способ очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефтепродуктов и при заполнении ими емкостей

Формула изобретения

1. Способ очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефтепродуктов и при заполнении ими емкостей, включающий подачу насосом жидкой среды в жидкостно-газовый струйный аппарат, откачку последним из емкости, заполняемой нефтепродуктом, и/или резервуара для хранения нефтепродукта парогазовой среды и ее сжатие в жидкостно-газовом струйном аппарате за счет энергии жидкой среды, подачу образованной в жидкостно-газовом струйном аппарате смеси парогазовой и жидкой сред в сепаратор, разделение в сепараторе смеси на газообразную фазу и жидкую среду с отводом из сепаратора газообразной фазы и жидкой среды, при этом газообразную фазу из сепаратора направляют в абсорбционную колонну, в которую в качестве абсорбента подают углеводородную жидкость, в абсорбционной колонне проводят процесс абсорбции углеводородной жидкостью углеводородов из газообразной фазы, после чего очищенную от углеводородов газообразную фазу и углеводородную жидкость с растворенными в ней углеводородами газообразной фазы раздельно выводят из абсорбционной колонны, отличающийся тем, что в качестве углеводородной жидкости используют бензиновую или керосиновую фракции перегонки нефти и перед подачей в абсорбционную колонну углеводородную жидкость охлаждают до температуры, находящейся в диапазоне от минус 10°С до минус 50°С, при этом газообразную фазу после выхода из абсорбционной колонны направляют в мембранный аппарат, где от нее отделяют оставшиеся в ней газообразные углеводороды, после чего обедненный углеводородами газ и обогащенный углеводородами газ раздельно выводят из мембранного аппарата.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть жидкой среды из сепаратора подают на вход насоса.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что углеводородную жидкость с растворенными в ней углеводородами газообразной фазы подают из абсорбционной колонны в сепаратор или на вход насоса.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что углеводородную жидкость с растворенными в ней углеводородами газообразной фазы подают из абсорбционной колонны в резервуар для хранения нефтепродукта или заполняемую им емкость.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкую среду выводят из сепаратора в резервуар для хранения нефтепродуктов или заполняемую емкость.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в сепаратор или на вход насоса подают нефтепродукт, например, бензиновую или керосиновую фракции перегонки нефти.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что обогащенный углеводородами газ откачивают из мембранного аппарата жидкостно-газовым струйным аппаратом.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что обогащенный углеводородами газ откачивают из мембранного аппарата дополнительным жидкостно-газовым струйным аппаратом.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к способам, использующим насосно-эжекторные установки в системах очистки от углеводородов выбрасываемой в атмосферу парогазовой среды, образующейся при хранении нефтепродуктов и при заполнении ими емкости.

Известен способ хранения и налива испаряющихся продуктов, включающий подачу жидких продуктов насосом в цистерну и отвод из цистерны паров подаваемого в нее продукта (см., патент RU 2035365, кл. В 65 D 90/30, 20.05.1995).

Данный способ хранения и налива обеспечивает отвод паров жидкого продукта из цистерны, однако данный способ достаточно сложен, поскольку требует кроме использования системы конденсации паров в холодильнике с отводом конденсата в специальную емкость использования системы отвода несконденсировавшихся паров и газов (в том числе воздуха) в емкость, из которой наливают испаряющийся продукт в цистерну.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефтепродуктов и при заполнении ими емкостей, включающий подачу насосом жидкой среды в жидкостно-газовый струйный аппарат, откачку последним из емкости заполняемой нефтепродуктом и/или резервуара для хранения нефтепродукта парогазовой среды и ее сжатие в жидкостно-газовом струйном аппарате за счет энергии жидкой среды, подачу образованной в жидкостно-газовом струйном аппарате смеси парогазовой и жидкой сред в сепаратор, разделение в сепараторе смеси на газообразную фазу и жидкую среду с отводом из сепаратора газообразной фазы и жидкой среды, при этом газообразную фазу из сепаратора направляют в абсорбционную колонну, в которую в качестве абсорбента подают углеводородную жидкость, в абсорбционной колонне проводят процесс абсорбции углеводородной жидкостью углеводородов из газообразной фазы, после чего очищенную от углеводородов газообразную фазу и углеводородную жидкость с растворенными в ней углеводородами газообразной фазы раздельно выводят из абсорбционной колонны (см. патент РФ 2193443, кл. В 65 D 90/30, 27.11.2002).

