RU2050170C1

RU2050170C1 - Plant for recovery of hydrocarbon vapors

Info

Publication number: RU2050170C1
Application number: RU92008893A
Authority: RU
Inventors: Р.З. Сахабутдинов; Р.Б. Фаттахов; В.П. Тронов; Н.Н. Гафаров
Original assignee: Фаттахов Рустем Бариевич
Priority date: 1992-11-27
Filing date: 1992-11-27
Publication date: 1995-12-20

Abstract

FIELD: oil and oil refining industries. SUBSTANCE: plant for recovery of hydrocarbon vapors has tank, absorbent supplying pipeline, pumps connected in parallel and mounted on absorbent supplying pipe, heat exchanger, cooler, absorber with discharge gas branch pipe, circulation circuit formed by gas pipeline with gas blower communicating discharge gas branch pipe with gas space of tank, and gas supplying pipeline (vapor-air mixture) communicating tank gas space with absorber. Besides, there are adsorber, valve installed before adsorber, heater, vacuum pump, gas pipeline, separator, pump and pipelines for discharge of gas and liquid from separator. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к установкам улавливания углеводородных паров из резервуаров, и может быть использовано при улавливании углеводородов из паровоздушной смеси, выбрасываемой в атмосферу из резервуаров, содержащих углеводородные жидкости (нефть, бензин и т.д.). The invention relates to the oil and oil refining industry, in particular to installations for capturing hydrocarbon vapors from tanks, and can be used to capture hydrocarbons from a steam-air mixture emitted into the atmosphere from tanks containing hydrocarbon liquids (oil, gasoline, etc.).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является установка улавливания углеводородных паров из резервуаров, включающая резервуар, абсорберы, холодильную машину, насосы, подводящие и отводящие трубопроводы жидкости и газа. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is a hydrocarbon vapor recovery unit from tanks, including a tank, absorbers, a refrigeration machine, pumps, inlet and outlet pipelines of liquid and gas.

Установка позволяет достичь высокой степени извлечения углеводородов из паровоздушной смеси 99,98% при относительно невысоких дополнительных энергетических затратах за счет использования адсорбера. The installation allows to achieve a high degree of hydrocarbon recovery from a vapor-air mixture of 99.98% with relatively low additional energy costs due to the use of an adsorber.

Однако недостатками известной установки остаются значительные энергетические затраты, обусловленные следующим. При колеблющемся режиме работы резервуаров поступление паровоздушной смеси на установку улавливания неравномерно. При наполнении резервуара нефтепродуктом в результате большого дыхания резервуара на установку поступает максимальное количество пара (400 м³/ч); при опорожнении резервуаров пары на установку не поступают (0 м³/ч); при хранении нефтепродукта имеют место малые дыхания резервуаров в широком диапазоне расходов паровоздушной смеси (10-100 м³/ч). При малых дыханиях количество паров значительно меньше того количества, которое способна обработать установка при максимальном режиме, в результате чего происходит перерасход энергии на перекачку абсорбента насосом и его охлаждение холодильной машиной. Например, паровоздушная смесь с расходом 10 м³/ч (малое дыхание) обрабатывается абсорбентом в количестве 8 м³/ч, достаточном для обработки 400 м³/ч смеси (большое дыхание). Уменьшение же производительности насоса для перекачки абсорбента, например до 0,2 м³/ч, хотя и позволит сократить энергетические затраты во время малых дыханий резервуара (когда расход паров составляет 10 м³/ч), однако ухудшит извлечение углеводородов из паровоздушной смеси в абсорбере при малом дыхании с повышенным расходом, например 50 м³/ч, или при большом дыхании (400 м³/ч) из-за недостаточного количества абсорбента, в результате чего паровоздушная смесь после абсорбера будет поступать на адсорбер (угольный фильтр) с высоким содержанием углеводородов и быстро загрязнять его, что требует более частого осуществления регенерации адсорбента и соответственно дополнительных энергетических затрат (нагрев воздуха, создание вакуума).However, the disadvantages of the known installation remain significant energy costs due to the following. With fluctuating operating conditions of the tanks, the flow of steam-air mixture to the capture unit is uneven. When filling the tank with oil as a result of a large breathing of the tank, the maximum amount of steam (400 m ³ / h) enters the unit; when emptying the tanks, no vapor enters the unit (0 m ³ / h); when storing the oil product there are small respiration of the tanks in a wide range of flow rates of the vapor-air mixture (10-100 m ³ / h). With small breaths, the amount of vapor is significantly less than the amount that the unit is able to handle at maximum operation, as a result of which energy is wasted on pumping the absorbent by the pump and cooling it by the refrigeration machine. For example, a steam-air mixture with a flow rate of 10 m ³ / h (short breath) is treated with absorbent material in an amount of 8 m ³ / h, sufficient to process 400 m ³ / h of the mixture (big breath). A decrease in the capacity of the pump for pumping absorbent material, for example, to 0.2 m ³ / h, although it will reduce energy costs during small tank breathing (when the vapor flow rate is 10 m ³ / h), however, it will degrade the extraction of hydrocarbons from the air-vapor mixture in the absorber with small breaths with an increased flow rate, for example 50 m ³ / h, or with large breaths (400 m ³ / h) due to insufficient absorbent material, as a result of which the air-vapor mixture after the absorber will enter the adsorber (carbon filter) with a high content glevodorodov quickly and contaminate it, which requires more frequent regeneration of the adsorbent and hence additional energy costs (heating air, creating a vacuum).

