一种不对称吸脱附式储罐VOC回收设备的制作方法

本实用新型涉及油气回收设备领域，特别涉及一种不对称吸脱附式储罐VOC回收设备。

背景技术：

传统的用于三次油气回收或者油库的油气回收设备，一般采用冷凝吸附法、吸附吸收法等工艺回收，对于冷凝吸附法，采用的是一级～多级的阶梯式冷凝，使油气逐渐相变液化分离，分离出的油气浓度逐渐变低，然后进入后续活性炭系统吸附净化排放。

吸附是采用两组(可能是多个罐为一组)体积相同的吸附罐，其中一组吸附罐吸附时，另一组吸附罐用真空泵脱附再生，一个吸脱附周期一般为10～20分钟，一组罐吸附完毕时，另一组罐也脱附完毕，然后通过阀门切换各组罐的吸脱附状态，如此交替循环。

参考附图1，其原理流程如下：

压力感应装置17感应到入口启动压力后，高浓度油气经引风机1引入一级油气冷凝器2降温，若有相变液体被引出，气体部分依次进入二级油气冷凝器3、三级油气冷凝器4、四级油气冷凝器5，相变的液体部分被引出。油气被冷凝得到初步净化，剩余低浓度的油气通过阀门6进入第一活性炭吸附罐14，净化后的气体再通过阀门12排出；

当第一活性炭吸附罐14在进行吸附时，第二活性炭吸附罐15同时在进行再生，此时真空泵16启动，阀门9打开，对第二活性炭吸附罐15进行抽真空，第二活性炭吸附罐15之前吸附的油气在真空下脱附出来，脱附出来的高浓度油气再次进入二级油气冷凝器3与引风机1引入的油气混合，并逐级冷凝，未冷凝的气体部分再进入另一组第一活性炭吸附罐14吸附。

当第二活性炭吸附罐15抽真空快结束时，阀门11打开，对第二活性炭吸附罐15中的活性炭进一步吹扫，同时平衡第二活性炭吸附罐15的压力，使之满足下一次吸附阶段的要求。

因为真空泵16抽出的气体具有一定压力，引风机1的存在，一方面使高浓度油气能够引入设备，同时不会因为真空泵脱附时出口产生的压力使高浓度油气不能进入。以保证设备的连续运行。

但是对于加油站的油气处理装置来说，主要处理槽罐车卸油时的油气排放(一次油气回收)和地埋罐压力升高导致的油气排放(三次油气回收)，一次油气回收时需处理的油气流量非常大，达到30～60m3/h，而三次油气回收需处理的油气流量非常小，只有1～5m3/h。

现有的加油站油气处理装置，一般只对地埋罐压力升高引起的油气排放进行了回收，而对卸油时的油气采用汽液平衡的方式，使油气直接进入槽罐车，槽罐车再装满油气到油库去集中进行油气回收。

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。

加油站的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，上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，若加油站油气回收设备直接采用传统的双组活性炭交替吸脱附的工艺，可能每24～72小时中只有一小时在真正满负荷使用，其他绝大部分时间都闲置了，无疑吸脱附系统的利用率非常低。

本实用新型将传统的10～20分钟交替运行的吸脱附工艺，改为卸油时完全吸附，卸油完毕后根据地埋罐压力间歇脱附的油气回收方法，减小了活性炭的灌装总量，特别是减小了真空泵的抽气量，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2所示为现有技术中的加油站一次油气回收(装上本专利申请中的油气回收设备之前)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流入地埋罐，地埋罐中的油气通过切断阀V3返回油罐车。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供一种不对称吸脱附式储罐VOC(Volatile Organic Compounds，挥发性有机化合物)回收设备，具有结构简单、占地面积小、投资成本低、安全系数高和环保等特点。

为了达到上述实用新型目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本实用新型公开了一种不对称吸脱附式储罐VOC回收设备，用于回收地埋罐或储罐挥发过程及卸油过程中产生的油气，包括第一切断阀、一级油气冷凝器、二级油气冷凝器、第二切断阀、一级大活性炭罐和第三切断阀，其中：

