УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО ИСПАРЕНИЯ И ДОЗИРОВАНИЯ ИСПАРЯЮЩЕЙСЯ ЖИДКОСТИ И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ Российский патент 2014 года по МПК B01J4/02 

Изобретение относится к устройству для одновременного испарения и дозирования испаряющейся жидкости и к соответствующему способу. В частности, жидкость дозированно испаряется, и образующаяся так газовая фаза целенаправленно вводится в газовое пространство, которое содержит другие газы или пары.

Изобретение относится, в частности, к дозированию малых количеств испаряющейся жидкости в существенно больший, частично конденсированный поток парообразных углеводородов, который может также содержать фракцию водяного пара, в частности, в пары в верхнем пространстве нефтеперегонной колонны, чтобы химически связать или нейтрализовать находящиеся там кислоты или вещества, образующие с водой кислоты.

Этого можно достичь дозированной подачей определенных добавок, а именно аминов. Особенно подходящим в качестве такой добавки является триметиламин (TMA). Однако недостатком является то, что TMA очень легко воспламеняется и амины при своем выделении обычно вызывают серьезные проблемы с запахом.

Уровень техники в отношении дозирования испаряющейся жидкости, какая указана выше, представлен особо разработанным дозирующим оборудованием. При этом дозировка осуществляется мембранными насосами. Величина хода и рабочий объем позволяют провести измерение требуемого объема. Однако эта конструкция имеет следующие существенные недостатки. Давление в точке дозации в голове нефтеперегонной колонны определяет уровень давления в линии дозации, примерно 3 бар(абс). Для абсолютного давления 2,5 бар температура испарения триметиламина, используемого предпочтительно, составляет 30°C. При абсолютном давлении 3 бар она превышает 35°C. Если испарительная камера определенно не допускает такой температуры, испарение не гарантируется. Обычные в Центральной Европе температуры наружного воздуха лежат чаще всего ниже, чем требуется для испарения, поэтому требуются вспомогательные средства, например, подвод теплоты для парообразования.

Колонны перегонки сырой нефти возвышаются примерно на 40 м. Из-за своей высоты они стоят под открытым небом и подвержены действию погодных условий, в частности колебаниям температуры. Это обостряет описанную проблему дозировки при низких температурах наружного воздуха.

Описанное дозирующее оборудование согласно уровню техники не имеет никаких механизмов, которые бы непрерывно обеспечивали постоянную скорость подачи в месте нагнетания в основной поток паров в верхнем пространстве колонны. Следующим недостатком этого дозирующего оборудования является выбранная технология перекачки. Ресурс мембранного насоса ограничен числом циклов напряжений, которое выдерживает мембрана. Поэтому даже при оптимальном обслуживании регулярно происходит нежелательная разгерметизация системы, которая в настоящем случае содержит легковоспламеняющееся вещество с очень сильным запахом.

Поэтому задачей является разработать устройство и способ, которые гарантируют высокую и непрерывную точность дозирования и позволяют дозированно подавать добавку в точку дозации в газообразной форме.

Эта задача решена устройством согласно п.1 формулы изобретения.

Требования к такому устройству, которое решает вышеуказанную задачу, высоки. Для оптимального действия требуется, чтобы добавка вводилась непрерывно в форме газа. В случае применения в нефтеперегонной колонне при передозировке кислоты или кислотообразующие вещества, содержащиеся в потоке углеводородов, в частности хлориды, ведут к серьезным проблемам с коррозией. Передозировки следует также избегать, потому что иначе будут образовываться соединения, которые в известных случаях могут вызвать серьезные повреждения расположенных дальше по схеме олефиновых установок.

Из-за проблем с запахом вся дозирующая система должна, кроме того, иметь повышенную герметичность.

Устройство согласно изобретению для выполнения задачи согласно изобретению содержит несколько соединенных линиями (трубами) конструктивных элементов, а именно по меньшей мере один резервуар-хранилище, массовый расходомер, регулирующий клапан и подающее устройство.

