Система для адсорбционной очистки отходящих газов из резервуаров хранения нефти или нефтепродуктов Российский патент 2025 года по МПК B01D53/00 B01D53/04 B01J20/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к системам очистки отходящих парниковых газов из резервуаров хранения нефти и нефтепродуктов и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслях промышленности.

Уровень техники

Широкое распространение при очистке отходящих газов получил адсорбционный метод, где в качестве сорбента используется активированный уголь (АУ). Однако, из-за его невысоких физико-механических свойств и низкой экономичности при транспортировке и эксплуатации, целесообразно получение и использование для указанных целей более эффективного сорбента. В мире для очистки отходящих газов мусоросжигательных заводов не применяется микрокристаллический гидроксид кальция (МГК), как отход производства гашеной извести.

Из уровня техники известно решение, раскрывающее устройство очистки углеводородных газов (см. патент РФ на изобретение №2240859, МПК B01D 53/26, 53/02, опубл. 27.11.2004) содержащее блок адсорбционной очистки газа, включающий адсорберы с цеолитом, фильтры, теплообменники, устройство для нагрева газа и выходной сепаратор.

Недостатком известной установки является низкая степень очистки газа сорбентом.

Из уровня техники также известно устройство адсорбционной осушки и очистки газа (см. патент РФ на полезную модель RU 78091, МПК B01D 53/02, 53/26, опубл. 20.11.2008), включающее адсорбционной осушки газа, содержащий адсорберы с сорбентом, фильтры, теплообменники, устройство для нагрева газа и выходной сепаратор. При этом, установка дополнительно снабжена сепаратором, вход газа в который соединен с выходом газа из устройства для промывки газа, а выход газа из сепаратора соединен с блоком адсорбционной очистки газа. Сорбент - цеолит, может быть размещен в адсорбере в виде одного или нескольких комбинированных слоев. Размещение сорбента в адсорбере в виде комбинированного слоя позволяет при проведении адсорбционного процесса извлекать из углеводородного газа два и более целевых компонентов (например, сероводород + меркаптаны + вода).

Недостатками вышеуказанных известных технических решений является: либо слишком сложный состав оборудования, либо не обеспечивается нормативная степень очистки отходящих газов от парниковых газов в газоочистных системах промышленных предприятий при реальных условиях эксплуатации. Кроме того, порошковые сорбенты на основе активированных углей или цеолитов обладают столь низкими механическими свойствами, что это затрудняет их применение и регенерацию в целом ряде технологий.

Раскрытие изобретения

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение заключается в повышении степени очистки отходящих парниковых газов из резервуаров хранения нефти и нефтепродуктов.

Данный технический результат достигается путем применения системы для адсорбционной очистки отходящих газов из резервуаров хранения нефти или нефтепродуктов, которая содержит напорный трубопровод отходящих газов (1) с управляемым клапаном (2), модуль адсорбера (4) со сменными картриджами (9), управляемые соединительные элементы (3, 6), реле расхода очищенных газов (7), выходной трубопровод (5) и вытяжной вентилятор (8), установленный в выходном трубопроводе (5) после реле расхода очищенных газов (7), причем модуль адсорбера (4) выполнен с возможностью перемещения и подключения свежего картриджа (9) между напорным трубопроводом отходящих газов (1) и выходным трубопроводом (5) вместо отработанного картриджа, при этом процесс подключения свежего картриджа осуществляется на основании сведений об отсутствии потока очищенных газов, фиксируемых в выходном трубопроводе (5) посредством реле расхода очищенных газов (7), которое формирует управляющие сигналы на соответствующие управляемые соединительные элементы (3, 6), выполненные с возможностью соединения или разъединения картриджа от напорного (1) и выходного (5) трубопроводов, причем в случае прекращения расхода потока реле расхода очищенных газов (7) формирует сигнал на управляемый клапан (2) для предотвращения выхода газа из напорного трубопровода (1) до момента подключения свежего картриджа (9), при этом картриджи (9) заполнены микрокристаллическим гидроксидом кальция.

