一种两级相变蓄能油气回收系统及方法与流程

本发明涉及油气回收设备领域，特别涉及一种两级相变蓄能油气回收系统及方法。

背景技术：

目前加油站都进行了强制的油气回收改造，国家强制的加油站油气回收改造包括一次油气回收和二次油气回收，国家暂未强制进行三次油气回收。

一次油气回收是指油罐槽车和加油站地下油罐(地埋罐)之间的气液交换。

槽罐车在向加油站的地埋罐卸油时(主要是指挥发性大的汽油)，“空的”地埋罐其实并不是空的，里边储存满了油气，槽罐车里的液体油靠重力作用流入地埋罐，地埋罐内的油气被挤回槽罐车，完成一次回收，使油气不至于通过呼吸阀往大气中排放。这也是人们俗称的“大呼吸”。

装满油气的槽罐车在下次到油库进行装油时，油库的液体油装入槽罐车，气体被引入油库油气回收设备收集处理达到环保标准后排放。

其中一次油气回收系统以及油库的油气回收设备都是国家强制要求配备的，但是按照以上流程实际操作时，油库的油气回收设备常常不能从槽罐车的油气中回收到油，或是只能回收到比理论值少得多的油。

究其原因，有以下几种可能：

1.加油站的槽罐车在卸油结束后，有的加油站操作人员需要人工检查槽罐车是否卸完，而打开槽罐车的顶盖，导致槽罐车内油气释放入大气；

2.到加油站运油的槽罐车可能今天拉汽油，明天到油库去又改为拉柴油，而油库向槽罐车装油的柴油栈台，根本没有装油气回收设备(对柴油的油气回收，国家还没有强制要求)，从而导致槽罐车内的汽油油气白白跑入大气；

3.槽罐车密闭不严,气体比液体更易由于温度的变化导致体积的急剧变化，槽罐车内的油气由于温度变化会使槽罐车内部压力增大，很多槽罐车盖顶，检测口等部位的密闭性并不严实，槽罐车拉着整车油气满街跑，待下次到油库装油时，可能内部油气已大大减少。

4.很多槽罐车还未进行下装油的改造，而上部装油口大小不一，油库鹤管根本不能对槽罐车罐口进行有效密闭，导致油库的油气回收设备收集不到高浓度油气，影响油库油气回收设备的收率。

鉴于以上原因，若能在加油站槽罐车卸油时直接进行油气回收，把高浓度油气直接变成汽油，一方面可以增加加油站效益，另一方面有利于环保，改变现在槽罐车内的油气在油库延迟处理而远不能达到预想效果的现状。

为此，有必要先说下二次油气回收和三次油气回收，二次油气回收即是加油站在给汽车加油时，汽车油箱内的油气和加油挥发的油气，从油气回收加油枪的气路管，被真空泵吸回地下储油罐(地埋罐)。

油箱挥发的油气存在逃逸，回收油气时必然要多吸回一点才能保证油气尽量少的逃逸，这样就会有部分空气被抽回，国标规定其汽液比一般为1～1.2:1(体积比)。由于吸回的油气大于给汽车加的油的体积，地埋罐的压力会逐渐升高，高到一定程度呼吸阀就会打开泄压，使油气排放到大气中，而当气温变低时，地埋罐内气体体积缩小，压力变低，导致呼吸阀打开吸入空气，平衡地埋罐的压力。这也是俗称的“小呼吸”。

这样，地埋罐在呼出油气时，便会对环境造成污染，此时，就必须安装像油库油气回收设备那样能够使油气达标排放的设备，而不是只进行汽液平衡。这样的设备和回收过程称为加油站的三次油气回收。

加油站的三次油气回收是为了解决地埋罐由于温度变化或二次回收时吸入气体引起压力升高时的排放问题，一般处理量都非常小，在1NM3/h～5NM3/h之间。

而加油站卸油时，一般一个槽罐车容积为30～60立方米，整个卸油过程一般在一小时左右完成，即产生的油气量大约为30～60Nm3/h，故若对加油站卸油时装像三次油气回收那样的设备，需要30台或者说放大30倍左右才能满足油气回收处理的要求，显然这是不经济的，因此，除了每天能够卸油达3车以上的加油站，有的加油站业主为了经济效益，安装过像三次油气回收或者油库的油气回收一样的油气回收处理装置外，目前还没有人专门对加油站卸油时的油气回收进行优化设计。

