气体输送与回收
技术原理
液环真空泵/压缩机由偏心安装的叶轮和充满工作液(通常为水或其他兼容液体)的泵腔组成。当叶轮在泵腔内旋转时,其叶片浸入工作液中,离心力形成稳定的液环,密封出一系列随转动而变化容积的输送腔室。随着叶轮继续转动,气体被吸入这些腔室并随容积缩小而被压缩,然后经排气口排出。由于压缩过程近似等温,排气温升极小(通常仅升高10~15℃),避免了高温引发的爆燃风险。同时,液环泵内部无金属对金属摩擦面,无需油润滑,工作液本身不燃不爆,使得对易燃、易爆和腐蚀性气体(如氢气、氯气)的处理更加安全可靠。
液环真空泵与液环压缩机结构基本相同,不同之处仅在于进气口和排气口的连接方式。在应用中,液环泵可作为真空抽吸设备,将气体从低压容器抽取到泵腔;而液环压缩机则将气体压入高压容器以提升压力。两者都具有结构简单、可靠性高、维护量小的特点。
工艺流程图解释
在氯碱工业等典型工艺中,电解槽将经过净化的饱和盐水进行电解(一般采用离子膜电解技术),在阴极产生氢气,在阳极产生氯气。电解反应的化学方程为:
2NaCl+2H₂O→Cl₂+2NaOH+H₂,
阳极放出氯气,阴极放出氢气。产生的湿气体首先在气液分离装置中与电解槽中的碱液分离,去除附带的液滴和杂质。
下游的液环真空泵系统(可包括真空泵或液环风机)通常用于从电解槽或分离罐抽气,以维持电解槽内适当的负压并防止气体逸散。液环泵抽取的气体被送入压缩机。液环压缩机将氢气和氯气进行一级或多级压缩,以达到下一步工艺所需的压力。例如,部分氯碱厂将压缩后的氯气和氢气送入硫酸/盐酸工段合成盐酸;或根据需要将氯气进一步干燥、冷凝液化后进入储罐。
压缩后气体进入冷凝器,通过冷却去除压缩时产生的热量和气体中的水分。对于氯气,可进一步冷却至液化点(-30℃左右)实现液化储存,提高运输和储存安全。氢气经过适当冷却也会进入**缓冲罐**或储存装置,用于稳定供应给下游工艺或最终储存。缓冲罐起到稳定压力、均衡流量的作用,防止系统中断导致压力波动。整个系统中,液环真空泵/压缩机由于其密封性好、可耐受气体中的水蒸汽和杂质,非常适合连续运行和自动化生产的要求。
技术优势
等温压缩与低温升: 水环压缩机通过液环的冷却作用实现近似等温压缩,排气温度仅比进气温度高10~15℃。这一特性使压缩过程中的温升极低,大大降低了氢气、氯气等易燃易爆气体因温度过高而引发爆炸的风险。
耐腐蚀与宽介质适应性: 液环泵的密封液层能有效隔离腐蚀性气体,如氯气,对内部零件起到保护作用。其结构可处理含水蒸气、凝结液甚至微小颗粒等混合气体,无需额外干燥或过滤。这种适应性使液环设备在含湿或含杂质气体的场景下也能稳定运行。
结构简单、维护成本低: 液环泵仅含一个旋转叶轮作为运动部件,无金属对金属摩擦,无需润滑系统,磨损极小。叶轮与泵体之间的间隙可由液环自动补偿调节,进一步降低了磨耗和维修需求。与活塞式或螺杆压缩机相比,液环设备构造更简单、故障率更低,维护工作量显著减少。
高安全性: 由于液环泵运行中无电火花源,且液环对气体冲击起到缓冲作用,有助于抑制压力突变。此外,工作液对气体的冷却效应可抑制压缩时的温度上升,进一步降低了爆炸风险。这些特点使液环泵/压缩机特别适用于需要极高安全性的场合(如爆炸危险区或无人值守环境)。
低噪音、低振动: 液环泵运行平稳,振动和噪声水平显著低于许多传统压缩机,改善了工作环境并减少对安装基础的要求。
行业应用场景
石油化工: 液环泵广泛用于石油、天然气和化工厂的气体回收与输送。典型应用包括油气田的火炬/尾气回收和炼油厂的废气处理。由于液环泵可处理含有水分或杂质的气体且具备防爆特性,它们非常适合现场复杂条件下的连续运行。
氯碱工业: 在氯碱厂电解制碱过程中产生大量氯气和氢气。这些气体必须被安全地抽取、压缩并送往下游工段(例如盐酸或聚氯乙烯的生产)。液环泵/压缩机因其耐腐蚀、低压缩比以及在爆炸危险气体环境中的可靠性而被广泛采用。
聚氯乙烯工业: PVC生产中产生的副产气(如氯化氢)需要回收循环利用。液环压缩机常用于压缩氯化氢等废气,使其在冷凝后制成盐酸或送回工艺中重复利用。这一过程可提高资源利用率并降低排放。
尾气回收处理: 在各类工业废气和尾气处理中,液环泵可用于压缩和输送含有蒸汽或酸性成分的气体流。例如,化工装置、焚烧厂或垃圾填埋场等的氢氟碳化物、可燃气或有机废气可通过液环压缩机处理并回收利用。
煤矿瓦斯抽放: 水环真空泵是煤矿瓦斯等易燃气体安全抽放的核心设备。在煤矿井下或地面抽采系统中,水环泵提供所需负压,将瓦斯(主要是甲烷)抽出并压送至处理或排放系统,同时避免了电火花引发的安全隐患。
天然气回收: 液环压缩机也用于天然气、沼气等可燃气体的中低压回收压缩。应用包括油田伴生气、石油炼厂厂界气体和城镇燃气站的尾气回收等。通过高效压缩和循环利用,可减少对大气的甲烷排放并提高燃料利用率。