本發(fā)明屬于油氣回收技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種冷凝法油氣回收用冷箱及其回收方法。

背景技術(shù)：

冷凝法是油氣回收中應(yīng)用最廣的技術(shù)之一。冷凝是利用混合物中不同組分具有不同的飽和蒸氣壓這一特點(diǎn)，采用降低系統(tǒng)溫度的方法使烴類組分凝結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)組分與空氣分離的過(guò)程。

冷凝法油氣回收具有如下特點(diǎn)：

(1)受環(huán)境溫度、壓力、油氣性質(zhì)等因素影響小，回收效果穩(wěn)定；

(2)工作溫度低，安全性好；

(3)操作條件相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)中間步驟，回收液態(tài)烴類純度高，有時(shí)可直接回用。

冷凝法油氣回收的適用范圍主要包括：

(1)油氣高溫、高濕、高濃度和高水蒸氣的場(chǎng)合；

(2)作為排放控制設(shè)施的預(yù)處理，通過(guò)初步冷凝減輕后續(xù)凈化裝置操作負(fù)荷的場(chǎng)合。

冷凝法油氣回收工藝設(shè)計(jì)中需著重考慮以下問(wèn)題：

(1)在冷凝溫度的選取上，應(yīng)綜合考慮油氣各組分的熱力學(xué)性質(zhì)，根據(jù)其冷凝規(guī)律設(shè)計(jì)耗能低、排放濃度低的油氣回收工藝；

(2)由于要將油氣降溫至較低的溫度，應(yīng)綜合考慮設(shè)備制造成本、運(yùn)行成本和最終排放指標(biāo)；

(3)由于冷凝過(guò)程中需多次換熱，換熱器效率、油氣中不凝氣體、換熱器結(jié)霜等問(wèn)題需特別考慮。

冷凝法回收一般按預(yù)冷、冷凝等步驟實(shí)現(xiàn)。預(yù)冷通常是一單級(jí)冷卻裝置，將油氣由常溫冷卻至約4℃，其設(shè)置主要考慮以下因素：

(1)盡可能的除去油氣中的水蒸氣，減少后續(xù)冷凝器結(jié)霜和凍管現(xiàn)象的發(fā)生；

(2)將部分重?zé)N組分冷凝，防止其進(jìn)入溫度較低的冷凝器后凝結(jié)、變粘、甚至凝固，阻礙換熱；

(3)節(jié)省后續(xù)冷凝器能耗。

冷凝系統(tǒng)冷卻溫度的設(shè)置，綜合考慮油氣的熱力學(xué)性質(zhì)及規(guī)定的油氣排放指標(biāo)。這里有兩個(gè)特別需要注意的地方，一是油氣熱力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取，這是科學(xué)設(shè)計(jì)冷凝裝置的基礎(chǔ)，另一個(gè)是制冷系統(tǒng)的選取，實(shí)際應(yīng)用中以機(jī)械制冷為主。

預(yù)冷和冷凝步驟中間通常會(huì)加入中間冷凝系統(tǒng)，中間冷凝的設(shè)計(jì)主要考慮到換熱流程的最優(yōu)化，其冷卻溫度的設(shè)計(jì)以換熱計(jì)算的優(yōu)化為準(zhǔn)。

冷凝系統(tǒng)中的換熱器是使油氣溫度降到設(shè)計(jì)溫度，實(shí)現(xiàn)烴類組分液化回收的關(guān)鍵，其本質(zhì)是一個(gè)經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的換熱器，俗稱“冷箱”。冷箱的設(shè)計(jì)和制造關(guān)系到油氣能都降低到設(shè)計(jì)溫度、關(guān)系到冷凝下來(lái)的液態(tài)烴能否順利排出系統(tǒng)、關(guān)系到冷凝到指定溫度的油氣冷量能否得到有效的回收，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能。

現(xiàn)有油氣回收系統(tǒng)中采用的冷箱，存在較明顯的缺陷：(1)現(xiàn)有油氣回收系統(tǒng)多采用的是多級(jí)多個(gè)冷箱多個(gè)制冷系統(tǒng)的方式，整體系統(tǒng)較為繁雜，占地面積大，設(shè)備多，能耗高，制造和運(yùn)行成本都比較高；(2)現(xiàn)有技術(shù)中有采用一體式冷箱的報(bào)道，但對(duì)于冷箱內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)，卻存在不清楚的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種冷凝法油氣回收用冷箱及其回收方法。本發(fā)明采用的一體式預(yù)冷加深冷集成式冷箱，在一個(gè)冷箱內(nèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)油氣的預(yù)冷、深冷冷凝和冷量回用，有效排出冷凝液化烴的同時(shí)，對(duì)冷凝后的油氣冷量進(jìn)行了有效的利用。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：

