一种油气冷凝分离及余热回收利用系统及工作方法

技术领域

本发明涉及油气冷凝分离及余热回收利用技术领域，尤其涉及一种油气冷凝分离及余热回收利用系统及工作方法。

背景技术

有机固废，如生物质、轮胎、塑料、含油污泥等热解后产生高温的热解油和热解气混合在一起，形成油气混合物，需要对该油气进行分离，以分别得到热解油和热解气，从而实现减量化、无害化和资源化。一般采用多级冷凝器对高温油管道进行冷凝分离，分别得到重油和轻油。但是，存在着第一级冷凝器油气出口温度较低，且冷凝管的管壁和管中心温度差异较大，导致重油和轻油都在第一级冷凝器冷凝，所得油品闪点较低，运输存在困难的问题。同时，高温油管道的热量没有充分利用。

目前，主要采用三级冷凝器对油气进行冷凝分离，冷却介质为常温水，第一级冷凝器得到重油，第二级和第三级冷凝器得到轻油。但是，由于冷却介质温度较低，非常容易导致第一级冷凝器油气出口的温度较低。油气中的重油和轻油均在第一级冷凝器中冷凝，无法实现重油和轻油的分级冷凝。最终，所得油品的闪点很低，运输非常困难。

专利CN 211885462 U公开了一种废旧轮胎热裂解用油封冷凝系统，通过设置三级立式列管冷凝器，对废旧轮胎热裂解产生的气体进行分级冷凝，以实现油气的彻底分离。但是，该系统没有将重油和轻油分开收集，而且不能保证第一级冷凝器油气出口温度较高，很容易造成重油和轻油都在第一级冷凝器中冷凝。重油和轻油混在一起，将导致油品的闪点很低，运输非常困难。

专利CN 112129118 A公开了一种废旧轮胎热解油气冷凝器的运行方法，采用两级冷凝器和旋风分离器对油气进行冷凝分离。该方法将第二级冷凝器回流的热解油对第一级冷凝器进行冷却，可以减少冷凝器的换热面积，提高热解油的得率。但是，该方法没有将重油和轻油分开，得到的仍然是重油和轻油的混合物，闪点仍然较低。

综上所述，现有的油气冷凝系统及方法，存在着重油和轻油无法分开，所得油品闪点较低、难于运输的问题。因此，需要开发一种新的用于高温油管道冷凝分离的系统及方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出一种油气冷凝分离及余热回收利用系统及工作方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种油气冷凝分离及余热回收利用系统，包括第一级冷凝器、第二级冷凝器、第三级冷凝器、第一水箱、第二水箱、重油储罐、轻油储罐；

第一级冷凝器、第二级冷凝器、第三级冷凝器包含各自的油路和水路；

第一级冷凝器的油路进口上设有高温油管道，第一级冷凝器的油路出口与第二级冷凝器的油路进口之间设有第一级冷凝器出口油气管道，第一级冷凝器的油路出口与重油储罐之间设有第一级冷凝器所得重油管道；

第二级冷凝器的油路出口与第三级冷凝器的油路进口之间设有第二级冷凝器出口油气管道，第二级冷凝器的油路出口与轻油储罐之间设有第二级冷凝器所得轻油管道；

第三级冷凝器的油路出口上设有第三级冷凝器出口油气管道，第三级冷凝器的油路出口与轻油储罐之间设有第三级冷凝器所得轻油管道；

第一水箱的出水口与第一级冷凝器的水路进口之间设有第一级冷凝器的入口冷却水管道，第一级冷凝器的水路出口与第一水箱的进水口之间设有第一级冷凝器的出口冷却水管道；

第二水箱的出水口与第三级冷凝器的水路进口之间设有第三级冷凝器的入口冷却水管道；

第三级冷凝器的水路出口与第二级冷凝器的水路进口之间设有第二级冷凝器的入口冷却水管道，所述第二级冷凝器的水路出口与第一水箱的进水口之间设有第二级冷凝器的出口冷却水管道。

