一种超音速旋流油气vocs冷凝回收系统
技术领域
1.本实用新型涉及引射器和超音速液化领域，特别涉及一种超音速旋流油气 vocs冷凝回收系统。


背景技术：

2.石化产业在油品在生产、储运和使用过程中，由于油库呼吸作用等因素导致大量轻烃组分挥发至空气中，形成油气vocs(volatile organic chemicals, vocs)，造成严重的环境污染和能源浪费，而对油气vocs进行回收具有巨大的节能环保意义和经济价值。我国制定了《石油化学工业污染物排放标准(gb
‑
31571)》等标准规范，规定非甲烷总烃(nmhc)排放浓度应低于120 mg/m3，去除效率应高于95％。
3.当前油气vocs治理方法主要有焚烧法、冷凝法、吸收法、吸附法、膜分离法以及这几种方法的组合，除焚烧法外均可回收油气vocs中的烃类。其中吸收法、吸附法和膜分离法结构相对简单，但存在回收率偏低、吸附易发热导致燃烧、吸收剂/吸附剂/分离膜等耗材寿命有限等问题。
4.冷凝法能直接且连续地回收油气vocs中的烃类，并且工作温度较低，安全性好；现有油气vocs冷凝回收系统多采用二到三级复叠式制冷机，然而能耗较大，同时制冷系统结构复杂、压缩机等设备众多，设备初投资较高，一定程度上限制了冷凝法的应用。
5.此外，油气vocs增压后可显著提高分离效果，但其压缩过程温度升高，存在易燃易爆的安全隐患，需要更安全油气vocs的增压手段。
6.目前超音速旋流分离技术已应用于天然气液化等领域，其流程结构简单，无需额外的制冷设备，表现出了较好的液化和分离效果，在油气vocs冷凝领域有一定的应用前景。
7.因此，需要基于引射器原理和超音速旋流分离技术构建一种安全、高效且结构简单、成本低廉的油气vocs冷凝回收流程。


技术实现要素：

8.有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种可安全、高效且结构简单、成本低廉的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统。
9.为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：
10.一种超音速旋流油气vocs冷凝回收系统，包括分离单元，所述分离单元包括引射器单元(1)、超音速旋流分离单元(2)和循环空气增压单元(3)，所述引射器单元(1)包括工作流体喷管(101)、吸入腔(102)、混合段(103) 以及扩压段(104)；所述超音速旋流分离单元(2)包括入口稳定段(201)、 laval喷管(202)、旋流器(203)、直管段(204)、分离器(205)、扩压段 (206)以及分配器(207)，所述直管段(204)和第二扩压段(206)上分布有分离小孔；所述循环空气增压单元(3)包括空压机(301)和冷却器(302)，其中：
11.外部油气vocs被吸入所述吸入腔(102)，并与循环空气一同进入所述混合段(103)充分混合，再进入所述扩压段(104)减速增压形成高压油气混合物；
12.所述高压油气混合物进入所述入口稳定段(201)，再进入所述laval喷管 (202)降压降温加速形成带有烃类液滴的低压高速油气混合物；
13.所述低压高速油气混合物经所述旋流器(203)形成旋流后再经所述直管段 (204)进入所述第二扩压段(206)；
14.所述低压高速油气混合物中的烃类液滴在离心作用下经所述分离小孔进入所述分离器(205)，汇集的液态烃类从所述分离器(205)出口排放回收；
15.所述低压高速油气混合物分离掉烃类液滴后形成的洁净空气经所述第二扩压段(206)减速增压后再由所述分配器(207)分为两股，其中一小股作为循环空气进入所述循环空气增压单元(3)，另一大股作为尾气排放或进入下一级分离单元；
16.所述循环空气经所述空压机(301)增压至较高压力后由所述冷却器(302) 冷却至适宜温度形成高压循环空气；
17.所述高压循环空气经所述工作流体喷管(101)喷出后形成高速流体，在所述吸入腔(102)内形成低压，将外部油气vocs吸入所述吸入腔(102)，完成循环。
18.在其中一些实施例中，所述循环空气增压单元(3)还包括循环空气膨胀机 303，所述循环空气经所述空压机(301)增压再由所述冷却器(302)冷却至适宜温度后形成高压循环空气，所述高压循环空气经所述循环空气膨胀机303降温降压至某一合适中间压力后，再进入所述引射器单元(1)的工作流体喷管 (101)。
