可连续运行的VOCs制冷回收系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种可连续运行的VOCs制冷回收系统，包括相互并联设置的蒸汽冷凝器3A以及蒸汽冷凝器3B，所述的每个蒸汽冷凝器分别设置有制冷剂入、出口，并且制冷剂出口连接有压缩机YSJ-302，压缩机YSJ-302与蒸发冷凝器ZFLNQ201相连，蒸发冷凝器ZFLNQ201与制冷剂进口相连；所述压缩机YSJ-302与蒸汽冷凝器3A以及蒸汽冷凝器3B的制冷剂入口3A1、3B1之间还分别设置有与蒸发冷凝器ZFLNQ201相并联的第一阀门以及第二阀门；所述蒸汽冷凝器3A以及蒸汽冷凝器3B的制冷剂出口3A2、3B2与蒸发冷凝器ZFLNQ201之间分别通过第三阀门以及第四阀门相连。本发明的VOCs制冷回收系统，能够连续运行，能效比高，投资更少，不单解决了大阀门、除霜加热器的投资问题，同时使设备整体体积大大缩小。
【专利说明】可连续运行的VOCs制冷回收系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及气体回收领域，尤其涉及一种可连续运行的VOCs制冷回收系统。
【背景技术】
[0002]在进行挥发性有机化合物蒸汽(VOCs)的回收时，通常会用到几种回收方法的组合工艺技术，如冷凝+吸附工艺，冷凝+膜分离工艺，压缩+冷凝工艺，以上回收技术都需要以冷凝法回收技术为基础。
[0003]冷凝法用于油气回收或其他有机挥发性蒸汽(VOCs)回收时，由于工艺和投资额限制，常常不能在前端加装分子筛脱水设备，由于油库间歇发油的特点，传统的用于油气回收的冷凝法工艺都是间歇运行，常利用不发油的间歇时间除霜。
[0004]一种典型的冷凝法工艺为:由利用低温尾气冷量的前置预冷换热器和之后的两到三级降温组成，一级冷凝温度一般控制在3°C?5°C，使之尽量接近0°C又高于0°C，最大限度地去除液态水而又不致在换热器上结冰，以减轻二三级换热器的结霜负担。二级通常需要-20°C?_40°C的低温，视工艺需要可能需要第三级-50°C?-70°C，使油气含量降到100g/Nm3内，以方便之后的进一步对油气处理的工艺(通常为吸附法工艺)，最终使油气排放满足国家标准非甲烷总烃含量< 25g/m3的要求。为得到上述二(三)级油气冷凝需要的低温，其制冷系统常采用二元复叠式制冷的形式。
[0005]对于化工厂的VOCs回收，在照搬油气回收的冷凝法工艺时遇到了困难。由于化工厂的生产是连续的，其尾气排放也是连续在进行，采用间歇除霜的方式是不可能的。
[0006]故对于化工厂的VOCs回收，现在常常直接用吸附法工艺，而直接使用吸附法工艺会使吸附设备庞大，吸附剂大量更换造成对环境的二次污染等难题，故一些厂家还是选择冷凝+吸附的回收工艺。在使用冷凝法时，常常使用简单的双系统或双换热器(蒸汽冷凝器)结构，双系统即是制冷、换热器(蒸汽冷凝器)都为两套独立的系统，互不影响，交替运行，由于投资太大，采用较少。在解决冷凝法的结冻问题时，另有较为典型的双换热器工艺:
[0007]双换热器切换除霜:
[0008]如图1所示，挥发性有机化合物蒸汽(VOCs)进入蒸汽冷凝器1，使蒸汽温度降至3V?5°C，以最大限度的去除VOCs中的水蒸气，使凝结水从疏液阀SYFl排出，气体部分经K37电动阀门，把VOCs导入蒸汽冷凝器2A (制冷介质停止对蒸汽冷凝器2A制冷)，电动阀K33、K36打开，VOCs再被导入蒸汽冷凝器2B，同时制冷介质对蒸汽冷凝器2B制冷，使VOCs蒸汽降至-10°C?_60°C，部分蒸汽被冷凝后经疏液阀SYF2B排出，气体部分经电动阀K32排出。