一種冷凝法油氣回收用冷箱，所述冷箱至少設(shè)有兩個(gè)換熱工段，分別為預(yù)冷段和冷凝段，所述預(yù)冷段和冷凝段內(nèi)均設(shè)置換熱管束，其中預(yù)冷段設(shè)置光滑直管列管管束，冷凝段設(shè)置帶彎頭和翅片的盤管管束，預(yù)冷段和冷凝段通過(guò)隔板上開口實(shí)現(xiàn)油氣連通，每個(gè)換熱箱體均設(shè)置冷凝液排出口，冷凝液排出口設(shè)置在靠近各段隔板連通開口的位置；冷箱頂部設(shè)置油氣回?zé)崂媒庸?，所述油氣回?zé)崂媒庸芤欢伺c冷凝段頂部的開口連接，另一端與預(yù)冷段設(shè)置的回?zé)徇M(jìn)口管箱連接，所述回?zé)徇M(jìn)口管箱與預(yù)冷段換熱管管束連通；油氣進(jìn)口接管與預(yù)冷段殼程連通，油氣出口接管與預(yù)冷段回?zé)岢隹诠芟溥B通，制冷劑進(jìn)口管設(shè)置在冷凝段油氣出口一側(cè)，制冷劑出口管設(shè)置在冷凝段油氣進(jìn)口一側(cè)，均與冷凝段盤管連通。

作為本申請(qǐng)的優(yōu)選技術(shù)方案，所述各換熱箱體均安裝溫度傳感器，設(shè)置于各段靠近隔板連通開口的位置，與冷凝液排出口相垂直，與控制器相連。

作為本申請(qǐng)的優(yōu)選技術(shù)方案，所述預(yù)冷段和冷凝段均設(shè)置折流板，所述折流板為金屬板，間隔、交錯(cuò)布置在箱體內(nèi)部?jī)蓚?cè)，各折流板長(zhǎng)度為所在箱體寬度的0.6～0.8倍。

優(yōu)選的，所述折流板為波浪形板或螺旋形板，表面設(shè)有凸點(diǎn)。

作為本申請(qǐng)的優(yōu)選技術(shù)方案，所述翅片包括設(shè)置在盤管管束外側(cè)呈螺旋分布的主翅片和與主翅片固定連接的副翅片，所述副翅片呈彎曲狀或錐形。

作為本申請(qǐng)的優(yōu)選技術(shù)方案，所述冷凝段包括第一冷凝段和第二冷凝段，所述預(yù)冷段、第一冷凝段和第二冷凝段均通過(guò)隔板上開口實(shí)現(xiàn)連通，所述預(yù)冷段與第一冷凝段的連通開口設(shè)在隔板上部水平中間的位置，第一冷凝段和第二冷凝段的連通開口設(shè)在隔板下部水平中間的位置。

優(yōu)選的，所述換熱箱體的第二冷凝段油氣出口與油氣回?zé)崂媒庸苓B通。

優(yōu)選的，所述預(yù)冷段直管束兩端均固定在管板上，管板再與回?zé)徇M(jìn)口管箱和回?zé)岢隹诠芟溥B接。

一種冷凝法油氣回收用冷箱的回收方法，包括如下步驟：

(1)高溫油氣自油氣進(jìn)口進(jìn)入冷箱，先進(jìn)入預(yù)冷段殼程內(nèi)，在預(yù)冷段殼程流動(dòng)，初步預(yù)冷后經(jīng)預(yù)冷段連通開口進(jìn)入冷凝段，在冷凝段殼程流動(dòng)，經(jīng)冷凝后由冷凝段油氣出口進(jìn)入油氣回?zé)崂媒庸?，?jīng)油氣回?zé)崂媒庸苓M(jìn)入油氣回?zé)徇M(jìn)口管箱，再進(jìn)入預(yù)冷段內(nèi)的換熱管束，與來(lái)自油氣進(jìn)口的高溫油氣進(jìn)行換熱，換熱完成后進(jìn)入回?zé)岢隹诠芟洌俳?jīng)油氣出口離開管箱。高溫油氣中含有的可冷凝的水、烴類物質(zhì)，在經(jīng)過(guò)換熱降溫后，部分會(huì)冷凝液化，經(jīng)過(guò)冷凝排液口排出冷箱；

