专利名称：带连续入口气体参数监测的蒸气回收系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种从空气与易挥发液体蒸气的混合性气体(以下简称空气—蒸气混合气体)中回收蒸气的设备，更进一步讲，是利用连续监测入口气体参数来提高蒸气回收系统的效率。
背景技术：
当处理烃类化合物等易挥发液体(包括汽油和煤油)时，很容易产生空气与易挥发液体蒸气的混合气体，这种混合气体直接排向大气将导致严重的环境污染问题，并存在火灾或爆炸的危险。因此，环境保护法规要求对这样的排放进行控制。
人们开发出了多种工艺和设备用于从空气—蒸气混合气体中回收液体蒸气。通常回收过程是将回收蒸气的液化并与产生蒸气的液体再混和的过程，因此，该回收过程有一定的经济效益。
美国是在该领域一直处于领先的国家，最早在美国应用的易挥发液体蒸气的回收系统为压缩与合成的工艺方法，该方法最初仅被用在汽油贮罐上。到了50年代，美国在一些地方法规中开始强制在油库安装蒸气回收装置，之后，“净化大气”立法活动促成了1968年的《净化空气法》的出台，使焦点集中到全国的汽油蒸气回收问题上。这时，人们开发出贫油吸收系统，该系统在短时间内占据了市场的主导地位。
继而，在60年代末和70年代初，低温冷冻法系统开始得到市场的认可(如美国专利U.S.Pat.3266262)。虽然冷冻系统运行可靠，但它有一系列缺陷，其中包括电耗高、操作条件苛刻和维护费用昂贵等。机械冷冻系统由于受到冷量、效率和容量的限制，使得它的实际应用受到限制。而液氮冷冻系统可以提供更多的冷量，但操作费用非常昂贵。
由于冷冻系统的上述缺陷，人们在不断寻找替代工艺，并开发出了吸附/吸收工艺的蒸气回收系统。如在美国专利U.S.Pat.4066423中，提出了应用固体吸附剂床层进行吸附，吸附剂可以选用硅胶、具有孔隙结构的矿物质如氧化铝和氧化镁，而最适宜的是活性炭。这些吸附剂对于易挥发性的烃类化合物具有很好的亲合力。当空气—蒸气混合性气体通过床层时，混合气体中的大部分烃类化合物被吸附到床层上。这样，含有少量烃类化合物的净化气体可以排放到大气中，其烃浓度在法规允许的范围内。
需要说明的是，吸附剂有一定的吸附容量，当其吸附量达到容量极限时就失去吸附能力。因此，吸附床层需要进行周期性的再生，以恢复其吸附能力。再生过程被分为两个步骤。
第一步要用抽真空的手段来减小床层的总压力，从床层中脱去大部分的烃类化合物；第二步是将吹扫空气引入并通过床层，将剩余的烃类化合物带走，使床层完全恢复干净状态。脱附下来的烃类化合物被泵送入吸收塔，在吸收塔内贫油或其他不易挥发的液体溶剂与该烃类化合物的富气逆流接触，其中的绝大部分烃类化合物被吸收带走，剩余的未被吸收的尾气循环进入第二个吸附床层再次被吸附。
现有技术的实际操作是这样的在装车操作开始时，空气—蒸气的混合气体进入被选择的吸附床层，其中的烃类化合物被吸附下来，而净化气体排入大气，该操作状态一直持续进行，直到装载易挥发液体的装车计数达到设定值。该设定值是基于易挥发液体量的大小、每辆车的装载量、吸附床层中吸附剂量以及当前的气候条件来决定。一旦装车计数达到该设定值，就开始进行再生过程，蒸气回收系统每个床层连续再生周期大约15分钟，之后切换到另外一台床层进行再生。如果装车过程一直持续进行，则上述交替循环过程也不会停止，当装车操作停止超过一定时间段后，循环过程才停止下来。
