БЛОЧНО-КОМПЛЕКТНАЯ АБСОРБЦИОННАЯ УСТАНОВКА УЛАВЛИВАНИЯ ЛЕГКИХ ФРАКЦИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ
MODULAR-COMPLETE ABSORPTION UNIT FOR THE HYDROCARBONS LIGHT FACTIONS TRAPPING

Изобретение может быть использовано в нефтяной промышленности при переработке нефти, распределении, хранении и транспорте нефтепродуктов и других испаряющихся углеводородных жидкостей, а именно для многоступенчатого извлечения паров летучих растворителей из газов.
Известен «Способ отбензинивания углеводородных паров» (патент РФ №2088298, МПК B01D 5/00, B65D 90/30, опубл. 27.08.1997), который осуществляется установкой, включающей мембранный блок с линией отвода воздуха и линией отвода газа, абсорбер со свечей рассеивания, емкость для захоложенного керосина, холодильник, емкость для отработанного керосина, десорбер со встроенным нагревателем, реабсорбер.
Недостатком известной установки является то, что схема реализации данного способа достаточно сложна, энергозатратна и требует наличия в качестве абсорбента керосина.
Наиболее близким по технической сущности является «Установка утилизации углеводородных паров» (патент РФ №2080159, МПК B01D 53/14, B01D 53/86, опубл. 27.05.1997), содержащая абсорбер, десорбер, реабсорбер, холодильную машину, теплообменники, емкость для отработанного абсорбента, емкость для отрегенерированного абсорбента, насосы, соединительные трубопроводы, средства автоматики, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным теплообменником и блоком катализаторов окисления углеводородов, входной патрубок которого соединен с верхней частью абсорбера, а выходной - с дополнительным теплообменником, соединенным трубопроводом с емкостью для отрегенерированного абсорбента.
Недостатком известной установки является то, что она является достаточно сложной и энергозатратной, каталитическое окисление («дожигание») приводит к безвозвратной утилизации углеводородов.
Технической задачей является упрощение конструкции установки за счет использования вертикального абсорбера, выполненного совместно с горизонтальной емкостью абсорбента и адсорбера, экономия энергии за счет использования холода отводящегося воздуха для охлаждения паров и уменьшения площади, необходимой для теплоизоляции, а также использования теплого потока хладагента холодильного агрегата для отогрева теплообменника установки, а также увеличение улавливаемых паров из-за отсутствия их дожигания, упрощение обслуживания за счет использования блочной системы расположения конструктивных элементов установки.
Техническая задача решается блочно-комплектной абсорбционной установкой улавливания легких фракций углеводородов (БКАУ-УЛФ), включающей абсорбер, емкость для абсорбента, холодильный агрегат, теплообменники, дополнительный теплообменник, насосы, соединительные трубопроводы, блок конечной очистки и средства автоматики.
Новым является то, что все элементы собраны в отдельные блоки, а на приемном трубопроводе подачи паров легких фракций установлен вентилятор с датчиком давления и регулированием оборотов электропривода для подачи через дополнительный рекуперативный теплообменник, установленный на выходном трубопроводе абсорбера, в блок конденсации и абсорбции, состоящий из теплообменника-конденсатора, охлаждающего пары легких фракций до 0° - плюс 5°С и сообщенного с горизонтальной емкостью для абсорбента, вертикального абсорбера, жестко соединенного и сообщенного с горизонтальной емкостью для абсорбера, выполненного с возможностью подачи абсорбента для охлаждения до минус 20° - 42°С через теплообменник блока охлаждения и отогрева, который выполнен в виде холодильного агрегата со ступенчатым изменением мощности и возможностью работы в режиме «охлаждение» и в режиме «отогрев», при этом блок конечной очистки изготовлен в виде адсорбера, выполненного с возможностью отвода очищенной от паров газовоздушной смеси из установки и направления уловленных паров легких фракций на вход дополнительного теплообменника.
На чертеже изображена схема установки.