所述第一切断阀的一端连接油气进口，另一端连接所述一级油气冷凝器的正向输入端；

所述一级油气冷凝器的正向输出端连接所述二级油气冷凝器的输入端；

所述二级油气冷凝器的输出端连接所述一级油气冷凝器的反向输入端；

所述一级油气冷凝器的反向输出端连接所述第二切断阀的一端，所述第二切断阀的另一端连接所述一级大活性炭罐的一端；

所述第三切断阀的一端连接所述一级大活性炭罐的另一端，另一端连接第一油气出口；

所述第一切断阀、一级油气冷凝器、二级油气冷凝器、一级油气冷凝器、第二切断阀、一级大活性炭罐和第三切断阀依次相连形成一油气回收子系统。

进一步的，所述二级油气冷凝器采用管壳式、板式或管翅式结构。

进一步的，系统还包括一制冷装置，所述制冷装置与所述二级油气冷凝器相连，用于对所述二级油气冷凝器进行制冷。

一实施例，系统还包括真空泵、压力维持装置和第四切断阀，其中：

所述真空泵的进口与所述一级大活性炭罐的一端连接，真空泵的出口与所述一级油气冷凝器的正向输入端连接；

所述压力维持装置的一端同时与所述第二切断阀和所述一级油气冷凝器的反向输出端连接，另一端与所述第四切断阀的一端连接；

所述第四切断阀的另一端连接第二油气出口；

所述一级大活性炭罐、真空泵、一级油气冷凝器、二级油气冷凝器、一级油气冷凝器、压力维持装置和第四切断阀依次相连形成第一活性炭再生子系统。

另一实施例，系统还包括第真空泵、压力维持装置、第四切断阀、第五切断阀和二级小活性炭罐，其中：

所述真空泵的进口与所述一级大活性炭罐的一端连接，真空泵的出口与所述一级油气冷凝器的正向输入端连接；

所述压力维持装置的一端同时与所述第二切断阀和所述一级油气冷凝器的反向输出端连接，另一端与所述第四切断阀的一端连接；

所述第五切断阀的一端与所述一级大活性炭罐的另一端连接，另一端同时与所述第四切断阀和二级小活性炭罐的一端相连；

所述二级小活性炭罐的另一端与所述第三切断阀的一端相连；

所述一级大活性炭罐、真空泵、一级油气冷凝器、二级油气冷凝器、一级油气冷凝器、压力维持装置、第四切断阀、二级小活性炭罐和第三切断阀依次相连形成第二活性炭再生子系统。

进一步的，所述二级小活性炭罐的体积在0.1L～100L之间。

优选的，所述二级小活性炭罐的体积在1L～20L之间。

进一步的，所述压力维持装置为毛细管、变径、呼吸阀、或调节阀。

进一步的，系统还包括压力感应装置，所述压力感应装置设置在油气进口处，并与所述第一切断阀连接，用以感应地埋罐和/或储罐的压力。

本实用新型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、本实用新型中一级大活性炭罐可满足一次卸车油气吸附的需要，一次性吸附后利用两次卸车的间歇对活性炭进行缓慢再生，再生时间长，其真空泵抽气量小，可采用0.1～10Nm3/h的小型真空泵，极大节约了一次性投资成本，而一般30～60Nm3/h的油气回收设备常需采用20～100Nm3/h的真空泵，成本高；

2、本实用新型中所有制冷装置和电动部件均可采用220V的民用电源，加油站可以直接使用；

3、传统冷凝吸附式油气回收设备，同时回收一次油气和三次油气时，其设备占地面积大，一般为2～8平方米；根据本工艺流程设计后的设备占地面积可控制在1.5平方米以内，节省了本就紧凑的加油站用地；