Данный способ обеспечивает сжатие и конденсацию углеводородных паров нефтепродукта, снижает ниже величины предельно допустимых выбросов (ПДВ) концентрацию вредных для окружающей среды углеводородных паров в парогазовой среде, образующейся при хранении нефтепродукта или заполнении им емкости. Однако при откачке паров углеводородов сравнительно низкокипящих фракций, например бензина или керосина, эффективность данного способа снижается.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является сокращение потерь нефтепродукта и повышение эффективности очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефтепродукта и заполнении им емкости.

Указанная задача решается за счет того, что способ очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефтепродуктов и при заполнении ими емкостей включает подачу насосом жидкой среды в жидкостно-газовый струйный аппарат, откачку последним из емкости заполняемой нефтепродуктом и/или резервуара для хранения нефтепродукта парогазовой среды и ее сжатие в жидкостно-газовом струйном аппарате за счет энергии жидкой среды, подачу образованной в жидкостно-газовом струйном аппарате смеси парогазовой и жидкой сред в сепаратор, разделение в сепараторе смеси на газообразную фазу и жидкую среду с отводом из сепаратора газообразной фазы и жидкой среды, при этом газообразную фазу из сепаратора направляют в абсорбционную колонну, в которую в качестве абсорбента подают углеводородную жидкость, в абсорбционной колонне проводят процесс абсорбции углеводородной жидкостью углеводородов из газообразной фазы, после чего очищенную от углеводородов газообразную фазу и углеводородную жидкость с растворенными в ней углеводородами газообразной фазы раздельно выводят из абсорбционной колонны, при этом в качестве углеводородной жидкости используют бензиновую или керосиновую фракции перегонки нефти и перед подачей в абсорбционную колонну углеводородную жидкость охлаждают до температуры находящейся в диапазоне от минус 10°С до минус 50°С, при этом газообразную фазу после выхода из абсорбционной колонны направляют в мембранный аппарат, где от нее отделяют оставшиеся в ней газообразные углеводороды, после чего обедненный углеводородами газ и обогащенный углеводородами газ раздельно выводят из мембранного аппарата.

Часть жидкой среды из сепаратора может быть подана на вход насоса.

Углеводородная жидкость с растворенными в ней углеводородами газообразной фазы может быть подана из абсорбционной колонны в сепаратор или на вход насоса.

Углеводородная жидкость с растворенными в ней углеводородами газообразной фазы может быть подана из абсорбционной колонны в резервуар для хранения нефтепродукта или заполняемую им емкость.

Жидкая среда может быть выведена из сепаратора в резервуар для хранения нефтепродуктов или заполняемую емкость.

В сепаратор или на вход насоса может быть подан нефтепродукт, в частности бензиновая или керосиновая фракции перегонки нефти.

Обогащенный углеводородами газ может быть откачан из мембранного аппарата жидкостно-газовым струйным аппаратом.

Обогащенный углеводородами газ может быть откачан из мембранного аппарата дополнительным жидкостно-газовым струйным аппаратом.