为了估算床层吸附烃类的量，就需要配备装车计数系统，但它可能与实际情况有偏离。为了尽可能的减少床层超量吸附和避免排放气体超标，处理能力就需要留出足够的的富裕量，设计的床层吸附剂容量往往无法与实际需要容量配备的比较接近。这一方面降低了装置的效率；另一方面，在不必要的时候，如在低流量情况下，床层仍然是15分钟再生一次，不必要的再生操作会显著增加操作成本。尤其再生时，真空泵将消耗大量能量，而且设备也要承受不必要的机械磨损从而增加设备维修的费用。因此，需要有一个改进的方法和设备，能对蒸气回收系统设备进行有效的控制。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提出一个有效控制蒸气回收系统操作的改进方法以克服上述局限性和缺点。
本发明的另外一个目的是为从空气—蒸气混合气体中回收烃类化合物的蒸气回收系统提供一个控制方法，全面提高处理效率。这就需要精确的测量装车总量或者测量吸附在床层吸附剂中的蒸气总量，如果总量未到达预先设定值，将不对床层进行再生。这种方法明显的优点是不会使系统不断的循环运行，从而避免了设备磨损。突出的优点是这种相对简单且费用不高的手段，为延长设备的寿命提供了一个可靠的、可信赖的方法。更进一步讲，甚至可以容易地对已经安装在现场的蒸气回收装置的控制系统进行更新改造。
本发明另一个目的是给蒸气回收系统提供一系列的监测数据，使其能够较为精确的得到目前床层吸附的蒸气量，以便能够仅在需要的时候对床层进行再生，而不再依赖于对系统的估计，如装车计数或者其他为了达到同样目的的不精确判断。
本发明的其他优点和新颖性将在后面的文字中进行论述，对于领域中的专业人士是显而易见的，另外还可以通过实例来了解。
为了实现上述的目的，本发明提出了一种有效控制蒸气回收系统操作的方法，该蒸气回收系统包括第一反应容器和吸附剂床层、第二反应容器和吸附剂床层及用于有选择性的对这些床层进行再生的真空泵。该方法包括的步骤有在第一个反应容器内的第一吸附床层上对空气—蒸气混合气体中的蒸气进行吸附；测量第一吸附床层上吸附的蒸气总量；将第一床层上吸附的蒸气总量与第一床层吸附能力的第一个百分数设定值比较，当达到第一床层吸附剂的设定值时，开始再生第一吸附床层，同时，在第二个反应容器内的第二吸附床层上对空气—蒸气混合气体中的蒸气进行吸附。该方法包括的步骤还包括测量第二吸附床层上吸附的蒸气总量；将第二床层上吸附的蒸气总量与第二床层吸附能力的第二个百分数设定值比较，当达到第二床层吸附剂的设定值时，开始再生第二吸附床层，同时，在第一个反应容器内的第一吸附床层上对空气—蒸气混合气体中的蒸气进行吸附。
从上面步骤中可以看出，第一和第二床层仅仅当它们到达吸收容量的时候才开始再生，这种方法是非常有益的不会有任何多余的床层的再生过程；不会有不必要的真空泵的机械和密封磨损；所有动设备的维修时间减少、维修周期延长；主要能源消耗设备——真空泵的启动频率将减少，从而实现节能。
有关本发明需要进一步进行说明是对在第一吸附床层吸附的蒸气总量的测量包括检测进入吸附床层混合气体的蒸气浓度和总流量，另外，还包括对第一吸附床层吸附了蒸气后排出的混合气体的蒸气浓度检测。同样，对在第二吸附床层吸附的蒸气总量的测量包括检测进入吸附床层混合气体的蒸气浓度和总流量，另外，还包括对第二吸附床层吸附了蒸气后排出的混合气体的蒸气浓度检测。通过上述步骤，就可以精确地确定已吸附到床层上的烃类化合物蒸气总量。根据需要回收的烃类化合物的类型、采用的吸附剂类型、每个床层中吸附剂的装填量，可以确定每个床层的最大吸附能力，当实际测量的床层上吸附的烃类化合物的总量达到设定值时，将开始该吸附床层的再生，该设定值是床层理论吸附能力的70～100％，较理想的值应该是80％。
