способ очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефтепродукта или при наполнении им емкости, и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефтепродукта или при наполнении им емкости, включающий подачу насосом жидкой среды в жидкостно-газовый струйный аппарат, откачку последним из емкости, наполняемой 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 и отвод из сепаратора газообразной фазы и жидкой среды, при этом газообразную фазу из сепаратора направляют в абсорбер, в который в качестве абсорбента подают углеводородную жидкость, в абсорбере 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 абсорбера, отличающийся тем, что в качестве нефтепродукта и углеводородной жидкости используют бензин и перед подачей в абсорбер бензин охлаждают до температуры, находящейся в диапазоне от минус 20°С до минус 80°С, а образованную в жидкостно-газовом струйном аппарате смесь парогазовой и жидкой сред сжимают до давления в сепараторе, находящегося в диапазоне 0,15 - 1,20 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в сепаратор или на вход насоса подают бензин и одновременно выводят из сепаратора жидкую среду в резервуар для хранения бензина или наполняемую им емкость.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что углеводородную жидкость с растворенными в ней углеводородами газообразной фазы подают из абсорбера 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 абсорбера в резервуар для хранения бензина или наполняемую им емкость.

5. Установка очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефтепродукта или при наполнении им емкости, содержащая абсорбер, насос, жидкостно-газовый струйный аппарат и сепаратор с выходом жидкой среды и выходом газообразной фазы, при этом жидкостно-газовый струйный аппарат входом жидкой среды подключен к выходу насоса, входом парогазовой среды подключен к источнику этой среды - емкости, наполняемой бензином, или резервуару для его хранения и выходом жидкостно-газовый струйный аппарат подключен к сепаратору, выход газообразной фазы из сепаратора подключен к абсорберу, абсорбер подключен к трубопроводу вывода очищенной от углеводородов газообразной фазы и к трубопроводу подвода углеводородной жидкости с установленным на нем холодильником, отличающаяся тем, что холодильник, вход насоса или сепаратор подключены к резервуару для хранения бензина или трубопроводу для его перекачки, а выход жидкой среды из сепаратора подключен к емкости, наполняемой бензином, или к резервуару для его хранения.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что выход из абсорбера углеводородной жидкости с растворенными в ней углеводородами газообразной фазы подключен к резервуару для хранения бензина или к наполняемой бензином емкости.

7. Установка по п.5, отличающаяся тем, что выход из абсорбера углеводородной жидкости с растворенными в ней углеводородами газообразной фазы подключен к входу в насос или к сепаратору.

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 нефтепродукта или при наполнении им 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).

Из этого же патента известна установка, содержащая последовательно сообщенные между собой емкость с нефтепродуктом, насос, струйный насос и сепаратор.

Данный способ и установка хранения и налива обеспечивают 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 нефтепродукта или при наполнении им емкости, включающий подачу насосом жидкой среды в жидкостно-газовый струйный аппарат, откачку последним из емкости, наполняемой 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 и отвод 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).

Из этого же патента известна насосно-эжекторная установка для очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефтепродукта или при наполнении им емкости, содержащая насос, жидкостно-газовый струйный аппарат и сепаратор, при этом жидкостно-газовый струйный аппарат входом жидкой среды подключен к выходу насоса, входом парогазовой среды - к источнику этой среды - емкости или резервуару с нефтепродуктом и выходом жидкостно-газовый струйный аппарат подключен к сепаратору, при этом установка снабжена абсорбционной колонной, подключенной к выходу газообразной фазы из сепаратора, верхняя часть абсорбционной колонны подключена к трубопроводу вывода очищенной от углеводородов газообразной фазы и к трубопроводу подвода углеводородной жидкости с установленным на нем холодильником.

