专利名称：一种基于分子相溶性的油循环气体提纯装置及其提纯方法
技术领域：
本发明涉及分子科学领域、大气环境领域和节能技术领域，涉及一种气体提纯装置，特别涉及一种基于分子相溶性与气压变化的有机可燃气体油循环提纯装置及其提纯方法。
背景技术：
许多社会生产过程中伴随着气体的产生，这些气体中往往含有有机可燃成分，但由于浓度低，难于直接利用，往往直接排放在大气中，这不但造成了能源的浪费，也带来了巨大的环境污染。例如，矿井瓦斯一般在1%以下，而瓦斯浓度要达到5%才能直接燃烧，因此这样的瓦斯不能直接燃烧，难于直接利用，大多直接排放到空气中；油气勘探过程中，泥浆中存在烷烃气体，有时候浓度还会很高，但由于浓度不稳定，因此至今也没有得到合理利用，只能任由其挥发到空气中；石油开采过程中，也会有许多伴生气的产生。瓦斯的主要成分是甲烷，油气勘探过程中排出的泥浆所含有的气体中也含有丰富的甲烷，石油开采过程的的伴生气中也含有丰富的甲烷，而甲烷的温室效应是二氧化碳的24倍，因此这些气体不但带来了环境的污染，还带来了能源的浪费。此外，化工、五金行业也会产生大量的废气，如家具加工企业在往家具上喷涂油漆过程中，会散发出大量的甲醛等气体，这些气体对人体有害，但又有较高的燃烧价值。垃圾填埋气体则是另一种具有开发价值的废气。目前，这些气体的处理方式基本上是通过加大通风力度，将这些气体直接排放到大气中，这给周边造成了较大环境污染。目前，已有石油勘探、石油化工和煤气生产与化工等领域产生的伴生气、废气等再利用方面的报道，主要有两种方法，一种是直接利用废气进行发电，其前提条件是废气中的有机成分浓度足够高，至少可以直接燃烧，而对于有机成分浓度低于直接燃烧限的时候，则无能为力，或者需要在其中添加天然气的方法才能进行再利用，显然，当气体中有机可燃成分浓度很低时，发电所用能源主要来自天然气，这会带来新的浪费；另一种是对其中的有机成分进行回收。回收工艺有冷凝分离法、压缩法、油吸收法、吸附法、膜分离法、复合回收法。其中，低温回收工艺是回收油田伴生气的主要方法，但存在能耗高、收率低的制约因素；压缩法利用增大压力情况下部分气体液化的原理进行气体分离，成本较高；油吸收法只是利用油对有机气体的吸收作用将其变成油的一部分，然后通过油的沉淀分层，将其中的重油重新用来进行气体回收，而含有大量轻烃的轻油则运走，并没能将其中的气体从中重新脱离出来，因此，在原料气中大分子气体少时，需要大量不易挥发的油；吸附法的原理与气相色谱法完全相同，利用不同分子在吸附剂中吸附-脱离的时间不同将气体进行分离，这种方法几乎可以将不同气体成分逐个分离，但速度慢，而且吸附剂易受污染；用于气体分离的膜材料按材质大致分为多孔质膜和非多孔质膜，它们的渗透机理完全不同。多孔质膜分离是依靠各种气体分子渗透速度的不同达到分离目的，而非多孔质膜分离属溶解扩散机理，气体渗透过程分为三个阶段:气体分子溶解于膜表面，溶解的气体分子在膜内扩散、移动，气体分子从膜的另一侧解吸。目前，轻烃回收包括其它气体分离上常用的是非多孔质膜。膜分离法在轻烃回收方面的应用具有很好的发展前景，据国外预测，气体分离膜将是21世纪产业的基础技术之一，但工业应用还不够成熟；复合回收法是多种方法的组合，效率较高，但成本也较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于分子相溶性的油循环气体提纯装置及其提纯方法。为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:一种基于分子相溶性的油循环气体提纯装置，该气体提纯装置包括油容器以及气路接口、油泵和第一气泵，所述油容器内设置有与气路接口相连的气体喷嘴，油容器的下端设置有气容器，气容器的上端与第一气泵相连，气容器的下端与油泵的一端相连，油泵的另一端与油容器的顶部相连，油容器的顶部设置有出气口，油容器的底部开设有若干个用于连通油容器与气容器的漏油孔。