Целью предлагаемого изобретения является снижение энергетических затрат на перекачку абсорбента при колеблющемся режиме поступления паровоздушной смеси за счет уменьшения количества абсорбента, перекачиваемого насосом при малом дыхании резервуара, без ухудшения качества очистки паров от углеводородов и без повышения энергетических затрат на регенерацию адсорбента. The aim of the invention is to reduce the energy cost for pumping absorbent with an oscillating mode of steam-air mixture by reducing the amount of absorbent pumped by the pump with little breathing of the tank, without impairing the quality of purification of vapors from hydrocarbons and without increasing the energy cost of regenerating the adsorbent.

Это достигается описываемой установкой улавливания углеводородов, включающей резервуар, абсорбер, адсорбер, теплообменники и холодильники, насосы, подводящие и отводящие трубопроводы абсорбента и газа. This is achieved by the described hydrocarbon recovery unit, including a tank, an absorber, an adsorber, heat exchangers and refrigerators, pumps, inlet and outlet absorbent and gas pipelines.

Новым является то, что установка улавливания углеводородных паров снабжена циркуляционным контуром, состоящим из подводящего и отводящего трубопроводов газа, абсорбера с выкидным газовым патрубком и газодувки, при этом выкидной газовый патрубок через газодувку соединен с газовым пространством резервуара, а перед адсорбером установлен регулируемый клапан, причем на подводящем трубопроводе абсорбента установлены параллельно соединенные насосы, отрегулированные на малое и большое дыхание резервуара. What is new is that the hydrocarbon vapor recovery unit is equipped with a circulation circuit consisting of a gas inlet and outlet pipe, an absorber with a gas outlet pipe and a gas blower, while the gas outlet pipe is connected to the gas space of the tank through the gas blower, and an adjustable valve is installed in front of the adsorber, parallel-connected pumps are installed on the inlet pipe of the absorbent, adjusted for small and large breathing of the tank.

На чертеже изображена принципиальная технологическая схема установки улавливания углеводородных паров. The drawing shows a schematic flow diagram of a hydrocarbon vapor recovery unit.

