Устройство для электролитического обезвреживания резервуаров хранения одоранта природного газа Российский патент 2024 года по МПК B08B9/08 B08B3/10 C25F7/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройствам для обезвреживания и очистки резервуаров, преимущественно, содержащих одорант природного газа, а также его производные, и может быть использовано в газовой, нефтехимической и смежных с ними отраслях промышленности.

Уровень техники

Известно устройство для очистки резервуара состоящее из управляемых компьютером и соединенных трубопроводами емкости хранения технологического раствора, напорного насоса, узла ввода эжекторного типа, обрабатываемого резервуара, сепаратора, реактора, озонодеструктора, компрессора, концентратора кислорода, генератора озона, в котором очистку резервуара осуществляют озоном в водном растворе (патент РФ №176689 от 10.01.2017 г., МПК В08В 9/08).

К недостаткам известного устройства можно отнести то, что используется значительное количество технологического раствора, при этом с использованием известного устройства нельзя обезвреживать резервуары, содержащие значительные количества остатка одоранта.

Наиболее близким к заявленному устройству по совокупности признаков является мобильная установка для промывки емкостей, состоящая из расходной емкости с раствором, циркуляционного насоса и шламоуловителя, при помощи которой промывают емкости хранения одоранта (Посмак М.А., Крюков А.В., Алиев Т.Т., Янчук В.М., Галкин С. С. Реализация на объектах эксплуатации технологии очистки емкостей для хранения одоранта // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. №2. С. 34-36).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании указанного устройства, относится то, что не достигают полной дезодорации емкости и раствора, а только снижают уровень содержания меркаптанов до уровня отсутствия ярко выраженного запаха одоранта, не препятствуют попаданию в атмосферу токсичных паров одоранта, при этом используют несколько тонн технологического раствора в процессе работы, а работы по сливу токсичного раствора из емкости выполняют вручную.

Кроме того, осуществляют окончательную утилизацию отработанного раствора на удаленной стационарной установке термического обезвреживания путем сжигания, применяя сложную реагентную систему очистки дымовых газов, а транспортировку раствора к объекту утилизации осуществляют в специальном транспортном средстве – бензовозе, что говорит о токсичности и пожаровзрывоопасности отработанного раствора, то есть об отсутствии результата обезвреживания.

Проблема при очистке, обезвреживании и дезодорации резервуаров хранения одоранта заключается в том, что возникла необходимость сокращения времени полного обезвреживания и дезодорации резервуаров, содержащих значительное количество одоранта.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат – снижение класса опасности веществ, получаемых в процессе утилизации, со второго до четвертого; сокращение времени полного и необратимого обезвреживания и дезодорации резервуаров.

Заявленный технический результат достигается тем, что устройство для электролитического обезвреживания резервуаров хранения одоранта природного газа, включающее электролизную ванну и циркуляционный насос, причем электролизная ванна, по бортам которой расположены катоды, наполнена электролитом, а анодная клемма установлена на фланце обезвреживаемого резервуара, помещенного в электролизную ванну, стержневой катод проходит сквозь отверстие внутрь обезвреживаемого резервуара, фильтр грубой очистки раствора электролита соединен с трубопроводом циркуляции электролита через циркуляционный насос для электролита, который подает раствор электролита через трубчатый катод внутрь обезвреживаемого резервуара, и установлен сквозь отверстие внутрь обезвреживаемого резервуара, насос-дозатор поверхностно-активного вещества, дозирующий раствор поверхностно-активного вещества в трубопровод циркуляции электролита, генератор ультразвука, погруженный в раствор электролита и воздуходувку.

Краткое описание чертежей

Схема полезной модели изображена на чертеже, где 1 – электролизная ванна, 2 – электролит, 3 – катоды, 4 – анодная клемма, 5 – обезвреживаемый резервуар, 6 – стержневой катод, 7 – фильтр грубой очистки раствора электролита, 8 – трубопровод циркуляции электролита, 9 – циркуляционный насос для электролита, 10 – трубчатый катод для подачи электролита, 11 – насос-дозатор поверхностно-активного вещества, дозирующий раствор поверхностно-активного вещества в трубопровод циркуляции электролита, 12 – генератор ультразвука, 13 – воздуходувка, 14 - донный осадок.

Устройство предназначено для очистки (обезвреживания) металлических резервуаров, от значительных количеств токсичных и дурнопахнущих веществ в чистом или разбавленном виде, таких как одорант природного газа - смесь природных меркаптанов, прочих газообразных и жидких серосодержащих органических соединений, растворенного сероводорода. Устройство является мобильным, быстро разворачиваемым и может быть перевезено на любое расстояние автомобильным транспортом по дорогам общего назначения, железнодорожным или водным транспортом.