更进一步讲，本发明将可以精确测量床层上吸附蒸气总量的改进方法与蒸气回收系统相结合。该蒸气回收系统包括第一反应容器和吸附剂床层、第二反应容器和吸附剂床层及用于有选择性的对这些床层进行再生的真空泵。而改进方法则包括第一或者第二床层吸附蒸气总量的测量方法、被床层吸附的蒸气总量与床层吸附剂的吸附容量的设定值进行比较的方法、当床层吸附蒸气的总量到达吸附容量的设定值时开始再生相应床层的方法。
换个角度讲，改进控制系统包括以下设备用于检测进入吸附床层的空气—蒸气混合气体浓度的检测仪、用于检测进入吸附床层的空气—蒸气混合气体体积的检测仪；一个可选择的用于测量净化后排放气体的蒸气浓度检测仪；另外还包括一个控制器，用于对床层上已经吸附的蒸气的总量与设定值的比较，当总量到达设定值时，相应床层的再生过程将自动启动。
本发明的其他目的，通过下面详细图示和描述并结合实施例说明，对于领域中的专业人士是显而易见的，当然，本发明可以通过不同的实施例来实现，具体描述上也可有不同，但其基本特征脱离不了本发明。因此，图形和说明仅用于对本发明进行解释，而不仅限于此。
本发明中采用的图形作为文章的一部分，与文字一起来说明了本发明的原理，在这些图形中图-1为带有改进控制系统的蒸气回收系统的流程图。
图-2为本发明中改进控制系统实施例的详细结构框图。
具体实施例方式
下列将结合附图来详细的说明本发明的实施例。
附图1、附图2显示的是带有改进控制系统12的蒸气回收系统10。带有该控制系统12的蒸气回收系统10特点是有较好的回收效益和产品收率、维修周期显著延长、维护成本和电源消耗成本降低、操作效率得到提高等。有关易挥发液体蒸气回收系统10一般为美国专利5,426,945；5,515,686；5,584,911和5,591,254所描述的类型。
图中蒸气回收系统10特别适合回收通过装油管线18从贮罐16中向槽车、油罐车或其它容器14装载烃类化合物时排放出的蒸气，当空气—蒸气混合气体被连接在槽车上的气体回收管线20中收集后，经过止回阀22和呼吸阀24进入分液罐26，然后再从管线28、29、30及已经打开的阀门32(33阀门是关闭的)进入第一反应容器34中的吸附剂36上，吸附剂36吸附了易挥发液体蒸气后，以干净空气为主的空气—蒸气混合气体通过阀门38排入大气环境，阀门39是关闭的。
此时，在第二反应容器42中的吸附床层40可能被再生，为了实现再生，阀门33、44、45是是关闭的，真空泵46将对第二反应容器42的床层40抽真空，此真空泵46一般选用两级液环式真空泵。当泵46将反应容器42的真空度抽到70～95％真空度时，空气—蒸气混合气体从床层40被脱附下来。混合气体通过管线48、50、52直接被真空泵46送入封液分离器54中，这时的操作由阀门56(开)和阀门57(关)进行控制。封液分离器54将已经被回收的凝结的易挥发液体和空气—蒸气的混合气体从泵的密封液体中分离出来，之后，通过管线58进入吸收塔60。从分离器54分离出来的封液经过泵74、管线59和换热器76进入真空泵，形成封液循环。自贮罐16来的贫油由供给泵70泵出、经过管线68、72冷却封液，以保证真空泵46的操作温度能够控制并具有较好的操作效率。
当接近完成再生过程时(例如当到达一定的真空度时，或者是再生周期10～17分钟的最后的1～2分钟时)，打开阀门45，将少量的吹扫空气引入反应容器42中，吹扫空气是从大气中被引入并通过管线62进入床层40，以彻底清除掉床层中残留的烃类化合物。在这个过程中，引入的吹扫空气需要保持一定的量以保证床层42足以维持大约在70～95％真空度，最为适宜的真空度是保持在83～90％真空度。吹扫空气和最后残留的烃类化合物也同样被真空泵46抽出，通过分离器54和管线58进入吸收塔60。