[0009]运行一段时间，当蒸汽冷凝器2B结霜加重，进出口压力差增大后，电动阀K38、K35、K44、K31 打开，电动阀 Κ37、Κ36、Κ32、Κ33 关闭，3°C?5°C 的 VOCs 蒸汽(或 20°C?30°C的VOCs蒸汽(采用停止对蒸汽冷凝器I的供冷，使VOCs温度逐渐回升至20°C?30°C来除霜的方法时))先经蒸汽冷凝器2B，以对蒸汽冷凝器2B进行除霜，同时回收蒸汽冷凝器2B的冷量，最终使蒸汽冷凝器2B温度升至3°C左右，使蒸汽冷凝器2B内霜(冰)融化，并经下部疏液阀排出，气体部分经电动阀K44、K35进入蒸汽冷凝器2A，同时制冷介质对蒸汽冷凝器2A制冷，使VOCs蒸汽降至-10°C?_60°C，部分蒸汽被冷凝后经疏液阀SYF2A排出，气体部分经电动阀K31排出。
[0010]无论是直接采用蒸汽冷凝器I出来的3°C?5°C气体除霜的方案，还是采用停止对蒸汽冷凝器I的供冷，使VOCs蒸汽温度逐渐回升来除霜的方案，都不能保证蒸汽冷凝器2B的除霜时间正好与蒸汽冷凝器2A的结霜恶劣度吻合，往往在蒸汽冷凝器2B除霜还未结束时，蒸汽冷凝器2A结霜就已加重，以致不得不勉强切换至蒸汽冷凝器2B，如此恶性循环，虽然延长了持续运行时间，但还是很难连续运行。故为了防止持续的结霜使蒸汽冷凝器冰堵，通常其蒸汽冷凝器(常为板式换热器)板片间距需设计到4mm?8mm，VOCs蒸汽在蒸汽冷凝器里都达不到紊流状态，传热效果大大降低，且蒸汽冷凝器(板式换热器)尺寸大大增加。
[0011]为此，也有采取在以上流程的基础上，增加电加热器，再次对已经从蒸汽冷凝器I降温至3°C?5°C的VOCs蒸汽加热，使已经被蒸汽冷凝器I去除掉大量水分的VOCs蒸汽温度迅速升高至30°C?60°C，然后进入需除霜的蒸汽冷凝器，已达到对其除霜的目的，如图2所示。
[0012]无论是需要处理的油气还是化工厂VOCs，其气体流量都比较大，每小时流量达几百甚至几千标方，而进行VOCs蒸汽回收时其操作压力一般为常压，为了配合如此巨大的常压气量，采用以上工艺时，其切换用的阀门需配置从DN100至DN500不等的口径，除霜电加热动辄几十千瓦甚至上百千瓦，而无论是电动球阀还是电加热器，由于VOCs大多都具有易燃易爆的特点，所有电器都必须设计成防爆结构，设备能耗和设备投资都不经济。也有采用部分气体分流加热除霜的方案，虽然能耗有所下降，由于流程较为复杂，性价比不高而采用较少。另一方面，以上每种除霜方案都是利用热的VOCs来加热除去处于同侧的结霜(冰)，由于操作不慎或恶劣天气等极端情况下，若蒸汽冷凝器冰层结得较厚甚至堵塞VOCs通道，则除霜时间将急剧增加甚至根本无法除霜。
【发明内容】
[0013]本发明要解决的技术问题是提供一种能够连续运行，能效比高，投资更少的VOCs制冷回收系统。
[0014]为解决上述问题，本发明的一种可连续运行的VOCs制冷回收系统，包括相互并联设置的蒸汽冷凝器3A以及蒸汽冷凝器3B，所述的每个蒸汽冷凝器分别设置有制冷剂入、出口，并且制冷剂出口连接有压缩机YSJ-302，压缩机YSJ-302与蒸发冷凝器ZFLNQ201相连，蒸发冷凝器ZFLNQ201与制冷剂进口相连；所述压缩机YSJ-302与蒸汽冷凝器3A以及蒸汽冷凝器3B的制冷剂入口 3A1、3B1之间还分别设置有与蒸发冷凝器ZFLNQ201相并联的第一阀门以及第二阀门；所述蒸汽冷凝器3A以及蒸汽冷凝器3B的制冷剂出口 3A2、3B2与蒸发冷凝器ZFLNQ201之间分别通过第三阀门以及第四阀门相连。
