冷凝回收四氧化二氮废气资源的系统及工艺技术方案

本发明专利技术提供一种冷凝回收四氧化二氮废气资源的系统及工艺，属于废气处理领域，其包括冷凝换热器、气液分离器、电动调节阀、冷凝液收集罐和低温冷水机组、乙二醇水溶液缓冲及膨胀罐；含有四氧化二氮蒸汽的废气管路进入所述冷凝换热器，所述冷凝换热器的气液混合物出口管路连接所述气液分离器，所述气液分离器通过气体连通管与所述冷凝液收集罐连接。在系统中，低温冷水机组提供冷量将乙二醇水溶液温度降至操作温度，乙二醇水溶液通过热交换对含有四氧化二氮蒸汽的废气进行冷却，达到过饱和状态，经过气液分离，实现四氧化二氮回收。此工艺中乙二醇水溶液既是中间热量传递工质，也是蓄冷工质，保证系统平稳运行。

【技术实现步骤摘要】
冷凝回收四氧化二氮废气资源的系统及工艺
本专利技术属于废气处理领域，具体涉及火箭液体推进剂废气处理的工艺流程和关键技术。
技术介绍
四氧化二氮是最广泛使用的火箭推进剂之一，广泛应用于航天发射和武器装备科研试验领域。在转注、加注、库房回流、调温、各种设备调校等工作过程中，都会产生大量废气。依据GB5044-85《职业性接触毒物危害程度分级》，属于高毒物质。长期以来，废气多通过高空排放，或燃烧，或溶液吸收等方式处理，既增加了成本，造成了二次污染，同时也造成较大的资源浪费。对混合气体冷却至一定温度时，当某种成分达到过饱和状态，可实现冷凝回收。四氧化二氮冷凝回收的难度在于必须使回收的产品技术指标满足国家标准规范要求，否则产生需要处理的新有害物质，冷凝回收失去意义。本专利技术解决了在不压缩条件下如何实现四氧化二氮废气高效冷凝回收的问题，同时回收后的产品技术指标满足国家标准规范要求。
技术实现思路
鉴于本领域存在的以上问题，本专利技术的目的是公开一种用于四氧化二氮废气冷凝回收的工艺流程、关键工艺技术和工程设计主要工艺参数选取及相互比例关系。利用本专利技术，即可进行工程应用设计，对推进剂作业中四氧化二氮废气进行冷凝回收处理，实现大部分资源回收利用，在减少环境污染的同时，提高后端处理装置处理废气效率和效果。本专利技术具体提出冷凝回收四氧化二氮废气资源的系统及工艺。实现本专利技术上述目的技术方案为：一种冷凝回收四氧化二氮废气资源的系统，包括冷凝换热器、气液分离器、电动调节阀、冷凝液收集罐和低温冷水机组、乙二醇水溶液缓冲及膨胀罐；含有四氧化二氮蒸汽的废气管路进入所述冷凝换热器，所述冷凝换热器的气液混合物出口管路连接所述气液分离器，所述气液分离器通过气体连通管与所述冷凝液收集罐连接；所述冷凝换热器以乙二醇水溶液为冷媒，所述冷凝换热器通过冷媒管路连接所述低温冷水机组，所述低温冷水机组连接乙二醇水溶液缓冲及膨胀罐，所述缓冲及膨胀罐连接所述冷凝换热器。其中，所述冷凝换热器按照废气向下流动的方式斜置，冷凝换热器是列管式，废气走管程，废气向下流动的路径与水平面的夹角为3～60°，冷凝后排出气液混合物的出口位于冷凝换热器最低处。用气体流动的冲力及时将冷凝液吹入气液分离器，保持较高换热效率；同时使冷凝换热器内不留存冷凝液。其中，在所述废气出口管路上设置用来调节控制系统废气流量的电动调节阀。电动调节阀放置在系统后端，而不是前端，减小废气在冷凝回收过程中的减压膨胀程度，最大限度实现冷凝过程中四氧化二氮处于过饱和状态，提高回收效率。优选地，所述气液分离器中部通过气体连通管与所述冷凝液收集罐的顶部(气相空间)连接。气液分离器底部通过液体管路与所述冷凝液收集罐下部(液相空间)连接(液体管路伸入的位置距罐底约2～10％高度处)。在冷凝回收过程中，当冷凝液收集罐和气液分离器气相空间连通，利用重力，冷凝液自流至收集罐中、不用抽负压，而现有技术收集罐需抽负压；同时在冷凝回收工作结束后，当收集罐液体温度升高后，起到增大容器气相空间的目的，增加系统的安全性。