Реле расхода очищенных газов (7) представляет собой двухпозиционного реле расхода с подпружиненным штоком мембранного типа с выходным электрическим сигналом и микропереключателем.

Управляемые соединительные элементы (3, 6) представляют собой поперечные нажимные пружинные муфты с электроприводами.

Модуль адсорбера (4) выполнен в виде вертикального тележечного транспортера, состоящего из полого коробчатого корпуса прямоугольного сечения, расположенного вертикально и снабженного цепными направляющими конвейера с закрепленными на них горизонтальными тележками (12), расположенными на равных расстояниях друг от друга по высоте цепных направляющих, причем на поверхности каждой из тележек установлены несъемные стойки с желобами с уложенным в них картриджем (9) так, что при подключении картриджа обеспечивается совпадение его продольной оси с осями напорного (1) и выходного (5) трубопроводов.

Управление процессом перемещения свежего картриджа для его подключения к напорному (1) и выходному (5) трубопроводам осуществляется путем передачи сигнала реле расхода очищенных газов (7) на соответствующее устройство управления (10) электроприводом (11) модуля адсорбера (4).

Каждый картридж (9) содержит корпус, снабженный с обеих сторон металлическими сетками и слоями фильтрующих перегородок из минеральных войлочных материалов, полость между которыми заполнена микрокристаллическим гидроксидом кальция.

Таким образом, применение системы со сменными картриджами в комбинации с используемым в них микрокристаллическим гидроксидом кальция позволяет повысить степень очистки отходящих парниковых газов из резервуаров хранения нефти и нефтепродуктов.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Функциональная схема системы для адсорбционной очистки отходящих газов из резервуаров хранения нефти или нефтепродуктов.

Фиг. 2. Пример исполнения тележечного конвейера для перемещения отработанных сменных картриджей.

Фиг. 3. Общий вид схемы размещения картриджа на горизонтальной тележке модуля адсорбера и элементов соединения картриджа с трубопроводами.

Осуществление изобретения

Общий вид функциональной схемы системы для адсорбционной очистки отходящих газов из резервуаров хранения нефти или нефтепродуктов приведен на фигуре 1. Заявленная система содержит напорный трубопровод отходящих газов (1) с управляемым клапаном (2), модуль адсорбера (4) со сменными картриджами (9), управляемые соединительные элементы (3, 6), реле расхода очищенных газов (7), выходной трубопровод (5) и вытяжной вентилятор (8), установленный в выходном трубопроводе (5) после реле расхода очищенных газов (7).

Управляемый клапан (2) представляет собой запорно-регулирующий клапан с электроприводом, который устанавливается в напорном трубопроводе (1) отходящих газов. Магистраль напорного трубопровода (1) далее по потоку соединяется со сменным картриджем (9), который устанавливается в модуле адсорбера (4). В случае прекращения расхода потока реле расхода очищенных газов (7) формирует сигнал на управляемый клапан (2) для предотвращения выхода газа из напорного трубопровода (1) до момента подключения свежего картриджа (9).

Модуль адсорбера (4) выполнен в виде вертикального тележечного транспортера (общий вид конструкции приведен на фигуре 2), состоящего из полого коробчатого корпуса прямоугольного сечения, расположенного вертикально и снабженного внутри закрепленными на его меньших сторонах цепными направляющими конвейера с закрепленными на них горизонтальными тележками (12). Тележки (12) расположены на равных расстояниях друг от друга по высоте цепных направляющих вдоль оси коробчатого корпуса. На верхней поверхности каждой из тележек (12) установлены несъемные стойки (14) с желобами с уложенным в них картриджем (9) так, что ось картриджа совпадает с осями напорного (1) и выходного (5) трубопроводов. При этом диаметры патрубков сменного картриджа (9) меньше диаметров трубопроводов подачи исходных газов и отвода очищенных газов.

