一种用于油气回收的多级冷凝系统及多级冷凝方法与流程

本发明涉及油气回收领域，具体涉及一种用于油气回收的多级冷凝系统及多级冷凝方法。

背景技术：

随着人民环保和节能意识的增强，对于油气回收问题越来越关注，油气回收一方面可以减少油气向大气内的排放，降低对环境的污染；另一方面回收下来的油气进行处理后，可以继续投入使用，节约了成本，创造了价值。而在油气回收专用设备中，冷凝法油气回收装置应用最广泛，技术最成熟，目前市场上主要采用多级降温对油气进行冷凝回收。

对于一般的油气，进行三级降温后可以将绝大部分的油气冷凝为液体进行回收，采用三级降温就需要对应高、中、低三级制冷温度。现有技术中，对于高温制冷机组会配置一个单独的制冷机组，机组采用单台压缩机进行制冷；对于中温制冷机组，为了提高制冷效率，会配置两台压缩机进行高低压配打；对于低温制冷系统，采用复叠式制冷机组，高温制冷机组仅仅作为冷凝低温制冷剂的作用。这样的三级冷凝油气回收系统至少需要5至7台压缩机同时运行，成本较高，且需要配套的部件很多，结构较为复杂。

技术实现要素：

本发明的一个目的是克服现有技术的不足，提供一种用于油气回收的多级冷凝系统，该多级冷凝系统减少了压缩机的使用数量，节约成本的同时保证了制冷效率；且该系统结构简单，操作方便。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于油气回收的多级冷凝系统，所述多级冷凝系统包括循环流通有第一制冷剂的一级冷凝单元和二级冷凝单元、循环流通有第二制冷剂的三级冷凝单元，

所述一级冷凝单元包括依次连通的第一压缩机、第二压缩机、第一换热器、第一节流阀以及第二换热器，所述第一换热器具有第一换热通道i和第一换热通道ii，所述第二换热器具有第二换热通道i和第二换热通道ii，所述第一换热通道i两端分别与所述第二压缩机的出气口和所述第一节流阀相连通，所述第二换热通道i两端分别与所述第一节流阀和所述第二压缩机的进气口相连通；

所述二级冷凝单元包括依次连通的第三换热器、第二节流阀、第一气液分离器以及第四换热器，所述第三换热器具有第三换热通道i和第三换热通道ii，所述第四换热器具有第四换热通道i和第四换热通道ii，所述第三换热通道i两端分别与所述第一换热通道i远离所述第二压缩机的一端和所述第二节流阀相连通，所述第四换热通道i两端分别与所述第一气液分离器的进口和液体出口相连通，所述第一气液分离器的气体出口与所述第一压缩机的进气口相连通；

所述三级冷凝单元包括依次连通的第五换热器、第三节流阀、第二气液分离器以及第六换热器，所述第五换热器具有第五换热通道i和第五换热通道ii，所述第六换热器具有第六换热通道i和第六换热通道ii，所述第六换热通道i两端分别与所述第二气液分离器的进口和液体出口相连通；

所述多级冷凝系统还包括依次连通的第三压缩机和第七换热器、以及连通于所述第三换热通道i远离所述第一换热通道i一端的第四节流阀，所述第七换热器具有第七换热通道i和第七换热通道ii，所述第五换热通道i两端分别与所述第二气液分离器的气体出口和所述第三压缩机的进气口相连通，所述第五换热通道ii两端分别与所述第七换热通道i远离所述第三压缩机的一端和所述第三节流阀相连通，所述第七换热通道i的另一端与所述第三压缩机的出气口相连通，所述第七换热通道ii两端分别与所述第四节流阀和所述第一压缩机的进气口相连通；

其中，油气依次通过所述第二换热通道ii、所述第四换热通道ii以及所述第六换热通道ii，完成与所述第一制冷剂和所述第二制冷剂的换热。

优选地，所述多级冷凝系统还包括连通于所述第一换热通道i远离所述第二压缩机一端的第五节流阀，所述第三换热通道ii两端分别与所述第五节流阀和所述第二压缩机的进气口相连通。

优选地，所述第一换热通道ii中设有冷却水，用于与所述第一换热通道i中的所述第一制冷剂换热。

优选地，所述第四换热器有两个，且两个所述的第四换热器相并联设置。

优选地，所述第六换热器有两个，且两个所述的第六换热器相并联设置。

本发明的另一个目的是提供一种用于油气回收的多级冷凝方法，该方法基于上述的多级冷凝系统实现，步骤简单，操作方便，能够高效的对油气进行冷凝回收。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于油气回收的多级冷凝方法，所述的多级冷凝方法基于上述的多级冷凝系统，所述多级冷凝方法包括如下步骤：

