СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТ ЭФИРА ПАРОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ, ОБРАЗУЮЩЕЙСЯ ПРИ ХРАНЕНИИ МЕТИЛ-ТРЕТ-БУТИЛОВОГО, ЭТИЛ-ТРЕТ-БУТИЛОВОГО ЭФИРОВ И ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ ИМИ ЕМКОСТЕЙ Российский патент 2011 года по МПК C07C7/11 C07C43/04 

Изобретение относится к хранению и наливу испаряющихся продуктов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, химической промышленности и на базах хранения и перевалки кислородсодержащих октаноповышающих добавок метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ), этил-трет-бутилового эфира (ЭТБЭ) и позволяет путем улавливания паров эфиров из паровоздушной смеси существенно сократить выбросы в атмосферу.

Паровоздушная смесь, выбрасываемая из резервуаров хранения МТБЭ, ЭТБЭ или на эстакадах слива-налива эфиров в ходе операций наполнения - опорожнения железнодорожных или автомобильных цистерн, содержит воздух и значительное количество парообразных эфиров (примерно от 10 до 90 об.%), которые при попадании в атмосферу приводят как к существенному загрязнению окружающей среды, так и к потере продуктов. Поэтому паровоздушная смесь перед выходом в атмосферу должна пройти очистку от паров МТБЭ, ЭТБЭ, что позволит сократить потери товарных продуктов и предотвратить загрязнение окружающей среды.

Известен способ [пат. РФ №2100689, 1997.12.27] улавливания паров углеводородов, который предусматривает использование в качестве абсорбента части жидких нефтепродуктов, которые забираются из нижней части резервуара, охлаждаются и возвращаются в верхнюю часть резервуара, орошая в противотоке пары углеводородов. Этот способ достаточно прост, но обладает низкой абсорбционной способностью.

Известен способ [пат. RU №2193443/13, 2001.10.29] очистки от углеводородов парогазовой смеси, образующейся при хранении нефти и продуктов ее переработки при заполнении емкостей, включающий подачу насосом жидкой парогазовой смеси в жидкостно-газоструйный аппарат, с последующей подачей образованной смеси в сепаратор, где происходит разделение смеси на газообразную и жидкую среды, отвод жидкой среды на вход насоса подачи жидкой среды, при этом часть жидкой среды отводят из контура ее циркуляции. Газообразную среду абсорбируют в колонне углеводородсодержащей жидкостью, после чего газообразную фазу выводят в атмосферу. Углеводородсодержащую жидкость с растворенными в ней углеводородами направляют на смешение с жидкой средой из контура циркуляции, часть жидкой среды отводят в систему для выделения из жидкой среды абсорбированных углеводородов, а углеводородсодержащую жидкость после выделения абсорбированных углеводородов направляют в колонну. Установка содержит насос, жидкостно-газоструйный аппарат и сепаратор, снабжена абсорбционной колонной и системой выделения из жидкой среды абсорбированных углеводородов (блоком ректификации).

Данный способ позволяет снижать концентрацию углеводородов в откачиваемой парогазовой смеси, однако на практике системы на базе вертикальных установок не обеспечивают заявленных рабочих характеристик и степень очистки составляет 75-80 об.%.

Внедрение данных установок затруднительно из-за громоздкости используемых в них абсорбционных и десорбционных колонн вертикального типа (насадочных, тарельчатых), а также из-за высокой стоимости оборудования.

Известен и наиболее близок к предлагаемому техническому решению и достигаемому результату способ улавливания паров углеводородов из паровоздушной смеси [пат. РФ №2309787, 2007.11.10]. Установка, описанная в патенте, включает абсорбер, холодильную машину, теплообменники, насос, подводящие и отводящие трубопроводы абсорбента, паровоздушной смеси и очищенного воздуха, средства автоматики, включающие клапаны, вентили, датчики, и блок автоматического управления ее работой. Абсорбер выполнен в виде горизонтального дискового теплообменного аппарата, который установлен с наклоном и возможностью его регулирования относительно оси, в сторону выхода из него абсорбента, в качестве которого используется дизельное топливо, а сама установка выполнена по модульному принципу.

Изобретение позволяет значительно повысить полноту улавливания углеводородов, увеличить экономичность, снизить металлоемкость системы.

Данная установка обеспечивает эффективную полноту улавливания углеводородов при наливе нефтепродуктов.

Однако применение данной установки для улавливания паров кислородсодержащих октаноповышающих добавок приведет к значительному удорожанию системы за счет дополнительных капитальных затрат и увеличения потребления энергоресурсов. Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание эффективного и экономичного способа очистки от эфиров паровоздушной смеси, образующейся при хранении октаноповышающих добавок при заполнении ими емкостей и цистерн, а также обеспечение экологической защиты окружающей среды от паров эфиров (МТБЭ, ЭТБЭ) и снижение потерь целевых продуктов.