[0015]所述第一阀门、第二阀门为电磁阀DCF31、DCF32。
[0016]所述第三阀门、第四阀门为止回阀ZHF35、ZHF36。
[0017]在所述蒸发冷凝器ZFLNQ201与制冷剂入口 3A1、3B1入口之间设置有节流阀MXG301。[0018]所述蒸发冷凝器ZFLNQ201与制冷剂入口 3A1、3B1之间还分别设置有止回阀ZHF33、ZHF44。
[0019]所述压缩机YSJ-302与制冷剂出口 3A2、3B2之间还分别设置有电磁阀DCF37、DCF38 ;所述压缩机YSJ-302与制冷剂出口 3A2、3B2之间还分别设置有与电磁阀DCF37、DCF38相并联的节流阀MXG501、MXG502。
[0020]所述压缩机YSJ-302与节流阀MXG501、MXG502之间还分别设置有电磁阀DCF501、DCF502。
[0021]所述压缩机YSJ-302与蒸发冷凝器ZFLNQ201之间通过具有减压功能的预冷冷凝器FLNQ302相连。
[0022]所述压缩机YSJ-302与蒸发冷凝器ZFLNQ201之间通过电磁阀DCF30相连。
[0023]所述可连续运行的VOCs制冷回收系统为第N级制冷回收系统，在其前方还设置有一级制冷回收系统，该一级制冷回收系统包括蒸汽冷凝器I ;其中N为2或3。
[0024]本发明的可连续运行的VOCs制冷回收系统，由于VOCs回收设备的回收气体一般为常压的气态，而使之降温的制冷介质(制冷剂)一般为液态蒸发，利用的是其潜热，故蒸汽冷凝器两侧实际为不对称流，本发明依靠切换较小体积流量的制冷剂侧，来实现VOCs蒸汽冷凝器的除霜和正常回收则阀门口径将大大缩小；另一方面，对于VOCs系统的除霜，由于电加热器是把电能直接转化为热能，一千瓦电能只能转化为一千瓦热能，而本发明能够使用类似空调系统的逆循环，一千瓦电能可以获得大于一千瓦的热能(一千瓦电能对制冷剂做功使制冷剂相变，相变的制冷剂使环境的热能发生了迁移)，便能有效的节约能源，故热氟除霜是最好的节约除霜能量的方法。
[0025]本发明的VOCs制冷回收系统，能够连续运行，能效比高，投资更少，不单解决了大阀门、除霜加热器的投资问题，同时使设备整体体积大大缩小。
【专利附图】
【附图说明】
图1为现有技术中VOCs制冷回收系统的结构框图；
图2现有技术中增加电加热器的VOCs制冷回收系统结构框图；
图3为本发明中VOCs制冷回收系统的结构框图；
图4为本发明中VOCs制冷回收系统另一种实施方式的结构框图。
【具体实施方式】
[0026]为了使本【技术领域】的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合实施方式对本发明作进一步的详细说明。
[0027]如图3所示，本发明的一种可连续运行的VOCs制冷回收系统，包括相互并联设置的蒸汽冷凝器3A以及蒸汽冷凝器3B。
[0028]所述的每个蒸汽冷凝器分别设置有制冷剂入、出口，并且制冷剂出口连接有压缩机YSJ-302，压缩机YSJ-302与蒸发冷凝器ZFLNQ201相连，蒸发冷凝器ZFLNQ201与制冷剂进口相连。
[0029]所述压缩机YSJ-302与蒸汽冷凝器3A以及蒸汽冷凝器3B的制冷剂入口 3A1、3B1之间还分别设置有与蒸发冷凝器ZFLNQ201相并联的电磁阀DCF31、DCF32。
[0030]所述压缩机YSJ-302与蒸汽冷凝器3A以及蒸汽冷凝器3B的制冷剂出口 3A2、3B2之间还分别设置有与蒸发冷凝器ZFLNQ201相并联的止回阀ZHF35、ZHF36。[0031]在所述蒸发冷凝器ZFLNQ201与制冷剂入口 3A1、3B1入口之间设置有节流阀MXG301。