所述油容器内自上而下设置有若干层间隔排布的布料层或者石棉层，或者油容器内设置有颗粒状填充物。所述布料层水平放置或者布料层的中间向上高出0.2 5cm。所述颗粒状填充物的材质为玻璃、陶瓷或者不锈钢，颗粒状填充物的直径为0.5_5mm0所述出气口以及油容器的截面为圆形，出气口截面的直径为油容器的1/10 1/3。所述出气口内以及气容器的上端分别设置有与油泵配合的液位检测器。所述循环提纯装置还包括玻璃管以及密封盖，玻璃管的一端与气容器的下端相连，另一端与密封盖相连。所述气路接口与气体喷嘴的连接管路上设置有第二气泵，气体喷嘴的材料为不锈钢、陶瓷或聚四氟乙烯。所述气体喷嘴位于油容器的底部，气体喷嘴的气孔朝向出气口或朝向气容器。上述基于分子相溶性的油循环气体提纯装置的提纯方法，包括以下步骤:将油容器用油注满，然后将布料、石棉或者颗粒状填充物布置在油容器中，然后开启第一气泵对气容器上部抽真空，然后将原料气由气路接口送至气体喷嘴，原料气经气体喷嘴进入油容器中，在油容器中，原料气在上升过程中与布料、石棉或者颗粒状填充物作用，在油中进行充分的溶解与扩散，原料气中含有的与油不相溶的气体上升至出气口后排出油容器，原料气中含有的与油相溶的气体溶解在油中，溶解有气体的油从漏油孔进入气容器后，油中溶解的气体在随油由气容器上部下落过程中从油中脱离出来，脱离出来的气体在第一气泵的作用下流出气容器进行收集，气容器内积聚的油经油泵泵入油容器内进行循环使用。本发明的有益效果体现在:本发明利用原料气体中有机分子气体易溶于油中，而普通空气则不易溶于油中的分子相溶性特性，以及油中气体在低气压时易从油中脱离的特点，构建了一种有机可燃气体提纯装置，可以用来提取石油勘探、石油化工和煤气生产与化工等领域产生的伴生气、废气等气体中的有机可燃气体，以实现气体的再利用，达到节能环保的目的，该装置中的油可以循环利用，不论原料气中的成分如何，均无需持续添加，而已提纯的气体则可以通过管道输入到天然气管道，也可以现场发电，或用作其它用途，操作简便，提纯效率得到显著提高。
图1为本发明所述气体提纯装置的结构示意图之一；图2为本发明所述气体提纯装置的结构示意图之二 ；图3为本发明所述气体提纯装置的结构示意图之三；图4为本发明所述气体提纯装置的结构示意图之四；图中:1为气路接口、2为气泵、3为油泵、4为气体喷嘴、5为布料层、6为液位检测器、7为密封盖。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。参见图1-图4，本发明所述基于分子相溶性的油循环气体提纯装置，该气体提纯装置包括油容器以及设置于油容器外的气路接口 1、油泵3和第一气泵，所述油容器内设置有与气路接口 I相连的气体喷嘴4，油容器的下端设置有气容器，气容器的上端与第一气泵相连，气容器的下端与油泵3的一端相连，油泵3的另一端与油容器的顶部相连，油容器的顶部设置有出气口，油容器的底部开设有若干个用于连通油容器与气容器的漏油孔；所述油容器内自上而下设置有若干层间隔排布的布料层5或者石棉层，或者油容器内设置有颗粒状填充物。使得原料气向上通过布料、石棉或颗粒填充物时，大气泡变成细小的气泡，有助于将其中的有机成分溶解在油中；所述布料层5水平放置或者布料层5的中间向上高出0.2 5cm，布料层的中间向上高出，保证原料气主要从布料层中部向上扩散，充分发挥布料层的作用；所述颗粒状填充物的材质为玻璃、陶瓷或者不锈钢，颗粒状填充物的直径为0.5-5mm。所述出气口以及油容器的截面为圆形，出气口截面的直径为油容器的1/10 1/3。