Резервуар-хранилище содержит испаряющуюся жидкость или добавку. Обычно добавка в резервуар поставляется извне. Резервуар предпочтительно можно отделять от устройства согласно изобретению и снова соединять с ним. Это справедливо также для сменного резервуара, имеющего, по существу, такую же конструкцию. Резервуар создают с такими размерами, такой конструкции и из такого материала, чтобы он удовлетворял техническим требованиям, предъявляемым к устройству согласно изобретению. Специалист в данной области способен выбрать или изготовить подходящий резервуар.

Массовый расходомер, который установлен за резервуаром-хранилищем и соединен с ним трубной линией, измеряет, сколько испаряющейся жидкость отбирается из резервуара-хранилища в единицу времени. Такие массовые расходомеры имеются в продаже.

Регулирующий клапан, который установлен за массовым расходомером и соединен с ним трубной линией, устанавливается в соответствии с указаниями по дозировке и тем самым пропускает дозированное количество жидкости.

Подающее устройство, которое установлено за регулирующим клапаном и соединено с ним трубной линией, позволяет вводить газ-носитель в линию между регулирующим клапаном и точкой дозации. Подведенный газ-носитель способствует испарению добавки. Поэтому выгодно размещать подающее устройство как можно ближе к регулирующему клапану.

В одной особой форме осуществления изобретения параллельно резервуару-хранилищу подсоединен по меньшей мере еще один резервуар-хранилище. Это выгодно, чтобы обеспечить бесперебойное дозирование. Это можно осуществить, переключаясь с резервуара, который распознан как пустой, на установленный параллельно полный резервуар. Чтобы можно было переключаться с пустого резервуара на полный, каждый резервуар предпочтительно содержит устройство проверки уровня заполнения, которое встроено в линию между резервуаром-хранилищем и массовым расходомером. Переключение может совершаться автоматически, если устройство проверки уровня заполнения соединено с соответствующим блоком управления.

Испаряющаяся жидкость при нормальных условиях предпочтительно является газообразной. По разным причинам, в том числе из-за доставки или транспортировки добавки в описанных резервуарах, а также из-за выбранного метода измерения массы, который предполагает жидкое состояние, давление в резервуарах-хранилищах устанавливается с помощью инертного газа выше атмосферного давления, чтобы при ожидаемых температурах добавка всегда находилась в резервуаре преимущественно в жидком агрегатном состоянии. Подходящие инертные газы специалисту известны. Пригодность инертного газа зависит от фактической области применения. В комбинации с триметиламином как добавки для нейтрализации паров в верхнем пространстве нефтеперегонной колонны предпочтительным инертным газом является азот.

В особом случае применения для нейтрализации паров в верхнем пространстве нефтеперегонной колонны такой подходящей добавки, как TMA, выгодно, если точка дозации находится в верхней области колонны. При этом можно, чтобы точка дозации находилась как непосредственно в голове колонны, так и в начальной зоне линии отвода верхних паров.

В линии от резервуара-хранилища к массовому расходомеру предпочтительно установлен разгрузочный клапан. Он служит для отключения пустого резервуара от устройства согласно изобретению и/или для подключения к нему резервуара, наполненного испаряющейся жидкостью. Для обеспечения испарения жидкости и для предотвращения конденсации линия между регулирующим клапаном и точкой дозации предпочтительно содержит, по меньшей мере на некоторых участках, нагревательное устройство. Из-за уже описанных, обусловленных влиянием климатических условий факторов, выгодно, например, в случае нефтеперегонной колонны, устанавливать нагревательное устройство, в частности, между подающим устройством и точкой дозации. Подходящие нагревательные устройства специалисту известны. Это могут быть, например, нагревательные устройства, работающие на электрическом токе. Однако в принципе можно также обогревать линию паром или другим теплоносителем.

В возможном случае пожара снаружи устройство должно быть защищено от разрыва резервуара. Это осуществляется предпочтительно путем установки по меньшей мере одного предохранительного клапана в устройство согласно изобретению, который при превышении определенного давления в резервуаре отводит его содержимое по трубопроводу в безопасное место, предпочтительно в факельную систему.