其中，所述低温冷水机组采用双压缩机并联形式，带有PLC控制系统，功率调解输出的方式为无级调节。以适应实际应用中废气处理流量在设计范围内较大波动变化情况，提高机组运行效率、运行的稳定性、系统的可靠性。优选地，在所述低温冷水机组连接缓冲及膨胀罐的管路上设置有乙二醇水溶液循环泵。乙二醇溶液循环泵处于低温冷水机组和乙二醇溶液缓冲膨胀罐之间，而不是低温冷水机组和冷凝换热器之间，最高效和可靠保证冷凝温度符合控制要求。其中，系统中与四氧化二氮接触的部件为聚四氟乙烯材质或奥氏体不锈钢的材质。聚四氟乙烯或奥氏体不锈钢与四氧化二氮一级相容，从而使用过程中四氧化二氮对部件不造成腐蚀破坏，部件不会污染四氧化二氮。本系统设置乙二醇溶液缓冲及膨胀罐，根据处理废气设计流量规模设计其容积，满足系统乙二醇水溶液总体积要求，合适的液体容量及气体空间起到三个作用：一是保证系统冷凝温度稳定，低温冷水机组稳定运行，调节平缓；二是当乙二醇水溶液热胀冷缩时起到膨胀箱作用；三是保证系统能在启动后较短时间内运行。一种双循环冷凝回收四氧化二氮废气资源的工艺，包括：低温水冷机组提供冷量将乙二醇水溶液制冷，然后乙二醇水溶液进入冷凝换热器通过热交换将含有四氧化二氮蒸汽的废气冷却至过饱和状态，再经气液分离，将液体四氧化二氮收集回收；乙二醇水溶液冷却废气后进入缓冲膨胀罐缓冲，再进入低温水冷机组循环运行；系统工艺参数和废气处理流量按比例关系进行设计，所述工艺参数包括低温冷水机组功率、乙二醇水溶液总体积、冷凝换热器功率。进一步地，所述含有四氧化二氮蒸汽的废气的温度为0～18℃，进入冷凝换热器的乙二醇水溶液的温度为-10～-5℃，含有四氧化二氮蒸汽的废气被冷却至-9～-2℃。其中，根据废气处理流量按比例放大工艺参数：对于废气流量为100m3/h的系统，所述低温水冷机组的制冷功率为20～30kW，乙二醇水溶液的总体积为0.2～0.4m3；对于废气处理流量为300m3/h的系统，所述低温水冷机组的制冷功率为75～85kW，乙二醇水溶液的总体积为0.6～1.2m3。工艺参数设计的具体内容见表1。表1工程设计主要工艺参数选取及相互比例关系表本工艺通过对含有四氧化二氮蒸汽的废气进行冷却，达到过饱和状态，实现冷凝回收。采用“低温水冷机组”和“乙二醇水溶液”双循环冷却系统实现四氧化二氮废气的冷却目的。以低温水冷机组作为冷源，将产生的冷能传递给乙二醇水溶液，然后再传递至需要冷凝回收的废气，形成气液混合物，经过气液分离，实现四氧化二氮冷凝回收。此工艺中乙二醇水溶液既是中间热量传递工质，也是蓄冷工质，保证系统平稳运行。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术公开了一种用于四氧化二氮废气冷凝回收的工艺流程、关键技术、工程设计应用主要工艺参数选取及相互比例关系，利用本专利技术提供的工艺流程、关键技术及工程设计参数设计的工程系统，具有运行平稳，回收效率高的特点。应用本专利技术的工艺技术，四氧化二氮废气冷凝回收效率可≥90％。本专利技术同时可作为是一种从废气中生产少量高纯四氧化二氮的工艺方法，回收后的四氧化二氮纯度≥99.5％。附图说明图1为本专利技术用于处理四氧化二氮废气的工艺流程图。图中，1、废气入口；2、电动球阀；3、温度计及传感变送器；4流量计；5、压力表及传感变送器；6、废气冷凝换热器；7、气液分离器；8、电动调节阀；9、冷凝液收集罐；10、低温水冷机组；11、循环泵；12、乙二醇溶液缓冲及膨胀罐；13、液位计及传感变送器；14、气体连通管；15、截止阀；16、安全阀。图中形状相同的符号标志代表同种设备或仪表。