对于全国90％以上的加油站来说，其每天，或者每两三天只有一个槽罐车卸油，每次卸油大约一个小时，这样的话，以装一套处理量50Nm3/h的油气回收处理设备为例，市场价大约为30～60万不等，即使每次卸油能回收200元左右的油，其回收成本的周期也是非常长的。由于加油站油气回收设备每次使用的间隔时间非常长，设备使用率低，每24～72小时只有一小时在使用，其他时间都闲置了，为此，本人发明了本套蓄能式油气回收处理的方法，可以用10～48小时来慢慢储能，蓄能时也可以同时处理小呼吸排放，而在槽罐车卸油时释放大量能量处理油气，以大大减少一次性投资成本，从而促进加油站卸油油气回收设备的推广。

如图1所示为现有技术中的加油站一次油气回收(装上蓄能式油气回收之前)连接示意图，现有一次油气回收主要卸油过程：油罐车卸油时，关闭切断阀V1，打开切断阀V3和切断阀V5，液体油品经过切断阀V5流入地埋式储油罐，地埋式储油罐中的油气通过切断阀V3返回油罐车。

本发明的方案便是针对上述问题对现有的油气回收系统进行的改进。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种两级相变蓄能油气回收系统及方法，因为采用了两级蓄能，即增加了二级油气冷凝器的蓄冷系统，使油气形成阶梯式冷凝，降低三级油气冷凝器的负荷，设备整体功率更小，比单级蓄冷的方案能量更省，制冷系统更小。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明公开了一种两级相变蓄能油气回收系统，包括油气回收装置和制冷蓄冷装置，其中：

所述油气回收装置包括依次连接的一级油气冷凝器、二级油气冷凝器和三级油气冷凝器，用于使得油气从所述一级油气冷凝器一侧的进口输入，进而依次通过所述一级油气冷凝器、二级油气冷凝器和三级油气冷凝器预冷后，返回所述一级油气冷凝器中并通过所述一级油气冷凝器一侧的出口输出；

所述制冷蓄冷装置包括高温级压缩机、风冷凝器和高温级节流装置，所述高温级压缩机、风冷凝器、高温级节流装置和二级油气冷凝器依次连接并形成第一循环回路。

进一步的，所述制冷蓄冷装置还包括蓄冷剂，所述蓄冷剂分为二级蓄冷剂和三级蓄冷剂，所述二级蓄冷剂放置于所述二级油气冷凝器中，所述三级蓄冷剂放置于所述三级油气冷凝器中。

进一步的，所述二级油气冷凝器内部由内而外相互独立设置有用于流通高温级制冷剂的第一高温级管程、用于流通低温级制冷剂的第一低温级管程、用于包覆所述二级蓄冷剂的第一壳程和用于流通油气的第一外壳程，所述第一高温级管程和第一低温级管程被所述第一壳程所包覆，所述第一壳程被所述第一外壳程所包覆；

所述三级油气冷凝器内部由内而外相互独立设置有用于流通低温级制冷剂的第二低温级管程、用于包覆所述三级蓄冷剂的第二壳程和用于流通油气的第二外壳程，所述第二低温级管程被所述第二壳程所包覆，所述第二壳程被所述第二外壳程所包覆。

进一步的，还包括低温级压缩机、膨胀容器、膨胀容器用节流装置和单向卸荷阀，其中：

所述低温级压缩机一端同时与所述单向卸荷阀和二级油气冷凝器中的第一低温级管程相连，另一端同时与所述膨胀容器用节流装置和三级油气冷凝器中的第二低温级管程相连；

所述低温级压缩机、膨胀容器、膨胀容器用节流装置和单向卸荷阀依次相连并形成第二循环回路。

进一步的，还包括一低温级节流装置，所述低温级节流装置一端连接所述二级油气冷凝器中的第一低温级管程，另一端连接所述三级油气冷凝器中的第二低温级管程，所述低温级节流装置与所述三级油气冷凝器中的第二低温级管程、低温级压缩机及二级油气冷凝器中的第一低温级管程依次相连并形成第三循环回路。

进一步的，还包括二级除霜装置和三级除霜装置，所述二级除霜装置布设于所述二级油气冷凝器的第一外壳程上，所述三级除霜装置布设于所述三级油气冷凝器的第二外壳程上。

优选的，所述二级除霜装置和/或三级除霜装置为防爆电加热器。

优选的，所述二级蓄冷剂为质量百分比浓度12％～19.5％的氨水、质量百分比浓度21％～27％的氯化钙水溶液或质量百分比浓度38％～50％的乙二醇水溶液，用以使得所述二级蓄冷剂的液固两相转化温度在-20～-35℃之间。

