揮發性液體。通常，被回收的揮發性液體被液化並與被汽化形成該蒸氣的揮發性液體重新結合，從而使回收過程更經濟。
二十年代末期及三十年代初期美國所用的最初的蒸氣回收系統包括壓縮和冷凝的組合處理。這種系統最初只用在汽油儲罐中。直到五十年代當地的空氣汙染法規開始實施，才被迫在卡車裝載中轉油庫處建立蒸氣回收系統。之後不久，六十年代的「清潔空氣」立法活動還引起了全國對汽油蒸氣回收問題的注意，該活動導致了1968年的空氣清潔法。結果發展了一種貧油/吸收系統。該系統短期內佔據了市場。
接著，在六十年代末期及七十年代初期，低溫致冷系統開始得到市場認可(例如Moragne的美國專利3,266,262)。而可靠的低溫系統具有包括需要高馬力的許多缺點。另外，這種系統需要相當嚴格而昂貴的維修以正確地工作。相對於可以被傳輸的致冷量，機械致冷系統還具有實際的限制，因此這種系統的效率和容量受到了限制。相比較，液態氮冷卻系統提供了超出需要的冷卻，但對於此類應用價格過高。
由於這些缺點，開始尋求另外的技術，而且最近進一步發展了吸收/吸收蒸氣回收系統。這種系統披露在許多美國專利中，例如Dinsmore的4,276,058專利，它在此被全文引入用作參考文獻。這種系統使用一固體吸附劑床，例如所述吸附劑可以選自矽膠、某種形式的多孔礦物質，該多孔礦物質比如鋁土和鎂土，而且最好是活性碳。這些吸附劑對於各種VOC有一種親和力。因此，當空氣-VOC蒸氣混合物經過所述床時，包含在混合物中的大部分VOC被所述床吸附。產生的基本包括無VOC空氣的殘餘氣體位於法規容許的排放範圍中並被排放到周圍環境中。
應該知道用在這些系統中的吸附劑床在達到額定容量之前只能吸收一定量的VOC，然後失效。因此，所述床必須被周期性地再生，以將活性碳恢復到一種能再有效地吸收VOC的水平。吸附劑的這種再生是一種分兩步的處理過程。
第一步需要通過在床上抽真空來降低總壓力，這將除去最大量的VOC。第二步是引入清洗氣體流，使其經過所述床。清洗氣體衝洗所述床。通常，該氣流可以是空氣，但是在一些應用中可以是惰性氣體，例如氮。這些VOC然後被泵送到一個吸收器塔，其中設有一種吸收劑流體，例如貧油或其它低揮發性的流體，其相對於從所述床泵送的富含VOC的空氣-VOC混合物反向流動。所述吸收劑流體從那種混合物中除去大量VOC，而且來自吸收器塔的殘餘氣流被再循環到第二吸收劑床，同時第一床完成了再生。
在一種典型的設置中，使用一個液環真空泵來產生真空以再生吸附劑床。這種類型的機械抽真空裝置的能力有一定的限度，即能抽約低於74mm HgA的真空或90％的完全真空。74mm HgA級下的吸附劑床的再生適合於中、高濃度的輕VOC，例如一般存在於汽油蒸氣中的VOC。但是，這種真空級不足以再生已經暴露到低濃度的輕VOC或一定濃度的重VOC中的吸附劑，該VOC例如芳香族化合物和各種溶劑。因此，一段時間後這些混合物將累積在吸附劑中，從而極大地降低了其有效吸附能力及設備的工作效率。
因此，需要蒸氣回收系統能產生一個較深的真空度，因此能更完全地解吸和再生吸附劑。這種系統能以增強的工作效率長期發揮功能。
根據此處所述的本發明的目的，提供了一種揮發性液體蒸氣回收系統。詳細地說，該揮發性液體蒸氣回收系統包括至少一個吸附劑床、用於再生吸附劑床的一個增壓泵和一個真空泵、用於吸收揮發性液體蒸氣的一個吸收器塔、用於驅動所述增壓泵和真空泵的馬達、用於檢測被選參數的一個傳感器和一個控制器，所述控制器根據傳感器檢測的被選參數調節增壓泵驅動馬達的運行速度。以這種方式，增壓泵被更有效地操作而且有效地與液環真空泵串聯。