Парогазовая среда, которая образуется в резервуарах хранения нефтепродуктов, а также в ходе операций наполнения-опорожнения различного рода емкостей, состоит в основном из паров углеводородов и воздуха или азота, если его подают в резервуар. Например, для бензина содержание паров данного нефтепродукта в парогазовой среде может колебаться в диапазоне от 500 до 1500 г/м³ и более. Столь значительное содержание углеводородов в парогазовой среде при выходе ее в атмосферу приводит как к загрязнению окружающей среды, так и к потере значительного количества товарного нефтепродукта, в данном случае бензина. Поэтому очистка парогазовой среды от углеводородов является актуальной задачей. Необходимо предотвратить попадание углеводородов в атмосферу и сократить потери товарного нефтепродукта.

Описываемый способ позволяет снижать концентрацию углеводородов в парогазовой среде до концентрации ниже уровня предельно допустимых выбросов (ПДВ) этих паров в окружающую среду путем откачки и сжатия с помощью насосно-эжекторной установки и последующей очистки парогазовой среды. При этом наиболее целесообразно жидкую среду, которую подают насосом в жидкостно-газовый струйный аппарат в качестве эжектирующей среды, одновременно использовать как для откачки парогазовой среды из наполняемой нефтепродуктом емкости и/или из резервуара для хранения нефтепродукта, так и для абсорбции углеводородов из откачиваемой парогазовой среды. В качестве такой жидкой среды может быть использован хранящийся в резервуаре или заполняющий емкость нефтепродукт, в частности бензиновая фракция или керосиновая фракция перегонки нефти, которые при определенных условиях эффективно поглощают углеводороды из парогазовой среды. Для организации эффективного процесса абсорбции углеводородов из парогазовой среды необходимо создать условия, при которых используемая в качестве абсорбента углеводородная жидкость имела бы давление насыщенных паров при температуре ее подачи в абсорбционную колонну значительно ниже, чем давление насыщенных паров углеводородов в парогазовой среде, образующейся при хранении и перекачке нефтепродукта. Кроме того, необходимо добиться значительного снижения собственного испарения углеводородной жидкости в ходе процесса абсорбции. В ходе исследования было установлено, что наиболее привлекательным с экономической точки зрения является снижение температуры углеводородной жидкости (бензина, керосина) до температуры, находящейся в диапазоне от минус 10°С до минус 50°С перед подачей ее в абсорбционную колонну. При температуре углеводородной жидкости минус 10°С не достигается требуемая эффективность абсорбции углеводородов из парогазовой среды, а при температуре ниже минус 50°С значительный рост расхода электроэнергии, потребляемой холодильной машиной, не компенсируется ростом абсорбционной способности углеводородной жидкости. Одновременно с понижением температуры возрастает вязкость углеводородной жидкости, что приводит к необходимости увеличения расхода энергии на ее перекачку и на работу абсорбционной колонны. Таким образом, в указанном выше диапазоне параметров обеспечиваются необходимая эффективность работы установки и минимальные затраты энергии.

В описанном выше способе организован многоступенчатый процесс взаимодействия откачиваемой парогазовой среды, содержащей углеводороды, с углеводородной жидкостью. Первое взаимодействие происходит в жидкостно-газовом струйном аппарате, в котором жидкая среда, состоящая в основном из углеводородной жидкости, откачивает и сжимает парогазовую среду. На выходе из струйного аппарата образуется двухфазная смесь. В ходе указанного взаимодействия начинается процесс абсорбции углеводородов из парогазовой среды жидкой средой. Процесс продолжается до момента разделения смеси в сепараторе на жидкую среду и газообразную фазу, представляющую собой частично очищенную от углеводородов и сжатую парогазовую среду.