Соединение картриджа (9) модуля адсорбера (4) с напорным (1) и выходным (5) трубопроводом выполнено разъемным и обеспечивается управляемыми соединительными элементами (3, 6). В качестве управляемых соединительных элементов (3, 6) применяются поперечные нажимные пружинные муфты с электроприводами, которые надеты на концы трубопроводов (1) и (5) с возможностью продольного перемещения до упорной стойки (14) картриджа (9), расположенного на тележке (12) модуля адсорбера (4). Соединение картриджа (9) с трубопроводами (1) и (5) обеспечивается при условии позиционирования горизонтальной тележки (12) так, что продольная ось картриджа (9) совпадает с продольными осями трубопроводов (1) и (5).

При условии соосного позиционирования картриджа (9) относительно трубопроводов (1) и (9) на электроприводы управляемых соединительных элементов (3, 6) обеспечивается подача сигнала от реле расхода очищенных газов (7). Поперечные нажимные пружинные муфты управляемых соединительных элементов (3, 6) или надвигаются на корпус картриджа (9) до упорной стойки (14), открывая проход потока от напорного трубопровода через картридж в выходной трубопровод или, при прекращении расхода потока из напорного трубопровода, реле расхода (7) выдает сигнал на электроприводы нажимных пружинных муфт, разъединяя их с картриджем (9). При этом расстояние между упорными стойками (14) на корпусе картриджа равно длине корпуса картриджа.

В качестве реле расхода (7) предлагается использование серийного двухпозиционного реле расхода с подпружиненным штоком мембранного типа, с выходным электрическим сигналом и микропереключателем (типа F-FS35R). При прекращении расхода потока реле (7) замыкает входные контакты цепи электроприводов пружинных муфт управляемых соединительных элементов (3, 6), и они расходятся по поверхностям трубопроводов от картриджа (9), освобождая его. При появлении сигнала от реле расхода (7) микропереключатель замыкает выходные контакты цепи электроприводов пружинных муфт управляемых соединительных элементов (3, 6), и они сходятся по поверхностям трубопроводов (1) и (5) до упорных стоек (14) картриджа (9). При этом тележечный конвейер перемещает модули со сменными картриджами на одну позицию при прекращении расхода исходного газа, что происходит при исчерпании сорбционной емкости МГК по сигналу от реле расхода (7). Отработанные картриджи (9) направляются на регенерацию посредством модульного блока (13) для выгрузки отработанных картриджей из модуля адсорбера (4).

Управление электроприводом модуля адсорбера (4) может быть осуществлено путем применения системы управления, включающей устройство управления (10) электродвигателем (11). Алгоритм управления может быть построен с учетом параметров входного сигнала о расходе исходного газа, который можно получить от реле расхода (7). Так, при получении сигнала от реле расхода (7) устройство управления (10) создает управляющий сигнал для приведения в действие электродвигателя (11), который перемещает горизонтальные тележки (12) так, что обеспечивается подключение свежего картриджа (9) к трубопроводам (1) и (5), а также выгрузка отработанного картриджа посредством модульного блока (13) для выгрузки отработанных картриджей из модуля адсорбера (4).

Следует отметить, что устройство управления (10) может также иметь функцию управления вентилятором (8) на основании сигнала реле расхода (7) о расходе потока (на чертеже линии управления не показаны).

Каждый картридж (9) представляет собой фильтрующий элемент, содержащий цилиндрический корпус, который заполнен сорбентом. Цилиндрический корпус с двух сторон закрывают съемными донными крышками с наружными сквозными входными и выходными патрубками, на которые с внутренней стороны уложены фильтрующие минеральные волокнистые пластины. Перед запуском системы в эксплуатацию картриджи (9) по одному укладывают на горизонтальные тележки модуля адсорбера (4). Модуль адсорбера (4), выполненный в виде тележечного конвейера, имеет шаговый электропривод с зубчатой передачей, обеспечивающей точное вертикальное перемещение конвейерных тележек (12) до совпадения осей картриджа и трубопроводов. При совмещении осей обеспечивается включение (вручную или автоматически, при наличии системы управления) электроприводов пружинных муфт управляемых соединительных элементов (3, 6) и осуществляется их перемещение до упорных стоек (14) картриджа (9).