4、本工艺除可用于加油站的卸油回收和三次回收外，也可以用于其他类似介质储罐的油气排放控制。如采用每个储罐上安装本工艺装置后，可解决传统储罐顶气回收方法中把所有储罐一起串联，然后统一回收排放气造成的一个储罐爆炸，会牵连到其他储罐的安全隐患的技术问题；

5、传统带吸附工艺的加油站油气回收设备，由于需要吸脱附交替运行，其真空泵的抽气量配置很大，用电功率也大，而采用本工艺的真空泵，可以配置得非常小，节约了投资；

6、利用加油站卸车不连续的特点，采用活性炭卸车时吸附，不卸车时再生，一大一小两活性炭罐串联的方式，不单回收了卸车时的油气，而且使加油站尾气排放浓度完全达标排放；增加的活性炭吸附系统，完全可满足最新国标GB31571-2015对石油化学工业非甲烷总烃气体排放120mg/m3的严苛要求；

7、采用本工艺的冷凝吸附系统，不需要像传统工艺那样利用引风机加压来克服真空泵的出口压力，节省了投资。采用这种不对称式吸脱附的油气回收系统，相当于传统吸脱附同时交换的工艺，节省了阀门的使用量；

8、由于本工艺的二级活性炭罐非常小，完全可以直接采用工艺管道本身内部充填活性炭来替代，而传统工艺必须使用大的特殊设计的活性炭罐，故本工艺节省了制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的一些实施例，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1中符号说明】1-引风机；2-一级油气冷凝器；3-二级油气冷凝器；4-三级油气冷凝器；5-四级油气冷凝器；6-阀门；7-阀门；8-阀门；9-阀门；10-阀门；11-阀门；12-阀门；13-阀门；14-第一活性炭吸附罐；15-第二活性炭吸附罐；16-真空泵；17-压力感应装置；

图2是现有技术中的加油站一次油气回收设备连接示意图；

图3是本实用新型中装上不对称式油气回收设备后的卸油连接示意图；

图4是本实用新型中实施例一不对称式油气回收系统的整体结构示意图；

图5是本实用新型中实施例二不对称式油气回收系统的整体结构示意图；

【图3-5中主要符号说明】

1-第一切断阀；2-一级油气冷凝器；3-二级油气冷凝器；4-第二切断阀；5-一级大活性炭罐；6-第三切断阀；7-制冷装置；8-真空泵；9-压力维持装置；10-第四切断阀；11-压力感应装置；12-第五切断阀；13-二级小活性炭罐。

具体实施方式

以下将结合本实用新型的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实例，并不是全部的实例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图3所示，装上不对称式油气回收设备后的主要卸油过程：油罐车卸油时，关闭切断阀V1和V6，打开切断阀V3和V5，液体油品经过切断阀V5流入地埋罐，地埋罐中的油气先通过切断阀V2进入不对称式油气回收装置后，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放入地埋罐。

卸油完毕，关闭切断阀V3和V5，打开切断阀V6，油气回收设备恢复为处理地埋罐的“小呼吸”排放。

实施例一

如图4所示，本实用新型公开了一种不对称吸脱附式储罐VOC回收设备，用于回收地埋罐或储罐挥发过程及卸油过程中产生的油气，包括第一切断阀1、一级油气冷凝器2、二级油气冷凝器3、第二切断阀4、一级大活性炭罐5和第三切断阀6，其中：

所述第一切断阀1的一端连接油气进口，另一端连接所述一级油气冷凝器2的正向输入端；所述一级油气冷凝器2的正向输出端连接所述二级油气冷凝器3的输入端；所述二级油气冷凝器3的输出端连接所述一级油气冷凝器2的反向输入端；所述一级油气冷凝器2的反向输出端连接所述第二切断阀4的一端，所述第二切断阀4的另一端连接所述一级大活性炭罐5的一端；所述第三切断阀6的一端连接所述一级大活性炭罐5的另一端，另一端连接第一油气出口。所述第一切断阀1、一级油气冷凝器2、二级油气冷凝器3、一级油气冷凝器2、第二切断阀4、一级大活性炭罐5和第三切断阀6依次相连形成一油气回收子系统。