Указанная задача решается за счет того, что очистка от эфиров паровоздушной смеси, образующейся при хранении и перевалке кислородсодержащих октаноповышающих добавок к топливу метил-трет-бутилового эфира или этил-трет-бутилового эфира, проводится на установке, состоящей из абсорбера, в который подается паровоздушная смесь эфира, холодильной машины, теплообменников, насосов, соединительных подводящих и отводящих трубопроводов абсорбента, паровоздушной смеси и очищенного воздуха, средств автоматики, включающих клапаны, вентили, датчики и блок автоматического управления работой.

Отличительной особенностью способа, является то, что при очистке паровоздушной смеси от метил-трет-бутилового эфира в качестве абсорбента используется метил-трет-бутиловый эфир или метанол, а при очистке паровоздушной смеси от этил-трет-бутилового эфира-этил-трет бутиловый эфир или этанол и при этом абсорбент предварительно охлаждают в емкости до температуры в пределах (-5)÷(-15)°С.

Принцип работы установки основан на процессе абсорбции паров эфиров жидким охлажденным абсорбентом. Тепломассообменный аппарат содержит цилиндрический корпус, который разделен разделительными перегородками (дисками) с центральным отверстием на секции. В корпусе продольно установлен вал с закрепленными на нем в каждой секции поперечными контактными пакетами, набранными из контактных элементов-дисков, установленных с зазором относительно друг друга, разделительных перегородок и корпуса, и которые частично погружены в жидкость.

В верхней части днищ установлены патрубки для подвода и отвода паровоздушной смеси, которые совместно с разделительными перегородками, зазорами между контактными дисками образуют продольный относительно вала газовый канал, в котором осуществляется многоходовое зигзагообразное радиально-осевое течение потока газа самотеком за счет создания минимального гидравлического сопротивления от 10 до 80 мм рт.ст.

Другой отличительной особенностью является то, что при применении в качестве абсорбента метил-трет-бутилового или этил-трет-бутилового эфиров избыток насыщенного абсорбента выводится в резервуар налива эфира без дополнительной десорбции.

Другой отличительной особенностью является то, что при применении в качестве абсорбента метанола или этанола, избыток абсорбента насыщенного парами эфира (МТБЭ или ЭТБЭ) выводится на стадию синтеза эфира без дополнительной десорбции.

Использование в качестве абсорбера - горизонтального дискового тепломассообменного аппарата, применение охлажденного абсорбента (МТБЭ или ЭТБЭ) и/или спиртов (метанол или этанол) в заданном температурном интервале (-5)÷(-15)°С обеспечивает по сравнению с известными устройствами высокую степень очистки паровоздушной смеси, содержащей пары эфиров (МТБЭ и ЭТБЭ), не ниже 95-98%. Понижение температуры ниже (-15)°С повышает степень поглощения паров эфиров незначительно на 0,1-0,8%, однако при этом увеличивается энергопотребление, а повышение температуры более (-5)°С приводит к снижению эффективности поглощения паров эфиров от 1 до 5%. Применение данных абсорбентов исключает эксплуатацию блока десорбции, что снижает стоимость установки и приводит к экономии энергопотребления, снижению эксплуатационных затрат и уменьшению металлоемкости установки за счет того, что не требуется установка дополнительных емкостей для хранения абсорбента, например дизельного топлива, который в производстве эфиров не применяется.

На фиг.1 представлена принципиальная технологическая схема установки.

Работа установки по улавливанию паров МТБЭ (ЭТБЭ) путем охлаждения паровоздушной смеси до конденсации паров эфиров при применении в качестве абсорбента МТБЭ (ЭТБЭ) осуществляется следующим образом.

Товарный продукт МТБЭ (ЭТБЭ) из емкости Е-1 по паропроводу 13 поступает на заполнение цистерн 3. Вытесняемая из цистерн паровоздушная смесь эфира через обратный клапан 4, оборудованный уплотняющим конусом 5 и через огнепреградитель 6 поступает в общий коллектор 7 и затем в абсорбционный блок 9. Предварительно Е-2 заполняется из резервуара Е-1 через теплообменник ТО-11 потоком МТБЭ (или ЭТБЭ) до срабатывания датчика среднего уровня 19_II, после чего через блок управления 15 выдается команда на открытие клапана 14 и запуск циркуляционного насоса Н-16 и компрессорной холодильной установки 18. В режиме циркуляции проходит охлаждение абсорбента (МТБЭ или ЭТБЭ) через т/о 17, 21 в емкости Е-2 до заданной температуры (-5)÷(-15)°С. Предварительное охлаждение МТБЭ или ЭТБЭ перед подачей в абсорбционный блок позволяет аккумулировать достаточное количество «холода» для обеспечения устойчивого охлаждения паровоздушной смеси в абсорбционном блоке с высоким содержанием паров МТБЭ (до 90 об.%).

