КОМПЛЕКС КОНДЕНСАЦИИ И РАССЕИВАНИЯ ПАРОВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к области очистки от углеводородов выбрасываемых в атмосферу парогазовой среды, образующейся при хранении нефти или бензина или при наполнении им емкости.
Ущерб, наносимый потерями нефтепродуктов и нефти при их хранении, сливе, заправке состоит не только в уменьшении топливных ресурсов и стоимости теряемых продуктов, но и в негативном воздействии на атмосферный воздух, а так же окружающую природную среду в целом.
Перечень технологических операций, в ходе которых возможны выбросы паровоздушной смеси углеводородов (ПВС) с воздухом в атмосферу.
Автозаправочные станции:
- выбросы ПВС в процессе слива нефтепродуктов в резервуары АЗС;
- суммарные выбросы ПВС из бензобаков автомобилей в процессе их заправки;
- выбросы ПВС в ходе «малых дыханий» в процессе хранения нефтепродуктов на АЗС.
Нефтебазы:
- выбросы ПВС при заполнении резервуаров т.н. «большие дыхания»;
- выбросы ПВС при заправках емкостей авто и ж/д транспорта;
- выбросы ПВС при хранении «малые дыхания»;
- выбросы ПВС при перекачке нефтепродуктов из одного резервуара в другой в технологических целях НЗС (мини, средние, большие);
- выбросы ПВС при сливах товарных нефтепродуктов в резервуары хранения;
- выбросы ПВС при заправках ж/д цистерн, речных танкеров;
- выбросы паров нефти при ее перевалках в технологических целях;
- выбросы ПВС при хранении товарных нефтепродуктов.
Нефтеналивные станции и терминалы (морские, речные):
- выбросы ПВС при заполнении наземных резервуаров хранения нефти и нефтепродуктов;
- выбросы ПВС при заправках резервуаров танкеров (морских, речных);
- выбросы ПВС при хранении нефти и нефтепродуктов в наземных резервуарах.
Для оценочного расчета максимальных потерь при сливах углеводородов примем ряд допущений:
- продукт - бензин (обладает высокой эмиссией паров).
- объем вытесненной ПВС равен объему слива жидкого бензина (расход 1 м3/час)
- температура бензина равна температуре окружающей среды (20°C - средняя летняя температура для Московского региона).
- концентрация насыщенных паров бензина при данной температуре, 1,0 кг/м3.
Пример: потери при сливо-наливных операциях на АЗС. При заправках автомобилей бензином на АЗС из бензобака пары попадают в окружающее пространство при температуре 20°C в количестве 1,0 кг на 1 м кубический проданного продукта. На данном этапе - это продукт оплаченный покупателем.
Способ возврата-переход на ТРК с балансовой системой и оснащение установками рекуперации. Во время слива бензина из бензовоза в емкости АЗС происходит залповый выброс ПВС из емкости АЗС в количестве выше, чем 1,0 кг на 1 м3 сливаемого бензина.
Способ возврата - оснащение установками рекуперации или переход на закрытую технологию слива продукта из бензовоза с возвратом ПВС из емкости АЗС в отсеки бензовоза. В конечном итоге, бензовоз после слива все равно будет доставлен на нефтебазу с насыщенными парами бензина независимо от способа слива закрытого или открытого. Только при закрытом способе, на нефтебазу будут доставлены пары, которые были в емкости АЗС, а при открытом способе - пары, находящиеся в емкости АЗС, выбрасываются в атмосферу, а в отсеках бензовоза за счет испарения образуется уже третья порция паров в количестве 1,0 кг/м3, которая доставляется на нефтебазу и будет вытеснена в атмосферу при наливе следующей порции бензина. Способ возврата - оснащение установками рекуперации. Итого в ходе слива (налива) бензина (для АЗС), на каждый кубический метр переваливаемого объема («большие дыхания») потери, без оснащения технологиями рекуперации, составят 3,0 кг/м3, что составляет 4,3 литра бензина.
Кроме того, в ходе хранения нефтепродуктов на АЗС из резервуаров хранения происходят выбросы ПВС из-за суточных колебаний температуры окружающего воздуха «малые дыхания» с интенсивностью от 0,3 до 50 м3/час.
По аналогичной схеме, можно ориентировочно определить потери нефтепродуктов при различных технологических операциях, при которых возможны выбросы ПВС (перечислены выше). Как видим, потери составляют значительные величины, поэтому внедрение технологий рекуперации становится экономически оправданным. Другим немаловажным аспектом выбросов ПВС является необходимость соблюдения экологических требований к выбросам органических соединений в атмосферу. Эти нормативы требуют ограничения выбросов углеводородных паров (международные нормы составляют 35 мг/м3), что дополнительно говорит в пользу применения технологий рекуперации паров. Нормативы по выбросам опасных загрязнителей, входящих в состав ПВС еще жестче. Положение усугубляется тем, что большинство нефтебаз в России и СНГ находятся в черте городской застройки, поэтому задача экологической безопасности, а также пожаровзрывобезопасность промышленных объектов становится архиважной, так как последствия аварий в данном случае катастрофичны. Отрицательное воздействие выбросов ПВС на АЗС проявляется в большей мере, так как выбросы происходят из источников высотой 2÷3 м от поверхности земли, преимущественно АЗС так же размещается в черте крупных мегаполисов с высокой плотностью застройки и значительной концентрацией автотранспорта. Действующие нормативы и предписания по охране окружающей среды требуют всеми доступными способами добиваться сокращения выбросов ПВС в атмосферу. Применение только технологий рекуперации позволяет не только значительно сократить количество выбросов в атмосферу и предотвратить опасность возникновения взрывоопасных концентраций паров углеводородов при перевалке лекговоспламеняющихся жидкостей, но и получить рекуперируемый продукт, который не попадает в окружающую среду, а возвращается в резервуарный парк и при этом полностью сохраняет свои товарные свойства. Таким образом, из всех существующих в настоящее время технологий, предотвращающих выбросы ПВС, это:
- адсорбция с использованием активированного угля;
- абсорбция с использованием холодного абсорбента;
- их комбинация (адсо-абсорбционная);
- струйно-абсорбционная с использованием холодного абсорбента;
Известна установка для очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефти или бензина или при наполнении емкости нефтью или бензином, содержащая насос, жидкостно-газовый струйный аппарат, сепаратор с выходом газообразной фазы и абсорбционную колонну (RU 2193443 С1, 27.11.2002).