Устройство для электролитического обезвреживания резервуаров хранения одоранта природного газа состоит из электролизной ванны (1) с электролитом (2) и установленными по бортам катодами (3), анодной клеммы (4) устанавливаемой на фланец обезвреживаемого резервуара (5), стержневой катод (6), устанавливаемый сквозь отверстие внутрь обезвреживаемого резервуара (5), фильтр грубой очистки раствора электролита (7), соединенный с трубопроводом циркуляции электролита (8) через циркуляционный насос для электролита (9), подающий раствор электролита через трубчатый катод для подачи электролита (10) внутрь обезвреживаемого резервуара, трубчатый катод для подачи электролита, устанавливаемый сквозь отверстие внутрь обезвреживаемого резервуара (5), насос-дозатор поверхностно-активного вещества (лаурилсульфат натрия, 2 г/л раствора) (11) дозирующий раствор поверхностно-активного вещества (лаурилсульфат натрия, 2 г/л раствора) в трубопровод циркуляции электролита (8), генератор ультразвука (12), погруженный в раствор электролита, воздуходувку (13). Устройство заполнено электролитом (2) при подаче через который электрического тока протекают реакции, приводящие растворению верхнего слоя металла обезвреживаемого резервуара (5) и отделению застарелых продуктов коррозии, а также окислению компонентов одоранта природного газа, в результате которых сера переходит в нерастворимые сульфиды железа.

Осуществление изобретения

Работу устройства осуществляют следующим образом, см. чертеж.

Устанавливают обезвреживаемый резервуар 5 в электролизную ванну 1 с установленными по бортам катодами 3. После выполняют несколько замеров толщины стенки обезвреживаемого резервуара 5 с помощью неразрушающего метода. Далее заполняют обезвреживаемый резервуар 5 раствором электролита и проделывают отверстия в верхних точках обечайки. В проделанные отверстия внутрь обезвреживаемого резервуара 5 устанавливают стержневой катод 6 и трубчатый катод 10. На существующий фланец обезвреживаемого резервуара 5 устанавливается анодная клемма 4. Далее электролизная ванна 1 заполняется электролитом представляющим из себя водный раствор NaCl, NаOH и NaOCl . После заполнения электролизной ванны 1 электролитом на анод и катоды подается напряжение постоянного электрического тока, в результате воздействия которого в растворе электролита и на поверхностях обезвреживаемого резервуара 5 протекают следующие основные химические реакции:

2H₂O → 2OH^- + 2H⁺

2OH^- → O₂↑ + 2H⁺ + 2e^-

2H⁺ + 2e^- → H₂↑

NaCl → Na⁺ + Cl^-

2Cl^- → Cl₂↑ + 2e^-

Сl₂ + 2NaOH → NaOCl + Н₂O

CH₃SH + NaOH → CH₃SNa + H₂O

2CH₃SH + 2NaOH - 2e^- → CH₃SSH₃C + 2Na⁺ + 2H₂O

CH₃SH + 2NaOH → Na₂S + H₂O + CH₄↑

Na₂S + 2H₂O → 2NaOH + H₂S↑

CH₃SH + 7NaOCl + 2NaOH→ Na₂SO₄ + 7NaCl + 3H₂O + CO₂↑

H₂S + NaOCl → S↓ +NaCl + H₂O

Fe + Cl₂ → FeCl₂

2FeCl₂ + NaOCl + 4NaOH + H₂O → 2Fe(OH)₃↓ + 5NaCl

Fe Cl₂+2NaOH → 2NaCl + Fe(OH)₂↓

Fe(OH)₂ + H₂S → FeS↓ + 2H₂O

Вышеперечисленные основные реакции приводят растворению верхнего слоя металла обезвреживаемого резервуара 5 и отделению застарелых продуктов коррозии, а также окислению компонентов одоранта природного газа, в результате которых сера переходит в нерастворимые сульфиды железа.

Во время подачи напряжения постоянного электрического тока запускается циркуляционный насос для электролита 9, в который из электролизной ванны 1 через фильтр грубой очистки раствора электролита 7 по трубопроводу циркуляции электролита 8 поступает раствор электролита. Далее циркуляционный насос для электролита 9 по участку нагнетания трубопровода циркуляции электролита 8 закачивает электролит через трубчатый катод (10) внутрь обезвреживаемого резервуара 5. Дополнительно в участок нагнетания трубопровода циркуляции электролита 8 насос-дозатор ПАВ (лаурилсульфат натрия, 2 г/л раствора) 11 закачивает раствор поверхностно-активного вещества для улучшения уноса потоком образующегося осадка.