Чтобы в устройстве согласно изобретению можно было производить ремонт, выгодно предусмотреть возможность чистки. В частности, в случае предпочтительно применяемого триметиламина имеется вещество, которое, с одной стороны, является легковоспламеняющимся, а с другой стороны, имеет чрезвычайно сильный запах. Поэтому линии в устройстве согласно изобретению предпочтительно соединены таким образом и при необходимости снабжены вентилями, чтобы они могли полностью или частично продуваться газообразной средой. Эта газообразная среда может быть, например, инертным газом, как азот. Однако в случае применения, например, триметиламина в качестве добавки, предпочтительно используется водяной пар. Это выгодно тем, что водяной пар поглощает добавку и тем самым практически полностью исключает как опасность воспламенения, так и возможное воздействие неприятного запаха.

Изобретение относится, кроме того, к способу одновременного испарения и дозирования испаряющейся жидкости. В таком способе испаряющаяся жидкость из резервуара-хранилища попадает по трубопроводу и через массовый расходомер в регулирующий клапан, где она дросселируется до более низкого давления, и дополнительно в линию между регулирующим клапаном и точкой дозации подается газ-носитель. Предпочтительно уровень наполнения резервуара-хранилища отслеживается устройством проверки уровня заполнения, которое находится между резервуаром-хранилищем и массовым расходомером.

Благоприятным показало себя, если параллельно первому резервуару-хранилищу установить по меньшей мере еще один резервуар-хранилище предпочтительно со своим устройством проверки уровня заполнения.

Благоприятно, если резервуары-хранилища можно подключать или отключать посредством соответствующего разгрузочного клапана. Одна особая форма осуществления способа согласно изобретению предусматривает подключение наполненного резервуара-хранилища тогда, когда от устройства проверки уровня заполнения резервуара-хранилища, подключенного в данный момент, станет известно, что он опустел. Это можно в максимальной мере автоматизировать. Например, допустимо, чтобы в случае опустевшего резервуара устройство проверки через блок управления запускало схемы разгрузочных клапанов, которые отделяют пустой резервуар от массового расходомера и соединяют второй полный резервуар с массовым расходомером и находящимися ниже по схеме остальными компонентами устройства согласно изобретению.

Выгодно, если массовый расходомер и регулирующий клапан соединены с центральной системой управления. Она узнает от массового расходомера текущую скорость дозирования и устанавливает регулирующий клапан в соответствии с отклонением от заданного значения. Таким образом, система управления сравнивает установленную массовым расходомером фактическую скорость дозирования с заданным значением и изменяет при необходимости положение регулирующего клапана.

Регулирующий клапан дросселирует жидкость до давления испарения. Чтобы гарантировать испарение, линию между регулирующим клапаном и точкой дозации можно обогревать, по меньшей мере на некоторых участках. Нагрев обеспечивает необходимую для испарения теплоту. Он может также служить тому, чтобы предотвратить конденсацию испарившейся добавки в линии, ведущей к точке дозации. Такой обогрев линии к точке дозации выгоден, если нефтеперегонная колонна вместе с устройством согласно изобретению находятся в умеренных широтах и испытывают погодные воздействия. Иначе возникала бы опасность, что добавка вследствие обусловленного климатом холода снова сконденсируется в линии по пути к голове нефтеперегонной колонны, которая имеет высоту до 40 м.

Если способ согласно изобретению применяется при перегонке сырой нефти, то подаваемая таким образом добавка служит, как правило, для нейтрализации паров в голове колонны. Для этих целей в качестве испаряющейся жидкости предпочтительно применяется триметиламин. Благодаря нейтрализации кислотных компонентов идущие от колонны трубопроводы и дальнейшие элементы конструкции защищены от коррозии.

В способе согласно изобретению в качестве добавки предпочтительно используется триметиламин.

Чтобы облегчить испарение добавки или исключить последующую конденсацию, предпочтительно прибегают не только к уже описанному нагревательному устройству. Более того, способ согласно изобретению предусматривает применение газа-носителя. По уже названным причинам для многих областей применения особенно подходящим газом-носителем является азот.

Предпочтительно испарившаяся жидкость подается или нагнетается в верхнюю область нефтеперегонной колонны. Добавка, в частности, триметиламин, служит для нейтрализации находящихся там кислотных компонентов.