（1）将低温低压的第一制冷剂气体依次送入第一压缩机和第二压缩机，得到高温高压的第一制冷剂气体，随后将所述高温高压的第一制冷剂气体送入第一换热通道i，并与第一换热通道ii中的冷却水换热后得到第一制冷剂液体；

（2）将所述第一制冷剂液体分为液体a、液体b和液体c，将液体a送入第一节流阀后得到中温中压的气液混合物a并送入第二换热通道i，此时将油气送入第二换热通道ii，并与所述气液混合物a换热，实现油气的一级冷凝，随后将一级冷凝后的油液收集起来，其中气液混合物a吸热变为中温中压的气体a；

（3）将液体b送入第三换热通道ii中，将液体c送入第五节流阀后得到中温中压的气液混合物c并送入第三换热通道i，随后与第三换热通道ii中的液体b换热，气液混合物c吸热变为中温中压的气体c；

（4）将步骤（2）中得到的气体a和步骤（3）中得到的气体c与步骤（1）中经所述第一压缩机压缩的第一制冷剂气体混合后再次送入第二压缩机中；

（5）将步骤（3）中换热后的液体b分为液体b1和液体b2，将所述液体b1依次送入第二节流阀和第一气液分离器，得到纯液体b1和纯气体b1，将所述纯液体b1送入第四换热通道i中，此时将步骤（2）中一级冷凝后的所述油气送入第四换热通道ii中，并与纯液体b1换热，实现油气的二级冷凝，随后将二级冷凝后的油液收集起来纯液体b1吸热变为低温低压的气液混合物b1后再次送入第一气液分离器中；

（6）将液体b2送入第七换热通道ii中，将低温低压的第二制冷剂气体送入第三压缩机中，得到高温高压的第二制冷剂气体，随后将所述的高温高压的第二制冷剂气体送入第七换热通道i中，并与液体b2换热，所述的高温高压的第二制冷剂气体冷凝为高压的第二制冷剂液体，所述液体b2吸热变为低温低压的气体b2；

（7）将步骤（5）中的纯气体b1和步骤（6）中的气体b2与低温低压的第一制冷剂气体混合后再次送入第一压缩机中；

（8）将步骤（6）中的高压的第二制冷剂液体依次送入第五换热通道i、第三节流阀和第二气液分离器中，得到纯第二制冷剂液体和纯第二制冷剂气体，将所述纯第二制冷剂液体送入第六换热通道i中，此时将步骤（5）中二级冷凝后的所述油气送入第六换热通道ii中，并与所述纯第二制冷剂液体换热，实现油气的三级冷凝，随后将三级冷凝后的油液收集起来，换热后的纯第二制冷剂液体变为低温低压的第二制冷剂气液混合物并再次送入第二气液分离器中；

（9）将步骤（8）中得到的纯第二制冷剂气体送入第五换热通道ii中，并与第五换热通道i中的高压的第二制冷剂液体换热，换热后的第二制冷剂气体进入第三压缩机，高压的第二制冷剂液体降温后再次进入第三节流阀中。

优选地，所述第一制冷剂为丙烷，所述第二制冷剂为乙烷。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的一种用于油气回收的多级冷凝系统，通过一级冷凝单元、二级冷凝单元和三级冷凝单元的相互配合，能够在减少系统复杂程度和压缩机使用数量的前提下保证制冷效率，且该系统结构简单，操作方便；基于该多级冷凝系统的多级冷凝方法，步骤简单，操作方便，能够高效的对油气进行冷凝回收。

附图说明

附图1为本发明的具体实施例中的多级冷凝系统的结构示意图。

其中：1、第一压缩机；2、第二压缩机；3、第一换热器；3a、第一换热通道i；3b、第一换热通道ii；4、第一节流阀；5、第二换热器；5a、第二换热通道i；5b、第二换热通道ii；6、第三换热器；6a、第三换热通道i；6b、第三换热通道ii；7、第二节流阀；8、第一气液分离器；9、第四换热器；9a、第四换热通道i；9b、第四换热通道ii；10、第五换热器；10a、第五换热通道i；10b、第五换热通道ii；11、第三节流阀；12、第二气液分离器；13、第六换热器；13a、第六换热通道i；13b、第六换热通道ii；14、第三压缩机；15、第七换热器；15a、第七换热通道i；15b、第七换热通道ii；16、第四节流阀；17、第五节流阀。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图1所示，一种用于油气回收的多级冷凝系统，该多级冷凝系统包括循环流通有第一制冷剂的一级冷凝单元和二级冷凝单元、循环流通有第二制冷剂的三级冷凝单元。在这里，通过一级冷凝单元、二级冷凝单元和三级冷凝单元的相互配合，能够在减少系统复杂程度和压缩机使用数量的前提下保证制冷效率，且该系统结构简单，操作方便。这里的第一制冷剂为丙烷，第二制冷剂为乙烷，丙烷和乙烷根据各自的物理性质挑选，更适合多级冷凝，且相比现有技术中的氟利昂，本实施例中的丙烷和乙烷都是化工厂内生产过程中的原料，更容易获得，不需要额外进行采购。

