УСТАНОВКА РЕКУПЕРАЦИИ ПАРОВ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
ORGANIC COMPOUND VAPOUR RECOVERY UNIT

Изобретение относится к аппаратам нефтеперерабатывающей и химической промышленности, а именно к установкам рекуперации - установкам для сбора и возврата паров органических соединений для повторного их использования в том же технологическом процессе, и может быть использовано для локализации и ликвидации аварийных ситуаций на химико-технологических объектах.
Известны установки рекуперации паров нефтепродуктов компании Aker Cool Sorption. Пары, собранные из источника выбросов, направляются в один из двух рабочих фильтров, которые заполнены активированным углем. Содержащиеся в парах углеводородные компоненты адсорбируются на развитой поверхностной площади активированного угля, а очищенный воздух направляется в атмосферу. Перед моментом состояния насыщения рабочего фильтра поток паров переключается на второй, чистый фильтр, после чего осуществляется вакуумная регенерация первого фильтра с направлением потока углеводородов в абсорбционную колонну, в которой противопоток свежей абсорбирующей жидкости поглощает углеводородные компоненты из потока паров. Абсорбирующая жидкость и вновь поглощенные углеводородные компоненты непрерывно рециркулируют в резервуар для хранения нефтепродуктов. Установки рекуперации паров используются для улавливания и восстановления паров всех видов нефтепродуктов. Патент WO 2007076867 МПК B01D 53/047; B01D 53/053, опубл. 2007-07-12.
Известны установки рекуперации паров нефтепродуктов компаний Карра Gi с применением процессов адсорбции и жидкостной абсорбции. Пары, собранные из источника выбросов, направляются в один из двух рабочих фильтров, которые заполнены активированным углем. Содержащиеся в парах углеводородные компоненты адсорбируются на развитой поверхностной площади активированного угля, а очищенный воздух направляется в атмосферу. Перед моментом состояния насыщения рабочего фильтра поток паров переключается на второй, чистый фильтр, после чего осуществляется вакуумная регенерация первого фильтра с направлением потока углеводородов в абсорбционную колонну, в которой противопоток свежей абсорбирующей жидкости поглощает углеводородные компоненты из потока паров. Абсорбирующая жидкость и вновь поглощенные углеводородные компоненты непрерывно рециркулируют в резервуар для хранения нефтепродукта.
Известны установки рекуперации паров компании Kappa Gi с применением процессов адсорбции и конденсации. После адсорбции в рабочем фильтре на поверхностной площади активированного угля поток углеводородов в ходе вакуумной регенерации направляется в конденсатор змеевикового типа с хладагентом, циркулирующем в трубном пространстве. Насос возвращает конденсат в предусмотренный резервуар, а пары углеводородов из конденсатора направляются в рабочий фильтр.
Известны установки рекуперации паров компании Карра Gi с применением процессов конденсации и адсорбции. Пары углеводородов сразу направляются в конденсатор змеевикового типа. Насос возвращает конденсат в предусмотренный резервуар, а пары углеводородов из конденсатора поступают в один из двух рабочих фильтров с активированным углем. После адсорбции на поверхностной площади активированного угля осуществляется процесс вакуумной регенерации, в ходе которой поток углеводородов возвращается на вход конденсатора (www.kappagi.net).
Известна установка для рекуперации углеводородных газов летучих органических соединений (ЛОС-газа), образующихся во время загрузки углеводородов в резервуар, содержащая один или более компрессоров для ЛОС-газа, систему охлаждения для сжатого ЛОС-газа и резервуар конденсата ЛОС-газа, в которой согласно изобретению компрессор или компрессоры соединены с соответствующей паровой турбиной, и резервуар конденсата ЛОС-газа соединен с котлом для получения пара; при этом конденсат ЛОС-газа используется в котле в качестве топлива, и котел соединен с паровой турбиной или с турбинами. Котел соединен с одной из турбин для приведения в действие компрессора охлаждения для ЛОС-газа. Предпочтительно установка включает в себя теплообменник для теплообмена между конденсатом ЛОС-газа, поступающего из резервуара конденсата ЛОС-газа, с водяным паром, поступающим из котла, для регенерации конденсата ЛОС-газа в соответствующий покровный газ. Патент RU №2296092, МПК B65D 90/30, C10G 5/06, F17C 6/00 опубликовано: 27.03.2007.