19.在其中一些实施例中，所述循环空气增压单元(3)还包括循环空气膨胀机 303和预冷回热器304，所述循环空气经所述空压机(301)增压再由所述冷却器(302)冷却至适宜温度后形成高压循环空气，所述高压循环空气在所述预冷回热器304中被温度较低的所述洁净空气冷却，再经所述循环空气膨胀机303 降温降压至某一合适中间压力后，再进入所述引射器单元(1)的工作流体喷管 (101)。
20.在其中一些实施例中，所述超音速旋流分离单元(2)还包括洁净空气膨胀机208，所述循环空气增压单元(3)还包括预冷回热器304，所述低压高速油气混合物分离掉烃类液滴后形成的洁净空气经所述第二扩压段(206)减速增压后再经所述洁净空气膨胀机208降温降压后进入所述预冷回热器304提供冷量，再由所述分配器(207)分为两股，一小股作为循环空气进入所述循环空气增压单元(3)，另一大股作为尾气排放或进入下一级分离单元；所述循环空气经所述空压机(301)增压并依次由所述冷却器(302)和所述预冷回热器304冷却后，再进入所述引射器单元(1)的工作流体喷管(101)。
21.在其中一些实施例中，所述超音速旋流分离单元(2)还包括洁净空气膨胀机(208)和高压油气回热器(209)，所述低压高速油气混合物分离掉烃类液滴后形成的洁净空气经所述第二扩压段(206)减速增压后再经所述洁净空气膨胀机(208)降温降压后进入所述高压油气回热器(209)提供冷量，再由所述分配器(207)分为两股，一小股作为循环空气进入所述循环空气增压单元(3)，另一大股作为尾气排放或进入下一级分离单元；
22.经所述扩压段(104)减速增压形成高压油气混合物在所述高压油气回热器 209中被温度较低的所述洁净空气冷却后再进入所述超音速旋流分离单元(2) 的入口稳定段(201)。
23.在其中一些实施例中，所述分离单元为两级或两级以上。
24.在其中一些实施例中，所述冷却器(302)可采用冷水机组、风冷冷却器或预冷制冷
机。
25.本实用新型采用上述技术方案的优点是：
26.本实用新型提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统，采用超音速旋流分离技术将油气vocs中的烃类冷凝后分离，无额外制冷设备，不含低温运动部件，流程结构简单可靠，设备数量较少、建造成本低廉；并通过循环洁净空气引射油气vocs进料，避免了直接压缩油气vocs后发热带来易燃易爆的安全隐患。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
28.图1为本实用新型实施例1提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统的结构示意图。
29.图2为本实用新型实施例2提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统的结构示意图。
30.图3为本实用新型实施例3提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统的结构示意图。
31.图4为本实用新型实施例4提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统的结构示意图。
32.图5为本实用新型实施例5提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统的结构示意图。
33.图6为本实用新型实施例6提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统的结构示意图。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.实施例1
36.请参阅图1，为本实用新型实施例1提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统的结构示意图，包括：分离单元，所述分离单元包括引射器单元(1)、超音速旋流分离单元(2)和循环空气增压单元(3)。
37.所述引射器单元(1)包括工作流体喷管(101)、吸入腔(102)、混合段 (103)以及扩压段(104)，所述引射器单元(1)可用于油气vocs进料的安全增压；所述超音速旋流分离单元(2)包括入口稳定段(201)、laval喷管(202)、旋流器(203)、直管段(204)、分离器(205)、第二扩压段(206)以及分配器(207)，所述直管段(204)和第二扩压段(206)上分布有分离小孔，所述超音速旋流分离单元(2)可用于冷凝并分离高压油气混合物中的烃类；所述循环空