[0032]所述压缩机YSJ-302与蒸发冷凝器ZFLNQ201之间通过具有节流功能的预冷冷凝器FLNQ302相连。当然，所述压缩机YSJ-302与蒸发冷凝器ZFLNQ201之间也可以通过电磁阀DCF30相连，参见图4。
[0033]所述蒸发冷凝器ZFLNQ201与制冷剂入口 3A1、3B1之间还分别设置有止回阀ZHF33、ZHF44。
[0034]所述压缩机YSJ-302与制冷剂出口 3A2、3B2之间还分别设置有电磁阀DCF37、DCF38 ;所述压缩机YSJ-302与制冷剂出口 3A2、3B2之间还分别设置有与电磁阀DCF37、DCF38相并联的节流阀MXG501、MXG502。
[0035]所述压缩机YSJ-302与节流阀MXG501、MXG502之间还分别设置有电磁阀DCF501、DCF502。
[0036]所述可连续运行的VOCs制冷回收系统为第N级制冷回收系统，在其前方还设置有一级制冷回收系统，该一级制冷回收系统包括蒸汽冷凝器I ;其中N为2或3。
[0037]实施例:
[0038]如图3所示，设置有三级制冷回收系统，每一级制冷回收系统包括有蒸汽冷凝器以及对蒸汽冷凝器进行制冷的制冷系统。
[0039]制冷阶段——VOCs流程为:需回收的VOCs进入一级制冷回收系统中的蒸汽冷凝器1，一级制冷系统为蒸汽冷凝器I提供冷量，使VOCs降温至3°C?5°C，去除大量水分后，液体排出，剩余气体部分经电动阀K9或KlO进入二级制冷回收系统中的蒸汽冷凝器2A或2B，二级制冷系统为蒸汽冷凝器2A或2B提供冷量，使VOCs降温至_20°C?_40°C，部分VOCs被冷凝成液体排出，剩余气体部分经电动阀K39或K40进入三级制冷回收系统中的蒸汽冷凝器3A或3B，三级制冷系统为蒸汽冷凝器3A或3B提供冷量，使VOCs降温至-50°C?-70°C，部分VOCs液化后排出，剩余气体部分排出至后续处理系统。
[0040]二级制冷系统、三级制冷系统流程(图中只示出三级制冷系统，故以三级系统制冷为例):从蒸汽冷凝器热3A交换后经电磁阀DCF37返回的气态制冷剂被压缩机YSJ-302吸入，经压缩后变为高压高温气体(1.0MPa?2.5MPa，90°C?130°C)，由于具有节流功能的预冷冷凝器FLNQ302的压降作用，大部分高温气体经电磁阀DCF32进入蒸汽冷凝器3B，与蒸汽冷凝器3B进行热交换除霜后，再经止回阀ZHF36，与从预冷冷凝器FLNQ302出来的气体汇合，然后进入蒸发冷凝器ZFLNQ201换热，气态制冷剂在此被降温为低温液体，低温液态制冷剂经节流阀MXG301节流降压，低压的液态制冷剂经止回阀ZHF33被送入蒸汽冷凝器3A与其中的VOCs蒸汽换热；由于压差作用，此时止回阀ZHF44的一侧为低压的液态制冷剂，另一侧为高压的气态制冷剂，由于压差作用，止回阀ZHF44为关闭状态；低温低压的制冷剂在蒸汽冷凝器3A内蒸发吸热后变为低压气体，然后经电磁阀DCF37返回后被再次吸入压缩机YSJ-302，完成一个制冷除霜循环。