根據本發明的第一實施例，所述傳感器是一個第一壓力傳感器單元和一個第二壓力傳感器單元，該第一單元用於檢測增壓泵上遊第一管道中的壓力，該第二單元用於檢測在增壓泵下遊及真空泵上遊的第二管道中的壓力。
根據第二實施例，所述傳感器是一個監控馬達電流的電流表。這種傳感器能有效地監控增壓泵上的負載。
根據本發明的又一個實施例，所述傳感器是一個監控馬達所消耗電能的能耗傳感器。這種傳感器能有效地監控增壓泵上的負載。
根據本發明的又一個實施例，一個計時器能被用來調節增壓泵馬達的運行速度，從而調節增壓泵的速度。
根據本發明的又一個實施例，所述傳感器是一個第一溫度傳感器單元和一個第二溫度傳感器單元，該第一單元用於檢測增壓泵上遊第一管道中的溫度，該第二單元用於檢測在增壓泵下遊及真空泵上遊的第二管道中的溫度。
根據本發明的又一個實施例，所述傳感器是一個用於監控馬達聲級或頻率的聲級傳感器。所述聲級或頻率根據施加在增壓泵上的負載變化。
在前述任一實施例中，馬達的運行速度及增壓泵的運行速度根據測量施加在增壓泵上的負載的檢測參數而變化。這在吸附劑床再生初期很有意義。根據檢測的參數，控制器以一種必須防止增壓泵馬達超載的方式調節馬達的運行速度。結果，揮發性液體蒸氣回收系統在任何可以預見的操作條件下以相當高的效率工作。另外，通過防止超載，泵的維修間隔及壽命被大大提高。這減少了停機時間、維修時間及總運行成本。
根據本發明的另一方面，提供了一種從空氣-揮發性液體蒸氣混合物中回收揮發性液體蒸氣的方法。該方法包括將揮發性液體蒸氣從空氣-揮發性蒸氣混合物中吸附到一種吸附劑上，以便產生一種相對無揮發性液體蒸氣的氣流；在吸附劑上抽真空，以便將先前由吸附劑吸附的揮發性液體蒸氣抽入一個吸收器；以及在吸收器中回收所述揮發性液體蒸氣。該方法的進一步特徵在於下述步驟用串聯連接的增壓泵和真空泵產生真空；檢測從下面一組中選擇的運行參數，所述參數組包括空氣-揮發性液體蒸氣混合物壓力、空氣-揮發性液體蒸氣混合物溫度、增壓泵驅動馬達電流或功率及增壓泵聲級；根據檢測參數控制增壓泵的運行速度，以便避免增壓泵過載並以一種有效的方式回收揮發性液體蒸氣。
本領域的技術人員可以從下面的說明中理解本發明的其它目的，其中表示並描述了本發明的一個優選實施例，這僅僅是說明了一種實現本發明的最優方式。可以認識到，本發明可以有其它不同的實施例，而且在不偏離本發明範圍的情況下可以變型。因此，附圖及說明是解釋性的而不是限制性的。
附圖簡述包含在說明書中並形成說明書一部分的附圖表示了本發明的一些方面，並與說明書一起用於解釋本發明的原理。在附圖中
圖1是表示一種揮發性液體蒸氣回收系統的示意圖，其包含本發明的改進的泵設備；圖2a和2b是用於馬達的各不同控制系統的流程圖，所述馬達驅動包含在圖1所示蒸氣回收系統中的增壓泵。
發明詳細說明下面將詳細地描述本發明的優選實施例，各例表示在附圖中。
參照圖1和2，它們表示本發明的揮發性液體蒸氣回收系統10。從說明中可以看出，揮發性液體蒸氣回收系統10能更有效地工作以提供顯著增加的效益和產量。這通過延長維修間隔、降低維修費用及提高工作效率來實現。蒸氣回收系統10通常如McGill等的美國專利4,066,423及Menzenski的名稱為「回收蒸氣的方法和裝置」的美國專利5,426,945，這些文獻所披露的內容在此全被用作參考。
如圖所示，當卡車、油罐車及其它容器14中裝有通過一個供給管路18從一個儲藏容器16供給的VOC(例如，發動機燃料和溶劑)時，蒸氣回收系統10特別適於回收從卡車、油罐車及其它容器14中排出的汽化VOC。尤其是，那些蒸氣被作為一種空氣-VOC蒸氣混合物收集在一個收集管路20中，該管路連接到卡車14並通過一個蒸氣止回閥22和壓力/真空出口24輸送到一個冷凝分液槽26中。從那裡，空氣-VOC蒸氣混合物途經管路28、29和30，並經過打開的閥32(閥33被關閉)到達包括第一吸附劑床36的第一吸附容器34。床36吸收VOC蒸氣，而潔淨的空氣通過閥38排入大氣，閥39被關閉。