Далее газообразная фаза направляется в абсорбционную колонну, где в результате взаимодействия с подаваемой в нее охлажденной углеводородной жидкостью проводится процесс снижения содержания углеводородов в газообразной фазе. Организация противоточной системы движения газообразной фазы и углеводородной жидкости в абсорбционной колонне создает более благоприятные условия, при которых газообразная фаза взаимодействует с более холодной углеводородной жидкостью. Это позволяет значительно снизить концентрацию углеводородов в очищаемой указанным способом газообразной фазе по сравнению с их концентрацией в парогазовой среде. Подача части жидкой среды из сепаратора на вход насоса позволяет организовать контур ее циркуляции: сепаратор - насос - жидкостно-газовый струйный аппарат - сепаратор, что уменьшает расход свежей жидкой среды, подаваемой в установку из вне. Подача из абсорбционной колонны углеводородной жидкости в сепаратор или на вход насоса позволяет организовать процесс обновления жидкой среды, подаваемой в струйный аппарат. Процесс обновления жидкой среды можно проводить за счет подачи в сепаратор или на вход насоса нефтепродукта, поступающего в емкость (бензиновой или керосиновой фракции перегонки нефти). Поскольку в процессе работы в жидкую среду переходят углеводороды из парогазовой среды, то ее целесообразно отводить из установки, например, в резервуар для хранения нефтепродукта или в заполняемую емкость.

Как уже отмечалось, в ходе сжатия парогазовой среды представляется возможность производить абсорбцию вредных для окружающей среды углеводородов. Важно отметить, что процесс поглощения или другими словами процесс абсорбции, под которым понимается процесс растворения газов в жидкой среде, позволяет уменьшить затраты энергии в жидкостно-газовом струйном аппарате на сжатие парогазовой среды, содержащей углеводороды. Это достигается за счет того, что в сжатии и транспортировке парогазовой смеси в сепаратор принимают участие уже два самостоятельных процесса - механическое сжатие за счет кинетической энергии струи жидкой среды и растворение части парогаза в жидкой среде, причем этот процесс интенсифицируется по мере повышения давления в проточной части струйного аппарата и в трубопроводе за проточной частью струйного аппарата. Отвод жидкой среды из контура ее циркуляции и подвод в него свежей жидкой среды дает возможность стабилизировать состав жидкой среды - сорбента паров углеводородов, которую подают в сопло жидкостно-газового струйного аппарата. Это обеспечивает более стабильную работу струйного аппарата и одновременно поддерживает абсорбционную способность жидкой среды.

Необходимо отметить, что абсорбционная колонна не может полностью очистить поступающую из сепаратора газообразную фазу от примесей газообразных углеводородов. Это связано с физической природой процесса абсорбции газообразных углеводородов с помощью углеводородной жидкости. Как бы сильно не охлаждали углеводородную жидкость, нельзя уменьшить в газообразной фазе содержание газообразных углеводородов ниже величины парциального давления углеводородной жидкости. Таким образом, путем увеличения размеров абсорбционной колонны или усложнения ее конструкции не удастся добиться снижения содержания газообразных углеводородов в газообразной фазе ниже величины парциального давления углеводородной жидкости при ее рабочей температуре. Более рациональным является установка на выходе из абсорбционной колонны мембранного аппарата для выделения из газообразной фазы остатков газообразных углеводородов и других примесей, молекулы которых отличаются от молекул основных газов, определяющих химический состав воздуха.

Использование мембранного аппарата позволяет существенно снизить выброс вредных для окружающей среды веществ в окружающее пространство и предоставляет возможность, если это будет экономически целесообразно, направить обогащенный углеводородами газ на вход в установку с целью последующей утилизации. Этого можно добиться путем откачки из мембранного аппарата обогащенного углеводородами газа с помощью жидкостно-газового струйного аппарата. В результате достигается возврат углеводородов в установку для повторной абсорбции, а в мембранном аппарате таким образом увеличивают перепад давления, что интенсифицирует процесс разделения и очистки газообразной фазы после абсорбционной колонны. Дальнейшей оптимизации работы можно добиться путем откачки из мембранного аппарата обогащенного углеводородами газа с помощью дополнительного жидкостно-газового струйного аппарата, который может создать наиболее благоприятные параметры для работы мембранного аппарата.

В результате удалось добиться сбалансированной работы жидкостно-газового струйного аппарата и выбрасывать очищенный от углеводородов газ в окружающую среду без нанесения последней вреда.