进一步的，所述二级油气冷凝器3采用管壳式、板式或管翅式结构。

继续参考图4，系统还包括一制冷装置7，所述制冷装置7与所述二级油气冷凝器3相连，用于对所述二级油气冷凝器3进行制冷。本实施例中，所述制冷装置7可采用机械制冷、脉冲管制冷或热声制冷。

此外，系统还包括真空泵8、压力维持装置9和第四切断阀10，其中：

所述真空泵8的进口与所述一级大活性炭罐5的一端连接，真空泵8的出口与所述一级油气冷凝器2的正向输入端连接；

所述压力维持装置9的一端同时与所述第二切断阀4和所述一级油气冷凝器2的反向输出端连接，另一端与所述第四切断阀10的一端连接；

所述第四切断阀10的另一端连接第二油气出口；

所述一级大活性炭罐5、真空泵8、一级油气冷凝器2、二级油气冷凝器3、一级油气冷凝器2、压力维持装置9和第四切断阀10依次相连形成第一活性炭再生子系统。

本实施例中，所述压力维持装置9为毛细管、变径、呼吸阀或调节阀。其它实施例中，可以采用口径小的第四切断阀10替代压力维持装置9，提高二级油气冷凝器内部的冷凝压力。

优选的，系统还包括压力感应装置11，所述压力感应装置11设置在油气进口处，并与所述第一切断阀1连接，用以感应地埋罐和/或储罐的压力。

实施例一所对应的具体的油气回收方法，具体工作原理包括以下步骤：

步骤1：卸车时或装罐时产生的油气经过第一切断阀后，进入一级油气冷凝器，使得温度降低至-10～+10℃之间，并去除油气中的大部分水分；

步骤2：初步预冷的油气再进入二级油气冷凝器，制冷装置向二级油气冷凝器输出冷量，使油气温度降低至-10～-80℃，油气中的部分烃类物质被冷凝回收，剩余低温的气体再返回一级油气冷凝器与经第一切断阀进入一级油气冷凝器的高温油气进行热交换，回收低温能量后，经第二切断阀进入一级大活性炭罐，拦截冷凝阶段没能完全相变的油气，洁净的油气经第三切断阀和第一油气出口排入槽车，以此平衡卸车压力；

步骤3：不卸车时或未装罐时对一级大活性碳罐进行再生。

进一步的，步骤3具体包括以下步骤31：

槽罐车卸车或装罐完毕后对一级大活性碳罐进行再生，再生时，制冷装置照常运行，关闭第一切断阀、第二切断阀和第三切断阀，启动真空泵对一级大活性碳罐进行抽真空，抽真空时间设置为1-6小时，使活性炭再生，活性炭吸附的油气被真空泵抽出，排入一级油气冷凝器，部分高浓度油气被冷凝，未冷凝的气体部分进入二级油气冷凝器，绝大部分油气被冷凝排出，少部分剩余未冷凝的气体部分经一级油气冷凝器回收冷量后经压力维持装置，再经第四切断阀排出，排出气体通过第二油气出口与加油站原地埋罐排空管或化工厂原储罐排空管连接，或者直接连入地埋罐或储罐内部。

进一步的，步骤31之后还包括以下步骤32：

当一级大活性碳罐正在再生过程中，设置在油气进口处的压力感应装置感应地埋罐或储罐压力升高至应处理的压力，则真空泵停止工作，打开第一切断阀和第二切断阀，一级大活性碳罐压力平衡后，再打开第三切断阀，使地埋罐或储罐完全泄压后，再重新启动步骤31。

实施例二

如图5所示，本实施例与实施例一所述的油气回收系统差异之处在于，系统除开包括真空泵8、压力维持装置9、第四切断阀10之外，还包括第五切断阀12和二级小活性炭罐13，其中：