一级冷凝单元包括依次连通的第一压缩机1、第二压缩机2、第一换热器3、第一节流阀4以及第二换热器5，第一换热器3具有第一换热通道i3a和第一换热通道ii3b，第二换热器5具有第二换热通道i5a和第二换热通道ii5b，第一换热通道i3a两端分别与第二压缩机2的出气口和第一节流阀4相连通，第二换热通道i5a两端分别与第一节流阀4和第二压缩机2的进气口相连通。这里，第一换热通道ii3b中设有冷却水，用于与第一换热通道i3a中的第一制冷剂换热，油气在第二换热通道ii5b中与第二换热通道i5a中冷却后的第一制冷剂换热实现一级冷凝，冷凝温度为2℃。这里的第一换热通道i3a和第一换热通道ii3b分别为第一换热器3的管程和壳程，第二换热通道i5a和第二换热通道ii5b分别为第二换热器5的管程和壳程。

在本实施例中，第一压缩机1和第二压缩机2均为喷油螺杆压缩机，且第一压缩机1的压缩比小于第二压缩机2，第一换热器3为水冷冷凝器，第二换热器5为热虹吸换热器，热虹吸换热器相比现有的干式和满液式换热器，换热效果显著增加，且减小了换热面积。

二级冷凝单元包括依次连通的第三换热器6、第二节流阀7、第一气液分离器8以及第四换热器9，第三换热器6具有第三换热通道i6a和第三换热通道ii6b，第四换热器9具有第四换热通道i9a和第四换热通道ii9b，第三换热通道i6a两端分别与第一换热通道i3a远离第二压缩机2的一端和第二节流阀7相连通，第四换热通道i9a两端分别与第一气液分离器8的进口和液体出口相连通，第一气液分离器8的气体出口与第一压缩机1的进气口相连通。这里，经过一级冷凝后的油气在第四换热通道ii9b中与第四换热通道i9a中的第一制冷剂换热实现二级冷凝，冷凝温度为-30℃。这里的第三换热通道i6a和第三换热通道ii6b分别为第三换热器6的壳程和管程，第四换热通道i9a和第四换热通道ii9b分别为第四换热器9的管程和壳程。

该多级冷凝系统还包括连通于第一换热通道i3a远离第二压缩机2一端的第五节流阀17，第三换热通道ii6b两端分别与第五节流阀17和第二压缩机2的进气口相连通。

在本实施例中，第三换热器6为冷却器，第四换热器9为热虹吸换热器。

在本实施例中，第四换热器9有两个，且两个第四换热器9相并联设置。并联设置的两个第四换热器9其中一个是系统正常使用的，另一个是备用的，使得低温环境下一个换热器失效后能够立即换上备用的换热器，不影响系统的运行。

三级冷凝单元包括依次连通的第五换热器10、第三节流阀11、第二气液分离器12以及第六换热器13，第五换热器10具有第五换热通道i10a和第五换热通道ii10b，第六换热器13具有第六换热通道i13a和第六换热通道ii13b，第六换热通道i13a两端分别与第二气液分离器12的进口和液体出口相连通。这里，油气在第六换热通道ii13b中与第六换热通道i13a中的第二制冷剂换热实现三级冷凝，冷凝温度为-75℃。这里的第五换热通道i10a和第五换热通道ii10b为第五换热器10的壳程和管程，第六换热通道i13a和第六换热通道ii13b分别为第六换热器13的管程和壳程。

在本实施例中，第五换热器10为回热器，第六换热器13为热虹吸换热器。

在本实施例中，第六换热器13有两个，且两个第六换热器13相并联设置。并联设置的两个第六换热器13其中一个是系统正常使用的，另一个是备用的，使得低温环境下一个换热器失效后能够立即换上备用的换热器，不影响系统的运行。