БКАУ-УЛФ включает абсорбер 1, емкость для абсорбента 2, холодильный агрегат 3, теплообменники 4 и 5, дополнительный теплообменник 6, насосы жидкостные 7 и 8 и газовый 9, соединительные трубопроводы для жидкости 10 и для газа 11, блок конечной очистки 1 и средства автоматики (не показаны). Все элементы собраны в отдельные блоки, а на приемном трубопроводе 11' подачи паров легких фракций установлен вентилятор 12 с датчиком давления 13 и регулированием оборотов электропривода 14 для подачи через дополнительный рекуперативный теплообменник 6, установленный на выходном трубопроводе абсорбера 1, в блок конденсации и абсорбции II. Блок II состоит из теплообменника-конденсатора 5, охлаждающего пары легких фракций до 0° - плюс 5°С и сообщенного с горизонтальной емкостью для абсорбента 2, вертикального абсорбера 1, жестко соединенного и сообщенного с горизонтальной емкостью для абсорбера 2. Емкость для абсорбера 2 выполнена с возможностью подачи абсорбента для охлаждения до минус 20° - 42°С через теплообменник 4 блока охлаждения и отогрева III. Блок III выполнен в виде холодильного агрегата 3 со ступенчатым изменением мощности и возможностью работы в режиме «охлаждение» и в режиме «отогрев». Блок конечной очистки I изготовлен в виде адсорбера 15 и 16, выполненного с возможностью отвода по трубопроводу 11'' очищенной от паров газовоздушной смеси (ГВС) из установки и направления уловленных паров легких фракций при помощи насоса 9 на вход дополнительного теплообменника 6. Насосы 7 и 8 объединены в блок насосов IV. Технологические элементы и сливы, не влияющие на принцип действия установки на чертеже не показаны или показаны условно.
БКАУ-УЛФ работает следующим образом.
Предварительно для начального пуска по трубопроводу 10' емкость для абсорбента 2 заполняют абсорбетом в технологически необходимом объеме, который определяется эмпирически. После чего БКАУ-УЛФ запускают в работу. ГВС, представляющая собой смесь ларов легких углеводородов с воздухом, поступает по приемному газопроводу 11' (от источников выбросов, например: из резервуаров, от нефтеперерабатывающей установки, или от наливных устройств автоцистерн, железнодорожных цистерн, танкеров и т.д.) на вход БКАУ-УЛФ. Для обеспечения гарантированной подачи ГВС от источников выбросов па приемном газопроводе 11' установлен вентилятор 12 с датчиком давления 13, по сигналам которого происходит регулирование числа оборотов электропривода 14 вентилятора 12 в зависимости от количества поступающих паров углеводородов. При этом обеспечивается оптимизация затрат на подачу паров углеводородов. ГВС последовательно проходит через дополнительный рекуперативный теплообменник 6 и теплообменник-конденсатор 5, охлаждающий пары легких фракций до 0° - плюс 5°С. В рекуперативном теплообменнике 6 происходит возвратный теплообмен между потоками ГВС, поступающей после вентилятора 12, и охлажденной ГВС, отходящей из абсорбера 1. При этом поступающий поток ГВС частично охлаждается, тем самым снижаются затраты на последующее охлаждение ГВС. Затем ГВС охлаждается в теплообменнике-конденсаторе 5 при помощи холодильного агрегата 3 блока III. Содержащиеся в ГВС пары воды отделяются в виде конденсата и удаляются из нижней части теплообменника 5 (не показано). Результаты исследований конденсации паров воды из газовоздушной смеси (легких фракций углеводородов) в теплообменнике-конденсаторе при охлаждении до 0° - плюс 5°С приведены в таблице 1.
Далее предварительно охлажденная и отделенная от паров воды ГВС из теплообменника 5 поступает в емкость для абсорбента 2. Процесс конденсации и абсорбции паров углеводородов реализуется в блоке конденсации и абсорбции II, в котором вертикальный абсорбер 1 жестко соединен и сообщен с горизонтальной емкостью для абсорбента 2. Из горизонтальной емкости для абсорбента 2 абсорбент насосом 7 подается на теплообменник 4, в котором абсорбент охлаждается до минус 20° - 42°С при помощи холодильного агрегата 3 блока III. Результаты исследований степени улавливания углеводородов при абсорбции газовоздушной смеси (легких фракций углеводородов) в вертикальном абсорбере охлажденным абсорбентом (бензином) до минус 20° - 42°С приведены в таблице 2.