(2)來(lái)自制冷機(jī)組的制冷劑經(jīng)制冷劑進(jìn)口進(jìn)入冷凝段換熱列管，再經(jīng)制冷劑出口離開冷凝段換熱管束，進(jìn)入制冷機(jī)組，再次制冷。

本發(fā)明提供的設(shè)備及處理方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：(1)在一個(gè)箱體內(nèi)同時(shí)設(shè)置了不同的獨(dú)立的換熱模塊，實(shí)現(xiàn)了油氣預(yù)冷、冷凝和油氣冷量回用(回?zé)崂?和冷凝液外排；(2)特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使裝置整體布局更加緊湊，換熱效率更高；(3)各換熱模塊不同的管束型式設(shè)計(jì)，考慮到了各段換熱流體的物性和換熱需求；(4)設(shè)置溫度傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各段油氣溫度的變化，以做出利于冷箱操作的調(diào)整。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明冷凝法油氣回收用冷箱的主視圖；

圖2是圖1的左視圖；

圖3是冷凝法油氣回收用冷箱的內(nèi)部管束布置圖；

圖4是圖3的左視圖；

圖5是本發(fā)明冷凝法油氣回收用冷箱的內(nèi)部折流板和隔板開口示意圖；

其中，1-油氣進(jìn)口；2-油氣出口；3-隔板；4-隔板；5-箱體外殼；6-油氣回?zé)崂媒庸埽?-冷凝液排出口；8-冷凝液排出口；9-冷凝液排出口；10-制冷劑進(jìn)口；11-制冷劑出口；12-直管束；13-彎頭；14-翅片；15-換熱列管；16-溫度傳感器；17-溫度傳感器；18-溫度傳感器；19-折流板；20-折流板；21-折流板；22-連通開口；23-連通開口；24-冷凝段油氣出口；25-回?zé)徇M(jìn)口管箱；26-回?zé)徇M(jìn)口管箱進(jìn)口；27-回?zé)岢隹诠芟洹?/p>

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，下面結(jié)合說(shuō)明書附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。

實(shí)施例1：

如圖1所示，冷箱箱體呈長(zhǎng)方體，箱體內(nèi)由隔板分成三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的空間，分別是：箱體外殼5與隔板3構(gòu)成的預(yù)冷段，箱體外殼5與隔板3、隔板4之間構(gòu)成的第一冷凝段以及外殼5與隔板4構(gòu)成的第二冷凝段。其中，第二冷凝段與預(yù)冷段通過(guò)油氣回?zé)崂媒庸?相連。預(yù)冷段、第一冷凝段和第二冷凝段箱體底部分別設(shè)置冷凝液排出口7、冷凝液排出口8和冷凝液排出口9。在各冷凝液排出口垂直方向分別設(shè)置溫度傳感器16、溫度傳感器17和溫度傳感器18，溫度傳感器可檢測(cè)油氣溫度并轉(zhuǎn)化成4～20ma電信號(hào)傳輸?shù)絛cs或plc，以做出有利于冷箱的調(diào)整。

如圖2所示，第二冷凝段上部換熱管與制冷劑進(jìn)口10相連，第一冷凝段下部換熱管與制冷劑出口11相連。

如圖3所示，預(yù)冷段內(nèi)布置有換熱直管束12、第一冷凝段和第二冷凝段布置有帶彎頭13和翅片14的換熱管束，翅片14包括設(shè)置在管束外側(cè)呈螺旋分布的主翅片和與主翅片固定連接的副翅片，副翅片呈彎曲狀，換熱管束的排列方向垂直于油氣進(jìn)口1。

如圖4所示，第一冷凝段和第二冷凝段的換熱列管15在箱體內(nèi)的排布方式呈盤管狀。

如圖5所示，預(yù)冷段內(nèi)布置有一個(gè)以上折流板19，為螺旋形板，第一冷凝段內(nèi)布置有一個(gè)以上折流板20，第二冷凝段布置有一個(gè)以上折流板21，折流板20和折流板21為波浪形板，各折流板表面均設(shè)有凸點(diǎn)，材質(zhì)為銅板，在各箱體的側(cè)壁上，沿著豎直方向交錯(cuò)布置。折流板的布置使油氣在管箱內(nèi)折流運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)冷側(cè)與熱側(cè)的充分換熱。本實(shí)施例中，折流板長(zhǎng)度為所在箱體寬度的0.6倍。隔板3上設(shè)置有連通開口22，連通開口22設(shè)在隔板3上部水平中間的位置，隔板4上設(shè)置有連通開口23，連通開口23設(shè)在隔板4下部水平中間的位置。