Данные способ и установка обеспечивают сжатие и конденсацию углеводородных паров нефтепродукта, снижают концентрацию вредных для окружающей среды углеводородных паров в парогазовой среде, образующейся при хранении нефтепродукта или наполнении им емкости, до величины ниже предельно допустимых выбросов в атмосферу. Однако при откачке паров углеводородов сравнительно низкокипящих фракций, например бензина, эффективность данного способа снижается.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является сокращение потерь бензина и повышение эффективности очистки от углеводородов выбрасываемой в атмосферу парогазовой среды, образующейся при хранении бензина и наполнении им емкости, путем использования насосно-эжекторной установки.

Указанная задача решается за счет того, что способ очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефтепродукта или при наполнении им емкости, включает подачу насосом жидкой среды в жидкостно-газовый струйный аппарат, откачку последним из емкости, наполняемой 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 и отвод из сепаратора газообразной фазы и жидкой среды, при этом газообразную фазу из сепаратора направляют в абсорбер, в который в качестве абсорбента подают углеводородную жидкость, в абсорбере 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 абсорбера, при этом в качестве нефтепродукта и углеводородной жидкости используют бензин и перед подачей в абсорбер бензин охлаждают до температуры, находящейся в диапазоне от минус 20°С до минус 80°С, а образованную в жидкостно-газовом струйном аппарате смесь парогазовой и жидкой сред сжимают до давления в сепараторе, находящегося в диапазоне от 0,15 МПа до 1,2 МПа.

В сепаратор или на вход насоса может быть подан бензин и одновременно выведена из сепаратора жидкая среда в резервуар для хранения нефтепродукта или наполняемую им емкость.

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

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

В части устройства, как объекта изобретения, поставленная задача решается за счет того, что установка очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефтепродукта или при наполнении им емкости, содержит абсорбер, насос, жидкостно-газовый струйный аппарат и сепаратор с выходом жидкой среды и выходом газообразной фазы, при этом жидкостно-газовый струйный аппарат входом жидкой среды подключен к выходу насоса, входом парогазовой среды - к источнику этой среды - емкости, наполняемой бензином, или резервуару для его хранения и выходом жидкостно-газовый струйный аппарат подключен к сепаратору, выход газообразной фазы из сепаратора подключен к абсорберу, абсорбер подключен к трубопроводу вывода очищенной от углеводородов газообразной фазы и к трубопроводу подвода углеводородной жидкости с установленным на нем холодильником, при этом холодильник, вход насоса или сепаратор подключены к резервуару для хранения бензина или трубопроводу для его перекачки, а выход жидкой среды из сепаратора подключен к емкости, наполняемой бензином, или к резервуару для его хранения.

Кроме того, выход из абсорбера углеводородной жидкости с растворенными в ней углеводородами газообразной фазы может быть подключен к резервуару для хранения бензина или к наполняемой бензином емкости.

Парогазовая среда, которая образуется в резервуарах хранения нефтепродуктов, в данном случае бензина, а также в ходе операций наполнения-опорожнения бензином различного рода емкостей, состоит в основном из воздуха и паров углеводородов. Содержание паров бензина в парогазовой среде может колебаться в диапазоне от 300 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 бензина. Поэтому очистка парогазовой среды является актуальной задачей. Необходимо предотвратить попадание углеводородов в атмосферу и сократить потери товарного бензина.