Недостатком известной установки является то, что она не позволяет обеспечить высокую степень очистки от углеводородов парогазовой среды, является достаточно сложной и энергозатратной.
Задачей предложенной полезной модели является расширение арсенала технических средств.
Техническим результатом предложенного технического решения является:
- обеспечение улавливания выбросов ПВС и их возврат (в виде товарного продукта) в резервуары хранения, с эффективность рекуперации до 85÷90%;
- безопасность процессов рекуперации;
- высокая надежность на отказ (все агрегаты резервированы и включаются автоматически после возможных отказов основных);
- гидравлическое сопротивление установок рекуперации является минимальным;
- концентрация, как ЛФУ, так и ОЗ не превышает 0,5 ПДК рабочей зоны на расстоянии 50 метров от источника выброса ПВС;
- отсутствие загрязненных вторичных отходов;
- простота и гибкость процессов рекуперации (автоматическое изменение технологических параметров процесса после изменения объема или температуры выбросов ПВС);
- вспомогательные технологические вещества или жидкости, используемые в технологиях рекуперации не токсичны, не пожаровзрывоопасны;
- установки рекуперации изготавливают в модульном исполнении, легко монтируются с минимальными объемами сварочных и строительных работ;
- потребление энергии может быть менее 0,09 кВт/час на 1 м3 обрабатываемых выбросов ПВС в зависимости от концентрации на входе и требований по уровню выбросов в атмосферу;
- минимальный срок эксплуатации в нормальных операционных условиях составляет не менее 10 лет.
Технический результат достигается тем, что комплекс конденсации и рассеивания паров нефти и нефтепродуктов содержит блок конденсации и сепарации, блок эжекции и рассеивания, блок охлаждения и подачи промежуточного хладоносителя, при этом блок конденсации и сепарации выполнен в виде теплообменника-конденсатора и сепаратора, расположенных в едином корпусе, причем блок охлаждения и подачи промежуточного хладагента сообщен с теплообменником-конденсатором, а блок эжекции и рассеивания соединен с сепаратором.
Теплообменник-конденсатор выполнен в виде трубных досок с установленными в них трубами, соединенными с блоком охлаждения, при этом сепаратор сообщен с теплообменником-конденсатором и размещен под ним.
На чертеже представлен предложенный комплекс.
Комплекс конденсации и рассеивания паров нефти и нефтепродуктов содержит блок 1 конденсации и сепарации, блок 2 эжекции и рассеивания, блок 3 охлаждения и подачи промежуточного хладоносителя, при этом блок 1 конденсации и сепарации выполнен в виде теплообменника-конденсатора 4 и сепаратора 5, расположенных в едином корпусе, причем блок 3 охлаждения и подачи промежуточного хладагента сообщен с теплообменником-конденсатором 4, а блок 2 эжекции и рассеивания соединен с сепаратором 5.
Теплообменник-конденсатор выполнен в виде трубных досок с установленными в них трубами (на чертеже не показан), соединенными с блоком охлаждения, при этом сепаратор сообщен с теплообменником-конденсатором и размещен под ним.
Технология работы ККР заключается в охлаждении выбросов ПВС до температуры -20°C с последующей сепарацией газа-конденсатной смеси на сепараторе, оригинальной конструкции. Процесс конденсации и сепарации реализуется в блоке 1 конденсации и сепарации (совмещенные в едином корпусе теплообменник-кондерсатор и сепаратор). При сепарации газо-конденсатной смеси дополнительно происходят процессы массообмена и теплообмена, а также растворения не сконденсированной части на холодном конденсате. Полученный в результате конденсат (рекуперируемый продукт) собирается и самотеком сливается в емкость хранения. Остальная часть (10÷15%) выброса ПВС эжектируется и рассеивается в атмосферу со скоростями до 30÷40 м/сек посредством вентиляционного блока 6 и блока 2 эжекции и рассеивания.
В зависимости от изменения тепловой нагрузки на ККР (изменение объема выброса ПВС или его температуры) холодопроизводительность холодильного агрегата автоматически меняется, что позволяет экономить на потребляемой мощности, при этом постоянно поддерживать заданную температуру конденсации.
Таким образом, конденсационно-сепарационные установки реализуют технологии рекуперации (возврата) рекуперируемого продукта товарного качества.