Установка содержит резервуар 1, трубопровод 2 подачи абсорбента, насосы 3 и 4, соединенные параллельно и установленные на трубопроводе 2 подачи абсорбента, теплообменник 5, холодильник 6, абсорбер (колонна) 7 с выкидным газовым патрубком 8, циркуляционный контур, образуемый газопроводом 9 с газодувкой 10, соединяющим выкидной газовый патрубок 8 с газовым пространством резервуара 1, и подающим трубопроводом 11 газа (паровоздушной смеси), соединяющим газовое пространство резервуара 1 с абсорбером 7, адсорбер 12, клапан 13, установленный перед адсорбером 12, нагреватель 14, вакуум-насос 15, газопровод 16, сепаратор 17, насос 18, трубопроводы 19 и 20 для отвода газа и жидкости соответственно из сепаратора 17, датчики 21, 22, 23 давления. The installation comprises a tank 1, an absorbent supply pipe 2, pumps 3 and 4 connected in parallel and installed on an absorbent supply pipe 2, a heat exchanger 5, a refrigerator 6, an absorber (column) 7 with a gas outlet pipe 8, a circulation circuit formed by a gas pipeline 9 with gas blowing 10, connecting the discharge gas pipe 8 with the gas space of the tank 1, and a gas supply pipe 11 (vapor-air mixture) connecting the gas space of the tank 1 with the absorber 7, the adsorber 12, the valve 13 installed in front of the adsorber m 12, heater 14, vacuum pump 15, gas line 16, separator 17, pump 18, pipelines 19 and 20 for discharging gas and liquid, respectively, from the separator 17, pressure sensors 21, 22, 23.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

Углеводородная жидкость (бензин), находящаяся в резервуаре 1, в результате повышения температуры окружающего воздуха интенсивно испаряется в газовое пространство резервуара, что приводит к повышению в нем давления. Датчик 21 давления подает сигнал на включение насоса 3 малой производительности (отрегулированного по производительности на малое дыхание резервуара, что позволяет сократить затраты на перекачку абсорбента) и газодувки 10, после чего бензин, используемый в качестве абсорбента, по трубопроводу 2 подачи абсорбента поступает в колонну абсорбер 7, охлаждаясь в теплообменнике 5 и холодильнике 6. Так как при этом клапан 13 закрыт, паровоздушная смесь в адсорбер не поступает, а циркулирует по контуру "резервуар 1 трубопровод 11 подачи газа абсорбер 7 газовый патрубок 8 газо-провод 9 с газодувкой 10 резервуар 1". В абсорбционной колонне 7 происходит извлечение из паровоздушной смеси основной части углеводородных компонентов. The hydrocarbon liquid (gasoline) located in the tank 1, as a result of increasing ambient temperature, intensively evaporates into the gas space of the tank, which leads to an increase in pressure in it. The pressure sensor 21 gives a signal to turn on the low-capacity pump 3 (a tank adjusted for low breathing capacity, which reduces the cost of pumping the absorbent) and gas blower 10, after which the gasoline used as absorbent passes through the absorbent column 2 to the absorber column 7, being cooled in the heat exchanger 5 and the refrigerator 6. Since the valve 13 is closed, the air-vapor mixture does not enter the adsorber, but circulates around the tank 1 gas supply pipe 11 absorber 7 g zovy gas nozzle 8 is carried out with the blower 9 10 1 tank. " In the absorption column 7, the main part of the hydrocarbon components is extracted from the vapor-air mixture.

В условиях колеблющегося режима поступления паровоздушной смеси объемы паров при малых дыханиях изменяются в широком диапазоне и могут превышать производительность абсорбера при работающем насосе 3 малой производительности, что приводит к некачественной очистке паровоздушной смеси от углеводородов в абсорбере 7. Использование газопровода 9 с газодувкой 10, создающих циркуляционный контур "резервуар 1 абсорбер 7 резервуар 1" и клапана 13 позволяет предотвратить поступление некачественно очищенной от углеводородов паровоздушной смеси на угольные фильтры адсорбера 12, избежать преждевременного загрязнения адсорбента и дополнительных затрат на его регенерацию. По мере извлечения в колонне 7 углеводородов объем паровоздушной смеси уменьшается, и давление в резервуаре 1 падает. По сигналу датчика 21 давления насос 3 и газодувка 10 прекращают работу. Under the conditions of the fluctuating mode of intake of the air-vapor mixture, the volumes of vapors during short breaths vary over a wide range and can exceed the capacity of the absorber when the pump 3 is low in capacity, which leads to poor-quality cleaning of the air-vapor mixture from hydrocarbons in the absorber 7. Using a gas pipeline 9 with gas blower 10, creating a circulation the circuit "tank 1 absorber 7 tank 1" and valve 13 allows you to prevent the flow of poorly cleaned from hydrocarbons vapor-air mixture on carbon filters adsorber 12, to avoid premature adsorbent contamination and additional costs for its regeneration. As hydrocarbons are extracted in the column 7, the volume of the vapor-air mixture decreases, and the pressure in the tank 1 drops. At the signal of the pressure sensor 21, the pump 3 and the gas blower 10 stop working.