Известна установка улавливания паров нефтепродуктов, содержащая резервуар с приемным трубопроводом, холодильный блок, абсорберы первой и второй ступени абсорбции с орошающими трубопроводами, соединяющими верхние части абсорберов с холодильным блоком, приемный газопровод, соединяющий паровую зону резервуара с нижней частью абсорбера первой ступени, насос, установленный на линии между нижней зоной резервуара и холодильным блоком, и адсорбер, дополнительно снабженная установленным после насоса стабилизатором абсорбента, патрубок отвода легких фракций которого соединен с нижней частью абсорбера первой ступени, а патрубок отвода жидкости с холодильным блоком, и трубной перемычкой, соединяющей орошающий трубопровод абсорбера первой ступени с приемным газопроводом, причем соотношение диаметров трубной перемычки и орошающего трубопровода абсорбера первой ступени берут равным 1:3. Патент RU №2106903 B01D 53/14, B01D 53/75, опубликовано: 20.03.1998.
Все перечисленные установки предназначены для улавливания летучих органических соединений и возвращения в технологический процесс при работе в стационарном режиме - при хранении и транспортировке: наливе в железнодорожные и автоцистерны, наливе в танкеры, хранении продуктов в резервуарах хранения.
Они включают в себя достаточно большое количество аппаратов и другого оборудования - фильтры с активированным углем, абсорбционные колонны, конденсаторы, теплообменники, вакуумные насосы, компрессоры, емкости хладагента и др.
На химико-технологических объектах в процессе производства органических соединений может возникнуть обстановка, когда жидкая органическая среда переходит в парожидкостную фазу, вследствие чего могут возникнуть аварийные ситуации, причины которых различны, например: разгерметизация какого-либо оборудования, вследствие чего возникает резкое снижение давления в системе, возникновение наружного пожара, прекращение подачи оборотной воды, отказ регулирующих клапанов.
На крупных установках химической промышленности при аварийном освобождении оборудования технологических блоков возможны сбросы сотен тонн в час парожидкостных смесей. Аналогов систем для аварийного сброса в таких количествах с сохранением дорогостоящих продуктов на действующих химических предприятиях не существует. Осуществляется сброс парогазовой фазы на факельную установку, что приводит к колоссальным потерям, а требуемые нагрузки на факел и стоимость факельных установок очень велики.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в обеспечении безопасности при возникновении чрезвычайных ситуаций техногенного характера, создании надежной конструкции установки для локализации и ликвидации аварийных ситуаций на химико-технологических объектах, которая обеспечивала бы сохранение и возвращение в производство больших количеств ценных химических продуктов и была достаточно простой в аппаратурном оформлении.
Решение поставленной задачи обеспечивается за счет того, что установка рекуперации паров органических соединений, содержащая резервуар аварийного сброса с приемным трубопроводом, соединенную с резервуаром трубопроводом емкость сбора сконденсировавшихся и охлажденных органических соединений, насос для ее опорожнения, фильтры азотного дыхания, дополнительно снабжена расположенной в нижней части резервуара аварийного сброса входной трубой, выход из которой закрыт взрывным клапаном, соединенной приемным трубопроводом с коллектором аварийного сброса, имеющего предохранительные клапаны, выше входной трубы на кронштейнах расположено несколько рядов перфорированных горизонтальных перегородок, выше верхней перфорированной перегородки и ниже штуцера отвода, расположенного в резервуаре аварийного сброса, поддерживается постоянный уровень воды, в верхней части резервуара аварийного сброса предусмотрен сепаратор-каплеотбойник.
Кроме того, выход входной трубы, расположен по оси резервуара аварийного сброса.
Кроме того, количество рядов перфорированных горизонтальных перегородок определяется теплотехническим расчетом.
Кроме того, перегородки изготовлены из металлических сеток.
Кроме того, перегородки изготовлены из двух слоев плоских щелевых решеток, выполненных из высокоточного профиля V-образной формы с продольными щелями определенного размера.
Кроме того, профили V-образной формы каждого слоя расположены перпендикулярно друг другу с формированием отверстий квадратного сечения.
Кроме того, сепаратор-каплеотбойник изготовлен из гофрированной сетки.
Изобретение поясняется чертежами.
Фиг.1 - общий вид установки.
Фиг.2 - сечение А-А, расположение входного патрубка со взрывным клапаном.
Фиг.3 - горизонтальная перфорированная перегородка, изготовленная из двух слоев плоских щелевых решеток.
Фиг.4 - сечение Б-Б.
Фиг.5 - сечение В-В.
Установка рекуперации паров органических соединений включает в себя цилиндрический заглубленный резервуар аварийного сброса паров органических соединений 1 с плоским днищем 2 и конической крышкой 3, с расположенной в его нижней части под уровнем охлаждающей воды входной трубой 4, выход из которой, расположенный по оси резервуара, закрыт взрывным клапаном 5.
Внутри резервуара аварийного сброса выше входной трубы 4 для увеличения степени конденсации паров органических соединений на кронштейнах 6 расположено несколько рядов перфорированных горизонтальных перегородок 7, количество которых определяется теплотехническим расчетом. Перегородки 7 могут быть изготовлены из металлических сеток или двух слоев плоских щелевых решеток 8, выполненных из высокоточного профиля V-образной формы с продольными щелями определенного размера и имеющих достаточную прочность и жесткость, при этом профили V-образной формы каждого слоя расположены перпендикулярно друг другу с формированием отверстий квадратного сечения.