作为更进一步的优选方案，第一水箱上还设有第一水箱补水管道，第二水箱上还设有第二水箱补水管道。

作为更进一步的优选方案，第一级冷凝器的入口冷却水管道上具有第一水泵，所述第三级冷凝器的入口冷却水管道上具有第二水泵。

作为更进一步的优选方案，第一水箱上设有第一电加热器和第一温度检测器，所述第二水箱上设有第二电加热器和第二温度检测器。

作为更进一步的优选方案，第一水箱上设有第一水箱外排水管道，第二水箱上设有第二水箱进水管道，第一水箱外排水管道上还设有外供热水管道。

一种油气冷凝分离及余热回收利用系统的工作方法，包括以下步骤：

(1)410～420℃的高温油从高温油管道进入第一级冷凝器下部的油路进口，经冷凝后从顶部的油路出口排出，进入第一级冷凝器出口油气管道，此时高温油的温度为140～150℃；第一级冷凝器所得的重油从底部的重油管道排出，进入重油储罐；从第一水箱进入第一级冷凝器的入口冷却水管道的冷却水温度为85～95℃，在第一级冷凝器的水路中换热，换热后从第一级冷凝器的出口冷却水管道排出返回第一水箱，此时温度为88～98℃；

(2)高温油从第一级冷凝器出口油气管道进入第二级冷凝器的油路进口，经冷凝后从第二级冷凝器的油路出口排出进入第二级冷凝器出口油气管道，此时温度为70～75℃；第二级冷凝器所得的轻油从底部的轻油管道进入轻油储罐；与第二级冷凝器水路进口连接的第二级冷凝器的入口冷却水管道中冷却水温度为35～40℃，与第二级冷凝器水路出口连接的第二级冷凝器的出口冷却水管道中冷却水温度为40～45℃，排出至第一水箱；

(3)第二级冷凝器出口油气管道中高温油进入第三级冷凝器的油路，经冷凝后从第三级冷凝器出口油气管道排出，此时温度为45～50℃；第三级冷凝器所得的轻油从轻油管道排出，进入轻油储罐；从第二水箱进入第三级冷凝器的入口冷却水管道的冷却水温度为30～35℃，在第三级冷凝器的水路中换热，换热后进入第二级冷凝器的入口冷却水管道；

(4)在第一水箱中，第一级冷凝器的出口冷却水管道、第二级冷凝器的出口冷却水管道连接水箱左边，第一水箱补水管道中补水的温度为20℃，进入水箱左边；水箱中间有挡板，水箱左边的水经充分混合换热后，从挡板上方流到水箱右边；水箱右边有第一电加热器和第一温度检测器，将水加热到设定温度85～95℃后，由第一水泵送入第一级冷凝器的水路中；

(5)第一水箱中多余的热水，温度为85～95℃，进入第一水箱外排水管道，一部分进入外供热水管道，另一部分通过第二水箱进水管道进入第二水箱；

(6)在第二水箱中，第二水箱进水管道中冷却水的温度为85～95℃，第二水箱补水管道中冷却水的温度为20℃，进入水箱左边；水箱右边有第二电加热器和第二温度检测器，将水加热到设定温度30～35℃后，由第二水泵送入第三级冷凝器的水路中。

本发明与现有技术相比，具有以下有点：

(1)现有的高温油管道冷凝分离的系统及方法，主要采用多级冷凝器串联，第三级冷凝器出口温度在50℃左右。该系统及方法虽然可以保证热解油尽可能多地被冷凝收集，但是没有精确控制第一级冷凝器出口的温度，无法将热解油中的重油和轻油分开，所得油品的闪点较低，运输非常困难。

本发明将第一级冷凝器和第二三级冷凝器所用冷却介质分开，可以更加准确地控制第一级冷凝器油气出口的温度，保证在140～150℃，使得在第一级冷凝器内只有重油被冷凝下来，在第二、三级冷凝器内冷凝下来的主要是轻油。并且对重油和轻油分别收集，保证重油的闪点超过60℃，便于运输。

(2)常规的油气冷凝系统及方法，主要使用冷却水进行冷却降温。由于冷却水的入口温度为常温，因此冷凝器出口处的油气温度较低，尤其是第一级冷凝器出口处的温度，很容易低于100℃，造成第一级冷凝器过冷凝。