具体实施方式下面通过最佳实施例来说明本专利技术。本领域技术人员所应知的是，实施例只用来说明本专利技术而不是用来限制本专利技术的范围。实施例中，如无特别说明，所用手段均为本领域常规的手段。实施例1参见图1，一种双循环冷凝回收四氧化二氮废气资源的系统，包括冷凝换热器6、气液分离器7、电动调节阀8、冷凝液收集罐9和低温冷水机组10、循环泵11、乙二醇溶液缓冲及膨胀罐12；含有四氧化二氮蒸汽的废气管路进入所述冷凝换热器6，所述冷凝换热器6的气液混合物出口管路连接所述气液分离器7，所述气液分离器7底部通过液体管路与所述冷凝液收集罐9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷凝回收四氧化二氮废气资源的系统，其特征在于，包括冷凝换热器(6)、气液分离器(7)、电动调节阀(8)、冷凝液收集罐(9)和低温冷水机组(10)、乙二醇水溶液缓冲及膨胀罐(12)；含有四氧化二氮蒸汽的废气管路进入所述冷凝换热器(6)，所述冷凝换热器(6)的气液混合物出口管路连接所述气液分离器(7)，所述气液分离器(7)通过气体连通管(14)与所述冷凝液收集罐(9)连接；所述冷凝换热器(6)以乙二醇水溶液为冷媒，所述冷凝换热器(6)通过冷媒管路连接所述低温冷水机组(10)，所述低温冷水机组(10)连接乙二醇水溶液缓冲及膨胀罐(12)，所述缓冲及膨胀罐(12)连接所述冷凝换热器(6)。

【技术特征摘要】
1.一种冷凝回收四氧化二氮废气资源的系统，其特征在于，包括冷凝换热器(6)、气液分离器(7)、电动调节阀(8)、冷凝液收集罐(9)和低温冷水机组(10)、乙二醇水溶液缓冲及膨胀罐(12)；含有四氧化二氮蒸汽的废气管路进入所述冷凝换热器(6)，所述冷凝换热器(6)的气液混合物出口管路连接所述气液分离器(7)，所述气液分离器(7)通过气体连通管(14)与所述冷凝液收集罐(9)连接；所述冷凝换热器(6)以乙二醇水溶液为冷媒，所述冷凝换热器(6)通过冷媒管路连接所述低温冷水机组(10)，所述低温冷水机组(10)连接乙二醇水溶液缓冲及膨胀罐(12)，所述缓冲及膨胀罐(12)连接所述冷凝换热器(6)。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷凝换热器(6)按照废气向下流动的方式斜置，冷凝换热器是列管式，废气走管程，废气向下流动的路径与水平面的夹角为3～60°，冷凝后排出气液混合物的出口位于冷凝换热器最低处。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述气液分离器顶部设置有废气出口管路，在所述废气出口管路上设置用来调节控制系统废气流量的电动调节阀(8)。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气液分离器(7)中部通过气体连通管(14)与所述冷凝液收集罐(9)的顶部连接，气液分离器(7)底部通过液体管路与所述冷凝液收集罐(9)下部连接。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低温冷水机组(10)采用双压缩机并联形...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立清，李珍，候瑞琴，方艺杰，赵光瑞，焦天恕，黄凌志，丛继信，侯子文，何聪，武纬，金梦超，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三六零五部队，中国人民解放军六三九一八部队，
类型：发明
国别省市：甘肃,62