установка для эксплуатации наливных емкостей для легколетучих органических соединений

Формула изобретения

1. Установка для эксплуатации наливных емкостей для легколетучих органических жидкостей, включающая адсорбционный фильтр, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена двумя дыхательными клапанными узлами, а адсорбционный фильтр выполнен в виде установленных коаксиально относительно друг друга впускной, поглотительной и периферийной выпускной камер, причем один из дыхательных клапанных узлов размещен в нижней части впускной камеры с разделением ее на две изолированные герметичные полости и подсоединен к наливной емкости, а другой дыхательный клапанный узел подключен к периферийной выпускной камере и сообщается с атмосферой.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что объемы периферийной выпускной, поглотительной и впускной камер связаны между собой следующим соотношением 1 : 20 - 25 : 1.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена линией слива с запорным вентилем, соединяющей верхнюю часть наливной емкости с нижней частью впускной камеры.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве адсорбента используют активированный уголь с суммарным объемом пор 1,2 - 1,55 см³/г и с объемом средних и крупных микропор в эффективном диапазоне радиусов 0,2 - 0,35 см³/г.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области хранения, налива и отпуска потребителям легких органических соединений таких как топлива, растворители, углеводороды и хлорированные углеводороды, бензин, ацетон, четыреххлористый углерод и трихлорэтилен, и может быть использовано при эксплуатации наливных емкостей, например, на автозаправочных станциях.

Известна установка для хранения легколетучих соединений, содержащая емкость и адсорбционный фильтр, предназначенный для поглощения паров легколетучих компонентов (Пат. США N 1 459 451, кл. 55-58, 1922). Фильтр работает до полного насыщения адсорбента парами легколетучих компонентов, после чего производят его замену.

Недостатком известной установки является ее неэкономичность, обусловленная необходимостью постоянной замены адсорбционных фильтров.

Известен также резервуар для хранения нефти, содержащий корпус, на крышке которого установлен дыхательный клапан, и приспособление для сокращения потерь нефтепродукта, выполненное в виде струйного насоса (Авт. свид. СССР N 874 496, B 65 D 88/08, 1981). Указанное устройство решает проблему утечки легколетучих компонентов нефти за счет частичной конденсации паров, но обладает достаточно сложной конструкцией.

Наиболее близкой к предлагаемой установке по технической сущности и достигаемому результату является установка для предотвращения утечки легколетучих компонентов из резервуаров (см. Пат. США N 5 294 246, кл. 95-15, 1994). В известном устройстве паровоздушная смесь (ПВС) из емкости поступает в фильтр, содержащий в качестве адсорбента, например, обычный активированный уголь, а затем выбрасывается в атмосферу. При насыщении активированного угля парами легколетучих компонентов производят перекрытие линии подачи ПВС на адсорбцию и начинают десорбцию адсорбента подключением адсорбционного фильтра к линии вакуумного насоса.

Недостатком известной установки является ее сложность, обусловленная необходимостью проведения десорбции адсорбента в условиях вакуума, сложная система контроля за работой установки, и необходимость частой вакуумной регенерации адсорбента ввиду невысокой емкости используемого активированного угля.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции установки и снижение затрат на ее эксплуатацию.

Поставленная задача решается установкой для эксплуатации наливных емкостей для легколетучих органических соединений, включающей адсорбционный фильтр, которая согласно изобретению снабжена двумя дыхательными клапанными узлами, а адсорбционный фильтр выполнен в виде установленных коаксиально относительно друг друга впускной, поглотительной и периферийной выпускной камер, причем один из дыхательных клапанных узлов размещен в нижней части впускной камеры с разделением ее на две изолированные герметичные полости и подсоединен к наливной емкости, а другой дыхательный клапанный узел подключен к периферийной выпускной камере и сообщается с атмосферой.

В предпочтительных вариантах выполнения установки:

- в качестве адсорбента поглотительной камеры используют активированный уголь с суммарным объемом пор 1,2-1,55 куб. см/г и с объемом средних и крупных микропор в эффективном диапазоне радиусов 0,2 - 0,35 куб. см/г;

- объемы периферийной выпускной, поглотительной и впускной камер связаны между собой соотношением 1: 20-25- 1.