Входная труба 4 через приемный трубопровод 9 соединена с коллектором аварийного сброса 10, в состав которого входят предохранительные клапаны 11 оборудования установки. В резервуаре аварийного сброса 1 расположен штуцер отвода 12, соединенный трубопроводом 13 с заглубленной цилиндрической емкостью 14 для сбора сконденсировавшихся и охлажденных органических соединений, имеющей плоское днище 15 и коническую крышку 16. Для опорожнения емкости 14 используется насос 17. В резервуаре 1 и емкости 14 установлены фильтры азотного дыхания 18, которые позволяют улавливать продукты от «малого» и «большого» дыхания резервуаров на гидрозатворе и исключить их выброс в атмосферу.
Для предотвращения возможного уноса капель органических соединений на факельную установку в верхней части резервуара аварийного сброса 1 предусмотрен сепаратор-каплеотбойник 19, изготовленный из гофрированной сетки, при этом гофры высотой 120 мм плотно прижаты друг к другу, создавая практически абсолютную защиту от уноса капель.
В резервуаре аварийного сброса 1 поддерживается постоянный уровень воды, выше верхней перфорированной перегородки 7 и несколько ниже штуцера отвода 12.
Работа установки рекуперации паров органических соединений заключается в следующем.
При возникновении аварийной ситуации на химико-технологических объектах при производстве органических соединений, когда жидкая органическая среда переходит в неравновесное состояние с образованием парожидкостной фазы, автоматически срабатывают предохранительные клапаны 11, входящие в состав коллектора аварийного сброса 10, и перемещаясь с большой скоростью (до 40 м/с) и под значительным давлением по трубопроводу 9 парожидкостная смесь поступает во входную трубу 4, расположенную под уровнем охлаждающей воды в самой нижней части резервуара аварийного сброса 1. Происходит резкое сжатие воздуха в трубопроводе 9 и входной трубе 4 и от повышения давления рабочей среды автоматически срабатывает рассчитанный на определенное давление взрывной клапан 5, и сжатый воздух с парожидкостной смесью выбрасываются из патрубка под уровень охлаждающей воды. Под нижней перфорированной перегородкой 7 во всем диаметральном сечении резервуара аварийного сброса 1 образуется устойчивая паровая подушка из паров органической среды и воды, продавливаемая направленной вертикально вверх движущей силой сквозь отверстия перегородки. Теплоотдача от поверхности перфорированной перегородки 7 к непроточному слою воды, барботируемому проходящим через нее паром, очень велика, поэтому пары органических соединений и воды быстро охлаждаются. Удельный объем паров и размеры паровых пузырей при охлаждении стремятся к уменьшению, а с другой стороны, из-за снижения гидравлического давления столба охлаждающей воды в процессе подъема паровых пузырей вверх - к увеличению, но определяющим процессом является быстрое охлаждение, так как скорость подъема пузырей относительно невелика (20-40 см/с). Количество о перфорированных перегородок 7 определяется теплотехническим расчетом. В слое охлаждающей воды возникают конвекционные токи, более теплые слои воды поднимаются вверх, более холодные опускаются вниз, что способствует выравниванию температуры воды в объеме резервуара аварийного сброса 1. На определенной глубине пары органических веществ и воды конденсируются с последующим охлаждением конденсата, при этом капли конденсата органических веществ, имеющие плотность ниже плотности воды, всплывают с образованием поверхностного слоя и с последующим переливом органической среды через штуцер отвода 12 и трубопровод 13 в цилиндрическую емкость 14 для сбора сконденсировавшихся и охлажденных органических соединений. Процесс конденсации и сбора продукта будет продолжаться до тех пор, пока избыточное давление парогазовой смеси сбрасываемых органических веществ будет превышать значение гидростатического давления столба воды в резервуаре аварийного слива 1 (0,03-0,07 МПа). Охлажденная органическая среда откачивается насосом 17 и возвращается в производство. Для предотвращения возможного уноса капель на факельную установку в верхней части резервуара аварийного сброса 1 предусмотрен сепаратор-каплеотбойник 19, конструктивное исполнение которого позволяет предотвратить унос капель на факельную установку.
Установки данной конструкции могут быть использованы для локализации и ликвидации аварийных ситуаций на химико-технологических объектах в широком диапазоне по объему аварийно сбрасываемых органических веществ, физическим свойствам, давлению и температуре технологических сред.
Преимущество установки рекуперации паров органических соединений заключается в простоте обслуживания, надежности, безопасности, низком потреблении электроэнергии, низкой эксплуатационной стоимости.