本发明第一级冷凝器采用85～95℃的热水进行冷却，将高温油管道从410～420℃冷却到140～150℃。采用热水进行冷却，可以防止高温油管道被过度冷凝，从而保证只有重油在第一级冷凝器内冷凝。

(3)常规的列管式冷凝器中，由于传热阻力的存在，导致管壁和管中心存在较大的温度差。在第一级冷凝器中，管壁的温度较低，使得闪点较低的轻油也冷凝下来，最终导致第一级冷凝器收集到的油品闪点也较低。

本发明在第一级冷凝器中采用85～95℃的热水进行冷却，使得冷凝管的管壁温度接近85～95℃。通过提高管壁的温度，使得油气中沸点低于85～95℃的物质不会冷凝下来，从而实现轻油和重油的分离，提高第一级冷凝器收集到的油品的闪点。

(4)常规的油气冷凝系统及方法，使用冷却水进行冷却降温，冷却水温度从室温升高到40℃左右，热量很难利用，大量的余热被浪费掉。

本发明开发了油气冷凝及余热回收利用系统及方法，将第一级冷凝器内油气的热量转化为88～98℃的热水，可对外进行供热水。同时，通过系统设计，可保证该系统正常运行时基本不需要从外界补充热量，利用油气的热量便能正常运行。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图中：1：第一级冷凝器；2：第二级冷凝器；3：第三级冷凝器；4：第一水箱；5：第二水箱；6：重油储罐；7：轻油储罐；8：第一水泵；9：第二水泵；10：第一电加热器；11：第二电加热器；12：第一温度检测器；13：第二温度检测器；14：高温油管道；15：第一级冷凝器出口油气管道；16：第二级冷凝器出口油气管道；17：第三级冷凝器出口油气管道；18：第一级冷凝器所得重油管道；19：第一级冷凝器的入口冷却水管道；20：第一级冷凝器的出口冷却水管道；21：第一水箱补水管道；22：第二级冷凝器所得轻油管道；23：第二级冷凝器的入口冷却水管道；24：第二级冷凝器的出口冷却水管道；25：第三级冷凝器所得轻油管道；26：第三级冷凝器的入口冷却水管道；27：第二水箱补水管道；28：第一水箱外排水管道；29：第二水箱进水管道；30：外供热水管道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明的一种油气冷凝分离及余热回收利用系统，包括第一级冷凝器1、第二级冷凝器2、第三级冷凝器3、第一水箱4、第二水箱5、重油储罐6、轻油储罐7；

第一级冷凝器1、第二级冷凝器2、第三级冷凝器3包含各自的油路和水路；

第一级冷凝器1的油路进口上设有高温油管道14，第一级冷凝器1的油路出口与第二级冷凝器2的油路进口之间设有第一级冷凝器出口油气管道15，第一级冷凝器1的油路出口与重油储罐6之间设有第一级冷凝器所得重油管道18；

第二级冷凝器2的油路出口与第三级冷凝器3的油路进口之间设有第二级冷凝器出口油气管道16，第二级冷凝器2的油路出口与轻油储罐7之间设有第二级冷凝器所得轻油管道22；

第三级冷凝器3的油路出口上设有第三级冷凝器出口油气管道17，第三级冷凝器3的油路出口与轻油储罐7之间设有第三级冷凝器所得轻油管道25；

第一水箱4的出水口与第一级冷凝器1的水路进口之间设有第一级冷凝器的入口冷却水管道19，第一级冷凝器1的水路出口与第一水箱4的进水口之间设有第一级冷凝器的出口冷却水管道20；

第二水箱5的出水口与第三级冷凝器3的水路进口之间设有第三级冷凝器的入口冷却水管道26；

第三级冷凝器3的水路出口与第二级冷凝器2的水路进口之间设有第二级冷凝器的入口冷却水管道23，所述第二级冷凝器2的水路出口与第一水箱4的进水口之间设有第二级冷凝器的出口冷却水管道24。