在吸收塔60中，空气—蒸气混合气体与贫油逆流接触，该贫油来自贮罐16，由泵70通过管线68、72供给，在逆流接触过程中，吸收塔中的贫油将来自反应容器42、经过真空泵46抽取的空气—蒸气混合气体中的液体蒸气吸收下来。
吸收下来的烃类化合物和吸收液体从吸收塔60底部由吸收液体返回泵64连续抽出，通过管线66，经过流量控制阀返回贮罐16。
从吸收塔60离开的尾气中还有少量的易挥发液体蒸气，经过管线77、29和30重新进入第一反应容器进行循环吸收。这样，任何残留的易挥发液体蒸气可被床层36吸附，空气—蒸气混合气体在完成吸附后通过阀门38排放到大气环境中。
反应容器34和42从本质上是相同的，它们不断进行切换以满足连续操作的要求，也就是说，当床层36达到饱和时，床层36如上所述将处于再生过程，同时，床层42将如上所述的处于吸附烃类化合物的过程。这种操作通过控制阀32和33、56和57、38和44、39和45动作，可以实现蒸气回收系统10的流体流路的切换。
本发明一个重要的特点在于，改进的控制系统12能够显著增强蒸气回收系统10的操作效率。该控制系统12包括一个流量仪表80、一个连续入口烃类化合物检测仪表82(CIM)、一个连续排放气检测仪表84(CEM)和一个控制器86。
流量表80安装在管线28上，连续检测流经管线28，进入反应容器34的床层36或者反应容器42的床层40的空气—蒸气混合气体，其流路由阀门32和33的开关决定。
连续入口烃类化合物检测仪表82包括一个0~100％量程的烃类化合物分析仪表，用于连续检测流经管线28的空气—蒸气混合性气体中的烃类化合物的浓度，另外，连续入口检测仪表还包括一个泵，用于对流经管线28的空气—蒸气混合性气体进行采样，采样管线为88，接下来检测混合气体中烃类化合物的浓度的工作由非色散型红外气体分析仪(NRID)来完成，空气从连续入口烃类化合物检测仪82经过采样管线90返回到管线28中。流量表80和连续入口检测仪82分别测得进入床层的空气—蒸气混合性气体的总流量和混合气体中的烃类化合物浓度的实时参数，混合气体进入床层36还是40，由阀门32和33的位置决定。
同时，连续排放气体检测仪表84包括一个0~5％量程的烃类化合物含量分析仪，用来检测来自目前正在吸附状态的反应容器34的床层36或反应容器40的床层42排放出的空气—蒸气混合性气体中的烃类化合物的含量。连续排放气体检测仪84还包括一个采样泵，采样管线92与流量控制阀94相连，当检测从第一反应容器排放出来的混合气体时，流量控制阀94被置位，采样气体通过排放阀38、经过管线96、阀门94和采样管线92连续的被采样泵送入连续排放气体检测仪84。相反，当检测从第二反应容器排放出来的混合气体被时，流量控制阀94被置到另外一个位置，允许样品气体通过排放阀44、经过管线98、阀门94和采样管线92连续的被采样泵抽进连续排放气体检测仪84。在利用非色散型红外气体分析仪(NRID)分析到排放气体中的烃类化合物的浓度后，样品气体被排入大气环境。
流量计80、连续入口烃类化合物分析仪82、连续排放气体检测仪84和流量控制阀门94通过各自的控制线100、102、104、106与控制器86相连。控制器86是一个具有逻辑控制功能的专用微处理器，如可采用可编程逻辑控制器。如果期望保留碳氢化合物和流量值的记录，控制器可连接一个条型记录仪(未画出)，借助趋势通过对一段时间操作趋势的分析可以帮助分析装置的性能趋势，用于指导装置的维修和分析油库处理量的增长。另外，控制器86可以连接一个报警装置(未画出)，如音频蜂鸣器或者视觉灯或指示灯，当油库装载量超出蒸气回收装置的设计能力的瞬时量、15分钟、1个小时、4小时或24小时量，或者入口浓度超出设计最大值时，发出报警信息。