同時，第二吸附容器42中的吸附劑床40被再生即重新賦予床40吸收蒸氣的能力。為了實現該目的，閥44和45先被關閉，而且一個串聯連接的正排量真空增壓泵46和一個液環真空泵47被驅動以給第二吸附容器42中的吸附劑床40抽真空。正排量真空增壓泵46大約具有一個300～6000cfm之間的容量，而且例如可以從Roots Division of Dresser Industries(例中Model RGS-J)獲得。通常，如現有技術所知道的，液環真空泵有兩級，容量為100～2000cfm。這種泵例如可以從Graham Vacuum Pump of Batavia，紐約(例如Model2V7240)獲得。
當泵46和47將吸附容器42中的真空抽低到大約20mmHgA或97％全真空時，空氣和揮發性液體蒸氣的混合物被從床40中抽出。這種真空級比單獨操作一個液環真空泵而得到的(即大約74mmHgA的真空)低得多。因此，即使比較重的芳香族化合物和溶劑也從吸附劑中被成功地解吸，從而使所述吸附劑被更充分地再生以便以後以更高效率和能力進行VOC蒸氣吸附。通過操作閥56(打開)和閥57(關閉)，從所述床抽吸出的空氣和揮發性液體蒸氣混合物再通過管道48、50、51、52被導入密封流體分離器54。密封流體分離器54分離被泵送的密封流體，需要從被回收的冷凝的揮發性液體和空氣-蒸氣混合物進行正確的泵46、47操作，所述混合物通過管道58引入吸收器塔60。通過熱交換器76，從分離器54回收的密封流體通過泵74再通過管路59循環到達液環真空泵47。
向著再生循環的末端(例如，當達到一個特定的真空級或者對於特定的時間，例如10到17分鐘循環的最後1到2分鐘)，少量的清洗空氣通過開啟閥45被引入吸附容器42。這種清洗空氣通過管路62從周圍大氣中抽得並流經床40，以便從吸附劑中清潔更多的VOC。在此過程中，應該知道清洗空氣僅以一種足以基本維持20mmHgA到25mmHgA壓力或97％純真空的速率引入。清洗空氣及剩餘的VOC還由泵46、47通過分離器54及管道58導入吸收器塔60。
眾所周知，吸收器塔60通過一個分散噴射器(未示出)提供了一種吸收劑流體，例如貧油的反向流。吸收劑流體通過吸附作用將揮發性液體蒸氣從空氣-揮發性液體蒸氣混合物中除去，所述混合物由泵46、47從吸附容器42中抽出，如前所述。
冷凝的VOC和吸收劑流體最好通過操作一個由馬達65(也見圖2)驅動的吸收劑流體返回泵64從吸收器塔60的底部收集，而且然後經管道66通過一個單向流動控制閥(未示出)輸送到儲藏容器16。最好是，泵64是一種ANSI泵，例如由Ingersoll-Dresser製造，其每分鐘能泵送25-200加侖。泵64和馬達65的尺寸取決於儲藏容器16中的頂部壓力和所需的泵送速度或流速。關於包括泵64及馬達65的吸收劑流體迴路10的詳細描述見Gibson的美國專利5,871,568，所有披露的內容都被用作參考文獻。
從吸收器塔60排出的殘餘空氣基本沒有揮發性液體蒸氣。但是，它最好被再循環通過管道77和30引入第一吸附容器34。以這種方式，任何殘餘揮發性液體蒸氣可以被捕獲在床36中，以便在通過閥38排入大氣之前完成空氣淨化。