В момент подачи паровоздушной смеси эфиров в абсорбер 9 происходит автоматическое включение расходомера 8, через блок управления выдается команда на запуск привода 26 абсорбера 9 и открытие клапана 30. Абсорбент МТБЭ (или ЭТБЭ) из емкости Е-2 подается насосом 16 в абсорбер 9 в направлении, противоположном направлению подачи паровоздушной смеси по трубопроводу 7, охлаждаясь в теплообменнике ТО-17 хладагентом от холодильной машины 18, подаваемым и отводимым трубопроводами 22 и 23. Датчик температуры 25, установленный на трубопроводе 24 отвода насыщенного парами эфира абсорбента через блок управления 15, регулирует температуру подаваемого абсорбента за счет количества поступающего от холодильной машины 18 хладагента в теплообменники ТО-17 и ТО-21. Отвод абсорбента из абсорбера 9 обеспечивается в основном за счет напора, создаваемого насосом Н-16, и в какой-то степени за счет наклона абсорбера 9.

Очищенный воздух отводится в атмосферу из абсорбера 9 по трубопроводу 27 через фильтр-циклон 28 и огнепреградитель 29.

Насыщенный парами эфира абсорбент из абсорбера по трубопроводу 24 через теплообменник ТО-21 выводится в емкость Е-2. При увеличении объема в Е-2 до срабатывания датчика верхнего уровня ДВИ-19_I через блок управления 18 включается насос Н-31 и часть МТБЭ (ЭТБЭ) возвращается в резервуар Е-1.

Емкость Е-2, оборудованная датчиками уровня (19_I, _II, _III), выполняет роль «мерника», позволяющего осуществлять учет уловленных паров МТБЭ (ЭТБЭ). Полнота улавливания паров МТБЭ (ЭТБЭ) из паровоздушной смеси в зависимости от температуры приведена в таблице 1.

Достоинством данного метода улавливания паров МТБЭ (ЭТБЭ) является его относительная простота и высокая степень надежности работы установки. Предварительное охлаждение абсорбента МТБЭ (ЭТБЭ) позволяет в 1,5-2 раза снизить мощность компрессионной холодильной установки и соответственно понизить энергопотребление.

Работа системы улавливания паров МТБЭ (ЭТБЭ) путем охлаждения паровоздушной смеси в абсорбционном блоке до конденсации паров МТБЭ (ЭТБЭ) при применении в качестве абсорбента метанола (этанола) осуществляется следующим образом (фиг.2).

Товарный продукт МТБЭ (ЭТБЭ) из емкости Е-1 по трубопроводу 13 поступает на заполнение емкостей или цистерн 3, вытесняемая из цистерн паровоздушная смесь эфира через обратный клапан 4, оборудованный уплотняющим конусом 5, и через огнепреградитель 6 поступает в общий коллектор 7, откуда через расходомер 8 в абсорбер 9. Происходит автоматическое включение - расходомер 8 через блок управления 15 выдает команду на запуск насоса 16, привода абсорбера 26, открытие клапанов 14 и 30 и запуск холодильной машины 18. Абсорбент метанол (или этанол) из Е-2 через предварительно открытый клапан 14 подается насосом Н-16 в абсорбер 9 в направлении, противоположном направлению подачи паровоздушной смеси по трубопроводу 20, охлаждаясь в теплообменнике ТО-17 хладагентом от холодильной машины 18, подаваемым и отводимым трубопроводами 22 и 23. Датчик температуры 25, установленный на трубопроводе отвода абсорбента 24, через блок управления 15 регулирует температуру подаваемого абсорбента в пределах (-5)÷(-15)°С за счет количества поступающего от холодильной машины 18 хладагента. Насыщенный парами эфира абсорбент отводится из абсорбера 9 по трубопроводу 24, через клапан 30. Отвод абсорбента из абсорбера 9 обеспечивается в основном, за счет напора, создаваемого насосом Н-16, и в какой-то степени за счет наклона абсорбера 9. Очищенный воздух отводится в атмосферу из абсорбера 9 по трубопроводу 27 через фильтр - циклон 28 и огнепреградитель 29.

