基于低温吸收-蓄热氧化的油气回收技术研究

(a)填料蓄热能力试验

在试验中，用一台离心式鼓风机为蓄热床送风，风量为85m3/h左右，鼓风机将风送入安装有一个可控硅加热器的容器内，给通过蓄热床的空气加热，在出口处安装有热电偶测温仪测温，经加热后的空气通过填料床，通过改变填料及床层高度，测定由不同填料组成的蓄热床的透热时间。在本试验中透热时间定义为在进口气体温度保持不变的条件下，出口气体温度上升到60℃时所需要的时间。透热时间在一定程度上反映了蓄热填料的吸放热速度和热容量，能够较好反映蓄热体的蓄热特性，以此来衡量不同填料的蓄热性能。

先进行Φ5mm瓷球试验，在入口温度控制为400℃，填料层高度分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5m下测量出口温度上升到60℃时所需的时间并进行记录。然后更换填料，按照Φ5mm试验方法，依次对Φ10mm瓷球、Φ20mm瓷球和Φ20mm瓷环进行试验，试验结果如图4所示。

由图4可以看出，在同一床层高度下，瓷球直径小的透热时间长，说明瓷球直径越小，其蓄热能力越强，所以蓄热床的透热时间也越长。这是因为瓷球直径越小，其比表面积越大，换热面积越大，吸热速度越快，同时，小瓷球透热深度越小，体积利用率越高，所以蓄热性能较好。同一直径的Φ20mm瓷球与Φ20mm瓷环在同一床层高度的条件下，瓷球透热时间长，说明瓷球的蓄热能力越强，这是由于瓷球的堆积密度大的原因造成的。另外床层高度越大，透热时间越长，但随着瓷球直径的减小，这种影响也逐渐减小。

由此可得试验结论：四种填料蓄热能力高低排序为Φ5mm瓷球>Φ10mm瓷球>Φ20mm瓷球>Φ20mm瓷环。

(b)填料阻力特性试验

影响气体通过球床蓄热室阻力损失的因素有气体的性质、气体的流速、球床的结构。对于本试验，蓄热室由相同规格的耐火填料构成，在气体性质、气体流速、球床结构等相同的条件下，改变填料的规格和填料的高度，来考察各种填料的阻力特性。此试验中加热器不工作，用鼓风机直接将空气送入填料床中，固定风量为85m3/h，气体的空室流速为0.7m/s，蓄热床层的压降由液柱式压差计测量测出，床层压降随球床高度变化见图5。

由图5可以看出，在相同床层高度的前提下，瓷球的压力损失随直径的增大而减小，因为瓷球的直径越大，其空隙率也越大，气体通过的压降就越小，操作费用就越低;同一填料，蓄热室的压力损失随床层高度的增加而增大，且在试验条件下基本成线性关系;而对于同样尺寸的瓷球与瓷环来说，由于瓷环的形状因素，Φ20mm瓷球的阻力特性优于Φ20mm瓷环。

由此可得试验结论：单从阻力特性看，Φ5mm瓷球>Φ10mm瓷球>Φ20mm瓷环>Φ20mm瓷球，在选用填料时应该是考虑阻力较小的填料。

综合两次试验数据，考虑填料要有较好的蓄热能力但又要求通过阻力不能过大，得出Ф10mm的陶瓷小球性能最优，故选择Ф10mm的陶瓷小球。

2.2.2蓄热氧化器处理煤油-甲苯油气试验

试验装置流程示意图如图6所示，蓄热氧化器为250×900×1400的三床RTO，填料为Φ10mm陶瓷球，使用4根硅碳棒(共6kW)每次启动时加热。油气处理量约100m3/h，试验处理的油气是来自吸收塔的煤油气加入甲苯蒸汽的混合气，含甲苯浓度1~40g/m3;氧化区温度为800~850℃。本试验中配气风机未开，吸收塔与洗涤气风机根据需要开启。RTO入口与出口气体中甲苯浓度测定方法同上。本试验主要考察洗涤气开启与否、氧化区温度和油气浓度对甲苯氧化处理效率的影响。

(a)未开洗涤气风机

RTO入口风量74m3/h，塔内煤油流量0.4m3/h，煤油气含甲苯6g/m3。三床的气动阀自由切换，间隔2min。因为洗涤气全开时会影响RTO入口风量，故洗涤气风机在本次试验未开。试验结果见表1。可见，小于720℃时氧化率低于60%;在770~840℃内氧化去除率在81.4%~91.3%之间，氧化去除率较低。这主要是因为洗涤气未开，填料层含有上次进气时残留的甲苯油气，因此洗涤气不可缺省。