该多级冷凝系统还包括依次连通的第三压缩机14和第七换热器15，以及连通于第三换热通道i6a远离第一换热通道i3a一端的第四节流阀16，第七换热器15具有第七换热通道i15a和第七换热通道ii15b，第五换热通道i10a两端分别与第二气液分离器12的气体出口和第三压缩机14的进气口相连通，第五换热通道ii10b两端分别与第七换热通道i15a远离第三压缩机14的一端和第三节流阀11相连通，第七换热通道i15a的另一端与第三压缩机14的出气口相连通，第七换热通道ii15b两端分别与第四节流阀16和第一压缩机1的进气口相连通。这里的第七换热通道i15a和第七换热通道ii15b分别为第七换热器15的管程和壳程。通过第七换热器15的设置，实现了第一制冷剂和第二制冷剂的热量交换，使得一级冷凝单元和二级冷凝单元能够与三级冷凝单元，减少了压缩机的使用，降低了系统的复杂性。

在本实施例中，第七换热器15为蒸发冷凝器。

在这里，油气依次通过第二换热通道ii5b、第四换热通道ii9b以及第六换热通道ii13b，完成与第一制冷剂和第二制冷剂的换热，并冷凝为油液依次收集起来。

在本实施例中，该多级冷凝系统的各个部件通过管路相互连通，同一部件同时连通两个其余部件时使用分支管，多条管路之间使用三通连接。整个系统仅仅使用三台压缩机进行驱动，极大的减少了系统的复杂程度，节约了成本。

一种基于上述多级冷凝系统的用于油气回收的多级冷凝方法，包括如下步骤：

1）将低温低压的第一制冷剂气体依次送入第一压缩机1和第二压缩机2，得到高温高压的第一制冷剂气体，随后将高温高压的第一制冷剂气体送入第一换热通道i3a，并与第一换热通道ii3b中的冷却水换热后得到第一制冷剂液体；

2）将第一制冷剂液体分为液体a、液体b和液体c，将液体a送入第一节流阀4后得到中温中压的气液混合物a并送入第二换热通道i5a，此时将油气送入第二换热通道ii5b，并与气液混合物a换热，实现油气的一级冷凝，其中气液混合物a吸热变为中温中压的气体a；

3）将液体b送入第三换热通道ii6b中，将液体c送入第五节流阀17后得到中温中压的气液混合物c并送入第三换热通道i6a，随后与第三换热通道ii6b中的液体b换热，气液混合物c吸热变为中温中压的气体c；

4）将步骤2）中得到的气体a和步骤3）中得到的气体c与步骤1）中经第一压缩机1压缩的第一制冷剂气体混合后再次送入第二压缩机2中；

5）将步骤3）中换热后的液体b分为液体b1和液体b2，将液体b1依次送入第二节流阀7和第一气液分离器8，得到纯液体b1和纯气体b1，将纯液体b1送入第四换热通道i9a中，此时将步骤2）中一级冷凝后的油气送入第四换热通道ii9b中，并与纯液体b1换热，实现油气的二级冷凝，纯液体b1吸热变为低温低压的气液混合物b1后再次送入第一气液分离器8中；

6）将液体b2送入第七换热通道ii15b中，将低温低压的第二制冷剂气体送入第三压缩机14中，得到高温高压的第二制冷剂气体，随后将高温高压的第二制冷剂气体送入第七换热通道i15a中，并与液体b2换热，高温高压的第二制冷剂气体冷凝为高压的第二制冷剂液体，液体b2吸热变为低温低压的气体b2；

7）将步骤5）中的纯气体b1和步骤6）中的气体b2与低温低压的第一制冷剂气体混合后再次送入第一压缩机1中；

8）将步骤6）中的高压的第二制冷剂液体依次送入第五换热通道i10a、第三节流阀11和第二气液分离器12中，得到纯第二制冷剂液体和纯第二制冷剂气体，将纯第二制冷剂液体送入第六换热通道i13a中，此时将步骤5）中二级冷凝后的油气送入第六换热通道ii13b中，并与纯第二制冷剂液体换热，实现油气的三级冷凝，换热后的纯第二制冷剂液体变为低温低压的第二制冷剂气液混合物并再次送入第二气液分离器12中；

9）将步骤8）中得到的纯第二制冷剂气体送入第五换热通道ii10b中，并与第五换热通道i10a中的高压的第二制冷剂液体换热，换热后的第二制冷剂气体进入第三压缩机14，高压的第二制冷剂液体降温后再次进入第三节流阀11中。

其中，第一制冷剂为丙烷，第二制冷剂为乙烷。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。