Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОНДЕНСАЦИИ ПАРОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Изобретение относится к способам конденсации смеси паров, содержащей пары нефтепродуктов и воды, и может быть использовано в системах очистки парогазовых потоков с выделением из них паров воды и рекуперации легколетучих фракций нефтепродуктов на объектах, связанных с их добычей, переработкой и хранением.

Известен способ конденсации смеси паров (РФ №2283160, МПК B01D 5/00, B65D 90/30), включающий полную конденсацию парогазовой смеси, содержащей пары нефтепродуктов и воды, сбор и расслоение продуктов конденсации.

Однако в известном способе отсутствует информация о получении энергоносителей для конденсации смеси паров, содержащей пары нефтепродуктов и воды. Как следствие, не реализованы основные принципы энергосбережения, связанные с организацией замкнутых термодинамических циклов по материальным и энергетическим потокам с возможностью рекуперации и утилизации вторичных энергоресурсов, что не позволяет рассматривать известный способ как энергосберегающий и экологически безопасный; не предусмотрено использование теплового насоса, что не создает реальных перспектив в энергоэффективной очистке парогазовых потоков; отсутствует возможность использования низких температур при кипении хладагента в испарителе теплового насоса, обеспечивающих полную конденсацию смеси паров, содержащих пары нефтепродуктов и воды, что исключает формирование взрывоопасных концентраций и снижает уровень взрывопожароопасности; не позволяет использовать теплоту конденсации хладагента в конденсаторе теплового насоса как для нагревания промежуточного теплоносителя с его подачей на размораживание испарителя, так и для нагревания воды, образовавшейся при размораживании испарителя до температуры, необходимой для ее дальнейшей биологической очистки.

Технической задачей изобретения является повышение энергетической эффективности процесса непрерывной конденсации смеси паров, содержащей пары нефтепродуктов и воды, создание взрывопожаробезопасной, экологически чистой и экономически выгодной технологии хранения нефтепродуктов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе конденсации паров нефтепродуктов, предусматривающем отвод паров углеводородов из резервуара для хранения нефтепродуктов, их охлаждение и конденсацию, сбор образовавшегося конденсата в промежуточном сборнике, отделение воды от жидких углеводородов, возврат жидких углеводородов в резервуар для хранения, новым является то, что используют парокомпрессионный тепловой насос, включающий компрессор, конденсатор, терморегулирующий вентиль и двухсекционный испаритель, рабочая и резервная секции которого попеременно работают соответственно в режимах конденсации и регенерации; причем пары углеводорода из резервуара для хранения отводят в секцию испарителя, работающую в режиме конденсации, конденсируют содержащуюся в них воду на теплообменной поверхности в виде ледяной корки посредством рекуперативного теплообмена с кипящим хладагентом, а отделившийся от воды сконденсированный жидкий нефтепродукт отводят в промежуточный сборник с возвратом в резервуар для хранения нефтепродуктов; теплоту конденсации хладагента в конденсаторе теплового насоса используют для нагрева промежуточного теплоносителя, посредством рекуперативного теплообмена; при этом нагретый в конденсаторе промежуточный теплоноситель разделяют на два потока, один из которых подают в секцию испарителя, работающую в режиме регенерации, для оттайки ледяной корки, а второй поток - в теплообменник-утилизатор; объединяют потоки отработанного промежуточного теплоносителя после секции испарителя, работающей в режиме регенерации, и теплообменника-утилизатора и возвращают в конденсатор в режиме замкнутого цикла; образовавшуюся воду при оттайке ледяной корки вместе с водой, содержащей следы углеводородов, из промежуточного сборника предварительно нагревают в теплообменнике-утилизаторе и направляют на стадию биологической очистки.

Технический результат изобретения заключается в повышении энергетической эффективности процесса непрерывной конденсации смеси паров, содержащей пары нефтепродуктов и воды; создании взрывопожаробезопасной, экологически чистой и экономически выгодной технологии хранения нефтепродуктов за счет предотвращения их выброса в окружающую среду.

На чертеже представлена схема, реализующая предлагаемый способ конденсации паров нефтепродуктов.