[0041]除霜阶段一待蒸汽冷凝器3A需要除霜时，VOCs气路上的电动阀K40打开，电动阀K39关闭，VOCs进入蒸汽冷凝器3B，同时电磁阀DCF31打开，高温高压的制冷剂进入蒸汽冷凝器3A，对蒸汽冷凝器3A进行除霜，蒸汽冷凝器3A吸收高温制冷剂的热量，其换热器内部的结霜溶解变为液态水被排出，从蒸汽冷凝器3A排出的高压热气态制冷剂经过止回阀ZHF35与从预冷冷凝器FLNQ302排出的高温高压制冷剂汇合，进入蒸发冷凝器ZFLNQ201，高温高压制冷剂在此被冷凝为低温高压的液体后，再进入节流阀MXG301被节流降压为低温低压的制冷剂液体，低温低压的制冷剂液体经止回阀ZHF44(此时止回阀ZHF33因压差作用被关闭)后进入蒸汽冷凝器3B，低温低压的制冷剂在蒸汽冷凝器3B中吸热蒸发，使进入蒸汽冷凝器3B中的VOCs气体冷却，部分VOCs气体被冷凝为液体并排出，剩余气体部分排出至后续处理系统。
[0042]压力平衡、温度平衡阶段一当除霜结束后，电磁阀DCF32关闭，阻止高温制冷剂进入蒸汽冷凝器3B，但此时蒸汽冷凝器3B内制冷剂侧还是保持着刚才除霜时的高压状态，此时电磁阀DCF502打开，由于节流阀MXG502的作用，蒸汽冷凝器3B内的压力降逐渐降低，并使蒸汽冷凝器3B内温度和压力都逐渐与蒸汽冷凝器3A接近，等待下一次循环时低温低压制冷剂的再次流入。
[0043]低温低压制冷剂液体在蒸汽冷凝器3B中蒸发吸热后变成低温低压的气态，经电磁阀DCF38后被压缩机YSJ-302吸入参与第二次循环。
[0044]有的VOCs冷却回收系统若设置有二级降温系统(如图3中就没有画出二级降温系统中的制冷系统)，同样可采取以上循环的制冷流程进行制冷和除霜。
[0045]本发明在蒸汽冷凝器3A (3B)的制冷剂出口侧与制冷压缩机YSJ-302的吸气侧设置有节流阀MXG501 (502)，可使蒸汽冷凝器结束除霜后内压逐步降低至制冷压缩机的吸气压力，从而阻止了再次制冷时高压制冷剂对制冷压缩机YSJ-302的冲击。
[0046]在上述节流阀MXG501 (502)上设有小型电磁阀DCF501 (502)，可防止在蒸汽冷凝器除霜时，参与除霜的高压高温制冷剂从节流阀流入制冷剂压缩机YSJ-302的吸气侧，而损失部分参与制冷循环的制冷剂。而小型制冷系统由于其本身所需制冷量不大，此平衡损失小，可以不设置此切断阀。
[0047]巧妙的利用压差作用，选择用止回阀ZHF33、ZHF44替代电磁阀来进行关断作用，有效的减少了防爆电器部件，当然，上述流程中的止回阀完全可以使用电磁阀来替代。由于VOCs回收一般为常压，故传统方案在VOCs侧切换气路流程时不能利用止回阀的压差关断作用。
[0048]在制冷压缩机YSJ-302制冷剂排出管路上设置有降压元件预冷冷凝器FLNQ302，当任一除霜电磁阀DCF31 (32)打开时，可使高温高压的热制冷剂持续导流进入蒸汽冷凝器内。其中预冷冷凝器可以换做其他具有降压或切断功能的电器或者装置，如图4所示，其元件采用电磁阀DCF30的关断作用来引流，使除霜时全部高温制冷剂流入蒸汽冷凝器而除霜。
[0049]由于本发明在除霜时不会增加功率消耗，而且不影响制冷效果，故可随时进行，可大大缩短除霜周期，从而使蒸汽冷凝器的换热片间距减小，减小了蒸汽冷凝器的体积，提高了传热效率。
[0050]本发明采用了在蒸汽冷凝器(常为板式换热器)的制冷侧间接除霜的方案，避免了直接在蒸汽冷凝器的VOCs流程侧除霜时，冰层可能堵实导致除霜无法进行的情形。
[0051]本发明上所使用的电磁阀、止回阀等多数都集中在体积流量更小的制冷剂回路上，比在VOCs侧使用口径巨大的电动球阀改变气路容易得多。
[0052]与现有技术相比，本发明采用了处于热蒸汽的制冷剂直接相变除霜(热氟冲霜)，能效比高。
[0053]由于热氟冲霜是直接在蒸汽冷凝器(常使用板式换热器)的内部进行的，故传热快，除霜迅速，一般在15分钟?30分钟内即可完成，大大节约了除霜时间，制冷除霜的周期可大大缩短，板式换热器板片间距可缩小至3_内，大大减小了换热器体积，减小的板片间距也增加了传热效果，使换热器所需传热面积减小。