С целью оптимизации затрат электроэнергии на охлаждение предусмотрено ступенчатое изменение мощности холодильного агрегата 3 (25%, 50%, 75%, 100%), причем мощность выбирается в зависимости от количества и температуры поступающих на установку паров углеводородов (ГВС) для поддержания необходимой температуры охлаждения ГВС и абсорбента на выходе из теплообменников 5 и 4. Охлажденный абсорбент поступает сверху в вертикальный абсорбер 1, а ГВС из емкости для абсорбента 2 снизу поступает в абсорбер 1 в противотоке абсорбенту. Абсорбент, насыщенный поглощенными углеводородами, самотеком поступает в емкость 2. Из емкости 2 по мере накопления, уловленные углеводороды в виде жидкого продукта откачиваются насосом 8 блока IV по трубопроводу 10'' в резервуар хранения (не показан). Подачу и возврат абсорбента осуществляет блок насосный IV. ГВС с остатками паров углеводородов после стадии абсорбции из абсорбера 1 поступает через теплообменник 6 в блок конечной очистки I - в адсорберы 15 и 16 для окончательной очистки ГВС от углеводородов. Очищенный газ после блока 1 выбрасывают в атмосферу по газопроводу 11'', а десорбированные пары углеводородов из адсорберов 15 и 16 направляют насосом 9 на вход рекуперативного теплообменника 6, то есть в начало процесса на повторную конденсацию и абсорбцию.
Использование аппарата, в котором вертикальный абсорбер 1 жестко соединен и сообщен с горизонтальной емкостью для абсорбента 2, позволяет одновременно хранить охлажденный абсорбент и накапливать жидкий уловленный продукт (дополнительные емкости для данных целей не требуются).
В теплообменниках 4 и 5 в процессе охлаждения возможно образование льда и требуется их периодическая «оттайка». При необходимости «оттайки» теплообменников 4 и 5 холодильный агрегат блока III автоматически выполняет режим «отогрева» (теплый поток хладагента с линии от холодильного агрегата 3 к воздушным конденсаторам направляется через теплообменники 4 и 5). За счет использования образующегося тепла от холодильного агрегата 3 не требуются дополнительные нагреватели для отогрева теплообменников 4 и 5, что способствует снижению энергозатрат.
Использование блочной системы, в которой конструктивные элементы, работающие в одних и тех же условиях и для одних и тех же целей, скомпонованы в соответствующие назначению блоки I, II, III и IV, что позволяет упростить и удешевить обслуживание, так как специалисту с соответствующей специализацией проще обслуживать свой блок.
По сравнению с аналогом и прототипом, комплектуемыми сложным в аппаратурном оформлении мембранным блоком, энергетически затратным блоком катализаторов с безвозвратным окислением (дожиганием) углеводородов, набором абсорберов, десорберов, реабсорберов, емкостей с захоложенным и отработанным абсорбентом, предложенная полезная модель имеет более надежное схемное решение при сохранении эффективности работы. Как показали результаты исследования, суммарное сокращение энергетических затрат в предлагаемой установке составляет как минимум 1,12 раза по сравнению с известными аналогичными установками.
Предлагаемая блочно-комплектная абсорбционная установка улавливания легких фракций углеводородов позволяет упростить общую конструкцию за счет использования вертикального абсорбера, выполненного совместно с горизонтальной емкостью абсорбента, экономить энергию за счет использования холода отводящегося воздуха для охлаждения паров и уменьшения площади, необходимой для теплоизоляции, а также использования теплого потока хладагента холодильного агрегата для отогрева теплообменника установки, при этом увеличивая улавливаемые пары из-за отсутствия их дожигания и упрощая обслуживание за счет использования блочной системы расположения конструктивных элементов установки.