當然，由現有技術應該知道，吸附容器34和42基本相同，而且由於需要提供連續的過程，它們的操作可以被反過來。這意味著當床36飽和時，床36可以以前面參考床40所述的方式被再生，同時床40被用來以前面參考床36所述的方式捕獲VOC。這僅通過將閥對32和33，56和57，38和44，39和45的操作分別反過來以控制經過蒸氣回收系統12的流動就可以實現。
為了容許增壓泵46的最經濟有效而無維修操作，必須防止該泵及其驅動馬達82的過載，並因此減少或消除任何經過增壓泵產生的溫度升高的結果，特別是在床再生/反應容器抽真空的早期。為此目的，考慮六個不同控制系統的實施例，頭兩個見圖2a。如圖2a所示，一個變速馬達82驅動增壓泵46。變速馬達82被連接到一個速度控制器84，例如一種變頻驅動器。如圖所示，速度控制器84被連接到一個專用或可程控邏輯控制器形式的控制器86上，該控制器例如由GE，Allen-Bradley，Siemens等可獲得。
再如圖所示，一個第一傳感器單元88連接到增壓泵46上遊的管道50中。一個第二傳感器單元90連接到管道51上，其位於增壓泵46下遊、真空泵47上遊。傳感器88、90的輸出信號通過信號線92、94到達控制器86。
在本發明的一個實施例中，傳感器88、90是壓力傳感器，其用於監控增壓泵46上遊的管道50中和增壓泵46下遊、真空泵47上遊的管道51中的工作壓力(無論是在大氣壓力之上還是在大氣壓力之下)。與檢測壓力成正比的信號沿線路92、94提供給控制器86。控制器86接收並處理這些信號。然後控制器86將一個控制信號沿信號線96發送給速度控制器84。速度控制器84再以一種避免增壓泵過載的方式調節馬達82和增壓泵46的運行速度，並基本在任何可預見的操作條件下更經濟有效地操作與真空泵47串聯的增壓泵。根據該方法，增壓泵46排出和吸入側的壓差被控制，因此增壓泵及其馬達82將不再過載。在最初的抽真空階段，吸、排壓力將相等或基本相等。當增壓泵抽吸壓力降低時，增壓泵的速度和壓差將增加直到增壓泵46達到其最大速度。當抽吸壓力達到一個特定設置值時，增壓泵將達到最大速度。設定為設置值的實際壓力及實際最終速度將隨增壓泵46和液環真空泵47及其相關馬達的物理尺寸而變化。
根據本發明的一個可選實施例，傳感器88、90是溫度傳感器單元，它們分別檢測管道50和51中的工作溫度而不是壓力，以便實現相同的目的。根據該方法，增壓泵46的溫度被維持在增壓泵製造者限定的最大值之下。這些值將根據泵尺寸、材料及廠家的變化而變化。通常，泵46將被維持在比推薦的最大值低25-50°F的溫度下(例如，如果廠家推薦250°F的最高溫度，控制器會將溫度保特在200-225°F的範圍中)。
本發明控制系統的另一實施例見圖2b。類似圖2a，圖2b表示一個用於驅動增壓泵46的變速馬達82、一個速度控制器84例如一個用於馬達82的變頻驅動器和一個控制器86。但是，不是圖2a中所示的兩個傳感器88、90，這另兩個實施例包括連接在馬達82和控制器86之間的一個傳感器98。在一個實施例中，該傳感器98通過監控馬達所消耗的電能檢測馬達82的能耗。例如，可以設置一個電流表以檢測馬達82的電流。與檢測參數成正比的一個信號通過傳感器98沿信號線100被發送到控制器86。根據該信號，控制器86沿信號線102發送一個控制信號到速度控制器84，速度控制器84改變馬達82的速度，而且需要的話，還改變增壓泵46的速度，以避免增壓泵過載，並以最經濟有效的方式操作與真空泵47並聯連接的增壓泵。
在本發明的另一個實施例中，傳感器98為聲級傳感器，其監控馬達82的工作聲級或頻率。代表檢測到的參數的一個信號經過信號線100發送到控制器86。控制器86再沿控制線102向速度控制器84發送控制信號，所述速度控制器84調節馬達82和增壓泵46的運行速度，以提供所需的系統操作。