第二冷凝段箱體頂部設(shè)置有冷凝段油氣出口24，所述冷凝段油氣出口24與油氣回?zé)崂媒庸?相連通?；?zé)徇M(jìn)口管箱25設(shè)置有回?zé)徇M(jìn)口管箱進(jìn)口26，回?zé)徇M(jìn)口管箱進(jìn)口26與油氣回?zé)崂媒庸?連通，回?zé)岢隹诠芟?7與油氣出口2連通。

如圖5所示，具體運(yùn)行時(shí)，高溫油氣自油氣進(jìn)口1進(jìn)入冷箱，先進(jìn)入預(yù)冷段，在折流板19的作用下，在預(yù)冷段管箱內(nèi)做曲折向上流動(dòng)，經(jīng)預(yù)冷段上部連通開口22進(jìn)入第一冷凝段，在折流板20的作用下，在第一冷凝段管箱內(nèi)做曲折向下流動(dòng)，經(jīng)第一冷凝段下部連通開口23進(jìn)入第二冷凝段，在折流板21的作用下，在第二冷凝段內(nèi)做向上曲折流動(dòng)，經(jīng)冷凝段油氣出口24進(jìn)入油氣回?zé)崂媒庸?，經(jīng)油氣回?zé)崂媒庸?進(jìn)入油氣回?zé)徇M(jìn)口管箱25，再進(jìn)入預(yù)冷段內(nèi)的換熱管束，與來(lái)自油氣進(jìn)口1的高溫油氣進(jìn)行換熱，換熱完成后進(jìn)入回?zé)岢隹诠芟?7，再經(jīng)油氣出口2離開管箱。來(lái)自制冷機(jī)組的冷凍液經(jīng)制冷劑進(jìn)口10進(jìn)入第二冷凝段換熱列管15，再經(jīng)制冷劑出口11離開第一冷凝段換熱管束，進(jìn)入制冷機(jī)組，第一冷凝段換熱管束與第二冷凝段換熱管束連通。由于油氣中含有可冷凝的烴類物質(zhì)，在經(jīng)過(guò)換熱降溫后，部分烴類物質(zhì)會(huì)冷凝液化，冷凝液化的烴分別經(jīng)過(guò)冷凝液排出口一7、冷凝液排出口二8、冷凝液排出口三9排出冷箱。

本實(shí)施例中的冷箱相當(dāng)于3個(gè)換熱器：預(yù)冷換熱器、第一冷凝換熱器、第二冷凝換熱器。在預(yù)冷換熱器內(nèi)，熱側(cè)為來(lái)自油氣進(jìn)口的初始高溫油氣，冷側(cè)為來(lái)自回?zé)崂霉艿赖牡蜏赜蜌?，熱?cè)走殼程，冷側(cè)走管程；在第一冷凝換熱器，熱側(cè)為來(lái)自預(yù)冷段的油氣，冷側(cè)為來(lái)自第二冷凝段換熱管束的冷凍液，熱側(cè)走殼程，冷側(cè)走管程；在第二冷凝換熱器，熱側(cè)為來(lái)自第一冷凝段的油氣，冷側(cè)為來(lái)自制冷機(jī)組的冷凍液，熱側(cè)走殼程，冷側(cè)走管程。

以油氣處理量300nm³/h，將油氣冷卻至-70℃為例。油氣進(jìn)口和出口的規(guī)格均為dn150，油氣經(jīng)預(yù)冷段換熱后降溫至4℃，預(yù)冷段-第一冷凝段連通開口尺寸為80×500mm，油氣在第一冷凝段降溫至-35℃，第一冷凝段-第二冷凝段開口尺寸為80×500mm，油氣在冷凝段降溫至-70℃。降溫至-70℃的油氣再經(jīng)過(guò)回?zé)崂媒庸苋ヮA(yù)冷段的管程，與來(lái)自油氣進(jìn)口的油氣進(jìn)行換熱，將其降溫至4℃。

本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以上實(shí)施例。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權(quán)利要求為保護(hù)范圍。