下面详细叙述带有改进控制系统12的蒸气回收系统10的操作。假定此时两个床层36、40都被完全再生过，而槽车14正在进行第一次装车作业，阀门32开启而阀门33关闭，空气—蒸气的混合性气体通过管线29、30和阀门32进入第一反应容器34的床层36中。当装车工作开始时，控制器86监视流量计80、连续入口检测仪82、连续排放气体检测仪84的信号，并控制流量控制阀94通过管线96、92将采样气体连续送入排放气体检测仪84中。这时，通过管线28的空气—蒸气混合气体的流量被流量表80进行测量，混合性气体中的烃类化合物浓度被连续入口烃类化合物检测仪表82通过采样管线88测量；从第一反应容器34排出的气体中的烃类化合物的浓度也被连续排放气体检测仪84连续测量。
流量计80、连续入口检测仪82和连续排放气体检测仪84通过控制线100、102和106将信息送往控制器。因为，通过来自流量计80和连续入口检测仪82的数据可以计算出积累在第一反应容器34的床层36上的烃类化合物的总量，而连续排放气体检测仪84可以估算出排向大气环境的烃化合物的质量，因此，控制器利用这些实时的数据计算出被第一床层36吸附的烃类化合物的实际总量，这样，被床层吸附的烃类化合物蒸气量可以精确的被控制系统12得到。
控制器86不断的将这个变化的值与第一床层吸附能力的百分数值(即设定值)进行比较，当然，通过实验或者基于正在被吸附的液体蒸气类型、吸附剂类型和装填数量可以得到吸附能力，一旦测量到的吸附值到达第一床层的吸附能力的70~100％(最好是80％)时，控制器86将产生一个信号，该信号使得蒸气回收装置10开始再生第一反应容器34的床层36。
此时，阀门33开启而阀门32关闭，空气—蒸气混合性气体通过管线28、管线77、管线29和30、经过阀门33到达第二反应容器42。与此同时，阀门57开启，真空泵开始运行，控制器86通过控制线104向流量控制阀门94发送一个信号，以便连续出口气体检测仪84进行采样，采样气体从第二反应容器42顶部经过放空阀门44和管线98和管线92进入检测仪。
流量计80和连续入口检测仪82连续检测流过管线28进入第二反应容器42的第二床层40的空气—蒸气混合性气体的流量和浓度。同时，连续排放气体检测仪84连续检测从第二反应容器排放出来的气体中的烃类化合物浓度。这些实时数据分别通过各自的控制线100、102、106送入控制器86，使其能够象上面描述的那样计算出被第二床层吸附剂吸附的液体蒸气的总量和质量。
在以往蒸气回收系统技术中，当系统处于连续运行状态时，第二反应容器42中的第二床层40将在第一床层再生后立即进行再生。然而，控制系统12执行的结果是第二床层40的再生不是依靠执行顺序，而是将被第二床层吸附的烃类化合物的总量与第二床层吸附剂的吸附能力的设定值进行比较后来决定，第二床层设定值按照前述方法确定。
因此，该系统的优点在于在不必要的时候可以不启动真空泵、可以不再生床层36、42，而依据床层上实际吸附的蒸气量的多少启动再生过程，这样，可能在很长一段时间内，床层36、40将不用去再生，阀门56、57处于关闭状态，真空泵46不必运行。通过减少真空泵46，供给泵70和返回泵64的能耗降低整体能耗，同时，由于减少了再生床层时动设备的不必要的磨损使检修时间间隔延长，从而延长了设备寿命。因此，容易看到当使用本发明中的控制系统12时，蒸气回收系统是怎样提高整体操作效率的。
以上实施例充分地对本发明的目的进行了较具体的说明，它并没有含盖全部细节，也没有将发明限制在实施例所描述的细节内容中。如上所述，本发明可能包括仅仅两个检测器即连续入口烃类化合物检测仪82和流量计80，而更为完善的系统还应包括第三个检测仪——连续排放气体检测仪84，当配置连续排放气体检测仪84时，可以得到整个系统更精确的效率及烃类化合物的回收率。