所述真空泵8的进口与所述一级大活性炭罐5的一端连接，真空泵8的出口与所述一级油气冷凝器2的正向输入端连接；

所述压力维持装置9的一端同时与所述第二切断阀4和所述一级油气冷凝器2的反向输出端连接，另一端与所述第四切断阀10的一端连接；

所述第五切断阀12的一端与所述一级大活性炭罐5的另一端连接，另一端同时与所述第四切断阀10和二级小活性炭罐13的一端相连；

所述二级小活性炭罐13的另一端与所述第三切断阀6的一端相连；

所述一级大活性炭罐5、真空泵8、一级油气冷凝器2、二级油气冷凝器3、一级油气冷凝器2、压力维持装置9、第四切断阀10、二级小活性炭罐13和第三切断阀6依次相连形成第二活性炭再生子系统。

进一步的，所述二级小活性炭罐13的体积在0.1L～100L之间。优选的，所述二级小活性炭罐13的体积在1L～20L之间。由于二级小活性炭罐13非常小，在一些实施例中，也可以直接用油气管道充填活性炭代替。

实施例一所对应的具体的油气回收方法，具体工作原理包括以下步骤：

步骤A：卸车时或装罐时产生的油气经过第一切断阀后，进入一级油气冷凝器，使得温度降低至-10～+10℃之间，并去除油气中的大部分水分；

步骤B：初步预冷的油气再进入二级油气冷凝器，制冷装置向二级油气冷凝器输出冷量，使油气温度降低至-10～-80℃，油气中的部分烃类物质被冷凝回收，剩余低温的气体再返回一级油气冷凝器与经第一切断阀进入一级油气冷凝器的高温油气进行热交换，回收低温能量后，经第二切断阀进入一级大活性炭罐，拦截冷凝阶段没能完全相变的油气，洁净的油气经第五切断阀，再经二级小活性碳罐、第三切断阀和第一油气出口直接排入大气或排入槽车平衡卸车压力；

步骤C：不卸车时或储罐不进料时对一级大活性碳罐进行再生。

进一步的，步骤C具体包括以下步骤C1：

槽罐车卸车或装罐完毕后对一级大活性碳罐进行再生，再生时，制冷装置照常运行，关闭第一切断阀、第二切断阀和第五切断阀，启动真空泵对一级大活性碳罐进行抽真空，抽真空时间设置为1-6小时，使活性炭再生，活性炭吸附的油气被真空泵抽出，排入一级油气冷凝器，部分高浓度油气被冷凝，未冷凝的气体部分进入二级油气冷凝器，绝大部分油气被冷凝排出，少部分剩余未冷凝的气体部分经一级油气冷凝器回收冷量后经压力维持装置，再经第四切断阀排至后端的二级小活性碳罐，最后经第三切断阀和第一油气出口将洁净的油气排出。

进一步的，步骤C1具体包括以下步骤C2：

当一级大活性碳罐正在再生过程中，设置在油气进口处的压力感应装置感应地埋罐或储罐压力升高至应处理的压力，则真空泵停止工作，打开第一切断阀、第四切断阀和第五切断阀，地埋罐或储罐经压力维持装置补入已部分抽真空的一级大活性碳罐，平衡吸附罐压力，之后再正常打开第二切断阀、第五切断阀和第三切断阀，使地埋罐或储罐完全泄压后，再重新启动步骤C1。

进一步的，步骤C2还包括以下步骤C3：

待一级大活性碳罐基本再生完成后，再打开第五切断阀，关闭第三切断阀和第四切断阀，对二级小活性碳罐进行再生，由于二级小活性碳罐体积非常小，所以内部不凝性气体很少，将真空泵出口至第四切断阀之间的整个空间的压力略微升高，即可抵消这部分不凝性气体的体积，使得对二级小活性炭罐进行再生时不需设置专门的排放出口。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。