优选的，所述三级蓄冷剂为二氧化碳、氨、质量百分比浓度25％～35％的氨水、质量百分比浓度29％～30％的氯化钙水溶液或质量百分比浓度57％～68％的乙二醇水溶液，用以使得所述三级蓄冷剂的液固两相转化温度在-45～-85℃之间。

本发明另外公开了一种两级相变蓄能油气回收方法，包括以下步骤：

步骤1：油罐车卸车时产生的油气通过一级油气冷凝器进行预冷，使得温度降低至-10～+10°之间，并同时去除油气中的大部分水分；

步骤2：经过一级油气冷凝器初步预冷的油气进入带有二级蓄冷剂的二级油气冷凝器中，进一步使得温度降低至-15～-30°之间，油气中的部分烃类物质被冷凝回收，剩余含有部分烃类的油气进一步进入带有三级蓄冷剂的三级油气冷凝器中继续降温，使得油气温度降低至-40～-80°之间，油气中的绝大部分烃类物质被冷凝回收，剩余的低温气体再返回一级油气冷凝器，并与进入一级油气冷凝器中的高温油气进行热交换，再返回油罐车；

步骤3：高温级压缩机排出的高温高压制冷剂在风冷凝器中相变冷凝，并通过高温级节流装置使高温高压制冷剂变成低温低压液体，并在二级油气冷凝器中吸收低温级制冷系统的冷凝热以及二级蓄冷剂的相变热，使二级蓄冷剂从液态变成固态，同时作为低温级制冷系统的冷凝器和二级油气的冷凝器，降低三级油气冷凝器的热负荷；

步骤4：低温级压缩机排出的高温高压气体，在二级油气冷凝器中冷凝，低温制冷剂变成高压低温的过冷液体，高压低温的低温级制冷剂再经过低温级节流装置变成低温低压的液体，并在三级油气冷凝器中吸收三级蓄冷剂的热量，使三级蓄冷剂保持-45～-85℃的超低温。

优选的，步骤2中所述的二级蓄冷剂质量百分比浓度12％～19.5％的氨水、质量百分比浓度21％～27％的氯化钙水溶液或质量百分比浓度38％～50％的乙二醇水溶液，使得所述二级蓄冷剂的液固两相转化温度在-20～-35℃之间；所述的三级蓄冷剂为二氧化碳、氨、质量百分比浓度25％～35％的氨水、质量百分比浓度29％～30％的氯化钙水溶液或质量百分比浓度57％～68％的乙二醇水溶液，使得所述三级蓄冷剂的液固两相转化温度在-45～-85℃之间。

进一步的，还包括以下步骤：

步骤5：当二级油气冷凝器和/或三级油气冷凝器需要除霜时，高低温级制冷系统停止运转，二级除霜装置和/或三级除霜装置启动，分别对二级油气冷凝器和/或三级油气冷凝器进行整体除霜。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、现有技术中的传统冷凝式采用二元复叠式制冷系统时，需满足卸车的瞬时最大值，其设备占地面积大，一般为2～8平方米；根据本工艺方法流程设计后的系统占地面积可控制在1.5平方米以内，节省了本就紧凑的加油站用地；由于采用了本蓄能工艺，制冷系统可以设计得相当小，这样极大地节省了制造成本，为加油站推广应用本节能环保设备创造了有利条件；

2、现有技术中的传统设备由于功率大，都需要采用380V的高电压，若采用220V的民用电压，电流会非常大，但根据本工艺方法流程设计的系统，由于总功耗一般在1～3KW以内，相当于家用空调的功率，故完全可采用220V的民用电源，简化了安装条件；

3、本发明一种两级相变蓄能油气回收系统因为采用了两级蓄能，即增加了二级油气冷凝器的蓄冷系统，使油气形成阶梯式冷凝，降低三级油气冷凝器的负荷，设备整体功率更小，比单级蓄冷的方案能量更省，制冷系统更小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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他的附图。附图中：