Желательно также установку снабжать линией слива с запорным вентилем, соединяющей верхнюю часть наливной емкости с нижней частью впускной камеры.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного варианта его выполнения и сопровождающим чертежом, на котором схематично изображена установка для эксплуатации наливных емкостей для легколетучих органических соединений согласно изобретению.

Установка содержит установленный над наливной емкостью 1, заполняемой периодически в процессе эксплуатации легколетучей органической жидкостью, например, бензином, адсорбционный фильтр 2. Фильтр 2 содержит поглотительную камеру 3, заполненную материалом- адсорбентом, поглощающим пары топлива. Крышка 4 фильтра 2 ограничивает впускную камеру 5, расположенную внутри кольцеобразного слоя материала-адсорбента. По другую сторону от слоя имеется выпускная камера 6, полость которой сообщается с атмосферой через дыхательный клапанный узел 7, Впускная камера 5 разделена на две полости 8,9 посредством второго дыхательного клапанного узла 10, размещенного в ее нижней части. Обе полости впускной камеры 5 расположены на одной вертикальной оси. Поглощающий слой материала-адсорбента расположен на одной горизонтальной оси с верхней полостью 8 впускной камеры 5 по обе ее стороны. В нижнюю полость 9 впускной камеры 5 выведена труба 11 для прохода паров топлива, подсоединенная ко второму дыхательному клапанному узлу 7, а затем в слой адсорбента, поглощающего их. Дыхательные клапанные узлы 7 и 10 содержат независимо регулируемые (настраиваемые) прямые 12, 13 и обратные 14, 15 клапаны. Благодаря этому камера 5 может служить ловушкой для жидкого топлива, конденсирующегося в ней при некоторых условиях эксплуатации. Повышенное давление паров над атмосферным в фильтре 2 на стадии поглощения и пониженное на стадии десорбции вместе с использованием специального активированного угля, имеющего улучшенные адсорбционно-десорбционные характеристики в целевом направлении, частично совмещают адсорбционно-десорбционный процесс с компрессионным эффектом и увеличивают равновесную рабочую емкость устройства.

С этой целью в качестве адсорбента может быть использован активированный уголь с суммарным объемом пор 1,2-1,55 куб. см/г и с объемом средних и крупных микропор в эффективном диапазоне радиусов 0,2 - 0,35 куб. см/г, а объемы периферийной выпускной 6, поглотительной 3 и впускной 5 камер устанавливают соответствующими следующему соотношению: 1:20-25:1. Кроме того, установка снабжена линией слива 16 с запорным вентилем 17, соединяющей верхнюю часть наливной емкости 1 с нижней полостью 9 впускной камеры 5.

Сущность изобретения заключается в следующем. Летучие органические соединения (ЛОС) обычно хранятся при давлении и температуре окружающего пространства в емкостях низкого давления. Внутри емкости устанавливается равновесие между жидкой и паровой фазами вещества. При наливе и опорожнении емкости, а также (в меньшей степени) при колебаниях температуры давление внутри емкости меняется. Во избежание разрыва емкости при увеличении внутреннего давления емкость необходимо вентилировать. Поскольку эти пары содержат значительное количество ЛОС, из-за требований охраны окружающей среды они не могут сбрасываться в атмосферу без очистки.

В процессе термического расширения парового пространства емкости или же при ее наливе давление пара растет, пары выходят из емкости и попадают в адсорбер. Там ЛОС поглощаются адсорбентом, например активированным углем, а инертный газ (воздух) выходит в атмосферу. Адсорбированные пары десорбируются из адсорбента потоком воздуха или инертного газа при последующем снижении давления в емкости в процессе раздачи углеводородного топлива или иного ЛОС потребителям или же при снижении температуры емкости. Воздух или инертный газ, насыщенный ЛОС, поступает назад в емкость.

Пары ЛОС из-за расширения или выдавливания при наливе выходят из емкости 1. Рост давления выше заданной величины вызывает открытие клапана 13 и, несколько позже, клапана 12. Пары ЛОС поглощаются в адсорбере 3 с кольцевым слоем активированного угля. Пропорциональное открытие клапанов обеспечивает повышение давления в фильтре 2 в заранее установленном режиме, позволяя избежать существенного роста температуры слоя активированного угля при адсорбции и естественного снижения емкости поглощения. Когда давление в емкости 1 упадет ниже установочных точек клапанов 12 и 13, - клапаны закрываются.