[0054]热氟冲霜，制冷剂的温度来自压缩机的压缩热，其最高温度被天然的控制在130°C以内，比电加热除霜更安全。
[0055]因热氟冲霜是在蒸汽冷凝器的制冷侧进行，蒸汽冷凝器的气流通道即使被冻实了，也能对之除霜。
[0056]由于制冷剂侧流体体积流量小，故可利用较小口径的电磁阀实现气流的切换，t匕切换VOCs侧气流用电动阀口径大大缩小。
[0057]由于制冷剂侧存在较大压差，利用了止回阀在压力差下的关断作用而减少防爆阀门的使用。
【权利要求】
1.一种可连续运行的VOCs制冷回收系统，其特征在于:包括相互并联设置的蒸汽冷凝器3A以及蒸汽冷凝器3B，所述的每个蒸汽冷凝器分别设置有制冷剂入、出口，并且制冷剂出口连接有压缩机YSJ-302，压缩机YSJ-302与蒸发冷凝器ZFLNQ201相连，蒸发冷凝器ZFLNQ201与制冷剂进口相连；所述压缩机YSJ-302与蒸汽冷凝器3A以及蒸汽冷凝器3B的制冷剂入口 3A1、3B1之间还分别设置有与蒸发冷凝器ZFLNQ201相并联的第一阀门以及第二阀门；所述蒸汽冷凝器3A以及蒸汽冷凝器3B的制冷剂出口 3A2、3B2与蒸发冷凝器ZFLNQ201之间分别通过第三阀门以及第四阀门相连。
2.如权利要求1所述的可连续运行的VOCs制冷回收系统，其特征在于:所述第一阀门、第二阀门为电磁阀DCF31、DCF32。
3.如权利要求1所述的可连续运行的VOCs制冷回收系统，其特征在于:所述第三阀门、第四阀门为止回阀ZHF35、ZHF36。
4.如权利要求1所述的可连续运行的VOCs制冷回收系统，其特征在于:在所述蒸发冷凝器ZFLNQ201与制冷剂入口 3A1、3B1入口之间设置有节流阀MXG301。
5.如权利要求1所述的可连续运行的VOCs制冷回收系统，其特征在于:所述蒸发冷凝器ZFLNQ201与制冷剂入口 3A1、3B1之间还分别设置有止回阀ZHF33、ZHF44。
6.如权利要求1所述的可连续运行的VOCs制冷回收系统，其特征在于:所述压缩机YSJ-302与制冷剂出口 3A2、3B2之间还分别设置有电磁阀DCF37、DCF38 ;所述压缩机YSJ-302与制冷剂出口 3A2、3B2之间还分别设置有与电磁阀DCF37、DCF38相并联的节流阀MXG501、MXG502。
7.如权利要求6所述的可连续运行的VOCs制冷回收系统，其特征在于:所述压缩机YSJ-302与节流阀MXG501、MXG502之间还分别设置有电磁阀DCF501、DCF502。
8.如权利要求1所述的可连续运行的VOCs制冷回收系统，其特征在于:所述压缩机YSJ-302与蒸发冷凝器ZFLNQ201之间通过具有减压功能的预冷冷凝器FLNQ302相连。
9.如权利要求1所述的可连续运行的VOCs制冷回收系统，其特征在于:所述压缩机YSJ-302与蒸发冷凝器ZFLNQ201之间通过电磁阀DCF30相连。
10.如权利要求1至9任一项所述的可连续运行的VOCs制冷回收系统，其特征在于:所述可连续运行的VOCs制冷回收系统为第N级制冷回收系统，在其前方还设置有一级制冷回收系统，该一级制冷回收系统包括蒸汽冷凝器I ;其中N为2或3。
【文档编号】B01D5/00GK103836833SQ201310612595
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】白爽, 王家樵, 马中华 申请人:上海森鑫新能源科技有限公司