СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ВЫБРОСОВ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРОВ И ГАЗОВ С ДИСПЕРСНЫМ МАТЕРИАЛОМ (САЖЕЙ) В АППАРАТАХ ПОСЛЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ В АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ Российский патент 2014 года по МПК G01N7/00 

Изобретение относится к области управления и регулирования промышленной и экологической безопасностью на предприятиях химической, нефтехимической, газовой и нефтеперерабатывающей промышленности, сопровождающихся загрязнением почвы, водного и воздушного бассейнов вредными веществами.

В технологии переработки нефти и газа часто используется такой технологический процесс, как пиролиз.

Пиролиз - наиболее жесткая форма термического крекинга нефтяного и газового сырья, осуществляемая обычно при температурах 700-900°С для производства печной сажи, которая применяется в производстве резины, или с целью получения углеводородного газа с высоким содержанием непредельных углеводородов, используемых для получения полипропилена, моющих средств и других продуктов нефтехимии.

Однако, при большой значимости этого процесса в народном хозяйстве, процент улавливания твердых вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу при аварийной ситуации процесса пиролиза, остается низким и составляет не более 2,5% [см. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России: Учебное и справочное пособие. - М.: Финансы и статистика, 2000. - 672 с: ил.].

Известна система очистки высокотемпературных газовых выбросов с дисперсным материалом в технологическом процессе пиролиза путем дожига их в котлах утилизаторах, которая работает при нормальном технологическом режиме, но в аварийных случаях предохранительные клапаны аппаратов сбрасывают газы в атмосферу на свечу [см. Абросимов А.А. Экология переработки углеводородных систем: Учебник. Под ред. д-ра хим. наук, проф. М.Ю. Доломатова, д-ра техн. наук, проф. Э.Г.Теляшева. - М.: Химия, 2002. - 608 с.: ил.].

Известна система отделения газового потока от сажи (тяжелым или легким поглотительным маслом) с последующей отмывкой от сажи в колонне [см. Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. Ч. 2-я. Крекинг нефтяного сырья и переработки углеводородных газов. - М.: Химия, 1980г. 328с. Учебник для студентов нефтяных вузов].

Однако при работе с высокотемпературными выбросами с сажей имеется существенный недостаток, который приводит к возгоранию масла, что связано с пожарами на технологической установке пиролиза.

Известен способ очистки газовых выбросов от сажи [см. Патент на изобретение № 2057276. Заявитель: Слободяник Иван Петрович. Заявка 92002609/33, 29.10.1992], который включает поглощение сажи высококипящим органическим поглотителем - соляровым маслом с температурой кипения до 270°С. Очистку проводят в две стадии: на первой стадии обрабатывают высококипящим органическим поглотителем - соляровым маслом; на второй стадии обрабатывают циркулирующей водой. Полученную на первой стадии пульпу из сажи и органического поглотителя разделяют фильтрованием и декантацией. Однако данный способ имеет существенные недостатки: 1 - сложность очистки газовых выбросов от сажи (применение двух стадий); 2 - применение солярового масла с температурой кипения до 270°С также связано с его возгоранием и пожарами на технологической установке, что не позволяет применить данный способ очистки для высокотемпературных выбросов паров и газов с сажей.

Прототипом данного изобретения является система автоматического управления и регулирования промышленной и экологической безопасностью резервуаров со светлым пожароопасным продуктом (см. Патент на изобретение № 2426092. Заявка 2010111382/28, 01.06.2010. Опубликовано: 10.08.2011, Бюл. № 22), имеющая блок контроля при аварийной ситуации, содержащая устройство для сбора парогазовой фазы и устройство для конденсации парогазовой фазы.

Однако данное изобретение имеет существенный недостаток и не может быть использовано для очистки высокотемпературных газов с дисперсным материалом (сажей) по причине того, что сажа забивает в паровом эжекторе диффузор и приходится часто отключать эжектор для его чистки и ремонта.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и простоты работы системы в аварийных ситуациях при выбросах высокотемпературных паров и газов с дисперсным материалом (сажей).

Указанная задача решается тем, что в системе автоматического управления и регулирования промышленной и экологической безопасностью выбросов высокотемпературных паров и газов с дисперсным материалом (сажей) в аппаратах после предохранительных клапанов в аварийной ситуации, имеющей блок контроля за аварийной ситуацией и устройство для сбора выбросов газов и паров с дисперсным материалом (сажей) - приемную трубу, согласно изобретению имеется сажеотделитель, заполненный водой, соединенный с приемной трубой через фланцевое соединение, внутри сажеотделителя расположена металлическая сетка- кожух с ячейками для отделения сажи, имеющая цилиндрическую форму и шнековый завихритель, выполненный из металлической ленты, который крепится сваркой к ребрам жесткости сетки-кожуха и к центральному стержню, угол атаки шнекового завихрителя составляет 30; сажеотделитель соединен с емкостью-водогрязенакопителем.