气增压单元(3)包括空压机(301)和冷却器(302)，所述循环空气增压单元(3)可用于提供温度适合的高压循环空气。
38.所述冷却器(302)可采用冷水机组、风冷冷却器或预冷制冷机。
39.上述实施例1提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统，其工作方式如下：
40.外部油气vocs被吸入所述吸入腔(102)，并与循环空气一同进入所述混合段(103)充分混合，再进入所述扩压段(104)减速增压形成高压油气混合物；
41.所述高压油气混合物进入所述入口稳定段(201)，再进入所述laval喷管 (202)降压降温加速形成带有烃类液滴的低压高速油气混合物；
42.所述低压高速油气混合物经所述旋流器(203)形成旋流后再经所述直管段 (204)进入所述第二扩压段(206)；
43.所述低压高速油气混合物中的烃类液滴在离心作用下经所述分离小孔进入所述分离器(205)，汇集的液态烃类从所述分离器(205)出口排放回收；
44.所述低压高速油气混合物分离掉烃类液滴后形成的洁净空气经所述第二扩压段(206)减速增压后再由所述分配器(207)分为两股，其中一小股作为循环空气进入所述循环空气增压单元(3)，另一大股作为尾气排放或进入下一级分离单元；
45.所述循环空气经所述空压机(301)增压至较高压力后由所述冷却器(302) 冷却至适宜温度形成高压循环空气；
46.所述高压循环空气经所述工作流体喷管(101)喷出后形成高速流体，在所述吸入腔(102)内形成低压，将外部油气vocs吸入所述吸入腔(102)，完成循环。
47.本实用新型上述实施例1提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统，采用超音速旋流分离技术将油气vocs中的烃类冷凝后分离，无额外制冷设备，不含低温运动部件，结构简单可靠；并通过循环洁净空气引射油气vocs进料，避免了直接压缩油气vocs后发热带来易燃易爆的安全隐患。
48.实施例2
49.请参阅图2，为本实用新型实施例2提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统的结构示意图。
50.与实施例1不同之处在于，所述循环空气增压单元(3)还包括循环空气膨胀机303，所述循环空气经所述空压机(301)增压再由所述冷却器(302)冷却至适宜温度后形成高压循环空气，所述高压循环空气经所述循环空气膨胀机 303降温降压至某一合适中间压力后，再进入所述引射器单元(1)的工作流体喷管(101)。
51.其他工作方式与本实用新型实施例1相同，这里不再赘述。
52.可以理解，在本实施例中通过循环空气膨胀机303可降低高压循环空气温度和高压油气混合物的温度，提高冷凝分离效果。
53.本实用新型上述实施例2提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统，采用超音速旋流分离技术将油气vocs中的烃类冷凝后分离，无额外制冷设备，不含低温运动部件，结构简单可靠；并通过循环洁净空气引射油气vocs进料，避免了直接压缩油气vocs后发热带来易燃易爆的安全隐患。
54.实施例3
55.请参阅图3，为本实用新型实施例3提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统的结
构示意图。
56.与实施例1不同之处在于，所述循环空气增压单元(3)还包括循环空气膨胀机303和预冷回热器304，所述循环空气经所述空压机(301)增压再由所述冷却器(302)冷却至适宜温度后形成高压循环空气，所述高压循环空气在所述预冷回热器304中被温度较低的所述洁净空气冷却，再经所述循环空气膨胀机 303降温降压至某一合适中间压力后，再进入所述引射器单元(1)的工作流体喷管(101)。
57.其他工作方式与本实用新型实施例1相同，这里不再赘述。
58.可以理解，在本实施例中采用循环空气膨胀机303和预冷回热器304可进一步降低高压循环空气温度和高压油气混合物的温度，提高冷凝分离效果。
59.本实用新型上述实施例3提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统，采用超音速旋流分离技术将油气vocs中的烃类冷凝后分离，无额外制冷设备，不含低温运动部件，结构简单可靠；并通过循环洁净空气引射油气vocs进料，避免了直接压缩油气vocs后发热带来易燃易爆的安全隐患。