Совокупность признаков, характеризующая возможность замены картриджа по сигналу о снижении сорбционной способности (сигналу о расходе потока), а также использование в качестве наполнителя микрокристаллического гидроксида кальция, который имеет высокие показатели по очистке газов, обеспечивают повышение степени очистки отходящих парниковых газов из резервуаров хранения нефти и нефтепродуктов.

Работоспособность заявленной системы и достижение указанного технического результата была подтверждена проведенными испытаниями, которые осуществлялись на специально созданном стенде. В качестве источника отходящих газов использовались баллоны, заполненные газовой смесью из резервуара хранения нефти Московского НПЗ. Как показали лабораторные стендовые 36-часовые испытания по сорбционной очистке отходящих газов нефтесодержащих резервуаров, измеренная масса сорбируемых МГК компонентов увеличивается при увеличении времени нахождения навески в адсорбере, т.е. сорбционного насыщения МГК по анализируемым сорбатам не наступает. По результатам апробации, для адсорбции МГК 10000 м³ парниковых газов потребуется 1,0-1,5 кг МГК.

Производительность устройства по очищаемому газовому потоку варьировалась от 3,15 до 5,8 м3 /час. Навеска с МГК взвешивалась до и после апробации отдельно. Электронные весы имели класс точности не более 0,1. Сорбционные свойства МГК определялись по массовой разнице навески.

После 36 часов испытаний в потоке на МГК сорбировались следующие элементы: ванадий, никель, железо, магний, хром, титан, кобальт, калий, кальций, натрий, сера и др. Также были обнаружены следы фосфора и кремния. В газах «дыхания резервуаров» на МГК методом рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) обнаружены углеводороды метанового (парафинового) и нафтенового ряда.

По данным элементного анализа образцов из установки был сделан расчет количества примесей, сорбированных МГК в процессе пропускания через него потока отходящих газов резервуара на входе в устройство и после него.

Усредненная по 10 образцам масса (m) навески МГК до эксперимента = 1,968 (основа-гидроксид кальция) + 0,032 (исходные примеси) = 2 г

Усредненная по 10 образцам масса (m) навески МГК после 36 часов эксперимента = 2,0 + 0,6732 (сорбаты) = 2,6732 г. Разница масс (Δm) = 0,6732 г, т.е. данное количество сорбатов было уловлено МГК за 36 часов эксперимента в образцах до начала эксперимента и после 36 часов эксперимента выполненное методом рентгенофлуоресцентного анализа (РФА).

Для определения сорбционных свойств МГК, по результатам апробации, был сделан расчет сорбционной емкости по отношению к Cl, углеводородам, S и сумме компонентов с низкой концентрацией. Определение погрешности при получении результатов проводилось методом Корнфельда, который заключается в выборе доверительного интервала в пределах от минимального до максимального результата измерений, а погрешность рассчитывается, как половина разности между максимальным и минимальным результатом измерения. Полученная погрешность при обработке образцов оказалась равной D_x = ± 3,1 нм², т.е. 8%-14%.

Сравнение усредненных сорбционных характеристик системы с использованием МГК и сорбента Сорбер-40 (ТУ20.59.54-875-05795731-218) представлено в Таблице 1.

Таблица 1.

Компоненты потока «дыхания резервуаров» Масса сорбатов в граммах из потока газов «дыхания резервуаров» в пересчете на1 кг сорбента МГК Сорбент-АУ40 Углеводороды 4,790 2,028 Хлор 0,380 0,071 Группа элементов с низкой концентрацией:
(ванадий, никель, железо, магний, хром, титан, кобальт, калий, кальций, натрий, сера, следы фосфора и кремния) 0,142 0,003 Сера (S) 1,280 0,538

На основании сравнения показателей сорбционной способности можно сделать вывод, что предлагаемая система с использованием механизма замены картриджа при одновременном применении в нем сорбента МГК позволяет повысить степень очистки отходящих парниковых газов из резервуаров хранения нефти и нефтепродуктов, что указывает на достижение заявленной системой указанного технического результата.