Сажеотделитель выполнен из нержавеющей трубы марки Х18Н10Т диаметром 500 мм, высотой 3000 мм, имеющей внизу эллиптическое днище, в сажеотделителе имеются четыре штуцера: один для воздушника, второй для сброса водогрязевого потока через регулирующий клапан в емкость-водогрязенакопитель, третий для подачи воды в сажеотделитель и четвертый для уровнемера LGS, измеряющий и поддерживающий уровень воды в сажеотделителе.

В приемную трубу через регулирующий клапан осуществляют подачу водяного пара в таком количестве, чтобы скорость на входе в шнековый завихритель была около 40 м/с. Сажа в газовом потоке попадает в сажеотделитель, где она после шнекового завихрителя отбрасывается центробежной силой к внутренней поверхности сетки-кожуха и оседает на ней, и, так как сетка-кожух погружена в водный слой сажеотделителя, сажа набухает и под действием силы тяжести скользит вниз аппарата, откуда она сбрасывается в емкость-водогрязенакопитель.

На чертеже представлена схема системы автоматического управления и регулирования промышленной и экологической безопасностью выбросов высокотемпературных паров и газов с дисперсным материалом (сажей) в аппаратах после предохранительных клапанов в аварийной ситуации. Система содержит приемную трубу 1 диаметром 250 мм для сбора газовых выбросов. Приемная труба 1 соединяется с сажеотделителем 2 через фланцевое соединение 3 катушки 4, которая приварена к разъемной крышке 5 сажеотделителя 2. К катушке 4 через фланцевое соединение 6 крепится сварное сажеотделяющее устройство, состоящее из центрального стержня 7, к которому приваривается шнековый завихритель 8 газового потока с углом атаки шнекового завихрителя 30°, выполненный из металлической ленты сечением 2×100 мм, сетки-кожуха 9, выполненной из металлической сетки с ячейками 5-8 мм, высотой 1000 мм, диаметром 300 мм, которая служит для отделения и улавливания дисперсного материала (сажи), из ребер жесткости 10, которые привариваются к шнековому завихрителю 8 и сетке-кожуху 9, из верхней крышки 11, к которой крепится сетка-кожух 9. Сажеотделитель 2 выполнен из нержавеющей трубы марки Х18Н10Т диаметром 500 мм и высотой 3000 мм, имеющей внизу эллиптическое днище. Система работает следующим образом.

В случае аварийной ситуации при сбросе высокотемпературных газов с дисперсным материалом (сажей) после предохранительных клапанов аппаратов в приемную трубу 1 сигнал из приемной трубы 1 поступает на блок контроля 12 пожаровзрывоопасной аварийной ситуации, и далее через исполнительный механизм 13 на регулирующий клапан 14 подачи водяного пара в приемную трубу 1 для транспортировки сажи по приемной трубе в сажеотделяющее устройство. Газовый поток подается со скоростью около 40 м/сек на шнековый завихритель 8, поскольку опыт работы циклонных и жалюзийных сепараторов при разделении паракапельного потока показал, что при скорости ввода разделяемого потока около 40 м/сек эффективность сепарации увеличивается в два раза (см. Кутепов A.M., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразования. Под ред. Л.С. Стермана. Учеб. пособие для втузов. М. Высш. школа. 1977). Газовый поток сажи проходит через шнековый завихритель 8, где дисперсный материал из газового потока после шнекового завихрителя центробежной силой отбрасывается к внутренней стороне сетки-кожуха 9, и, так как слой сажи с наружной стороны смачивается водой сажеотделителя, он набухает и под действием силы тяжести скользит вниз аппарата сажеотделителя 2 и далее периодически вместе с грязевым потоком через регулирующий клапан 15 сбрасывается в емкость-водогрязенакопитель 16, а из нее периодически откачивается насосом 17 в барабанный вакуум-фильтр 18 для отделения дисперсной фазы. На барабанном вакуум-фильтре 18 дисперсная фаза (сажа) снимается ножом-пластиной 19, после чего сажа поступает на разгрузочный шнек 20 и далее через люк 21 выгружается в полиэтиленовый мешок 22 для дальнейшего использования ее как товарного продукта.