Регулирование дозировки осуществляется предпочтительно через значение pH промывочной воды нефтеперегонной колонны. Таким образом, контроль достигнутого эффекта нейтрализации и, соответственно, также заданное значение скорости дозации достигаются через измерение значения pH скапливающейся в сборнике флегмы колонны сбросной воды.

Для точной дозировки добавки, предпочтительно триметиламина, важно, чтобы она находилась в массовом расходомере в жидкой форме. Это выгодно, так как тем самым отпадает необходимость коррекции измеренных значений, что было бы необходимо, если бы добавка находилась в газообразной форме и, соответственно, нужно было бы измерять объем или потоки. Чтобы гарантировать жидкое агрегатное состояние, в способе согласно изобретению в резервуаре-хранилище посредством газа-носителя, предпочтительно азота, устанавливают давление, которое при ожидаемых температурах окружающей среды достаточно, чтобы предотвратить полный переход из жидкой в газовую фазу. Таким образом, резервуар-хранилище предпочтительно перекрыт газом-носителем с повышенным давлением. По очевидным причинам выгодно, если это давление выше, чем давление в линии между регулирующим клапаном и точкой дозации. Этим задается направление течения. Предпочтительно, избыточное давление в линии между регулирующим клапаном и точкой дозации составляет от 0,1 до 30 бар, в частности от 1 до 10 бар и предпочтительно от 1,5 до 2 бар.

Так как такая добавка, как триметиламин, в чистой форме легко воспламеняется и имеет очень сильный неприятный запах, способ согласно изобретению в одной особой форме осуществления предусматривает возможность промывки всех конструкционных элементов устройства. В качестве особо подходящей промывочной среды используется водяной пар. Вода может, например, впитывать TMA в больших количествах и устраняет одновременно указанные отрицательные свойства добавки.

Устройство согласно изобретению предпочтительно применяется для осуществления способа согласно изобретению.

Фигура 1 схематически показывает одну конструктивную форму устройства согласно изобретению. Два установленных параллельно резервуара 1 и 2 для хранения испаряющейся жидкости могут через соответствующие им разгрузочные клапаны 3 или 4 подключаться к остальной части устройства согласно изобретению, всегда через соответствующие линии. Испаряющаяся жидкость, двигаясь от резервуара-хранилища, проходит через массовый расходомер 5, который измеряет массу жидкости в единицу времени, и через установленный дальше регулирующий клапан 6 дозировано подается в соответствии с предписаниями. В результате одновременного дросселирования до более низкого давления жидкость, по меньшей мере, частично испаряется. От регулирующего клапана 6 линия ведет до точки дозации 9. Подающее устройство 7 позволяет вводить в эту линию газ-носитель. Этот газ-носитель отбирается из резервуара 8 и способствует испарению добавки.

Устройство для одновременного испарения и дозирования испаряющейся жидкости и соответствующий способ. Предлагается устройство, которое имеет следующие конструктивные элементы: по меньшей мере один резервуар-хранилище для испаряющейся жидкости, массовый расходомер, который установлен за резервуаром-хранилищем и соединен с ним линией и который измеряет массу прошедшей жидкости, регулирующий клапан, который установлен за массовым расходомером и соединен с ним линией и который может регулироваться в соответствии с предписанной дозировкой, подающее устройство, которое позволяет подавать газ-носитель в линию между регулирующим клапаном и точкой дозации. Дополнительный резервуар-хранилище может быть установлен параллельно. Резервуары-хранилища могут по отдельности подсоединяться или отсоединяться посредством разгрузочных клапанов. Устройство подходит, в частности, для дозирования триметиламина в нефтеперегонную колонну для нейтрализации паров в голове колонны. Изобретение позволяет обеспечить непрерывную и высокую точность дозирования и сделать возможным, чтобы добавка дозированно подавалась в точку дозации в газообразной форме. 3 н. и 21 з. п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для одновременного испарения и дозирования испаряющейся жидкости, содержащее:
- по меньшей мере один резервуар-хранилище (1) для испаряющейся жидкости,
- массовый расходомер (5), который установлен за резервуаром-хранилищем (1) и соединен с ним линией и который измеряет массу прошедшей жидкости,
- регулирующий клапан (6), который установлен за массовым расходомером (5) и соединен с ним линией и который может регулироваться в соответствии с задаваемой дозировкой,
- подающее устройство (7) для подачи газа-носителя в линию между регулирующим клапаном (6) и точкой дозации (9),
- причем резервуар-хранилище (1) находится под повышенным давлением газа-носителя, которое выше, чем давление в линии между регулирующим клапаном (6) и точкой дозации (9).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что параллельно резервуару-хранилищу (1) установлен по меньшей мере еще один резервуар-хранилище (2).

