Сравнительный анализ технологии рекуперации паров бензина и нефтепродуктов
Современная индустрия оперирует такими объёмами нефти и нефтепродуктов, что появились очень веские причины для уделения пристального внимания и их испарениям.
Исследования показывают, что на долю потерь от испарения приходится до 75% всех потерь при хранении и сливо-наливных операциях (остальные приходятся на утечки, смешение продуктов, аварии). Ущерб, наносимый этими потерями, является как экономическим - прямые потери нефтепродуктов (в России за год потери бензина от испарения только на нефтебазах составляет более 100 тыс. тонн, на АЗС - более 140 тыс.тонн), так и экологическим (загрязнение воздуха в местах расположения объектов хранения и налива нефтепродуктов – в соответствии с Европейскими стандартами концентрация испарений не должна превышать 10...35 г/м3).
Традиционные средства сокращения потерь нефтепродуктов (диски-отражатели, газоуравнительные системы, понтоны, плавающие крыши) во многих случаях либо не применимы, либо малоэффективны.
Наиболее полно решить проблему сокращения потерь и выбросов в атмосферу при приёме, отпуске и хранении нефтепродуктов можно с помощью систем улавливания и рекуперации паров нефтепродуктов.
Если исключить сжигание паровоздушной смеси, как способ ликвидации выбросов, то технологии улавливания и рекуперации паров, можно свести к следующим группам методов: адсорбционные, абсорбционные, компрессионные, мембранные, конденсационные и их комбинации. Все они имеют свои преимущества и недостатки.
Адсорбционный способ
Основан на поглощении газов твёрдыми поглотителями (адсорбентами) например, активированным углём.
Преимущества: высокая степень очистки, способность обрабатывать малонасыщенные пары.
Недостатки: высокая стоимость оборудования, сложность систем автоматики, необходимость регенерации адсорбента, необходимость периодической замены адсорбента с последующей его утилизацией, пожаровзрывоопасность, большие габариты.
Абсорбционный способ
Основан на процессе поглощения газа жидким поглотителем (абсорбентом), чаще всего дизельным топливом, что определяет основные преимущества и недостатки технологии. Абсорбционные процессы проводят в специальных массообменных контактных аппаратах (абсорберах).
Вертикальные абсорбционные аппараты
Преимущества: высокая степень улавливания.
Недостатки: большая металлоёмкость и габариты, значительное гидравлическое сопротивление, необходимость в абсорбенте (в среднем до 100 литров на 1 м3 паровоздушной смеси), пожаровзрывоопасность.
Горизонтальные абсорбционные аппараты
Преимущества: высокая степень улавливания, в технологии нет высоких или низких температур и давлений, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, не требуются площадки обслуживания, надёжная работа установки в летний и зимний период; простота монтажа и обслуживания установки.
Недостатки: наличие вращающегося вала с дисковыми элементами усложняет конструкцию, вызывает дополнительный расход энергии и увеличивает пожаровзрывоопасность установки, относительная скорость газа выше рекомендованных значений для атмосферных аппаратов, что снижает эффективность абсорбции, требуются дополнительные насосы для периодической подачи и откачки абсорбента (нефтепродукта) из подземной ёмкости в резервуар хранения.
Компрессионный способ
Сжатие паров углеводородов с последующим охлаждением до температуры окружающей среды и конденсации паров. Осуществляют созданием повышенного давления с помощью компрессоров или жидкостных эжекторов. Компрессор предусматривает сжатие смеси до давления 0,7-5 МПа (от 7 до 50 атм.) при этом конденсируется 50-99% углеводородов, содержащихся в смеси.
Преимущества: не требуется абсорбентов и адсорбентов, позволяет осуществлять сбор и транспортирование газа.
Недостатки: высокие энергетические затраты на сжатие, высокая степень конденсации достигается при очень больших давлениях сжатия, опасность компремирования смесей, содержащих кислород (из-за возникновения взрывоопасной ситуации), требуются дополнительные затраты на заполнение резервуаров инертным газом, требуется специальная аппаратура для согласования поступающего потока ПВС из резервуара и производительности компрессора установки (с целью исключения снижения давления на входе (в резервуарах) ниже атмосферного, что может привести к избыточной откачке ПВС, что вызывает дополнительное испарение нефтепродукта или даже к смятию резервуаров).
Эжекторные установки
Для сжатия используют энергию высокоскоростного жидкостного потока. В результате процесса эжектирования в струйном аппарате происходит сжатие ПВС и абсорбция паров рабочей жидкостью.
Преимущества: конструктивная простота эжектора, высокий уровень взрывопожаробезопасности.
Недостатки: низкая степень улавливания, высокие эксплуатационные энергозатраты насосного агрегата подающего рабочую жидкость, повышенные расходы рабочей жидкости, требуется специальная аппаратура для регулирования производительности потока газа и жидкости с целью исключения снижения давления на входе (в резервуарах) ниже атмосферного, что может привести к избыточной откачке ПВС, что вызывает дополнительное испарение нефтепродукта или к смятию резервуаров).