具体工艺过程为：

(1)410～420℃的高温油从高温油管道14进入第一级冷凝器1下部的油路进口，经冷凝后从顶部的油路出口排出，进入第一级冷凝器出口油气管道15，此时高温油的温度为140～150℃；第一级冷凝器1所得的重油从底部的重油管道18排出，进入重油储罐6；从第一水箱4进入第一级冷凝器的入口冷却水管道19的冷却水温度为85～95℃，在第一级冷凝器1的水路中换热，换热后从第一级冷凝器的出口冷却水管道20排出返回第一水箱4，此时温度为88～98℃；

(2)高温油从第一级冷凝器出口油气管道15进入第二级冷凝器2的油路进口，经冷凝后从第二级冷凝器2的油路出口排出进入第二级冷凝器出口油气管道16，此时温度为70～75℃；第二级冷凝器2所得的轻油从底部的轻油管道22进入轻油储罐7；与第二级冷凝器2水路进口连接的第二级冷凝器的入口冷却水管道23中冷却水温度为35～40℃，与第二级冷凝器2水路出口连接的第二级冷凝器的出口冷却水管道24中冷却水温度为40～45℃，排出至第一水箱4；

(3)第二级冷凝器出口油气管道16中高温油进入第三级冷凝器3的油路，经冷凝后从第三级冷凝器出口油气管道17排出，此时温度为45～50℃；第三级冷凝器3所得的轻油从轻油管道25排出，进入轻油储罐7；从第二水箱5进入第三级冷凝器的入口冷却水管道26的冷却水温度为30～35℃，在第三级冷凝器3的水路中换热，换热后进入第二级冷凝器的入口冷却水管道23；

(4)在第一水箱4中，第一级冷凝器的出口冷却水管道20、第二级冷凝器的出口冷却水管道24连接水箱左边，第一水箱补水管道21中补水的温度为20℃，进入水箱左边；水箱中间有挡板，水箱左边的水经充分混合换热后，从挡板上方流到水箱右边；水箱右边有第一电加热器10和第一温度检测器12，将水加热到设定温度85～95℃后，由第一水泵8送入第一级冷凝器1的水路中；

(5)第一水箱4中多余的热水，温度为85～95℃，进入第一水箱外排水管道28，一部分进入外供热水管道30，另一部分通过第二水箱进水管道29进入第二水箱5；

(6)在第二水箱5中，第二水箱进水管道29中冷却水的温度为85～95℃，第二水箱补水管道27中冷却水的温度为20℃，进入水箱左边；水箱右边有第二电加热器11和第二温度检测器13，将水加热到设定温度30～35℃后，由第二水泵9送入第三级冷凝器3的水路中。

本发明开的第一级冷凝器的冷却介质采用85～95℃的热水，保证第一级冷凝器油气出口温度在140～150℃，而第二三级冷凝器的冷却介质采用常温冷水。通过选用不同的冷却介质，保证第一级冷凝器中只有重油冷凝下来，实现重油和轻油的分离。同时，还可充分利用高温油管道的余热，可对外进行供热水。

实施例一：

(1)轮胎热解产生的高温油管道，质量为450kg/h，温度为410℃。

(2)410℃的高温油进入第一级冷凝器1的下方油路，经冷凝后排出时的温度为140℃，从顶部油路排出。第一级冷凝器所得重油管道从底部排出，进入重油储罐6。第一级冷凝器的入口冷却水管道19中水温度为85℃，从第一水箱4通过第一水泵8送入第一级冷凝器1的冷却水入口处，换热后第一级冷凝器的出口冷却水管道20中水温度为88℃，从冷却水出口处返回第一水箱4。

(3)第一级冷凝器出口油气管道15连接第二级冷凝器2的上方油路，高温油经冷凝后从第二级冷凝器出口油气管道16排出，温度为70℃，从上方排出。第二级冷凝器所得轻油从底部排出，进入轻油储罐7。第二级冷凝器的入口冷却水管道23中水温度为35℃，来自第三级冷凝器3的冷却水出口，第二级冷凝器的出口冷却水管道24中水温度为40℃，进入第一水箱4。

(4)第二级冷凝器出口油气管道16连接第三级冷凝器3的上方，高温油经冷凝后从第三级冷凝器出口油气管道17排出，温度为45℃，从上方排出。第三级冷凝器所得轻油从底部排出，也进入轻油储罐7。第三级冷凝器的入口冷却水管道26中水温度为30℃，从第二水箱5通过第二水泵9送入第三级冷凝器3的冷却水入口处，换热后第二级冷凝器的入口冷却水管道23进入第二级冷凝器2中。