在第三可選實施例中，傳感器98用一個調節馬達82的運行速度，並因此調節泵46速度的計時器代替。
前面對優選實施例的說明是物理理解和說明。並不是在將發明限定到所披露的一種精確形式。可以根據上述啟示進行明顯的變型。選擇並描述該實施例以提供對本發明及其應用原理的最佳理解，從而使本領域技術人員能以適於特定應用的各種實施例和變型實施本發明。所有這些變型都位於所附權利要求的範圍中，它們是公平、合法及應該被保護的。
權利要求
1.一種揮發性液體蒸氣控制系統，包括至少一個吸附劑床；用於再生所述床的一個增壓泵和一個液環真空泵；用於吸收揮發性液體蒸氣的一個吸收器；用於驅動所述增壓泵的一個馬達；用於檢測至少一個被選運行參數的至少一個傳感器；以及一個控制器，所述控制器根據所述至少一個傳感器檢測的至少一個被選參數調節所述馬達的運行速度，從而所述增壓泵被更經濟有效地與所述液環真空泵串聯操作。
2.根據權利要求1所述的揮發性液體蒸氣回收系統，其特徵在於所述至少一個傳感器是一個第一壓力傳感器單元和一個第二壓力傳感器單元，該第一單元用於檢測所述增壓泵上遊第一管道中的壓力，該第二單元用於檢測所述增壓泵下遊第二管道中的壓力。
3.根據權利要求1所述的揮發性液體蒸氣回收系統，其特徵在於所述至少一個傳感器是一個第一壓力傳感器單元和一個第二壓力傳感器單元，該第一單元用於檢測所述增壓泵上遊第一管道中的壓力，該第二單元用於檢測所述增壓泵下遊及所述真空泵上遊第二管道中的壓力。
4.根據權利要求1所述的揮發性液體蒸氣回收系統，其特徵在於所述至少一個傳感器是一個監控馬達電流的電流表。5.根據權利要求1所述的揮發性液體蒸氣回收系統，其特徵在於所述至少一個傳感器是一個第一溫度傳感器單元和一個第二溫度傳感器單元，該第一單元用於檢測所述增壓泵上遊第一管道中的溫度，該第二單元用於檢測所述增壓泵下遊第二管道中的溫度。
6.根據權利要求1所述的揮發性液體蒸氣回收系統，其特徵在於所述至少一個傳感器是一個第一溫度傳感器單元和一個第二溫度傳感器單元，該第一單元用於檢測所述增壓泵上遊第一管道中的溫度，該第二單元用於檢測所述增壓泵下遊及所述真空泵上遊第二管道中的溫度。
7.根據權利要求1所述的揮發性液體蒸氣回收系統，其特徵在於所述至少一個傳感器是一個用於監控所述馬達聲級或頻率的聲級傳感器。
8.根據權利要求1所述的揮發性液體蒸氣回收系統，其特徵在於所述至少一個傳感器是一個監控馬達所消耗電能的能耗傳感器。
9.根據權利要求1所述的揮發性液體蒸氣回收系統，其特徵在於所述至少一個傳感器由一個計時器代替，以調節所述馬達的運行速度。
10.一種揮發性液體蒸氣控制系統，包括至少一個吸附劑床；串聯操作的一個增壓泵和一個液環真空泵，用於再生所述床；用於凝結揮發性液體蒸氣的一個冷凝塔；備有用於所述增壓泵的可變速驅動器的一個馬達；用於吸收揮發性液體蒸氣的一個吸收器；備有用於所述增壓泵的可變速驅動器的一個馬達。
全文摘要
一種揮發性液體蒸氣回收系統,包括至少一個用於捕獲揮發性液體蒸氣的吸附劑床,用於再生所述床的串聯連接的增壓泵和真空泵。一個馬達速度控制器調節驅動增壓泵的馬達的速度。馬達速度控制器被可操作地連接到至少一個傳感器上,傳感器用於檢測一個或多個運行參數,它們包括但不限於壓力、溫度、增壓泵電流及增壓泵聲級。
文檔編號B01D53/72GK1330972SQ0112430
公開日2002年1月16日 申請日期2001年6月8日 優先權日2000年6月8日
發明者馬克·A·喬丹, (第二個發明人要求不公布姓名) 申請人:喬丹技術公司