Пары ЛОС десорбируются в поток чистого инертного газа или воздуха под действием разрежения, создающегося в емкости в результате термического сжатия или понижения уровня жидкости при раздаче продукта. Падение давления вызывает открытие вначале клапана 15 и, позже, - клапана 14, Клапаны 12 и 13 закрыты. Пропорциональное открытие и закрытие клапанов обеспечивает мягкие условия десорбции, позволяя избежать значительного снижения температуры слоя активированного угля при десорбции и естественного снижения эффективности десорбции. В процессе десорбции теплота изолированной внутренней кольцевой стенки камеры 3 передается охлаждающемуся слою адсорбента, так что температура стенки становится ниже наружных слоев адсорбента и корпуса фильтра 2. Это приводит к тому, что десорбирующиеся пары становятся пересыщенными по отношению к температуре стенки камеры 3; часть ЛОС конденсируется и стекает в нижнюю часть 9 впускной камеры 5, после чего через вентиль 17 периодически сливается в емкость 1.

В предпочтительном варианте рабочее разрежение открытия клапанов 14, 15 выбирается наибольшим, причем рабочая точка клапана 14 больше, чем клапана 15; последняя выбирается минимальной только для отсечения газовой подушки емкости 1 в нейтральном положении. В нейтральном положении все клапаны плотно закрыты, что является препятствием возможному поглощению примесей из атмосферы и перманентному поглощению паров ЛОС из емкости в статических условиях. Максимальная величина разрежения определяется конструкцией емкости и производительностью раздаточного насоса.

Рабочее давление открытия клапанов 12, 13 также выбирается наибольшим, при этом рабочая точка клапана 12 больше, чем клапана 13: последняя выбирается минимальной только для отсечения газовой подушки емкости 1 в нейтральном положении. Максимальная величина подпора определяется нормами эксплуатации емкости.

Адсорбент, использованный в адсорбере, подобран специально для каждого конкретного ЛОС, исходя из адсорбционно-десорбционных характеристик активированного угля. В предпочтительном варианте используется активированный уголь с более узким по сравнению с традиционным распределением пор по размерам в заданном диапазоне размеров средних и крупных микропор.

Размер адсорбера и количество адсорбента выбирается исходя из объема емкости с ЛОС и способа настройки клапанной системы так, чтобы адсорбер поглотил максимальное количество паров ЛОС, которые десорбируются назад в объем паровой подушки емкости за установленный период времени.

На стадии адсорбции практически все пары ЛОС адсорбируются активированным углем и не выходят в атмосферу. Поглощение составляет до 90-95% в зависимости от настройки клапанов и достигает 97% в случае повышения разницы давления на стадии адсорбции и десорбции более 250 мм вод. ст.

На стадии десорбции используется естественный источник вакуума за счет разрежения в газовой подушке емкости при понижении уровня жидкости или снижения температуры. Десорбция происходит при любой подходящей температуре. Лучше, если этап десорбции происходит при обычной температуре в отсутствие внешнего нагревания или охлаждения. Величина разрежения определяется конструктивными особенностями емкости, и в предпочтительном варианте составляет 25-40 мм вод. ст., при этом эффективность работы системы возрастает до 97%.

Селективно открываемые и закрываемые клапаны 12-15 работают с использованием различных типов промышленных автоматических клапанов. В предпочтительном варианте по соотношению цена-эффективность наиболее надежна механическая система с фиксированным усилием открытия и закрытия клапанов, хотя может использоваться и иная, например, промышленная система автоматического регулирования. Элементы этого регулирования могут быть пневматическими, электронными, гидравлическими, электромеханическими, электрическими, механическими и сочетанием этих компонентов. В предпочтительном варианте устройство настраивается периодически в зависимости от окружающей температуры и интенсивности эксплуатации системы, т.е. объема и частоты налива и раздачи ЛОС.

Таким образом, предлагаемая установка проста в конструктивном отношении, имеет малые габариты адсорбционного фильтра, обеспечивает высокую степень поглощения паров ЛОС и, соответственно, характеризуется пониженными расходами на ее эксплуатацию.