60.实施例4
61.请参阅图4，为本实用新型实施例4提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统的结构示意图。
62.与实施例1不同之处在于，所述超音速旋流分离单元(2)还包括洁净空气膨胀机208，所述循环空气增压单元(3)还包括预冷回热器304，所述低压高速油气混合物分离掉烃类液滴后形成的洁净空气经所述第二扩压段(206)减速增压后再经所述洁净空气膨胀机208降温降压后进入所述预冷回热器304提供冷量，再由所述分配器(207)分为两股，一小股作为循环空气进入所述循环空气增压单元(3)，另一大股作为尾气排放或进入下一级分离单元；所述循环空气经所述空压机(301)增压并依次由所述冷却器(302)和所述预冷回热器304 冷却后，再进入所述引射器单元(1)的工作流体喷管(101)。
63.其他工作方式与本实用新型实施例1相同，这里不再赘述。
64.可以理解，在本实施例中通过设置洁净空气膨胀机208和预冷回热器304 可进一步降低高压循环空气温度和高压油气混合物的温度，提高冷凝分离效果。
65.本实用新型上述实施例4提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统，采用超音速旋流分离技术将油气vocs中的烃类冷凝后分离，无额外制冷设备，不含低温运动部件，结构简单可靠；并通过循环洁净空气引射油气vocs进料，避免了直接压缩油气vocs后发热带来易燃易爆的安全隐患。
66.实施例5
67.请参阅图5，为本实用新型实施例5提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统的结构示意图。
68.与本实用新型实施例1不同之处在于，所述超音速旋流分离单元(2)还包括洁净空气膨胀机(208)和高压油气回热器(209)，所述低压高速油气混合物分离掉烃类液滴后形成的洁净空气经所述第二扩压段(206)减速增压后再经所述洁净空气膨胀机(208)降温降压后进入所述高压油气回热器(209)提供冷量，再由所述分配器(207)分为两股，一小股作为循环空气进入所述循环空气增压单元(3)，另一大股作为尾气排放或进入下一级分离单元；
69.经所述扩压段(104)减速增压形成高压油气混合物在所述高压油气回热器 209中
被温度较低的所述洁净空气冷却后再进入所述超音速旋流分离单元(2) 的入口稳定段(201)。
70.其他工作方式与本实用新型实施例1相同，这里不再赘述。
71.可以理解，在本实施例中通过设置洁净空气膨胀机208和高压油气回热器 209可进一步降低高压油气混合物的温度，提高冷凝分离效果。
72.本实用新型上述实施例5提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统，采用超音速旋流分离技术将油气vocs中的烃类冷凝后分离，无额外制冷设备，不含低温运动部件，结构简单可靠；并通过循环洁净空气引射油气vocs进料，避免了直接压缩油气vocs后发热带来易燃易爆的安全隐患。
73.实施例6
74.请参阅图6，为本实用新型实施例6提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统的结构示意图。
75.与本实用新型实施例1不同之处在于，本实用新型实施例6提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统，所述分离单元为两级或两级以上，在第一级所述分离单元排放尾气后再进入下一级分离单元进一步分离残留烃类；两级分离单元的方式可进一步降低排放残留。
76.本实用新型上述实施例6提供的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统，采用超音速旋流分离技术将油气vocs中的烃类冷凝后分离，无额外制冷设备，不含低温运动部件，结构简单可靠；并通过循环洁净空气引射油气vocs进料，避免了直接压缩油气vocs后发热带来易燃易爆的安全隐患。
77.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
78.当然本实用新型的超音速旋流油气vocs冷凝回收系统正极材料还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本实用新型的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。