Описываемый способ позволяет снижать концентрацию углеводородов в парогазовой среде до концентрации ниже уровня их предельно допустимых выбросов в окружающую среду путем откачки и сжатия парогазовой среды с помощью насосно-эжекторной установки и последующей ее очисткой. При этом в качестве жидкой среды, подаваемой насосом в жидкостно-газовый струйный аппарат для откачки парогазовой среды из наполняемой бензином емкости и/или из резервуара для хранения бензина, использована углеводородная жидкость, аналогичная подаваемой в абсорбер. В качестве такой жидкой среды использован хранящийся в резервуаре или наполняющий емкость бензин, который может эффективно поглощать углеводороды из парогазовой среды. Однако необходимым условием для организации эффективного процесса абсорбции углеводородов из парогазовой среды является создание условий, при которых используемая в качестве абсорбента углеводородная жидкость (бензин) имела бы давление насыщенных паров при температуре ее подачи в абсорбер, желательно значительно ниже, чем давление насыщенных паров углеводородов в парогазовой среде, образующейся при хранении и перекачке бензина. 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) перед подачей ее в абсорбер до температуры, находящейся в диапазоне от минус 20°С до минус 80°С. Еще одним из параметров, который оказывает существенное влияние на процесс очистки от углеводородов парогазовой среды, является величина сжатия парогазовой среды в жидкостно-газовом струйном аппарате. Целесообразно сжимать парогазовую среду в жидкостно-газовом струйном аппарате до давления в сепараторе, лежащем в диапазоне давлений от 0,15 МПа до 1,2 МПа. При температуре углеводородной жидкости выше минус 20°С не достигается требуемая эффективность абсорбции углеводородов из парогазовой среды, а при температуре ниже минус 80°С значительный рост расхода электроэнергии, потребляемой холодильной машиной, не компенсируется ростом абсорбционной способности углеводородной жидкости. Одновременно возрастание вязкости углеводородной жидкости с понижением температуры приводит к необходимости увеличения расхода энергии на ее перекачку и работу абсорбера. Сжатие парогазовой среды в жидкостно-газовом струйном аппарате ниже давления 0,15 МПа позволяет снизить затраты электроэнергии на работу жидкостно-газового струйного аппарата, но при этом снижается эффективность процесса абсорбции, что, в свою очередь, приводит к повышению затрат энергии на охлаждение углеводородной жидкости, подаваемой в абсорбер. Сжатие парогазовой смеси в жидкостно-газовом струйном аппарате выше давления 1,2 МПа интенсифицирует процесс абсорбции углеводородов из парогазовой среды, но при этом значительно возрастают затраты электроэнергии на обеспечение работы жидкостно-газового струйного аппарата, которые не покрываются выигрышем от интенсификации процесса абсорбции в жидкостно-газовом струйном аппарате и абсорбере. Как видим, параметры работы жидкостно-газового струйного аппарата и холодильника взаимосвязаны. В указанном выше диапазоне параметров обеспечивается необходимая эффективность работы установки при минимальных затратах электроэнергии.

В описанном выше способе организован многоступенчатый процесс взаимодействия откачиваемой парогазовой среды, содержащей пары углеводородов (пары бензина), с углеводородной жидкостью. Первое взаимодействие происходит в жидкостно-газовом струйном аппарате, в котором жидкая среда, состоящая в основном из углеводородной жидкости (бензина), 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 абсорбер, где в результате взаимодействия с подаваемой в нее охлажденной в холодильнике углеводородной жидкостью (бензином) проводится процесс снижения содержания углеводородов в газообразной фазе. В качестве абсорбера может быть использована абсорбционная колонна или другой известный абсорбционный аппарат. Организация противоточной системы движения газообразной фазы и углеводородной жидкости в абсорбционной колонне создает более благоприятные для абсорбции 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 на обновление в установку из вне. Подача из абсорбера 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 бензина. Поскольку в процессе работы в жидкую среду переходят углеводороды из парогазовой среды, то ее целесообразно отводить из установки, например, в резервуар для хранения бензина или в наполняемую им емкость.

Как уже отмечалось, в ходе сжатия парогазовой среды в жидкостно-газовом струйном аппарате представляется возможность производить абсорбцию вредных для окружающей среды паров углеводородов. Важно отметить, что процесс поглощения или другими словами процесс абсорбции, под которым понимается процесс растворения газов в жидкой среде, позволяет уменьшить затраты энергии на сжатие парогазовой среды, содержащей газообразные 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 газообразных углеводородов (паров бензина) 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 части жидкой среды из контура ее циркуляции и подвод свежей жидкости дает возможность стабилизировать состав жидкой среды - сорбента паров углеводородов, которую подают в сопло жидкостно-газового струйного аппарата. За счет этого обеспечивается более стабильная работа струйного аппарата и одновременно поддерживается абсорбционная способность жидкой среды.

