CN108211648B - 热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置，包括第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统、油气冷凝及油品收集系统、热回收式吸附系统，其中第三制冷系统为复叠式制冷系统，提供更低的冷源以冷凝油气中的轻烃组分；采用三级冷凝对油气进行冷凝及油品回收，采用活性炭变压吸附方式对油气进行深度净化以满足排放要求，通过真空方式及利用制冷系统的热源来完成解吸附，利用制冷系统的免费冷源来增强吸附效果。本发明提高能源利用率，充分利用油气的冷热量进行交换，同时利用制冷系统产生的冷源热源对吸附和解吸附进行供冷供热，形成低温吸附、高温解吸附的最佳运行状态，高效节能，融合变压变温吸附的共同优点。
Description
技术领域
本发明涉及油气回收系统技术领域，特别涉及一种热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置。
背景技术
要达到国家规定的油气排放标准必须安装油气回收处理装置对油气中的轻烃组分进行回收处理，现有的油气处理方法有冷凝法、吸收法、吸附法和膜法四种。其中，冷凝法能将油气中大部分的轻烃组分液化实现回收，但要满足日益严格的国标和地方排放标准，需要进行高度深冷，但是这方式将付出较大的耗电代价；而活性炭吸附法正好可以将冷凝后的尾气完成深度净化，以满足排放要求，两种工艺法进行有效结合，可组合出经济高效、结构紧凑的新型油气回收装置。
目前，主流的活性炭吸附法主要有变压吸附和变温吸附两种方式，可是这两种吸附法均各有利弊，变压吸附通过真空方式完成解吸附，活性炭设计寿命较长，但吸附效率和解吸附效率受温度影响较大，实际应用中难以发挥最佳性能；变温吸附则通过高温方式完成解吸附，解吸附较为干净，但活性炭寿命较低，运行成本较高。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置，采用油气预冷和三级冷凝方式对油气的轻烃组分进行冷凝、回收，再通过活性炭变压吸附对油气进行深度净化，以满足排放要求，不但完成了油品回收和油气合格排放，且利用冷凝过程中所提供的免费冷热源来弥补活性炭吸附法受温度影响的弊端，解决现有的活性炭变压吸附法运行效率问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置，其特征在于，包括第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统、油气冷凝及油品收集系统、热回收式吸附系统；
所述第三制冷系统为包括高温级制冷系统和低温级制冷系统的复叠式制冷系统；
所述油气冷凝及油品收集系统包括防爆风机、油气回热器、储油罐，所述防爆风机出口依次连接油气回热器的热侧通道、第一制冷系统的蒸发器热侧通道、第二制冷系统的蒸发器热侧通道、低温级制冷系统的蒸发器热侧通道及油气回热器的冷侧通道；所述储油罐的进口分别连接第一制冷系统的蒸发器的冷凝油出口、第二制冷系统的蒸发器的冷凝油出口、低温级制冷系统的蒸发器的冷凝油出口及油气回热器的冷凝油出口；
所述热回收式吸附系统包括至少两个吸附罐、真空泵和烟囱；所述吸附罐设有吸附进口、吸附出口、解吸附出口；所述油气回热器的冷侧出口连接吸附罐的吸附进口；所述吸附罐的解吸附出口依次连接真空泵、防爆风机进口；至少两个所述吸附罐的吸附出口之间连接有平衡电磁阀；所述吸附罐的吸附出口连接于烟囱。
所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置中，所述吸附罐内部设置有低温气通道和高温气通道；所述第一制冷系统的蒸发器冷侧出口依次连通低温气通道、第一制冷系统的压缩机进口；所述第二制冷系统的压缩机出口依次连通高温气通道、第二制冷系统的冷凝器进口。
所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置中，所述第一制冷系统包括依次连接的第一压缩机、第一冷凝器、第一储液器、第一膨胀阀、第一蒸发器和第一气液分离器；所述第二制冷系统包括依次连接的第二压缩机、第二冷凝器、第二储液器、第二膨胀阀、第二蒸发器和第二气液分离器。
所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置中，所述低温级制冷系统的压缩机进出口分别对应连接有膨胀罐的进出口。