Во время подачи напряжения постоянного электрического тока работает установленный в электролизную ванну 1 генератор ультразвука 12 предназначенный для улучшения отделения нерастворимых продуктов электролиза от поверхностей обезвреживаемого резервуара 5.

Во время подачи напряжения постоянного электрического тока работает установленная над электролизной ванной 1 воздуходувка 13 предназначенная для удаления газообразных продуктов от протекающих реакций. Газообразные продукты представлены смесью H₂, O₂, CН₄ и паров H₂O.

Окончание процесса обезвреживания определяют:

– экспериментально по отсутствию в пробе токсичного или дурнопахнущего вещества любым пригодным аналитическим методом, в том числе, органолептически;

– визуально, путем наблюдения накопления нерастворимого осадка на дне электролизной ванны 1;

– по результату нескольких повторных замеров демонстрирующих уменьшение толщины стенки обезвреживаемого резервуара 5.

Пример реализации работы устройства.

Горизонтальный цилиндрический резервуар хранения одоранта объемом 20 литров (диаметр 180 мм, длина 800 мм) выполненный из конструкционной стали, содержащий около 0,5 кг остатка одоранта с застарелыми коррозионными отложениями, поместили в электролизную ванну, выполненную из диэлектрического материала с установленными по бортам катодами. После выполнили несколько замеров толщины стенки обезвреживаемого резервуара с помощью неразрушающего метода – ультразвуковой толщинометрии.

Далее через существующий штуцер обезвреживаемый резервуар хранения одоранта был заполнен предварительно приготовленным водным раствором электролита. Состав раствора электролита 2% массовых NaCl, 2 % массовых NaOH и 0.2% NaOCl. Температура заливаемого раствора 20^o C. После заполнения резервуара раствором электролита в нем были высверлены два отверстия в верхних точках обечайки. В проделанные отверстия внутрь обезвреживаемого резервуара 5 с уплотнением были вставлены стержневой катод и трубчатый катод. Стержневой катод изготовлен из изолированного прутка нержавеющей стали диаметром 14 мм у которого отсутствует изоляция на конечном участке на 50 мм. Трубчатый катод изготовлен из изолированной трубки из нержавеющей стали внешним диаметром 14 мм, на конечный участок длиной 50 мм изоляция не наносится. При установке оголенные участки стержневого и трубчатого катодов находятся на пересечении оси обечайки обезвреживаемого резервуара. На существующий фланец обезвреживаемого резервуара установлена анодная клемма.

Далее электролизная ванна, в которой установлен обезвреживаемый резервуар была заполнена электролитом, полностью закрывающим обечайку обезвреживаемого резервуара. После заполнения электролизной ванны включаются воздуходувка, предназначенная для удаления газообразных продуктов от протекающих реакций.

После заполнения электролизной ванны электролитом, и включения воздуходувки на анод и катоды было подано напряжение постоянного электрического тока 12V силой 32 А, в результате воздействия которого в растворе электролита и на поверхностях обезвреживаемого резервуара активизировались химические реакции сопровождающиеся образованием газов – на аноде выделяется O₂, на катоде H₂. Из штуцера обезвреживаемого резервуара через некоторое время начался выход пены с газовой смесью.

Во время подачи напряжения постоянного электрического тока на анод и катоды был запущен циркуляционный насос для электролита, который перекачивает электролит из электролизной ванны через фильтр грубой очистки раствора электролита по трубопроводу циркуляции электролита. Далее циркуляционный насос для электролита закачивает электролит через трубчатый катод внутрь обезвреживаемого резервуара. Дополнительно в участок нагнетания трубопровода циркуляции электролита насос-дозатор поверхностно-активного вещества (лаурилсульфат натрия, 2 г/л раствора) закачивает раствор поверхностно-активного вещества для улучшения уноса потоком образующегося осадка. При этом наблюдается передавливание раствора электролита через штуцер обезвреживаемого резервуара в электролизную ванну, и интенсификация образования пены.