不会因油与外部大气的接触面太大，导致油中过多的有机可燃气溢出到大气中；所述出气口内以及气容器的上端分别设置有与油泵3配合的液位检测器6。气容器中的液位检测器测出该容器中油的液位，根据液位增大油泵的转速，以防止油进入气路管道，降低油泵的转速，以保证气体不会进入到油泵中；出气口中液位由其中的液位检测器来测量，并根据测量结果调节油泵转速，防止液位过高或过低。所述气体提纯装置还包括玻璃管以及密封盖7，玻璃管的一端与气容器的下端相连，另一端与密封盖7相连。由于水的比重比油大，因此，如果原料气中有水蒸气，在油中凝结成的水会沉积在玻璃管中。将水放出则可保证装置中参与有机可燃气体提纯的液体是油。所述气路接口 I与气体喷嘴4的连接管路上设置有第二气泵，气体喷嘴是带有若干气孔的物块，气体喷嘴4的材料为不锈钢、陶瓷或聚四氟乙烯；气体喷嘴4位于油容器的底部，若油容器内自上而下设置有若干层间隔排布的布料或者石棉，则所述气体喷嘴4的气孔朝向出气口 ；若油容器填充的是颗粒状填充物，则气体喷嘴4的气孔朝向气容器，以防止颗粒状填充物堵塞气孔。上述基于分子相溶性的油循环气体提纯装置的提纯方法，包括以下步骤:将油容器用不易挥发的油(不易挥发的油指的是主要成分为含有15个以上碳原子的烃类分子，包括烷烃，烯烃和炔烃)注满，然后将布料、石棉或者颗粒状填充物布置在油容器中，然后开启第一气泵对气容器上部抽真空，然后将原料气由气路接口 I送至气体喷嘴4，原料气经气体喷嘴4进入油容器中，在油容器中，原料气在上升过程中与布料、石棉或者颗粒状填充物作用，在油中进行充分的溶解与扩散，在此过程中，原料气中含有的与油不相溶的气体上升至出气口后排出油容器，原料气中含有的与油相溶的气体溶解在油中，溶解有气体的油从漏油孔进入气容器后，油中溶解的气体在随油由气容器上部下落过程中从油中脱离出来，脱离出来的气体在第一气泵的作用下流出气容器进行收集，气容器内积聚的油经油泵3泵入油容器内进行循环使用。实施例一种有机可燃气体提纯装置，利用有机可燃气体易溶于油，而普通空气不易溶于油的特性，以及油中气体在低气压时易从油中脱离的特点实现有机可燃气与普通空气的分离，从而实现可燃有机气体的提纯。如图1所示，有机可燃气体提纯装置由油容器、气容器、布料、不挥发的油、两个气泵、I个油泵、气路管道、油路管道、气路接口、2个液位检测器、玻璃管及其密封盖和气体喷嘴构成。油容器的顶端有一个与大气相通的出气口，该出气口中放置了一个液位检测器。油容器下端连接气容器，两者中间有许多细小的孔(漏油孔)。气容器上端有液位检测器。首先在一个油容器中注满不易挥发的油，在油中水平放置布料或填充颗粒填充物，然后将原料气从油容器底端注入，气体在向上冒出过程中，其中的有机可燃气体通过布料或颗粒填充物溶解在油中，并向四周扩散，而普通空气主要由氮气和氧气组成，这些不溶于油的气体则从顶端出气口冒出。油容器顶端出气口中有一液位测量器，通过测量结果调整油泵转速，以保证油不会溢出，底部连有一个气容器，油容器中的油通过其底部的小孔流入气容器。气容器上端有一液位检测器，同时还通过气路管道与气泵相连，气泵将气容器上部抽成真空，使得油中气体从油中脱离出来，同时将这些气体泵出。由于这些抽出来的气体易溶于油，因此大部分是有机可燃气体。气容器下端连有一个与油泵相连的油管，流入气容器中的油脱气后通过油泵泵回到油容器中。液位检测器则测出气容器中油的液位，并通过该液位来调节油泵的转速，以保证气体不会进入油泵，而油不会进入气泵。气容器底部有一个玻璃管及密封盖，用来将油中的水放出来。原料气可通过从油容器底端安装管路注入，也可以通过从油容器顶端的出气口伸入到油容器底部的管路注入，然后通过气体喷嘴将气体注入油中，如图2、图3所示。