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что между резервуарами-хранилищами (1, 2) и массовым расходомером (5) установлено устройство проверки уровня заполнения.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено отходящей от резервуара-хранилища (1, 2) линией с разгрузочным клапаном (3, 4).

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство содержит по меньшей мере один встроенный предохранительный клапан для сброса избыточного давления.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линия между регулирующим клапаном (6) и точкой дозации (9), в частности между подающим устройством (7) и точкой дозации (9), снабжена по меньшей мере на отдельных участках нагревательным устройством.

7. Способ испарения и дозирования испаряющейся жидкости, при котором жидкость из резервуара-хранилища (1), находящегося под повышенным давлением инертного газа, причем это давление больше, чем давление в линии между регулирующим клапаном (6) и точкой дозации (9), подают по линии и через массовый расходомер (5) в регулирующий клапан (6), где ее давление понижается, и в линию между регулирующим клапаном (6) и точкой дозации (9) дополнительно подают газ-носитель.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что уровень заполнения резервуара-хранилища контролируют посредством устройства проверки уровня заполнения, находящегося между резервуаром-хранилищем (1) и массовым расходомером (5).

9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что параллельно первому резервуару-хранилищу (1) подключают по меньшей мере еще один резервуар-хранилище (2), предпочтительно с собственным устройством для проверки уровня заполнения.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что резервуары-хранилища (1, 2) подключаются или отключаются посредством соответствующего разгрузочного клапана (3, 4).

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что заполненный резервуар-хранилище (1, 2) подключается тогда, когда устройство проверки уровня заполнения подключенного в данный момент резервуара-хранилища (2, 1) распознает, что он является пустым.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что заполненный резервуар-хранилище (1, 2) подключается тогда, когда устройство проверки уровня заполнения подключенного в данный момент резервуара-хранилища (2, 1) распознает, что он является пустым.

13. Способ по п.7, отличающийся тем, что массовый расходомер (5) и регулирующий клапан (6) соединены с центральной системой управления, причем посредством массового расходомера (5) определяется фактическая скорость дозации, и регулирующий клапан подстраивается в соответствии с отклонением от заданного значения.

14. Способ по п.7 или 13, отличающийся тем, что для полного испарения испаряющейся жидкости линия между регулирующим клапаном (6) и точкой дозации (9) по меньшей мере на отдельных участках обогревается.

15. Способ по п.7, отличающийся тем, что избыточное давление в линии между регулирующим клапаном (6) и точкой дозации (9) составляет от 0,1 до 30 бар, в частности, от 1 до 10 бар, предпочтительно от 1,5 до 2 бар.

16. Способ по п.14, отличающийся тем, что избыточное давление в линии между регулирующим клапаном (6) и точкой дозации (9) составляет от 0,1 до 30 бар, в частности, от 1 до 10 бар, предпочтительно от 1,5 до 2 бар.

17. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве испаряющейся жидкости используют триметиламин.

18. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве газа-носителя используют азот.

19. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве промывочной среды используют водяной пар.

20. Способ по п.7 или 17, отличающийся тем, что испарившаяся жидкость подается в верхнюю область нефтеперегонной колонны.

21. Способ по п.7 или 13, отличающийся тем, что регулирование дозировки осуществляется через значение рН промывочной воды при перегонке сырой нефти.

22. Применение устройства по пп.1-6 в способе по пп.7-21.

23. Применение по п.22, причем испаряющаяся жидкость в нормальных условиях является газообразной.

24. Применение по п.22 или 23, причем устройство может полностью или частично промываться газообразной средой, в частности водяным паром.