Газовый поток, освобожденный от дисперсного материала (сажи), попадает через сетку-кожух 9 в водный слой сажеотделителя 2, где он, барбатируясь, конденсируется, охлаждается и выходит из аппарата через воздушник 23 сажеотделителя 2. В сажеотделителе имеются четыре штуцера: один для воздушника 23, второй 24 для подачи воды в сажеотделитель 2, третий штуцер 25 для уровнемера LGS, измеряющего и поддерживающего уровень воды в сажеотделителе 11, четвертый штуцер 26 для сброса водогрязевого потока в емкость - водогрязенакопитель 16. На емкости-водогрязенакопителе 16 имеется уровнемер 27 - LGS-23, который позволяет контролировать уровень грязевого потока в емкости и периодически откачивать грязевый поток насосом 17 на барабанный вакуум-фильтр 18 для отделения дисперсной фазы.

Применение предложенной системы автоматического управления и регулирования промышленной и экологической безопасностью выбросов высокотемпературных паров и газов с дисперсным материалом (сажей) в аппаратах после предохранительных клапанов позволит полностью исключить в нефтехимическом производстве выбросы сажи через предохранительные клапаны аппаратов в аварийной ситуации, тем самым улучшит экологию воздушного бассейна городов, рабочих поселков и территорию технологических установок.

Система автоматического управления и регулирования промышленной и экологической безопасностью выбросов высокотемпературных паров и газов с дисперсным материалом (сажей) в аппаратах после предохранительных клапанов в аварийной ситуации. Изобретение относится к области управления и регулирования промышленной и экологической безопасностью на предприятиях химической, нефтехимической и газовой промышленности, где имеются выбросы высокотемпературных паров и газов с сажей в аппаратах после предохранительных клапанов, особенно для технологического процесса -пиролиза в производстве печной сажи или получения углеводородных газов с высоким содержанием непредельных углеводородов, используемых в нефтехимии. Система автоматического управления и регулирования имеет устройство - приемную трубу для сбора выбросов в аппаратах после предохранительных клапанов, а также устройство - сажеотделитель для конденсации и отделения сажи. Сажеотделитель имеет шнековый завихритель, расположенный в сетке-кожухе. Скорость ввода газового потока желательно иметь около 40 м/сек. Газовый поток, проходящий через шнековый завихритель с углом атаки завихрителя 30°, под действием центробежной силы прижимается к сетке-кожуху и сажа оседает на ней. Так как сетка-кожух с наружной стороны все время смачивается водой, то слой сажи набухает и скользит под действием силы тяжести вниз аппарата, далее через регулирующий клапан сажа вместе с грязевым потоком сбрасывается в емкость-водогрязенакопитель, откуда подается на барабанный вакуум-фильтр, где сажа снимается ножом-пластиной и далее поступает на разгрузочный шнек для подачи ее к месту упаковки в полиэтиленовые мешки для дальнейшего использования ее как товарного продукта. Техническим результатом является повышение надежности и простоты работы системы в аварийных ситуациях при выбросах высокотемпературных паров и газов с дисперсным материалом (сажей). 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система автоматического управления и регулирования промышленной и экологической безопасностью выбросов высокотемпературных паров и газов с дисперсным материалом (сажей) в аппаратах после предохранительных клапанов в аварийной ситуации, имеющая блок контроля за аварийной ситуацией и устройство для сбора выбросов газов и паров с дисперсным материалом (сажей) - приемную трубу, характеризующаяся тем, что в системе имеется сажеотделитель, заполненный водой, соединенный с приемной трубой через фланцевое соединение, внутри сажеотделителя расположена металлическая сетка-кожух с ячейками для отделения сажи, имеющая цилиндрическую форму и шнековый завихритель, выполненный из металлической ленты, который крепится сваркой к ребрам жесткости сетки-кожуха и к центральному стержню, угол атаки шнекового завихрителя составляет 30°; сажеотделитель соединен с емкостью-водогрязенакопителем.

2. Система по п.1, характеризующаяся тем, что сажеотделитель выполнен из нержавеющей трубы марки Х18Н10Т диаметром 500 мм, высотой 3000 мм, имеющей внизу эллиптическое днище, в сажеотделителе имеются четыре штуцера: один для воздушника, второй для сброса водогрязевого потока через регулирующий клапан в емкость - водогрязенакопитель, третий для подачи воды в сажеотделитель и четвертый для уровнемера LGS, измеряющий и поддерживающий уровень воды в сажеотделителе.

3. Система по п.1, характеризующаяся тем, что в приемную трубу через регулирующий клапан осуществляют подачу водяного пара в таком количестве, чтобы скорость на входе в шнековый завихритель была около 40 м/с.

4. Система по п.1, характеризующаяся тем, что сажа в газовом потоке попадает в сажеотделитель, где она после шнекового завихрителя отбрасывается центробежной силой к внутренней поверхности сетки-кожуха и оседает на ней, и, так как сетка-кожух погружена в водный слой сажеотделителя, сажа набухает и под действием силы тяжести скользит вниз аппарата, откуда она сбрасывается в емкость-водогрязенакопитель.