По мере воздействия электрического тока на поверхность обезвреживаемого резервуара наблюдается снижение напряжения электрического тока до 6V, что свидетельствует о зарастании поверхности обезвреживаемого резервуара нерастворимыми продуктами реакции состоящими из FeS и Fe(OH)₂. Для очистки поверхности на короткое время включается реверс напряжения электрического тока, а также был включен установленный в электролизную ванну генератор ультразвука, предназначенный для улучшения отделения нерастворимых продуктов электролиза от поверхностей обезвреживаемого резервуара и гашения пены.

Через 8 часов работы электролит в электролизной ванне разогрелся до 37⁰С, произошло снижение уровня жидкости за счет уноса воды. Раствор электролита потемнел, на дно выпал черный осадок.

После было отключено электрическое напряжение, остановлены насосы, воздуходувка и отсоединены анод, стержневой катод и трубчатый катод. После опорожнения электролизной ванны обезвреживаемый резервуар был также опорожнен и произведена толщинометрия стенки. Выяснилось уменьшение толщины в среднем на 0.2 мм.

Далее обезвреживаемый резервуар был извлечен, при этом отсутствовал запах одоранта или его производных.

После опорожнения электролизной ванны был отдельно собран донный осадок весом 2.4 кг черного цвета состоящий преимущественно из FeOH (около 70%) и FeS. Полученный осадок не проявил пирофорных свойств и в дальнейшем может быть использован в качестве колера при изготовлении тротуарной плитки. Отстоявшийся раствор электролита после добавления порции воды взамен утраченной идет на повторное применение.

Время на обезвреживание резервуара определяется соотношением затраченной на электролиз электроэнергии и количества остатка одоранта. При этом, важно применение восстанавливающих процесс мероприятий в виде реверса напряжения электрического тока и воздействия ультразвука. В то время как в прототипе (аналоге) есть объективные ограничения, связанные с низкой растворимостью компонентов одоранта в моющем (технологическом) растворе. Таким образом, варьированием соотношения «затраты электроэнергии / количество одоранта» можно сократить время обезвреживания и очистки резервуара до минимального значения

В результате такого обезвреживания класс опасности отхода — резервуара хранения одоранта – понижают со второго до четвертого, при этом снимают необходимость в утилизации отработанного технологического раствора, так как он подлежит повторному использованию, что повышает экологическую безопасность предлагаемого устройства. Также по завершению обезвреживания резервуара хранения одоранта природного газа получается побочный продукт — колер для тротуарной плитки.

Предложенное техническое устройство позволяет без применения озона в течение минимального конечного времени производить исчерпывающее и необратимое обезвреживание и дезодорацию металлических резервуаров, содержащих значительные количества одоранта.

Изобретение относится к устройству для обезвреживания резервуаров, содержащих одорант природного газа, а также его производные, и может быть использовано в газовой, нефтехимической и смежных с ними отраслях промышленности. Устройство содержит электролизную ванну для электролита с установленными по бортам катодами и анодной клеммой, устанавливаемой на фланец обезвреживаемого резервуара, стержневой катод, устанавливаемый сквозь отверстие внутрь обезвреживаемого резервуара, трубчатый катод, устанавливаемый сквозь отверстие внутрь обезвреживаемого резервуара, фильтр грубой очистки раствора электролита, соединенный с трубопроводом циркуляции электролита через циркуляционный насос для электролита, подающий раствор электролита через упомянутый трубчатый катод внутрь обезвреживаемого резервуара, насос-дозатор ПАВ, дозирующий раствор ПАВ в трубопровод циркуляции электролита, генератор ультразвука и воздуходувку. Устройство обеспечивает снижение класса опасности веществ, получаемых в процессе утилизации, при сокращении времени полного и необратимого обезвреживания и дезодорации резервуаров. 1 ил., 1 пр.

Устройство для электролитического обезвреживания резервуаров хранения одоранта природного газа, включающее электролизную ванну и циркуляционный насос, отличающееся тем, что электролизная ванна, по бортам которой расположены катоды, наполнена электролитом, а анодная клемма установлена на фланце обезвреживаемого резервуара, помещенного в электролизную ванну, стержневой катод проходит сквозь отверстие внутрь обезвреживаемого резервуара, фильтр грубой очистки раствора электролита соединен с трубопроводом циркуляции электролита через циркуляционный насос для электролита, который подает раствор электролита через трубчатый катод внутрь обезвреживаемого резервуара, и установлен сквозь отверстие внутрь обезвреживаемого резервуара, при этом устройство содержит насос-дозатор поверхностно-активного вещества, дозирующий раствор поверхностно-активного вещества в трубопровод циркуляции электролита, генератор ультразвука, погруженный в раствор электролита, и воздуходувку.