[发明专利]一种连续脱除燃油中溶解氧的装置及脱除方法

说明书

本发明公开了一种连续脱除燃油中溶解氧的装置，其包括：外壳(2)；进液口(8)；排液口(3)；进气口(11)；排气口(9)；旋转轴(1)；圆盘(15)，所述圆盘(15)的上端面沿轴向固定布置多个侧壁有孔的动环隙筒(6)，所述动环隙筒(6)内填充有亲油性分散填料(14)；液体再分布管(4)。本发明还公开了使用所述的装置连续脱除燃油中溶解氧的方法。使用本发明的装置脱除燃油中的溶解氧，具有连续性好、处理成本低、脱除效果好的优点；可在室温下将燃油中的溶解氧脱除至10ppb以下。

技术领域

本发明属于石油化工设备技术领域，具体涉及一种连续脱除燃油中溶解氧的装置。

背景技术

燃油中的溶解氧是热氧化反应的主要反应物，当燃料油自身温度达到420K后，燃油中的溶解氧将与油中的烃类化合物(尤其是芳香烃化合物)发生热氧化反应直到溶解氧消耗殆尽(420-650K)，该过程形成大量热氧化沉积物或结焦物。在航空航天领域，当航空煤油在换热器中与冷却空气进行换热时，随着温度升高热氧化进程逐渐加深，此时生成的热氧化沉积物会沉积在换热器内壁面，导致换热器传热阻力增大，降低了冷却效果，严重时还可能堵塞喷嘴、油滤等关键部件，影响飞机发动机的可靠运行。脱除燃油中的溶解氧是抑制热氧化反应的重要方法。常温下，RP-3煤油中的溶解氧浓度约为70ppm，Ervin等人研究认为，将初始溶解氧浓度降至5ppm以下的可以有效抑制热氧化结焦。

现在燃油中的溶解氧的脱除方法主要有两种：氮气脱氧及膜脱氧。氮气脱氧为经典的物理方法，该方法一般通过用惰性气体(通常为氮气)喷射燃料来去除燃料中的溶解氧；在使用氮气喷射的过程中，在扩散效应的作用下，溶解氧从高浓度区域迁移到低浓度区域，最终有效地将溶解氧从燃料中迁移到惰性气体中。但是该方法在应用过程中存在明显的缺陷。首先氮气脱氧法的连续性差，一般用于间歇脱氧，如实验室研究溶解氧脱除的效果评价或者是在燃油加注过程；其次要达到一定的脱氧精度需要持续地通入过量氮气，导致氮气与燃油的体积比为10～50，时间长、耗气多，脱氧装置体积庞大。

膜脱氧为联合技术研究中心的研究人员Spadaccini等人(2001)及Spadaccini和Huang(2003)开发的，该方法基于膜过滤器，其中富氧燃油在膜的一侧流动，惰性气体如氮气(在一些情况下是真空)施加在另一侧。膜两侧氧分压的差异导致溶解氧从燃油侧扩散到膜的另一侧。使用氮气作为净化气体，该膜系统能够将氧气去除到低于1ppm的水平。然而，这种技术也具有一些局限性，如膜污染严重、膜泄漏/破裂问题、维持真空所需的能量消耗大等；同时为了保证脱氧的精度，需要较高的燃油入口温度，要对燃油进行预热处理，增加了能量消耗。

现阶段燃油脱氧方面的相关专利数量不多，仅仅只有不到10篇，代表专利有“一种航空航天燃油在线连续脱水脱氧的方法”(专利公开号为：CN103816697A)、“防爆型燃油脱水脱氧装置”(专利公开号为：CN206304397U)及“一种基于自适应控制的燃油脱水脱氧设备控制方法”(专利公开号为：CN106873361A)等。这些专利多使用一级或者多级静态管道混合器来加强燃油与氮气之间的混合效果。但是这些脱除燃油中溶解氧的方法存在以下问题：一方面氮气与燃油之间的接触面积不够充分，为了保证溶解氧脱除效果，常使用多级分离，增加了设备重量；另一方面由于氮气与燃油之间的接触会导致泡沫生成，而后续油气分离设备又会增加设备重量，且后续分离效果不佳会使得氮气中带油多。超重力技术及装置被应用于脱除废水、油田注水、锅炉水及食品饮料用水中的溶解氧，国内已有相关专利及文献报道，如“油田注水脱氧的方法”(专利公开号为：CN1064338)、“一种制备啤酒及饮料行业用脱氧水的脱氧装置”(专利公开号为：CN2578310)及“用超重力技术进行锅炉给水脱氧”(2002)。目前超重力技术及装置用于脱除燃油中的溶解氧还未见报道，并且燃油体系与水体系有着根本上的差异，燃油中的饱和溶解氧的数值要远远高于水中饱和溶解氧的数值，通常为水中饱和溶氧值几十倍甚至上百倍，用于脱除水中溶解氧的技术不能有效脱除燃油中的溶解氧，因此燃油脱氧要比水脱氧更加困难。

发明内容