Изобретение относится к системам очистки отходящих парниковых газов из резервуаров хранения нефти и нефтепродуктов, может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслях промышленности. Изобретение касается системы адсорбционной очистки отходящих газов, содержащей напорный трубопровод отходящих газов с управляемым клапаном, модуль адсорбера со сменными картриджами, управляемые соединительные элементы, реле расхода очищенных газов, выходной трубопровод и вытяжной вентилятор в выходном трубопроводе после реле расхода очищенных газов, при этом модуль адсорбера выполнен с возможностью перемещения и подключения свежего картриджа между напорным трубопроводом отходящих газов и выходным трубопроводом, подключение свежего картриджа осуществляется на основании сведений об отсутствии потока очищенных газов, фиксируемых в выходном трубопроводе посредством реле расхода, которое формирует управляющие сигналы на соответствующие управляемые соединительные элементы, выполненные с возможностью соединения или разъединения картриджа от напорного и выходного трубопроводов, в случае прекращения расхода потока реле формирует сигнал на управляемый клапан для предотвращения выхода газа из напорного трубопровода до подключения свежего картриджа, заполненного микрокристаллическим гидроксидом кальция. Технический результат - повышение степени очистки отходящих парниковых газов из резервуаров хранения нефти и нефтепродуктов. 1 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Система для адсорбционной очистки отходящих газов из резервуаров хранения нефти или нефтепродуктов, содержащая напорный трубопровод отходящих газов (1) с управляемым клапаном (2), модуль адсорбера (4) со сменными картриджами (9), управляемые соединительные элементы (3, 6), реле расхода очищенных газов (7), выходной трубопровод (5) и вытяжной вентилятор (8), установленный в выходном трубопроводе (5) после реле расхода очищенных газов (7), отличающаяся тем, что модуль адсорбера (4) выполнен с возможностью перемещения и подключения свежего картриджа (9) между напорным трубопроводом отходящих газов (1) и выходным трубопроводом (5) вместо отработанного картриджа, при этом процесс подключения свежего картриджа осуществляется на основании сведений об отсутствии потока очищенных газов, фиксируемых в выходном трубопроводе (5) посредством реле расхода очищенных газов (7), которое формирует управляющие сигналы на соответствующие управляемые соединительные элементы (3, 6), выполненные с возможностью соединения или разъединения картриджа от напорного (1) и выходного (5) трубопроводов, причем в случае прекращения расхода потока реле расхода очищенных газов (7) формирует сигнал на управляемый клапан (2) для предотвращения выхода газа из напорного трубопровода (1) до момента подключения свежего картриджа (9), при этом картриджи (9) заполнены микрокристаллическим гидроксидом кальция.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что реле расхода очищенных газов (7) представляет собой двухпозиционного реле расхода с подпружиненным штоком мембранного типа с выходным электрическим сигналом и микропереключателем.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что управляемые соединительные элементы (3, 6) представляют собой поперечные нажимные пружинные муфты с электроприводами.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что модуль адсорбера (4) выполнен в виде вертикального тележечного транспортера, состоящего из полого коробчатого корпуса прямоугольного сечения, расположенного вертикально и снабженного цепными направляющими конвейера с закрепленными на них горизонтальными тележками (12), расположенными на равных расстояниях друг от друга по высоте цепных направляющих, причем на поверхности каждой из тележек установлены несъемные стойки с желобами с уложенным в них картриджем (9) так, что при подключении картриджа обеспечивается совпадение его продольной оси с осями напорного (1) и выходного (5) трубопроводов.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что управление процессом перемещения свежего картриджа для его подключения к напорному (1) и выходному (5) трубопроводам осуществляется путем передачи сигнала от реле расхода очищенных газов (7) на соответствующее устройство управления (10) электроприводом (11) модуля адсорбера (4).

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что каждый картридж (9) содержит корпус, снабженный с обеих сторон металлическими сетками и слоями фильтрующих перегородок из минеральных войлочных материалов, полость между которыми заполнена микрокристаллическим гидроксидом кальция.