通过上述实施例，我们还能想到其它一些修改或变化。例如当检测被床层吸附的易挥发液体蒸气的总量时，对入口和出口液体蒸气的温度和压力检测，可能也可以得到精确度的总量值。选用上述实施例，是因为它可以最好地论述发明的原理，能为实际应用提供一个基本的技术方法，使本发明能围绕该技术核心进行各种变通以满足不同的应用场合。所有根据发明变通的应用范围将由权利要求的范围所决定。
权利要求
1.一种有效地控制蒸气回收系统操作的方法，该蒸气回收系统包括第一反应容器和吸附剂床层、第二反应容器和附剂床层及用于有选择性的对这些床层进行再生的真空泵，上述方法包括·在第一个反应容器内的第一吸附床层上对空气与易挥发液体蒸气的混合气体中的蒸气进行吸附；测量第一吸附床层上吸附的蒸气总量；将第一床层上吸附的蒸气总量与第一床层吸附能力的第一个百分数设定值比较；当达到第一床层吸附剂的设定值时，开始再生第一吸附床层，同时，在第二个反应容器内的第二吸附床层上对空气与易挥发液体蒸气的混合气体中的蒸气进行吸附；·测量第二吸附床层上吸附的蒸气总量；将第二床层上吸附的蒸气总量与第二床层吸附能力的第二个百分数设定值比较；当达到第二床层吸附剂的设定值时，开始再生第二吸附床层，同时，在第一个反应容器内的第一吸附床层上对空气与易挥发液体蒸气的混合气体中的蒸气进行吸附。
2.根据权利要求1中所描述的方法，其特征在于床层吸附剂吸附的蒸气总量的测量包括检测进入反应容器中床层吸附剂的空气—蒸气混合性气体的浓度和体积流量以及检测反应容器排放气体的烃类浓度的方法。
3.根据权利要求1中所描述的方法，其特征在于上述设定值是床层的理论吸附能力的70-100％之间的值。
4.根据权利要求1中所描述的方法，其特征在于当床层吸附达到上述设定值时，系统启动床层再生过程。
5.根据权利要求1中所描述的方法，其特征在于对于蒸气回收系统的改进控制系统包括·监测进入床层的空气-蒸气混合性气体的蒸气浓度仪表；·监测进入床层的空气-蒸气混合性气体的流量仪表；·将床层吸附的蒸气总量与设定值进行比较，并启动再生过程的控制器。
6.根据权利要求5中所描述的改进控制系统，其特征在于可选择性地包括一个检测床层出口气体浓度的浓度测量仪表。
7.根据权利要求1中所描述的方法，对于蒸气回收系统的改进控制系统包括·直接监测床层吸附的蒸气总量的测量仪表；·将床层吸附的蒸气总量与设定值进行比较，并启动再生过程的控制器。
8.根据权利要求7中所描述的改进控制系统，其特征在于可选择性地包括一个检测床层出口气体浓度的浓度测量仪表。
全文摘要
一种带连续入口气体参数监测的蒸气回收系统，该蒸气回收系统包括第一反应容器和吸附床层、第二反应容器和吸附床层及对这些床层进行再生的真空泵。该方法的步骤有在第一个反应容器内吸附床层上对空气与易挥发液体蒸气的混合气体中的蒸气进行吸附；测量床层上吸附蒸气的总量；将吸附的蒸气总量与床层吸附能力的设定值比较，当达到设定值时，开始再生吸附床层，同时，在第二个反应容器内的床层上对混合气体中的蒸气进行吸附。该方法的步骤还有测量第二反应容器内吸附床层上吸附的蒸气总量；将吸附的蒸气总量与床层吸附能力的设定值比较，当达到设定值时，开始再生吸附床层，同时，在第一个反应容器内的床层上对混合气体中的蒸气进行吸附。
文档编号B01D53/047GK1640524SQ20041000012
公开日2005年7月20日 申请日期2004年1月6日 优先权日2004年1月6日
发明者倪扬, 张伟 申请人:北京乔扬科技发展有限公司