В случае большого дыхания (при заполнении резервуара жидкостью) датчик 21 давления так же, как и при малом дыхании, подает сигнал на включение насоса 3 и газодувки 10, однако давление в резервуаре 1 продолжает расти. При достижении заданного давления в резервуаре 1 датчик 22 давления подает сигнал на включение второго насоса 4 (отрегулированного по производительности на большое дыхание с учетом работающего насоса 3), после чего в абсорбер 7 поступает абсорбент в количестве, достаточном для обработки максимального объема паровоздушной смеси. При дальнейшем росте давления датчик 23 давления подает сигнал на открытие клапана 13 и одновременно на отключение газодувки 10; в результате паровоздушная смесь направляется на адсорбер (угольные фильтры) 12, где очищается от оставшихся легких углеводородов и сбрасывается в атмосферу. При загрязнении одного фильтра поток по обвязке направляется на другой фильтр, а "отравленный" адсорбент регенерируют пропусканием через него воздуха, нагретого в нагревателе 14, и вакуумированием с помощью вакуум-насоса 15. Нагретый воздух с извлеченными из адсорбента углеводородами по газопроводу 16 подают в сепаратор 17, где охлаждают насыщенным абсорбентом, выходящим с абсорбера 7. По мере заполнения сепаратора 17 жидкость из него откачивается насосом 18 по трубопроводу 20 в резервуар 1, а газообразная фаза поступает по трубопроводу 19 газовое пространство резервуара. In the case of large breathing (when filling the tank with liquid), the pressure sensor 21, as well as with small breathing, gives a signal to turn on the pump 3 and gas blower 10, however, the pressure in the tank 1 continues to increase. Upon reaching a predetermined pressure in the tank 1, the pressure sensor 22 gives a signal to turn on the second pump 4 (adjusted for performance for big breath, taking into account the working pump 3), after which the absorbent 7 receives the absorbent in an amount sufficient to process the maximum volume of the vapor-air mixture. With a further increase in pressure, the pressure sensor 23 gives a signal to open the valve 13 and at the same time turn off the gas blower 10; as a result, the air-vapor mixture is sent to the adsorber (carbon filters) 12, where it is cleaned of the remaining light hydrocarbons and discharged into the atmosphere. If one filter is contaminated, the flow through the piping is directed to another filter, and the “poisoned” adsorbent is regenerated by passing through it air heated in the heater 14 and evacuation using a vacuum pump 15. Heated air with hydrocarbons extracted from the adsorbent is fed through gas pipeline 16 to the separator 17, where it is cooled with a saturated absorbent exiting from the absorber 7. As the separator 17 is filled, the liquid is pumped out of it by pump 18 through pipeline 20 to reservoir 1, and the gaseous phase enters through gas pipeline 19 e space of the tank.

Таким образом, использование параллельно соединенных насосов 3 и 4, отрегулированных по производительности на малое и большое дыхания, позволяет сократить энергетические затраты на перекачку абсорбента при малых дыханиях. В то же время, использование циркуляционного контура, основным элементом которого является газопровод 9 с газодувкой 10, соединяющий выкидной газовый патрубок 8 абсорбера 7 с газовым пространством резервуара 1, а также клапана 13, установленного перед адсорбером 12, позволяет предотвратить поступление некачественного очищенной от углеводородов паровоздушной смеси на адсорбер 12 и, следовательно, избежать дополнительных энергетических затрат на регенерацию адсорбента. Thus, the use of parallel-connected pumps 3 and 4, adjusted for productivity for small and large breaths, allows you to reduce the energy cost of pumping absorbent with small breaths. At the same time, the use of a circulation circuit, the main element of which is a gas pipe 9 with a gas blower 10, connecting the discharge gas pipe 8 of the absorber 7 with the gas space of the tank 1, as well as the valve 13 installed in front of the adsorber 12, allows to prevent the entry of low-quality hydrocarbon-free steam-air mixture to the adsorber 12 and, therefore, to avoid additional energy costs for the regeneration of the adsorbent.