图1是现有技术中的加油站一次油气回收设备连接示意图；

图2是本发明中装上蓄能式油气回收设备后的卸油连接示意图；

图3是本发明中一种两级相变蓄能油气回收系统的结构示意图；

图4是本发明中一种两级相变蓄能油气回收方法的流程示意图。

【主要符号说明】

1-一级油气冷凝器；

2-二级油气冷凝器；

3-三级油气冷凝器；

4-高温级压缩机；

5-风冷凝器；

6-高温级节流装置；

7-低温级压缩机；

8-膨胀容器；

9-膨胀容器用节流装置；

10-单向卸荷阀；

11-低温级节流装置；

12-二级除霜装置；

13-三级除霜装置；

14-二级蓄冷剂；

15-三级蓄冷剂。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图2所示，装上蓄能式油气回收系统后的主要卸油过程：油罐车卸油时，关闭切断阀V1，打开切断阀V3和切断阀V5，液体油品经过切断阀V5流入地埋式储油罐，地埋式储油罐中的油气先通过切断阀V2进入蓄能式油气回收装置后，处理后的尾气通过切断阀V3返回油罐车。回收的液体定期通过切断阀V4放入地埋式储油罐。

实施例一

如图3所示，本发明公开了一种两级相变蓄能油气回收系统，包括油气回收装置和制冷蓄冷装置，其中：

所述油气回收装置包括依次连接的一级油气冷凝器1、二级油气冷凝器2和三级油气冷凝器3，用于使得油气从所述一级油气冷凝器1一侧的进口输入，进而依次通过所述一级油气冷凝器1、二级油气冷凝器2和三级油气冷凝器3预冷后，返回所述一级油气冷凝器1中并通过所述一级油气冷凝器1一侧的出口输出；

所述制冷蓄冷装置包括高温级压缩机4、风冷凝器5和高温级节流装置6，所述高温级压缩机4、风冷凝器5、高温级节流装置6和二级油气冷凝器2依次连接并形成第一循环回路。

本实施例中，所述制冷蓄冷装置还包括液固两相转化型的蓄冷剂，所述蓄冷剂分为二级蓄冷剂14和三级蓄冷剂15，所述二级蓄冷剂14放置于所述二级油气冷凝器2中，优选的，所述二级蓄冷剂14为质量百分比浓度12％～19.5％的氨水、质量百分比浓度21％～27％的氯化钙水溶液或质量百分比浓度38％～50％的乙二醇水溶液。所述三级蓄冷剂15放置于所述三级油气冷凝器3中，优选的，所述三级蓄冷剂15为二氧化碳、氨、质量百分比浓度25％～35％的氨水、质量百分比浓度29％～30％的氯化钙水溶液或质量百分比浓度57％～68％的乙二醇水溶液。

本实施例中，当液固两相转化温度大于-55℃时，用上述几种溶液都可以，当液固两相转化温度低于-70℃时，由于氯化钙水溶液和乙二醇水溶液到不了-85℃这么低的温度，作为溶液的话只能使用氨水了。具体的，当液固两相转化温度低于-55℃时不建议使用氯化钙水溶液，当液固两相转化温度低于-70℃时不建议使用乙二醇水溶液。

一般情况下二级蓄冷剂14和三级蓄冷剂15选择常温下是液体的物质更为理想，如氨水、氯化钙水溶液和乙二醇水溶液等。其中，二级蓄冷剂14的液固两相转化温度点在-20～-35℃之间，三级蓄冷剂15的液固两相转化温度点在-45～-85℃之间。

进一步的，所述二级油气冷凝器2内部由内而外相互独立设置有用于流通高温级制冷剂的第一高温级管程(未图示)、用于流通低温级制冷剂的第一低温级管程(未图示)、用于包覆所述二级蓄冷剂14的第一壳程(未图示)和用于流通油气的第一外壳程(未图示)，所述第一高温级管程和第一低温级管程被所述第一壳程所包覆，所述第一壳程被所述第一外壳程所包覆；

所述三级油气冷凝器3内部由内而外相互独立设置有用于流通低温级制冷剂的第二低温级管程(未图示)、用于包覆所述三级蓄冷剂15的第二壳程(未图示)和用于流通油气的第二外壳程(未图示)，所述第二低温级管程被所述第二壳程所包覆，所述第二壳程被所述第二外壳程所包覆。

进一步参考图3，所述两级相变蓄能油气回收系统还包括低温级压缩机7、膨胀容器8、膨胀容器用节流装置9和单向卸荷阀10，其中：

所述低温级压缩机7一端同时与所述单向卸荷阀10和二级油气冷凝器2中的第一低温级管程相连，另一端同时与所述膨胀容器用节流装置9和三级油气冷凝器3中的第二低温级管程相连；