На чертеже представлена принципиальная схема установки, в которой осуществляется описываемый способ очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефтепродуктов и заполнении ими емкостей.

Установка содержит насос 1, жидкостно-газовый струйный аппарат 2, сепаратор 3 и абсорбционную колонну 4. Жидкостно-газовый струйный аппарат 2 подключен входом жидкой среды к выходу насоса 1 и входом парогазовой среды посредством трубопровода к источнику этой среды - емкости с нефтепродуктом, например резервуару 5 для хранения нефтепродукта и/или емкости 6, наполняемой нефтепродуктом (бензином или керосином) по трубопроводу 7. Выходом смеси жидкостно-газовый струйный аппарат 2 подключен к сепаратору 3. Выход жидкой среды из сепаратора 3 может быть подключен к входу в насос 1. В результате этого образуется контур циркуляции жидкой среды, представляющий собой последовательное движение жидкой среды от насоса 1 к жидкостно-газовому струйному аппарату 2, далее от него к сепаратору 3 и от последнего на вход насоса 1.

Абсорбционная колонна 4 подключена со стороны входа в нее газообразной фазы к выходу последней из сепаратора 3, при этом абсорбционная колонна 4 может быть расположена выше уровня жидкой среды в сепараторе 3. Верхняя часть абсорбционной колонны 4 подключена к трубопроводу 8 вывода очищенной от углеводородов газообразной фазы и к трубопроводу 9 подвода углеводородной жидкости, охлажденной посредством холодильника 10. В описываемом варианте выполнения установки абсорбционная колонна 4 сообщена своей нижней частью с сепаратором 3 посредством трубопровода 11. При этом возможен отвод из абсорбционной колонны 4 посредством трубопровода 11 углеводородной жидкости с растворенными в ней углеводородами не только в сепаратор 3, а и в другие точки контура циркуляции жидкой среды, например к насосу 1 со стороны входа в него жидкой среды из сепаратора 3, а также в резервуар 5 для хранения нефтепродукта или емкость 6.

Установка может быть снабжена теплообменниками-холодильниками 12 для стабилизации температуры жидкой среды в установке. Отвод жидкой среды из сепаратора 3 в резервуар для хранения нефтепродукта 5 или заполняемую емкость 6 осуществляют с помощью трубопровода 13.

Установка снабжена трубопроводом 14, по которому нефтепродукт (бензин или керосин) поступает в сепаратор 3 и/или на вход насоса 1.

К трубопроводу 8 вывода из абсорбционной колонны 4 очищенной от углеводородов газообразной фазы подключен мембранный аппарат 15 с трубопроводами 16 и 17 вывода соответственно обедненного углеводородами газа и обогащенного углеводородами газа. Трубопровод 17 может быть подключен к жидкостно-газовому струйному аппарату 2.

Кроме того, установка может быть снабжена дополнительным жидкостно-газовым струйным аппаратом 18, подключенным входом жидкой среды к выходу насоса 1 и входом газообразной среды к трубопроводу 17 вывода обогащенного углеводородами газа. Выход дополнительного жидкостно-газового струйного аппарата 18 подключен к сепаратору 3.