Мембранные технологии
Проблема выбора мембран требуемой селективности и проницаемости, ресурса работы, создания повышенных давлений перед мембраной (без возникновения взрывоопасных ситуаций), повышенными энергетическими затратами на осуществление процесса и необходимости введения абсорбционных или компрессионных контуров для утилизации выделенных (газообразных) углеводородов делают применение мембранных технологий весьма проблематичным.
Преимущества: отсутствие реагентов.
Недостатки: неустойчивость работы при наличии аэрозолей и воды, требуется подготовка газа, требуются дорогостоящие импортные мембраны и их периодическая замена.
Конденсационные технологии
Охлаждение ПВС без изменения давления до конденсации углеводородов в жидкую фазу.
Криогенный способ
Преимущества: могут использоваться как одиночные блоки, в оборудовании нет механических движущихся частей и электрических агрегатов, низкая степень взрывопожароопасности.
Недостатки: происходит вымораживание влаги на теплообменной поверхности и замерзание её в «мёртвых» зонах, необходима поставка жидкого азота, требуется специально подготовленный персонал, стоимость затрат выше стоимости полученного конденсата.
Конденсационные установки
Преимущества: возможность конденсировать газы несовместимые с активированным углём, не требуется наличие абсорбента.
Недостатки: высокая степень взрывопожароопасности за счёт подачи ПВС в холодильную машину, проблемы с льдообразованием, за счёт неудачно выбранных конструктивных и технологических решений.
Комбинированные технологии
Различные сочетания конденсационного и абсорбционного способов.
Преимущества: высокая степень улавливания.
Недостатки: высокая стоимость оборудования, высокая стоимость эксплуатации.
Выбор оптимальной технологии улавливания и возврата паров нефти и нефтепродуктов (паров бензина)
При выборе технологии (способа) в каждом конкретном случае оптимально использовать методологию разумно-приемлемой технологии.
Разумно-приемлемая технология определяется как метод, который обеспечивает минимальный уровень выбросов при выполнении технологически и экономически приемлемых мер. Принцип разумной достаточности: использование наилучшей доступной технологии (НДТ) или технологии максимального подавления выбросов (ТМП).
Существенные различия между НТД и ТМП заключаются в следующем:
- Наилучшие и достаточные технологии можно использовать, когда содержание загрязнения не превышает предельно допустимого значения. При выборе Наилучшей и Достаточной Технологии необходимо учитывать стоимость различных вариантов систем улавливания.
- Технологии Максимального Подавления используется, когда концентрация загрязнения превышает некоторое определенное значение. При выборе ТМП не учитывают экономические факторы.
Конденсато-абсорбционная технология, применяемая ООО «Газспецтехника» для установок ККР (комплексы конденсации и рассеивания) основана на снижении парциального давления паров при снижении температуры паровоздушной смеси и взаимной растворимости углеводородов.
Процесс конденсации идёт при атмосферном давлении.
Выбор технологической схемы рекуперации ПВС с промежуточным хладоносителем обоснован стремлением:
- максимально увеличить пожаровзрывобезопасность процесса,
- использовать холодильное и насосное оборудование в общепромышленном исполнении и располагать его на необходимом безопасном расстоянии,
- одновременно производить рекуперацию ПВС от разных нефтепродуктов (в отдельных теплообменниках-конденсаторах).
Основные преимущества установок ККР
- возможность использования для широкого спектра химических и нефтяных продуктов,
- безопасность процессов рекуперации,
- отсутствие загрязнённых вторичных отходов,
- отсутствие расходов на приобретение и утилизацию адсорбентов или абсорбентов,
- резервирование технологического оборудования в составе ККР,
- минимальное гидравлическое сопротивление комплекса,
- минимальные требования к контролю и автоматизации технологического процесса,
- минимальный срок окупаемости за счёт продажи или использования полученного рекуперата (конденсата),
- наличие широкой сети гарантийного и пост гарантийного обслуживания холодильного и насосного оборудования в регионах.
Установки ККР позволяют уловить до 98% выбросов углеводородов. В зависимости от изменения тепловой нагрузки на установку рекуперации (изменение объёмного расхода, состава или температуры ПВС) холодопроизводительность холодильной установки автоматически меняется, что позволяет экономить на потребляемой электроэнергии, при этом постоянно поддерживать заданную температуру конденсации.
Проектирование установок производится с учётом требований и пожеланий заказчика.
Глоссарий
Рекуперация (от лат. recuperatio — обратное получение), возвращение части материалов или энергии для повторного использования в том же технологическом процессе.
Vapor recovery — улавливание паров.
Recovery of service station vapor — рекуперация бензиновых паров на АЗС.
Vapor recovery unit — установка для сбора резервуарных паров, установка для возвращения паров в жидкую фазу, установка улавливания легких фракций.
Историческая справка
Окатов Александр Петрович (р. 21 ноября (4 декабря 1889) в Петербурге) – профессор кафедры неорганической химии ТПИ. В 1928 году организовал проектное бюро рекуперации для возвращения части материала или энергии, расходуемых при проведении того или иного технологического процесса, для повторного использования в том же процессе. Оставил большое число научных работ, в том числе специальных, по заданию центральных военных учреждений. Более 40 работ были положены в основу проектирования рекуперационных установок.