(5)在第一水箱4中，第一级冷凝器的出口冷却水管道20、第二级冷凝器的出口冷却水管道24返回进入水箱左边，第一水箱补水管道21中水温度为20℃，也进入水箱左边。水箱中间有挡板，水箱左边的水经充分混合换热后，从挡板上方流到水箱右边。水箱右边有第一电加热器10和第一温度检测器12，将水加热到设定温度85℃后，由第一水泵8送入第一级冷凝器1中。

(6)第一水箱4中多余的热水，温度为85℃，为外排水，从第一水箱4中排出后，一部分进入外供热水管道30，另一部分进入第二水箱5。

(7)在第二水箱5中，第二水箱补水管道27中水温度为20℃，进入水箱左边。水箱右边有第二电加热器11和第二温度检测器13，将水加热到设定温度30℃后，由第二水泵9送入第三级冷凝器3中。

(8)每小时可外供890kg的85℃的热水，实现了油气余热的回收利用。

所有重油和轻油的收率和闪点如下表所示。

由上表可知，本专利开发的油气冷凝分离及余热回收利用系统及方法，可以实现重油和轻油的高效分离，重油的闪点超过60℃，可安全运输。

实施例二：

(1)轮胎热解产生的高温油管道，质量为450kg/h，温度为420℃。

(2)420℃的高温油进入第一级冷凝器1的下方，经冷凝后第一级冷凝器出口油气管道15中油温度为150℃，从顶部排出。第一级冷凝器所得重油从底部排出，进入重油储罐6。第一级冷凝器的入口冷却水管道19中水温度为95℃，从第一水箱4通过第一水泵8送入第一级冷凝器1的冷却水入口处，换热后第一级冷凝器的出口冷却水管道20中水温度为98℃，从冷却水出口处返回第一水箱4。

(3)第一级冷凝器出口油气管道15进入第二级冷凝器2的上方，经冷凝后第二级冷凝器出口油气管道16中油温度为75℃，从上方排出。第二级冷凝器所得轻油从底部排出，进入轻油储罐7。第二级冷凝器的入口冷却水管道23中水温度为40℃，来自第三级冷凝器3的冷却水出口，第二级冷凝器的出口冷却水管道24中水温度为45℃，进入第一水箱4。

(4)第二级冷凝器出口油气管道16进入第三级冷凝器3的上方，经冷凝后第三级冷凝器出口油气管道17中油温度为50℃，从上方排出。第三级冷凝器所得轻油管从底部排出，也进入轻油储罐7。第三级冷凝器的入口冷却水管道26中水温度为35℃，从第二水箱5通过第二水泵9送入第三级冷凝器3的冷却水入口处，换热后第二级冷凝器的入口冷却水管道23进入第二级冷凝器2中。

(5)在第一水箱4中，第一级冷凝器的出口冷却水管道20、第二级冷凝器的出口冷却水管道24返回进入水箱左边，第一水箱补水管道21中水温度为20℃，也进入水箱左边。水箱中间有挡板，水箱左边的水经充分混合换热后，从挡板上方流到水箱右边。水箱右边有第一电加热器10和第一温度检测器12，将水加热到设定温度95℃后，由第一水泵8送入第一级冷凝器1中。

(6)第一水箱4中多余的热水，温度为95℃，从第一水箱4中排出后，一部分进入外供热水管道30，另一部分进入第二水箱进水管道29。

(7)在第二水箱5中，第二水箱进水管道29中水温度为95℃，第二水箱补水管道27中水温度为20℃，进入水箱左边。水箱右边有第二电加热器11和第二温度检测器13，将水加热到设定温度35℃后，由第二水泵9送入第三级冷凝器3中。

(8)每小时可外供910kg的95℃的热水，实现了油气余热的回收利用。

所有重油和轻油的收率和闪点如下表所示。

由上表可知，本专利开发的油气冷凝分离及余热回收利用系统及方法，可以实现重油和轻油的高效分离，重油的闪点超过60℃，可安全运输。

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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。