При хранении нефтепродуктов в резервуаре 5 и при заполнении ими по трубопроводу 7 емкости 6 образуется парогазовая среда. Для организации процесса очистки от углеводородов парогазовой среды подают насосом 1 жидкую среду под давлением в сопло жидкостно-газового струйного аппарата 2 и производят откачку последним по трубопроводам 19 парогазовой среды из наполняемой нефтепродуктом емкости 6 и/или резервуара 5 для хранения нефтепродукта. В жидкостно-газовом струйном аппарате 2 парогазовая среда сжимается за счет энергии жидкой среды и частично абсорбируется жидкостью. Из жидкостно-газового струйного аппарата 2 образованную в нем смесь парогазовой и жидкой сред подают в сепаратор 3. В последнем разделяют поступившую в него смесь на газообразную фазу и жидкую среду. Из сепаратора 3 часть жидкой среды может быть подана на вход насоса 1, что позволяет сформировать контур циркуляции жидкой среды. В сепаратор 3 и/или на вход насоса 1 подается по трубопроводу 14 нефтепродукт (бензиновая или керосиновая фракция перегонки нефти). Одновременно избыток жидкой среды выводится из сепаратора 3 по трубопроводу 13, например, в резервуар 5 или наполняемую нефтепродуктом емкость 6. Как отмечалось выше, температуру жидкой среды на входе в жидкостно-газовый струйный аппарат 2 стабилизируют с помощью холодильников 12. Стабилизировать температуру жидкой среды можно также за счет подачи в сепаратор 3 или на вход насоса 1 нефтепродукта, который предварительно охлажден в одном из холодильников 12.

Еще один из параметров, который целесообразно принимать во внимание, является величина сжатия парогазовой среды в жидкостно-газовом струйном аппарате 2. Целесообразно сжимать парогазовую среду до давления в сепараторе 3, находящегося в диапазоне давлений от 0,2 МПа до 1,5 МПа. Сжатие парогазовой среды в жидкостно-газовом струйном аппарате 2 ниже давления 0,2 МПа позволяет снизить затраты электроэнергии на работу жидкостно-газового струйного аппарата 2, но при этом снижается эффективность процесса абсорбции, что, в свою очередь, приводит к повышению затрат энергии на охлаждение углеводородной жидкости, подаваемой в абсорбционную колонну. Сжатие парогазовой смеси в жидкостно-газовом струйном аппарате 2 выше давления 1,5 МПа интенсифицирует процесс абсорбции углеводородов из парогазовой среды, но при этом значительно возрастают затраты электроэнергии на обеспечение работы жидкостно-газового струйного аппарата 2, которые не покрываются выигрышем от интенсификации процесса абсорбции в жидкостно-газовом струйном аппарате 2. Как видим, параметры работы жидкостно-газового струйного аппарата 2 и холодильника 10 взаимосвязаны. В указанном выше диапазоне параметров обеспечивается необходимая эффективность работы установки при минимальных затратах электроэнергии.

Газообразную фазу из сепаратора 3 направляют в абсорбционную колонну 4, в которую в качестве абсорбента подают углеводородную жидкость. В абсорбционной колонне 4 проводят процесс абсорбции углеводородной жидкостью углеводородов из газообразной фазы, после чего частично очищенную от углеводородов газообразную фазу и углеводородную жидкость с растворенными в ней углеводородами раздельно выводят из абсорбционной колонны 4. В качестве углеводородной жидкости используют бензиновую или керосиновую фракции перегонки нефти. Перед подачей в абсорбционную колонну 4 углеводородную жидкость охлаждают с помощью холодильника 10 до температуры, находящейся в диапазоне от минус 10°С до минус 50°С.

Из абсорбционной колонны 4 газообразную фазу направляют в мембранный аппарат 16, где от нее отделяют оставшиеся в ней газообразные углеводороды, после чего обедненный углеводородами газ по трубопроводу 16 и обогащенный углеводородами газ по трубопроводу 17 раздельно выводят из мембранного аппарата. Обогащенный углеводородами газ может быть откачан из мембранного аппарата 15 жидкостно-газовым струйным аппаратом 2 или дополнительным жидкостно-газовым струйным аппаратом 18.

Углеводородная жидкость с растворенными в ней углеводородами может быть подана из абсорбционной колонны 4 в сепаратор 3 или на вход насоса 1.

Углеводородная жидкость с растворенными в ней углеводородами может быть подана из абсорбционной колонны 4 в резервуар 5 для хранения нефтепродукта или заполняемую им емкость 6.

Данный способ очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефтепродуктов и заполнении ими емкости, может быть использован в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.