一種用于油氣回收設備的吸附與脫附切換裝置

總后油料研究所 傅蘇紅 張東生 張衛華

1.引言

汽油作為機動車輛的主要燃料，其成分復雜、易汽化、揮發性強。在汽油的運輸、儲存和加注過程中，油氣排放到大氣中，帶來污染環境、影響人類健康和能源浪費等嚴重危害。[1][2]目前，煉油廠、油庫、加油站等場所一般利用油氣回收裝置來降低油氣揮發，以減少對大氣的污染。常用的油氣回收技術包括冷凝法、吸附法、吸收法和膜分離法四種方法，其中吸附法對控制油氣的排放濃度比較理想，[3][4]但現有油氣回收吸附裝置的吸附與脫附工藝過于繁瑣，為實現吸附與脫附的轉換，通常用到的閥門就達到6個之多，[5]控制十分不便。

為此，本文設計了一種吸附法油氣回收設備實現吸附與脫附工藝轉換的切換裝置，該切換裝置可以實現吸附與脫附工藝的同步轉換，并且結構簡單便于控制，從而減少了油氣回收系統中閥門的數量，同時解決了閥門誤操作造成的管路“憋氣”問題。

2.結構及工作原理

2.1 吸附法油氣回收裝置結構及工作原理

圖1 傳統吸附法油氣回收裝置

圖2 增加切換裝置后的油氣回收裝置

吸附法的油氣回收裝置，如圖1所示，通常包括多個吸附罐（以兩個為例）、轉換閥門和真空泵。其工作原理為：開啟閥門3、9，關閉閥門5、8，使吸附罐2處于吸附、吸附罐4處于待機狀態，即吸附罐2與油氣入口和空氣出口聯通。當吸附罐2飽和后，關閉閥門3、9，同時開啟閥門5、8和7，啟動真空泵，使吸附罐2處于脫附、吸附罐4處于吸附狀態。當吸附罐4飽和后，轉換閥門，使吸附罐2處于吸附、吸附罐4處于脫附狀態。如此交替循環，油氣回收裝置進行連續回收工作。

如圖1所示，在傳統的吸附與脫附的切換中需要使用6個閥門，吸附法工藝運行的一個特點是有兩路氣路通過閥門的動作切換運行，即通過如圖1所示的6個閥門切換（分兩組）實現兩個吸附罐的吸附與脫附的切換，這樣當閥門動作不一致或出現故障時，影響工藝運行，甚至出現各個支路皆關而“憋氣”的現象。

為此，本文簡化管路工藝，放棄單閥門操作，采用切換裝置同步啟閉的方式，通過3個三通切換閥來實現兩個吸附罐2、4之間吸附與脫附的切換。如圖2所示，三通切換閥分別設置在兩個并聯的吸附罐與油氣入口之間、兩并聯的吸附罐與油氣出口之間以及兩并聯的吸附罐與排氣口之間，而控制器可同步控制上述三通切換閥。這樣不僅減少了閥門數量，同時也減少了運行故障的幾率。另外由于三通切換閥的特點，總能保證一個支路處于聯通狀態，從而避免了出現“憋氣”的現象。

2.2 切換裝置結構及工作原理

圖3 切換裝置結構示意圖

切換裝置如圖3所示，包括3個三通切換閥以及連接并控制三通切換閥的控制器。如圖4所示，三通切換閥包括閥座、設置在閥座內的閥芯、連接閥芯的閥桿以及閥蓋。三通切換閥是連接相互正交的兩條管道，而不同時保持第三條管道的相互連通，依靠控制器通過閥桿控制閥芯旋轉來改變氣流通道而使氣體流動方向發生變化，從而達到改變氣體運動方向（即氣流方向切換）目的。3個三通切換閥采用同步控制，實現同步控制有兩種方案，方案一為：每1個切換閥分別設置1個控制器，將3個控制器串聯控制；方案二為：采用1個控制器分別連接3個三通切換閥，用1個控制器來同時帶動3個三通切換閥的閥芯同時轉動，實現吸附/脫附工藝的切換。從經濟性考慮，本文采用第二種方案。

以圖2所示的油氣回收裝置，詳細說明吸附和脫附功能的具體實施方式：首先，將三通切換閥6、3的左端接通，并關閉三通切換閥6、3的右端，將三通切換閥5的右端接通，且關閉其左端，此時，油氣從進氣管經三通切換閥6進入吸附罐4，使油氣被吸附在吸附劑中，而干凈的空氣則沿管道從三通切換閥3的左端和上端進入排氣口管排入大氣。同時，吸附罐2處于脫附狀態，在干式真空泵1的抽吸作用下，吸附罐2中填充的吸附劑把吸滿的油氣釋放出來，油氣順著管道經三通切換閥5的右端和上端經干式真空泵1進入下一工藝流程。反之，當三通切換閥6和三通切換閥3的右端接通，關閉它們的左端，三通切換閥5左端接通，并關閉其右端，則吸附罐2開始吸附，而吸附罐4開始脫附，實現了吸附與脫附的交替切換。

圖4 三通切換閥結構示意圖

3.推廣應用及結論

截至目前，本文研制的油氣回收裝置用切換裝置，已經成功應用在24套油庫冷凝吸附油氣回收裝置（處理能力包括100m3/h、200m3/h、500m3/h等規格）和147套加油站冷凝吸附法油氣回收裝置（處理能力均為5m3/h）上，在油庫和加油站實際應用平均時間約3年，該切換裝置運轉正常。當吸附劑達到預定飽和時間后，自動關閉處于吸附狀態的罐體閥門，同時打開處于脫附狀態的罐體閥門，從而實現吸附罐自動吸附和脫附的功能，實際應用效果良好。

該油氣回收裝置用切換裝置，采用3個三通切換閥及同步控制的技術方案相比使用6個兩通閥門，具有以下優點：

（1）減少了閥門及控制器數量，同時簡化了管路工藝，可以大大節省制造成本，減少了回收裝置發生運行故障的概率。

（2）利用1個控制器實現3個三通切換閥動作的完全同步，相比采用每個控制器單獨控制閥芯動作的方式相比，由于管路三通的特點，不會出現管路“憋氣”的現象，更能提高工藝穩定性。

（3）不僅能夠自動實現吸附罐的吸附和脫附狀態的自動開啟和關閉，而且還能夠實現吸附罐吸附和脫附狀態的同步轉換功能。

[1]趙世鍵.油氣回收的必要性和技術方案的探討[J].石油商技,2000,18(6):26-29.

[2]彭國慶.淺談石油儲運工作中的環保問題及對策[J].石油化工環境保護,1998(l):51-56.

[3]黃偉秋,鐘泰.油氣回收技術分析與比較[J].化學工程,2005,33(5):53-56.

[4]陳家慶,王建宏,曹建樹,等.加油站VOCs污染及其治理技術[J].環境工程學報,2007,1(3):84-91.

[5]焦婷婷,王同華,柴春玲.吸附法回收油氣的研究[J].現代化工,2009,29(1):268-270.