油容器顶端出气口截面积比容器主体截面积小，其直径为油容器主体的直径的1/10 1/3，高度在10 50cm，油的液位应低于出气口顶端5cm，但高于油容器主体顶端2cm以上，以保证油不会从油容器中溢出，也不会因油与外部大气的接触面太大，导致过多的油中有机可燃气溢出到大气中。出气口中液位由其中的液位检测器来测量，并根据测量结果通过调节油泵转速来调节。气容器中的液位检测器测出该气容器中油的液位，如果液位离气容器的气路管道口 2 5cm，则增大油泵的转速，以防止油进入气路管道，如果离与油泵相连的油管2 5cm，则降低油泵的转速，以保证气体不会进入到油泵中。油泵从气容器中泵出的油可通过油容器顶端的出气口注回到油容器中，也可以在油容器上端出气口的侧面其它地方留一个入口，油从该入口注回到油容器中，如图1、图3所示；布料可以用石棉替代，布料是水平放置的，或者中间向上高出0.2 5cm。或者在油容器中填充颗粒状填充物，填充物的材质可以是玻璃，也可以是陶瓷，还可以是不锈钢，颗粒的直径在0.5mm-5mm之间，使得向上冒的气体在通过布料、石棉或颗粒填充物时,大气泡变成细小的气泡，有助于将其中的有机成分溶解在油中。如果油容器中填充颗粒填充物，则气体喷嘴的气孔朝下，以防止细小颗粒堵住气孔。同时，油容器和气容器之间的漏油孔靠向四周，中间放置气体喷嘴处没有漏油孔，以防止原料气直接进入气容器，如图4所示。气容器底部留有一个称之为密封盖(或称为放水盖)的可打开的盖子，该盖子通过玻璃管与气容器相连，玻璃管长度约为5 30cm。由于水的比重比油大，因此,如果原料气中有水蒸气，在油中凝结成水，这些水会沉积在该玻璃管中。当玻璃管中水位达到3cm以上时，可打开该盖子，将水放出来，则可保证装置中参与可燃有机气体提纯的液体是油。然后，拧紧盖子，保证油不漏出来。为加强装置的抗腐蚀性，油容器和气容器采用不锈钢，或者石英玻璃，或者陶瓷做成。液位检测器可采用FS-1R系列红外电子式液位检测系统，也可采用FS-1R系列分离光电式液位测量系统，还可采用UBY3131投入式液位变送器-四氟防腐、FM19系列、TSY-A系列、CYG系列、RDL20系列、HG500系列静压式液位测量系统。油泵转速的调整通过两个液位检测器的测量结果来控制:I)如果油容器的液位与出气口顶端大于5cm，但高于油容器主体顶端2cm以上，气容器中液位离该容器的气路管道口大于2cm，离与油泵相连的油管距离大于2cm，则转速保持不变；2)如果油容器的液位与出气口顶端小于5cm，气容器中液位离该容器的气路管道口大于2cm ;或者气容器中液位与油泵相连的油管距离小于2cm，但油容器的液位与出气口顶端小于5cm，则转速减小，直至满足I)要求；3)如果油容器的液位高出油容器主体顶端2cm以下，气容器中液位高于油容器主体顶端2cm以上；或者油容器的液位高出油容器主体顶端距离小于2cm，但气容器中液位与油泵相连的油管距离大于2cm，则转速增大，直至满足I)要求；4)如果油容器的液位高出油容器主体顶端2cm以下，气容器中液位与油泵相连的油管距离小于2cm，则提示油量不够；5)如果油容器的液位与出气口顶端小于5cm，气容器中液位离该容器的气路管道口小于2cm，则提示用户油位太高，可能气容器中有水，需要立即打开气容器底部的盖子放水。气体喷嘴是一个与气路接口相连的有许多小孔的物块，它的材料可以是不锈钢，也可以是陶瓷，还可以是聚四氟乙烯，以保证喷嘴的耐腐蚀性。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式
仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
权利要求