所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置中，所述高温级制冷系统包括依次连接的高温压缩机、高温冷凝器、高温储液器、高温膨胀阀、蒸发冷凝器和高温气液分离器；所述低温级制冷系统包括低温压缩机、低温储液器、低温膨胀阀、低温蒸发器、低温气液分离器和膨胀罐；所述低温压缩机出口依次连接蒸发冷凝器的热侧通道、低温储液器、低温膨胀阀、低温蒸发器、低温气液分离器和低温压缩机进口。
所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置中，所述油气回热器、第一制冷系统的蒸发器、第二制冷系统的蒸发器和低温级制冷系统的蒸发器均为管壳式换热器。
所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置中，所述储油罐还包括液位计、气液两相泵和防爆球阀；所述储油罐的出口依次连接气液两相泵、防爆球阀。
所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置中，所述吸附罐内部填充活性炭。
所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置中，所述吸附罐的吸附进口、吸附出口、解吸附出口、高温气通道的进口、低温气通道的进口均连接有电磁阀；所述真空泵的出口设置有单向阀。
所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置中，所述膨胀罐的进口、出口均连接有控制阀。
有益效果：
本发明提供了一种热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置，本装置能够全年全天候运行，制冷过程中产生的冷热量能够得到充分合理利用，符合节能环保原则。本装置多次采用热回收模式：首先，油气回热器中利用冷凝前的油气和冷凝后的油气进行热回收；随后，利用第一制冷系统产生的剩余冷源、第二制冷系统需要排出的热源，对吸附的环节进行供冷，对解吸附的环节进行供热，增加了变温环节，弥补了变压吸附的内在缺陷，提高了吸附模式在不同气候环节的应用范围。
本装置通过设置油气回热器来对油气进行预冷，然后预冷后的油气先后进入第一制冷系统、第二制冷系统和复叠式制冷系统，完成油气冷凝及油品的回；再经过油气回热器完成油气的升温后进入吸附系统；填充活性炭的吸附系统在吸附过程中可利用第一制冷系统的免费冷源，进行降温来提升吸附效果。在解吸附过程中，使用真空泵来抽真空，同时利用第二制冷系统的免费热源来升温，加快解吸附速度和最大限度恢复活性炭的吸附能力。
附图说明
图1为本发明提供的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置的连接示意图。
具体实施方式
本发明提供一种热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明提供一种热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置，具体包括第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统、油气冷凝及油品收集系统、热回收式吸附系统；其中第一制冷系统和第二制冷系统结构设置一致，第三制冷系统为复叠式制冷系统，包括高温级制冷系统和低温级制冷系统；
油气冷凝及油品收集系统包括防爆风机001、油气回热器002、储油罐006，防爆风机001出口依次连接油气回热器002的热侧通道、第一制冷系统的蒸发器003热侧通道、第二制冷系统的蒸发器004热侧通道、低温级制冷系统的蒸发器005热侧通道及油气回热器002的冷侧通道；储油罐006的进口分别连接着第一制冷系统的蒸发器003的冷凝油出口、第二制冷系统的蒸发器004的冷凝油出口、低温级制冷系统的蒸发器005的冷凝油出口及油气回热器002的冷凝油出口；低温级制冷系统的压缩机311进出口分别对应连接有膨胀罐312的进出口；油气先后通过油气回热器002、第一制冷系统的蒸发器003、第二制冷系统的蒸发器004、低温级制冷系统的蒸发器005的逐步冷凝，实现油气中轻烃组分的冷凝分离，并进行储存回收；利用复叠式制冷系统能够提供更低的蒸发温度，促使油气中的轻烃组分均能冷凝下来；