В результате удалось обеспечить сбалансированную работу жидкостно-газового струйного аппарата и очистить в абсорбере от паров углеводородов газообразную фазу, выбрасываемую 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 нефтепродукта или заполнении им емкости.

Установка содержит насос 1, жидкостно-газовый струйный аппарат 2, сепаратор 3 и абсорбер 4, выполненный в виде абсорбционной колонны. Жидкостно-газовый струйный аппарат 2 подключен входом жидкой среды к выходу насоса 1 и входом парогазовой среды, посредством трубопровода 15, к источнику этой среды - емкости с бензином, например резервуару 5 для хранения бензина и/или емкости 6, например цистерне, наполняемой бензином 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.

Абсорбер 4 подключен со стороны входа в него газообразной фазы к выходу последней из сепаратора 3. При этом абсорбер 4 может быть расположен выше уровня жидкой среды в сепараторе 3. Верхняя часть абсорбера 4 подключена к трубопроводу 8 вывода, например, в окружающую среду очищенной от углеводородов газообразной фазы и к трубопроводу 9 подвода охлажденной посредством холодильника 10 углеводородной жидкости (бензина). Для получения холодного бензина используется непоказанная на чертеже холодильная машина. В описываемом варианте выполнения установки абсорбер 4 (абсорбционная колонна) сообщен с сепаратором 3 посредством трубопровода 11. При этом возможен отвод из абсорбера 4 углеводородной жидкости с растворенными в ней углеводородами газообразной фазы не только в сепаратор 3, а и на вход насоса 1 или в резервуар 5 для хранения бензина или в емкость 6.

Установка может быть снабжена теплообменником-холодильником 12 для стабилизации температуры жидкой среды в установке. Отвод жидкой среды из сепаратора 3 в резервуар для хранения бензина 5 или наполняемую бензином емкость 6 осуществляют с помощью трубопровода 13.

Установка снабжена трубопроводом 14, по которому бензин из резервуара 5 поступает в сепаратор 3 и/или на вход насоса 1. Бензин на вход насоса 1 или в сепаратор 3 может поступать из трубопровода 16 для перекачки бензина.

При хранении бензина в резервуаре 5 в результате больших и малых газов дыхания, также как при заполнении бензином по трубопроводу 7 емкости 6, образуется парогазовая среда, содержащая большое количество углеводородов. 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 15 парогазовой среды из наполняемой бензином емкости 6 и/или резервуара 5 для хранения бензина. Таким образом, возможна откачка парогазовой среды как по отдельности из наполняемой бензином емкости 6 или из резервуара 5, так и одновременно из емкости 6 и резервуара 5, причем в процессе откачки возможно их подключение или отключение. В жидкостно-газовом струйном аппарате 2 парогазовая среда сжимается за счет энергии жидкой среды и частично абсорбируется. Образованную в жидкостно-газовом струйном аппарате 2 смесь парогазовой и жидкой сред подают в сепаратор 3, в котором создают давление, находящееся в диапазоне от 0,15 МПа до 1,2 МПа. 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 подают по трубопроводу 14 бензин из резервуара 5 или из трубопровода 16 для его перекачки. Одновременно избыток жидкой среды выводят из сепаратора 3 по трубопроводу 13, например, в резервуар 5 или наполняемую бензином емкость 6. Для стабилизации температуры жидкой среды могут быть использованы теплообменники-холодильники 12, установленные в контуре циркуляции жидкой среды или на трубопроводе подвода бензина к установке.

Газообразную фазу из сепаратора 3 направляют в абсорбер 4, в который в качестве абсорбента подают углеводородную жидкость. В абсорбере 4 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 абсорбера 4. В качестве углеводородной жидкости используют бензин. Перед подачей в абсорбер 4 бензин охлаждают с помощью холодильника 10 до температуры, находящейся в диапазоне от минус 20°С до минус 80°С.

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.