Схема содержит резервуар с нефтепродуктом 1; тепловой насос, включающий компрессор 2, конденсатор 3, секции двухсекционного испарителя 4 и 5; терморегулирующий вентиль 6, работающие по замкнутому термодинамическому циклу; промежуточный сборник 7; теплообменник-утилизатор 8; насосы 9, 10, 11; линии подачи: 0.1 - исходный нефтепродукт, 1.0 - пары углеводородов, 2.0 - сконденсированный нефтепродукт, 2.1 - нефтепродукт, отделившийся от остатков воды, 3.0 - талая вода со следами углеводородов; 4.0- хладагент; 5.0 - промежуточный теплоноситель.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходный нефтепродукт по линии 0.1 поступает в резервуар 1 на хранение. Пары нефтепродукта, образующиеся при больших и малых дыханиях резервуара, по линии 1.0 направляют в рабочую секцию двухсекционного испарителя 4, работающую в режиме конденсации, где происходит конденсация паров нефтепродукта посредством рекуперативного теплообмена с кипящим хладагентом. Процесс конденсации нефтепродуктов сопровождается образованием ледяной корки на теплообменной поверхности рабочей секции испарителя из замерзающей воды, содержащейся в парах нефтепродукта; а пары нефтепродуктов достигают температуры «точки росы» и сконденсированные жидкие углеводороды, освободившиеся от значительной части влаги, по линии 2.0 отводят в промежуточный сборник 7, где происходит отделение остатков воды от нефтепродукта при отстаивании с последующим его возвратом по линии 2.1 с помощью насоса 10 в резервуар 1.

Для реализации способа используют парокомпрессионный тепловой насос, включающий компрессор 2, конденсатор 3, терморегулирующий вентиль 6 и двухсекционной испаритель с рабочей 4 и резервной 5 секциями, которые попеременно работают в режимах конденсации и регенерации.

Парокомпрессионный тепловой насос работает по следующему термодинамическому циклу.

Хладагент, в качестве которого, например, используют Хладон 13В1 CF₃Br с температурой кипения -57,8°С и критической температурой 66,9°С, сжимается в компрессоре 2 до давления конденсации и по линии 4.0 направляется в конденсатор 3. Конденсируясь, он отдает теплоту промежуточному теплоносителю, например тосолу. Затем хладагент направляется в терморегулирующий вентиль 6, где дросселируется до заданного давления. С этим давлением хладагент поступает в секцию испарителя 4, работающую в режиме конденсации, где он кипит с выделением холода, который посредством рекуперативного теплообмена используется для конденсации паров нефтепродукта. При снижении интенсивности процесса конденсации смеси паров, содержащей пары нефтепродуктов и воды, рабочая секция 4 отключается из контура рециркуляции хладагента теплового насоса 4.0 на режим регенерации, а резервная секция 5 переключается на режим конденсации, выполняя функции рабочей секции. Такая организация переключения секций позволяет обеспечить непрерывность и максимальную эффективность процесса конденсации паров нефтепродукта. Пары хладагента после рабочей секции по замкнутому циклу 4.0 направляются в компрессор 2, сжимаются до давления конденсации и термодинамический цикл повторяется.

В способе предусмотрена подготовка промежуточного теплоносителя, в качестве которого, например, используют Тосол А40. Причем тосол нагревают в конденсаторе 3 теплового насоса за счет теплоты конденсации хладагента. С помощью насоса 9 нагретый тосол отводят из конденсатора по двум потокам 5.0, один из которых подают на размораживание секции испарителя 5, работающей в режиме регенерации, а второй направляют в теплообменник-утилизатор 8 для предварительного нагрева воды. При этом поток воды, образовавшейся при оттайке ледяной корки на теплообменной поверхности резервной секции испарителя, и поток воды со следами углеводорода, образовавшейся при осаждении в промежуточном сборнике 7, объединяют и с помощью насоса 11 отводят через теплообменник-утилизатор 8 на стадию биологической очистки. Потоки отработанного промежуточного теплоносителя после резервной секции испарителя и теплообменника-утилизатора объединяют и возвращают в конденсатор 3 теплового насоса с образованием замкнутого цикла.

Предлагаемый способ конденсации паров нефтепродуктов по сравнению с имеющимися аналогами позволяет:

- повысить энергетическую эффективность за счет рационального подключения к схеме энергоснабжения парокомпрессионного теплового насоса, позволяющего обеспечить рекуперацию и утилизацию энергии теплоносителей, и как следствие, снизить удельные энергозатраты на реализацию способа;

- повысить пожарную безопасность, исключив образование взрывопожароопасных концентраций паров нефтепродукта с воздухом за счет их полной конденсации;

- повысить качество нефтепродукта, возвращаемого в резервуар для хранения, за счет удаления из него максимального количества воды;

- обеспечить экологическую безопасность за счет организации замкнутых рециркуляционных схем по материальным и энергетическим потокам, исключающих выброс вредных веществ в атмосферу.