热回收式吸附系统包括吸附罐401和吸附罐402、真空泵403和烟囱415；吸附罐401和吸附罐402均设置有吸附进口、吸附出口、解吸附出口、低温气通道、高温气通道；油气回热器002的冷侧出口分别连接于吸附罐401和吸附罐402的吸附进口；吸附罐401和吸附罐402的解吸附出口均依次连接真空泵403、防爆风机001的进口；第一制冷系统的蒸发器003冷侧出口依次连通低温气通道、第一制冷系统的压缩机101的进口，第二制冷系统的压缩机201出口依次连通高温气通道、第二制冷系统的冷凝器202的进口；吸附罐401和吸附罐402的吸附出口之间连接有平衡电磁阀413；吸附罐401和吸附罐402的吸附出口分别连接于烟囱415。在吸附罐401和吸附罐402内部均设置有高温气通道和低温气通道，利用第一制冷系统的剩余冷源，通过低温气通道给处于吸附过程的吸附罐提供冷量，以取得更佳的吸附效果；利用第二制冷系统的免费热源，通过高温气通道给处于解吸附过程的吸附罐提供热量，促使解吸附过程加快，能够恢复到更佳的吸附能力。
在本发明中，示意性的画出两个吸附罐，其中，可根据实际情况设置多个吸附罐，增强本装置的整体油气处理量，实现同时吸附和解吸附。
具体地，第一制冷系统包括依次连接的第一压缩机101、第一冷凝器102、第一储液器103、第一膨胀阀104、第一蒸发器003和第一气液分离器105；第二制冷系统包括依次连接的第二压缩机201、第二冷凝器202、第二储液器203、第二膨胀阀204、第二蒸发器004和第二气液分离器205。
具体地，高温级制冷系统包括依次连接的高温压缩机301、高温冷凝器302、高温储液器303、高温膨胀阀304、蒸发冷凝器310和高温气液分离器305；低温级制冷系统包括低温压缩机311、低温储液器313、低温膨胀阀314、低温蒸发器005、低温气液分离器315和膨胀罐312；低温压缩机311出口依次连接蒸发冷凝器310的热侧通道、低温储液器313、低温膨胀阀314、低温蒸发器005、低温气液分离器315和低温压缩机311进口。
优选地，油气回热器002、第一制冷系统的蒸发器003、第二制冷系统的蒸发器004和低温级制冷系统的蒸发器005均为管壳式换热器。在管壳式换热器中，低温流体走的是管程，高温流体走的是壳程，且在管壳式换热器的壳体底部开设有冷凝油出口，便于油气中轻烃组分冷凝下来后，能够靠自身重力作用，进行收集。
具体地，吸附罐401的吸附进口设置有电磁阀406，吸附出口设置有电磁阀412，解吸附出口设置有电磁阀407，高温气通道的进口设置有电磁阀405，低温气通道的进口设置有电磁阀404；吸附罐402的吸附进口设置有电磁阀410，吸附出口设置有电磁阀414，解吸附出口设置有电磁阀411，高温气通道的进口设置有电磁阀409，低温气通道的进口设置有电磁阀408。
具体地，储油罐006还包括液位计007、气液两相泵008和防爆球阀009；储油罐006的出口依次连接气液两相泵008、防爆球阀009。当储油罐006的液位达到某数值后，可通过气液两相泵008输出至输送车或输送储罐，实现油品外送。
具体地，吸附罐401和吸附罐402内部填充活性炭。
具体地，真空泵403的出口设置有单向阀（图中未标记）。另外，真空泵403的进口设置有过滤网（图中未示出），以免杂质进入真空泵403内。
具体地，膨胀罐312的进口、出口均设置控制阀。在低温级制冷系统正常运行时，控制阀关闭，将膨胀罐312和低温级制冷系统内部管路隔离开；当处于停止状态，则需要把控制阀打开，以使得低温级制冷系统内的制冷剂汽化后能进入膨胀罐312，以免低温级制冷系统内部压力过高。
本发明的工艺流程包括如下步骤：
（1）油冷凝步骤：经防爆风机001流出的油气进入油气回热器002进行预冷，然后分别进入第一制冷系统的蒸发器003（制冷温度为0℃~3℃）、第二制冷系统的蒸发器004（制冷温度为-25℃~-35℃）、低温级制冷系统的蒸发器005（制冷温度为-70℃~-75℃），完成三级冷凝，将油气中绝大部分的轻烃组分冷凝下来，并进行回收至储油罐006；经处理后的油气然后重新进入油气回热器002进行升温，接着进入吸附步骤。
（2）一级制冷步骤：第一压缩机101通过压缩作用产生高温高压制冷剂蒸汽，随后进入第一冷凝器102冷凝散热，形成常温高压液体进入第一储液器103，接着进入第一膨胀阀104进行节流降温，形成低温低压制冷剂，然后进入第一蒸发器003对油气进行制冷，完成油气的一级冷凝工作；吸热后的制冷剂变成低温低压蒸汽，然后一部分蒸汽用于吸附过程供冷，以加强吸附能力，此时电磁阀404或电磁阀408打开，剩余蒸汽与换热后的蒸汽汇合，进入第一气液分离器105进行气液分离，最后回到第一压缩机101，形成一级制冷循环。