П р и м е р. В резервуаре 1 находится бензин марки АИ-76 при избыточном давлении 100 Па. При повышении температуры продукты испарения бензина в количестве 30 м³/ч (малое дыхание) поступают газовое пространство резервуара, давление растет, и при избыточном давлении 200 Па по сигналу датчика 21 давления включаются насос 3 производительностью 0,4 м³/ч и газодувка 10 производительностью 60 м³/ч. Бензин, перекачиваемый насосом 3 через теплообменник 5 и холодильник 6, охлаждается до температуры -40^оС и в колонне 7 абсорбирует углеводородные фракции из паровоздушной смеси, содержащей углеводороды в количестве 48 об. По мере извлечения из паровоздушной смеси бензиновых компонентов объем смеси уменьшается, давление снижается до 100 Па (изб.), и по сигналу датчика 21 насос 3 и газодувка 10 отключаются.PRI me R. In tank 1 is AI-76 grade gasoline at an overpressure of 100 Pa. When the temperature rises, the gasoline vaporization products in an amount of 30 m ³ / h (short breathing) enter the gas space of the tank, the pressure rises, and at an excess pressure of 200 Pa, a pump 3 with a capacity of 0.4 m ³ / h and a gas blower 10 are turned on with a productivity of 60 m ³ / h. Gasoline pumped by pump 3 through the heat exchanger 5 and 6, the refrigerator is cooled to -40 ^{° C} and in the column 7 absorbs hydrocarbon fraction from steam-hydrocarbon-containing mixture in an amount of 48 vol. As gasoline components are extracted from the steam-air mixture, the volume of the mixture decreases, the pressure decreases to 100 Pa (g), and by the signal of the sensor 21, the pump 3 and the gas blower 10 are turned off.

При наполнении резервуара 1 бензином расход паровоздушной смеси составляет 400 м³/ч (большое дыхание). При повышении давления до 200 Па (изб.), как уже было показано, включаются насос 3 и газодувка 10, а при дальнейшем повышении давления до 300 Па (изб.) включается насос 4 производительностью 7,6 м³/ч. Таким образом, расход абсорбента, перекачиваемого двумя насосами, становится равным 8 м³/ч и достаточным для обработки максимального количества паровоздушной смеси 400 м³/ч с коэффициентом извлечения 96-98% Так как наполнение резервуара бензином и соответственно рост давления продолжаются, при давлении 400 Па датчик 22 давления подает сигнал на открытие клапана 13 и на отключение газодувки 10, в результате чего паровоздушная смесь с содержанием углеводородов 1-2 об. направляется на угольный фильтр адсорбера 12, где осуществляется окончательная очистка паровоздушной смеси с суммарным коэффициентом извлечения 99,98-99,99% При прекращении наполнения резервуара давление снижается, клапан 13 закрывается, включается газодувка 10, затем при дальнейшем снижении давления отключаются последовательно насос 4, насос 3 и газодувка 10.When filling the tank 1 with gasoline, the flow rate of the vapor-air mixture is 400 m ³ / h (big breath). With an increase in pressure to 200 Pa (g), as already shown, pump 3 and gas blower 10 are turned on, and with a further increase in pressure to 300 Pa (g), pump 4 with a capacity of 7.6 m ³ / h is turned on. Thus, the flow rate of the absorbent pumped by two pumps becomes 8 m ³ / h and sufficient to handle the maximum amount of steam-air mixture 400 m ³ / h with a recovery factor of 96-98%. Since filling the tank with gasoline and, accordingly, the pressure increase continues, at pressure 400 Pa, the pressure sensor 22 gives a signal to open the valve 13 and to turn off the gas blower 10, resulting in a steam-air mixture with a hydrocarbon content of 1-2 vol. sent to the charcoal filter of the adsorber 12, where the final purification of the steam-air mixture with a total recovery ratio of 99.98-99.99% is carried out. When the filling of the tank stops, the pressure decreases, valve 13 closes, gas blower 10 is turned on, then pump 4 is subsequently turned off when the pressure is further reduced, pump 3 and gas blower 10.