В абсорбере 9 происходит процесс абсорбции паров эфиров из паровоздушной смеси в пленке абсорбента - спирта на вращающихся дисках, при одновременных подаче и охлаждении паровоздушной смеси, подаче и отводе абсорбента, и отводе очищенного воздуха.

Оптимальность процесса абсорбции достигается за счет регулирования наклона абсорбера, частоты вращения его вала, количества подаваемого абсорбента - спирта и его температуры. Регулирование производится блоком управления в зависимости от состава углеводородов и объема подаваемой паровоздушной смеси, связанного с расходомером 8, приводом 26 абсорбера, насосом Н-16, датчиком 25 и холодильной машиной 18 клапанами 14 и 30.

На входе в аппарат поступает паровоздушная смесь с концентрацией эфиров от 15 до 55 об.%. (при наполнении цистерн до 90%). На выходе из абсорбера паровоздушная смесь очищается на 95-98 %.

При увеличении объема спирта насыщенного парами МТБЭ в емкости Е-2 до срабатывания датчика верхнего уровня ДВУ 19_I включается насос Н-31 и часть спирта откачивается на установку синтеза МТБЭ (ЭТБЭ). При насыщении метанола (этанола) парами МТБЭ (ЭТБЭ) более 15 мас.%, происходит обновление абсорбента свежими порциями спирта.

Таким образом, предложенный способ и установка для улавливания паров эфира из паровоздушной смеси, образующейся при хранении кислородосодержащих октаноповышающих добавок МТБЭ и ЭТБЭ и заполнении ими емкостей, позволяет достичь поставленной цели, а именно сократить выбросы эфиров в атмосферу, улучшить экологию окружающей среды, снизить потери целевых продуктов.

При использовании в качестве абсорбента МТБЭ или метанола, ЭТБЭ или этанола степень улавливания паров эфира из паровоздушной смеси составляет 95-98%. Улавливание паров эфиров жидким охлажденным абсорбентом позволяет снизить мощность холодильной установки в 1,5-2 раза. Отсутствие системы десорбции снижает капитальные затраты и энергозатраты в 2 раза.

Изобретение относится к хранению и наливу испаряющихся продуктов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, химической промышленности и на базах хранения и перевалки кислородсодержащих октаноповышающих добавок - метил-трет-бутилового и этил-трет-бутилового эфиров. Способ осуществляется на установке, состоящей из абсорбера, в который подается паровоздушная смесь эфира, холодильной машины, теплообменников, насосов, соединительных подводящих и отводящих трубопроводов абсорбента, паровоздушной смеси и очищенного воздуха, средств автоматики, включающих клапаны, вентили, датчики, и блок автоматического управления работой. При очистке паровоздушной смеси от метил-трет-бутилового эфира в качестве абсорбента используется метил-трет-бутиловый эфир или метанол, а при очистке паровоздушной смеси от этил-трет-бутилового эфира - этил-трет-бутиловый эфир или этанол, при этом абсорбент охлаждают в емкости до температуры в пределах (-5)÷(-15)°С. Избыток насыщенного абсорбента метил-трет-бутилового эфира или этил-трет-бутилового эфира выводится в резервуар налива эфира без дополнительной десорбции. Изобретение позволяет обеспечить полноту улавливания эфиров, снизить потери целевых продуктов, снизить эксплуатационные затраты и уменьшить металлоемкость конструкции. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ очистки от эфиров паровоздушной смеси, образующейся при хранении и перевалке метил-трет-бутилового или этил-трет-бутилового эфиров, на установке, состоящей из абсорбера, в который подается паровоздушная смесь эфира, холодильной машины, теплообменников, насосов, соединительных подводящих и отводящих трубопроводов абсорбента, паровоздушной смеси и очищенного воздуха, средств автоматики, включающих клапаны, вентили, датчики, и блок автоматического управления работой, отличающийся тем, что при очистке паровоздушной смеси от метил-трет-бутилового эфира в качестве абсорбента используется метил-трет-бутиловый эфир или метанол, а при очистке паровоздушной смеси от этил-трет-бутилового эфира - этил-трет-бутиловый эфир или этанол, при этом абсорбент охлаждают в емкости до температуры в пределах (-5)÷(-15)°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании в качестве абсорбента метил-трет-бутилового эфира или этил-трет-бутилового эфира избыток насыщенного абсорбента выводится в резервуар налива эфира без дополнительной десорбции.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании в качестве абсорбента метанола или этанола, насыщенный парами метил-трет-бутилового эфира метанол или этил-трет-бутилового эфира этанол выводится на стадию синтеза эфира без дополнительной десорбции.