（3）二级制冷步骤：第二压缩机201通过压缩作用产生高温高压制冷剂蒸汽，一部分蒸汽用于解吸附供热，加快解吸附的速度和最大限度恢复吸附能力，此时电磁阀405或电磁阀409打开，剩余蒸汽和换热后的蒸汽汇合，一并进入第二冷凝器202冷凝散热，进入第二储液器203，随后通过第二膨胀阀204进行节流降温，形成低温低压制冷剂，接着进入第二油气冷凝器004对油气进行制冷，完成油气的二级冷凝工作；吸收油气热量后的制冷剂变成低温低压蒸汽，通过第二气液分离器205进行气液分离，最终回到第二压缩机201，形成二级制冷循环。
（4）三级制冷步骤：第三制冷系统为经典复叠式制冷系统，分为高温级制冷系统和低温级制冷系统。其中，在高温级制冷系统中，制冷剂通过高温压缩机301的压缩作用形成高温高压蒸汽，之后进入高温冷凝器302进行放热，形成高压常温液体后进入高温储液器303，随后进入高温膨胀阀304进行节流膨胀，变成低温低压液体进入蒸发冷凝器310，释放冷量后形成低温低压蒸汽，接着进入高温气液分离器305进行气液分离，最终回到高温压缩机301。而在低温级制冷系统中，制冷剂通过低温压缩机311的压缩工作后形成高温高压蒸汽，接着进入蒸发冷凝器310，吸收高温级制冷系统释放的冷量后进入低温储液器313，随后进入低温膨胀阀314进行节流降温，形成低温低压液体进入低温蒸发器005释放冷量，完成油气的三级冷凝工作；然后，低温低压的制冷剂蒸汽回到低温气液分离器315，最后返回低温压缩机311，形成三级制冷循环。由于低温级制冷系统采用低温型制冷剂，在常温下会挥发成气体，因此需要较大空间进行储存，故在低温压缩机311的进出口分别对应连接着膨胀罐312的进出口，不然低温级制冷系统内部压力会过高。在低温级制冷系统停机的时候，将膨胀罐312的进出口控制阀打开，实现膨胀罐312与低温级制冷系统内部管路连通，增加制冷剂储存空间，避免低温级制冷系统内部压力过高。
（5）油品收集步骤：通过预冷和三级冷凝处理所得到的油品通过重力作用下流到储油罐006进行储存，液位计007检测储油罐006内部液位；当达到高液位时打开气液两相泵008，同时打开防爆球阀009，将油品送走；当达到低液位时，气液两相泵008停止，防爆球阀009随之关闭。
（6）热回收式吸附步骤：热回收式吸附系统包括吸附罐401和吸附罐402，共两个罐，其中一个用于吸附，一个用于解吸附，里面填充的活性炭作为吸附剂。假设吸附罐401处于吸附过程，吸附罐402处于解吸附过程，经过三级冷凝及回热的油气通过油气回热器002的冷侧出口排出，首先电磁阀406和电磁阀412打开，电磁阀407、电磁阀410关闭，油气进入吸附罐401进行吸附工作。由于吸附产生温升，并且在0℃以上温度越低吸附效果越好，因此采用第一制冷系统的冷源进行供冷吸附，此时电磁阀404打开，电磁阀405关闭，第一制冷系统的低温制冷剂从第一蒸发器003流出后经低温气通道进入吸附罐401，进行冷却降温，确保吸附剂温度在0℃以上最大限度接近0℃，以达到最佳的吸附运行状态。经过吸附罐401吸附处理后的油气变成干净尾气，通过烟囱415进行排放。在吸附罐401进行吸附作用的同时，吸附罐402进行解吸附动作，电磁阀411打开，真空泵403启动，对吸附罐402进行抽真空，由于解吸附效果随着温度的提高而提高，因此采用第二制冷系统的热源进行供热，此时电磁阀409打开，电磁阀408关闭，由第二压缩机201压缩出来的高温制冷剂通过高温气通道进入吸附罐402，进行升温，加快整体解吸附速度。吸附罐402在解吸附后期压力需要从真空恢复到常压，在真空泵403和电磁阀411关闭后，平衡电磁阀413打开，经处理后的尾气从吸附罐401的吸附出口流进吸附罐402，慢慢地使得吸附罐402内部压力恢复工作状态。另外，通过真空泵403抽出来的高浓度气体进入防爆风机001的进口，然后送入油气回热器002，继续下一步的冷凝和吸附。
以上步骤不断重复切换，吸附罐401和吸附罐402轮流吸附和解吸附，完成连续运行过程。
综上所述，本发明提供了一种热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置，本装置能够全年全天候运行，制冷过程中产生的冷热量能够得到充分合理利用，符合节能环保原则。本装置多次采用热回收模式：首先，油气回热器中利用冷凝前的油气和冷凝后的油气进行热回收；随后，利用第一制冷系统产生的剩余冷源、第二制冷系统需要排出的热源，对吸附的环节进行供冷，对解吸附的环节进行供热，增加了变温环节，弥补了变压吸附的内在缺陷，提高了吸附模式在不同气候环节的应用范围。