Загрязненный угольный фильтр переводят в режим регенерации, а паровоздушный поток направляют на свежий фильтр. Атмосферный воздух, нагретый в нагревателе 14 до температуры 96^оС, поступает на угольный фильтр, извлекает из него углеводороды и откачивается вакуум-насосом 15. Далее горячий воздух с углеводородами подают в сепаратор 17, где он охлаждается бензином, выходящим с низа абсорбера 7, и разделяется на фазы, газовая фаза поступает в газовое пространство резервуара 1, а жидкая откачивается насосом 18 в жидкостную зону резервуара 1.The contaminated charcoal filter is put into regeneration mode, and the vapor-air flow is directed to a fresh filter. Atmospheric air is heated in heater 14 to a temperature of 96 ^{° C,} enters the carbon filter, extracts the hydrocarbons and evacuated with a vacuum pump 15. Then, hot air with hydrocarbons is fed to a separator 17 where it is cooled gasoline emerging from the bottom of the absorber 7, and is divided into phases, the gas phase enters the gas space of the tank 1, and the liquid is pumped out by the pump 18 into the liquid zone of the tank 1.

Результаты, полученные при испытании известной и предлагаемой установок, приведены в таблице. The results obtained by testing the known and proposed installations are shown in the table.

Из таблицы следует, что при одинаковой степени извлечения углеводородов после адсорбера 99,98 100% энергетические затраты на перекачку адсорбента насосами при малых дыханиях резервуара на предлагаемой установке меньше, чем на известной (0,2 против 4,0 кВт ˙ ч), а при больших дыханиях равны (4,0 кВт ˙ ч). С учетом дополнительных энергетических затрат, связанных с работой газодувки, суммарное потребление энергии (на перекачку адсорбента и на циркуляцию паровоздушной смеси по контуру) на предлагаемой установке также меньше, чем на известной (4,44 против 8,0 кВт ˙ ч). Степень извлечения углеводородов после абсорбера при малом дыхании на предлагаемой установке составляет 88% что ниже, чем на известной (98%), но на предлагаемой установке паровоздушная смесь после абсорбера не поступает в адсорбер и не загрязняет его. Как видно из таблицы, энергетические затраты на регенерацию адсорбента при больших дыханиях на предлагаемой установке не превышают аналогичного показателя для известной установки (4,0 кВт ˙ ч), а при малых дыханиях отсутствуют (0 против 1,5 кВт ˙ ч). It follows from the table that, with the same degree of hydrocarbon recovery after the adsorber, 99.98 100%, the energy costs for pumping the adsorbent with small reservoir breaths in the proposed installation are lower than in the known one (0.2 versus 4.0 kW ˙ h), and large breaths are equal (4.0 kWh). Taking into account the additional energy costs associated with the operation of the gas blower, the total energy consumption (for pumping adsorbent and for circulating the air-vapor mixture) in the proposed installation is also less than in the known one (4.44 versus 8.0 kWh). The degree of hydrocarbon recovery after the absorber with little breathing in the proposed installation is 88%, which is lower than in the known (98%), but in the proposed installation the steam-air mixture after the absorber does not enter the adsorber and does not pollute it. As can be seen from the table, the energy costs for regeneration of the adsorbent with big breaths on the proposed installation do not exceed the same indicator for the known installation (4.0 kW ˙ h), and with small breaths are absent (0 against 1.5 kW ˙ h).

Технико-экономическая эффективность предлагаемой установки улавливания углеводородных паров из резервуаров складывается за счет сокращения энергетических затрат. The technical and economic efficiency of the proposed installation for the capture of hydrocarbon vapors from reservoirs is due to the reduction of energy costs.

Claims

INSTALLATION FOR HYDROCARBON VAPOR COVERING, including a tank, an absorber with a gas outlet pipe, an adsorber, a heat exchanger and a refrigerator, pumps, inlet pipes for absorbent and gas, characterized in that it is equipped with a gas blower connected to the gas outlet pipe and with a gas space of the tank, adjustable installed on the gas supply pipe, and the pumps are installed on the supply pipe of the absorbent, connected in parallel and adjusted to "small" and "big breath" of the tank.