1.一种基于分子相溶性的油循环气体提纯装置，其特征在于:该气体提纯装置包括油容器以及气路接口(I)、油泵(3)和第一气泵，所述油容器内设置有与气路接口(I)相连的气体喷嘴(4),油容器的下端设置有气容器,气容器的上端与第一气泵相连,气容器的下端与油泵(3)的一端相连，油泵(3)的另一端与油容器的顶部相连，油容器的顶部设置有出气口，油容器的底部开设有若干个用于连通油容器与气容器的漏油孔。
2.根据权利要求1所述一种基于分子相溶性的油循环气体提纯装置，其特征在于:所述油容器内自上而下设置有若干层间隔排布的布料层(5)或者石棉层，或者油容器内设置有颗粒状填充物。
3.根据权利要求2所述一种基于分子相溶性的油循环气体提纯装置，其特征在于:所述布料层(5)水平放置或者布料层(5)的中间向上高出0.2 5cm。
4.根据权利要求2所述一种基于分子相溶性的油循环气体提纯装置，其特征在于:所述颗粒状填充物的材质为玻璃、陶瓷或者不锈钢，颗粒状填充物的直径为0.5-5mm。
5.根据权利要求1所述一种基于分子相溶性的油循环气体提纯装置，其特征在于:所述出气口以及油容器的截面为圆形，出气口截面的直径为油容器的1/10 1/3。
6.根据权利要求1所述一种基于分子相溶性的油循环气体提纯装置，其特征在于:所述出气口内以及气容器的上端分别设置有与油泵(3)配合的液位检测器(6)。
7.根据权利要求1所述一种基于分子相溶性的油循环气体提纯装置，其特征在于:所述气体提纯装置还包括玻璃管以及密封盖(7)，玻璃管的一端与气容器的下端相连，另一端与密封盖(7)相连。
8.根据权利要求1所述一种基于分子相溶性的油循环气体提纯装置，其特征在于:所述气路接口( I)与气体喷嘴(4)的连接管路上设置有第二气泵，气体喷嘴(4)的材料为不锈钢、陶瓷或聚四氟乙烯。
9.根据权利要求1所述一种基于分子相溶性的油循环气体提纯装置，其特征在于:所述气体喷嘴(4)位于油容器的底部，气体喷嘴(4)的气孔朝向出气口或朝向气容器。
10.一种如权利要求1所述基于分子相溶性的油循环气体提纯装置的提纯方法，其特征在于:包括以下步骤:将油容器用油注满，然后将布料、石棉或者颗粒状填充物布置在油容器中，然后开启第一气泵对气容器上部抽真空，然后将原料气由气路接口( I)送至气体喷嘴(4)，原料气经气体喷嘴(4)进入油容器中，在油容器中，原料气在上升过程中与布料、石棉或者颗粒状填充物作用，在油中进行充分的溶解与扩散，原料气中含有的与油不相溶的气体上升至出气口后排出油容器，原料气中含有的与油相溶的气体溶解在油中，溶解有气体的油从漏油孔进入气容器后，油中溶解的气体在随油由气容器上部下落过程中从油中脱离出来，脱离出来的气体在第一气泵的作用下流出气容器进行收集，气容器内积聚的油经油泵(3)泵入油容器内进行循环使用。
全文摘要
本发明公开了一种基于分子相溶性的油循环气体提纯装置及其提纯方法，该装置利用有机分子易溶于油，而普通空气不易溶于油的特性，以及油中气体在气压低时易从油中脱离出的特点，首先在油容器中注满不易挥发的油，在油中水平放置布料或颗粒填充物，然后将原料气从容器底端注入，气体在向上冒出过程中，有机可燃气体通过布料溶解在油中，并向四周扩散，容器中的油从下端流入到气容器中，油从气容器的下端通过油泵回到油容器中，而气体则从气容器上端通过气泵泵出，可以用来提取石油勘探、石油化工和煤气生产与化工等领域产生的伴生气、废气等气体中的有机可燃气体，以实现气体的再利用，达到节能环保的目的。
文档编号B01D53/14GK103157345SQ20131007306
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月7日 优先权日2013年3月7日
发明者汤晓君, 赵明, 李文栋, 赵安新, 刘君华 申请人:西安交通大学