所述低温级压缩机7、膨胀容器8、膨胀容器用节流装置9和单向卸荷阀10依次相连并形成第二循环回路。

继续参考图3，所述两级相变蓄能油气回收系统还包括一低温级节流装置11，所述低温级节流装置11一端连接所述二级油气冷凝器2中的第一低温级管程，另一端连接所述三级油气冷凝器3中的第二低温级管程，所述低温级节流装置11与所述三级油气冷凝器3中的第二低温级管程、低温级压缩机7及二级油气冷凝器2中的第一低温级管程依次相连并形成第三循环回路。

所述两级相变蓄能油气回收系统进一步包括二级除霜装置12和三级除霜装置13，所述二级除霜装置12布设于所述二级油气冷凝器2的第一外壳程上，所述三级除霜装置13布设于所述三级油气冷凝器3的第二外壳程上。本实施例中，所述二级除霜装置12和/或三级除霜装置13优选为防爆电加热器。

实施例二

如图4所示，本发明另外公开了一种两级相变蓄能油气回收方法，包括油气回收流程和制冷蓄冷流程，其中：

油气回收流程具体包括以下步骤：

步骤1：油罐车卸车时产生的油气通过一级油气冷凝器1进行预冷，使得温度降低至-10～+10°之间，并同时去除油气中的大部分水分；

步骤2：经过一级油气冷凝器1初步预冷的油气进入带有二级蓄冷剂14的二级油气冷凝器2中，油气吸收二级蓄冷剂的热量，使得温度降低至-15～-30°之间，油气中的部分烃类物质被冷凝回收，剩余含有部分烃类的油气进一步进入带有三级蓄冷剂15的三级油气冷凝器3中继续降温，使得油气温度进一步降低至-40～-80°之间，油气中的绝大部分烃类物质被冷凝回收，剩余的低温气体再返回一级油气冷凝器1，并与进入一级油气冷凝器1中的高温油气进行热交换，再返回油罐车；其中，二级蓄冷剂14可为质量百分比浓度12％～19.5％的氨水、质量百分比浓度21％～27％的氯化钙水溶液或质量百分比浓度38％～50％的乙二醇水溶液，其选择原则是保证其液固两相转化温度在-20～-35℃之间。三级蓄冷剂15可为二氧化碳、氨、质量百分比浓度25％～35％的氨水、质量百分比浓度29％～30％的氯化钙水溶液或质量百分比浓度57％～68％的乙二醇水溶液，其选择原则是保证其液固两相转化温度在-45～-85℃之间。

制冷蓄冷流程具体包括以下步骤：

步骤3：高温级压缩机4排出的高温高压制冷剂在风冷凝器5中相变冷凝，并通过高温级节流装置6使高温高压制冷剂变成低温低压液体，并在二级油气冷凝器2中吸收低温级制冷系统的冷凝热以及二级蓄冷剂14的相变热，使二级蓄冷剂14从液态变成固态，同时作为低温级制冷系统的冷凝器和二级油气的冷凝器，降低三级油气冷凝器3的热负荷；

步骤4：低温级压缩机7排出的高温高压气体，在二级油气冷凝器2中冷凝，低温制冷剂变成高压低温的过冷液体，高压低温的低温级制冷剂再经过低温级节流装置11变成低温低压的液体，并在三级油气冷凝器3中吸收三级蓄冷剂15的热量，使三级蓄冷剂15保持-45～-85℃的超低温。

本实施例中，当液固两相转化温度大于-55℃时，用上述几种溶液都可以，当液固两相转化温度低于-70℃时，由于氯化钙水溶液和乙二醇水溶液到不了-85℃这么低的温度，作为溶液的话只能使用氨水了。具体的，当液固两相转化温度低于-55℃时不建议使用氯化钙水溶液，当液固两相转化温度低于-70℃时不建议使用乙二醇水溶液。

此外，蓄冷时间可根据加油站卸车情况确定，必须控制在两次卸车的时间间隔内，并留有一定余量，一般可在6～30小时之间选择。蓄冷时，高温级先蓄冷，待基本达到蓄冷温度后再同时启动高低温级同时蓄冷。

二级油气冷凝器2和三级油气冷凝器3上分别布设有相应的二级除霜装置12和三级除霜装置13，当油气回收系统运行1～6个月之后，需要对二级油气冷凝器2和/或三级油气冷凝器3进行除霜的作业，其具体步骤如下：

步骤5：当二级油气冷凝器2和/或三级油气冷凝器3需要除霜时，高低温级制冷系统停止运转，二级除霜装置12和/或三级除霜装置13启动，分别对二级油气冷凝器2和/或三级油气冷凝器3进行整体除霜。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。