本装置通过设置油气回热器来对油气进行预冷，然后预冷后的油气先后进入第一制冷系统、第二制冷系统和复叠式制冷系统，完成油气冷凝及油品的回；再经过油气回热器完成油气的升温后进入吸附系统；填充活性炭的吸附系统在吸附过程中可利用第一制冷系统的免费冷源，进行降温来提升吸附效果。在解吸附过程中，使用真空泵来抽真空，同时利用第二制冷系统的免费热源来升温，加快解吸附速度和最大限度恢复活性炭的吸附能力。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置，其特征在于，包括第一制冷系统、第二制冷系统、第三制冷系统、油气冷凝及油品收集系统、热回收式吸附系统；
所述第三制冷系统为包括高温级制冷系统和低温级制冷系统的复叠式制冷系统；
所述油气冷凝及油品收集系统包括防爆风机、油气回热器、储油罐，所述防爆风机出口依次连接油气回热器的热侧通道、第一制冷系统的蒸发器热侧通道、第二制冷系统的蒸发器热侧通道、低温级制冷系统的蒸发器热侧通道及油气回热器的冷侧通道；所述储油罐的进口分别连接第一制冷系统的蒸发器的冷凝油出口、第二制冷系统的蒸发器的冷凝油出口、低温级制冷系统的蒸发器的冷凝油出口及油气回热器的冷凝油出口；
所述热回收式吸附系统包括至少两个吸附罐、真空泵和烟囱；所述吸附罐设有吸附进口、吸附出口、解吸附出口；所述油气回热器的冷侧出口连接吸附罐的吸附进口；所述吸附罐的解吸附出口依次连接真空泵、防爆风机进口；至少两个所述吸附罐的吸附出口之间连接有平衡电磁阀；所述吸附罐的吸附出口连接于烟囱；
所述吸附罐内部设置有低温气通道和高温气通道；所述第一制冷系统的蒸发器冷侧出口依次连通低温气通道、第一制冷系统的压缩机进口；所述第二制冷系统的压缩机出口依次连通高温气通道、第二制冷系统的冷凝器进口；
所述真空泵的进口设置有过滤网。
2.根据权利要求1所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置，其特征在于，所述第一制冷系统包括依次连接的第一压缩机、第一冷凝器、第一储液器、第一膨胀阀、第一蒸发器和第一气液分离器；所述第二制冷系统包括依次连接的第二压缩机、第二冷凝器、第二储液器、第二膨胀阀、第二蒸发器和第二气液分离器。
3.根据权利要求1所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置，其特征在于，所述低温级制冷系统的压缩机进出口分别对应连接有膨胀罐的进出口。
4.根据权利要求3所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置，其特征在于，所述高温级制冷系统包括依次连接的高温压缩机、高温冷凝器、高温储液器、高温膨胀阀、蒸发冷凝器和高温气液分离器；所述低温级制冷系统包括低温压缩机、低温储液器、低温膨胀阀、低温蒸发器、低温气液分离器和膨胀罐；所述低温压缩机出口依次连接蒸发冷凝器的热侧通道、低温储液器、低温膨胀阀、低温蒸发器、低温气液分离器和低温压缩机进口。
5.根据权利要求1所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置，其特征在于，所述油气回热器、第一制冷系统的蒸发器、第二制冷系统的蒸发器和低温级制冷系统的蒸发器均为管壳式换热器。
6.根据权利要求1所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置，其特征在于，所述储油罐还包括液位计、气液两相泵和防爆球阀；所述储油罐的出口依次连接气液两相泵、防爆球阀。
7.根据权利要求1所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置，其特征在于，所述吸附罐内部填充活性炭。
8.根据权利要求1所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置，其特征在于，所述吸附罐的吸附进口、吸附出口、解吸附出口、高温气通道的进口、低温气通道的进口均连接有电磁阀；所述真空泵的出口设置有单向阀。
9.根据权利要求4所述的热回收式冷凝及变温变压吸附组合工艺油气回收装置，其特征在于，所述膨胀罐的进口、出口均连接有控制阀。
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