Спосіб та встановлення абсорбційного уловлювання легких фракцій вуглеводнів з резервуарів зберігання
Власники патенту UA 2466774:
Винахід відноситься до охорони навколишнього природного середовища і може бути використане на установках підготовки нафти (УПН) для зниження викидів в атмосферу легких фракцій вуглеводнів (ЛФУ) із сировинних та товарних резервуарів, а також із резервуарів для зберігання та транспортування нафти та нафтопродуктів. Значне забруднення атмосферного повітря парами УЛФ відбувається під час заповнення («великих диханнях») резервуарів.
З моменту видобутку до безпосереднього використання нафтопродукти зазнають більш ніж 20 перевалок, при цьому 75% втрат відбувається при «великих диханнях» і лише 25% від аварій та витоків.
Основна маса «дихаючих» резервуарів зосереджена на нафтопромислах, нафтоперекачувальних станціях та резервуарних парках нафтопереробних заводів. Середньорічні втрати ЛФУ від «великих дихань» становлять близько 0,14% обсягу, що зберігається в резервуарах нафти або нафтопродукту.
Як показала практика, робота таких рідинно-газових ежекторів стійка при значних коливаннях параметрів і фракційного складу паро-повітряної суміші, що відсмоктується з резервуарів.
Недоліком даного способу уловлювання ЛФУ є велика витрата робочої рідини (бензину, гасу або дизельного палива) і витрати, пов'язані з необхідністю здійснювати постійну десорбцію та підживлення робочої рідини.
Крім того, ефективне повторне використання робочої рідини неможливе без застосування спеціального обладнання, а саме десорбційних колон. нагрівального та холодильного обладнання, складної системи контролю та автоматики за здійсненнямабсорбційних та десорбційних процесів, що стримує застосування установок типу «ЕРЕСТ» на практиці.
Відмінною особливістю запропонованого способу уловлювання легких фракцій вуглеводнів ЛФУ з резервуарів для зберігання і транспортування нафти і нафтопродуктів, що включає використання ежекторів і рідкого вуглеводневого абсорбенту-поглинача ЛФУ, є те, що в якості робочої рідини використовують воду, а як абсорбент використовують лову менше 0,920 г/см 3 , що знаходиться в абсорбері на поверхні води, при цьому процес розчинення ЛФУ в абсорбенті ведуть з використанням водоструминного ежектора до тих пір, поки щільність розчину не досягне 0,800 г/см 3 після чого з поверхні води даний розчин відбирають на відстоювання, а абсорбер заповнюють свіжою порцією абсорбенту.
Пропонований спосіб і встановлення абсорбційного уловлювання легких фракцій вуглеводнів з резервуарів для зберігання і транспортування нафти і нафтопродуктів, з використанням як абсорбент важкої пасткової нафти, поряд з поліпшенням екологічної обстановки на об'єктах підготовки, зберігання і транспортування нафти і нафтопродуктів, за рахунок скорочення газового простору резервуарів в атмосферу, відкриває і новий напрямок у вирішенні проблеми ліквідації на промислах шламових амбарів-накопичувачів пасткових нафт, що містять нафту, - іншого небезпечного джерела забруднення навколишнього природного середовища.
Використання водоструменевих ежекторів для створення вакууму із застосуванням водної фази в якості активної робочої рідини відомо давно і знайшло широке застосування на практиці.
Ефективність застосування запропонованого способу абсорбційного уловлювання ЛФУ з паро-повітряної суміші із застосуванням якрідкого абсорбенту важкої уловленої нафти, порівняно з такими відомими абсорбентами, як гас, дизельне паливо та товарна нафта, була встановлена серією визначень, проведених на експериментальній установці, принципову схему якої наведено на рис.1.
Експериментальна установка складається з двох герметичних ємностей: ємність 1, іменована далі сепаратором-абсорбером, заповненим водою до заданого рівня (рівня відбору проби), на поверхні якої знаходиться заданий обсяг аналізованого абсорбенту, і ємність 2, іменована далі ємністю формування заповненої до заданого рівня легкокиплячої фракцією вуглеводнів - ЛФУ (п. ефіром 40/70 щільністю 0,640 г/см 3 ), водоструминного ежектора 3, насоса 4 і газових лічильників 5, 6 і 7, при цьому газовий лічильник 5 встановлений на лінії відсмоктування паро-повітряної суміші з ємності 2, газовий лічильник 7 встановлений на виході з сепаратора-абсорбера паро-повітряної суміші збідненої ЛФУ при створенні надлишкового тиску.
При відкритих кранах 8 і 9 і включеному на задану продуктивність насосі 4, за рахунок циркуляції потоку води з сепаратора-абсорбера - 1 через ежектор 3 обсяг води, що знаходиться в сепараторі-абсорбері, з тиском, що перевищує пасивний тиск паро-повітряної суміші в ємності 2 відбувається через газовий лічильник 5 відсмоктування паро-повітряної суміші з ємності 2 і створення в ній вакууму. Останнє сприяє тому, що через газовий лічильник 6 ємність 2 почне надходити повітря під шар п. ефіру 40/70 що, у свою чергу, інтенсифікує в ємності 2 випаровування ЛФУ (парів п. ефіру 40/70).
При встановленні рівноважного стану об'єм та компонентний склад паро-повітряної суміші, що відсмоктується ежектором 3 з ємності 2, постійно відновлюється; щодозволяє подавати в сепаратор-абсорбер 1 дану суміш у вигляді водо-паро-повітряної суміші у водну фазу під шар абсорбенту практично необмежений час. При цьому в сепараторі-абсорбері у водній фазі відбувається виділення нерозчинних у воді бульбашок паро-повітряної суміші, при спливанні та контакті яких з абсорбентом відбувається скорочення їх обсягу в результаті поглинання-розчину в абсорбенті ЛФУ, що фіксується показаннями газового лічильника 7, через який з сепаратора-абсорбера 1 виділяється збіднена ЛФУ паро-повітряна суміш.
Враховуючи, що процес абсорбційного поглинання-розчинення ЛФУ рідким абсорбентом нерозривно пов'язані з процесом десорбції, тобто. виділенням поглинених абсорбентом ЛФУ з розчину в парову фазу, то для кожного аналізованого абсорбенту з відомою щільністю показником завершення процесу поглинання-розчинення ЛФУ в заданому об'ємі є зниження щільності одержуваного розчину до постійної величини, що задається, рівної 0,800 г/см 3 , що відповідає середньо-статистичного значення щільності легкої товарної нафти.
Останнє здійснювали шляхом відбору через певні проміжки часу з сепаратора-абсорбера 1 через кран 10 в мірний циліндр 11 проби розчину і визначення його щільності за допомогою ареометра 12. При досягненні заданого значення щільності розчину ЛФУ і абсорбенту насос 4 відключали, ємність 1 розчину ЛФУ та абсорбенту та завантажували свіжою порцією води та наступним заданим обсягом абсорбенту. Одночасно з цим ємності 2 проводили і заміну заданого обсягу п.ефіру 40/70.
У кожному досвіді перед заповненням сепаратора-абсорбера 1 аналізованим абсорбентом експериментальну установку налаштовували на «холостий» режим роботи, а саме на роботу насоса 4, без присутностіємності абсорбенту 1, при цьому уточнювали склад паро-повітряної суміші, яка утворюється в ємності 2 і яка, за рахунок вакууму, створюваного ежектором 3 при відкритому крані 9, проходить газовий лічильник 5 і подається в об'єм водної фази в сепаратор-абсорбер 1.
Враховуючи, що компоненти паро-повітряної суміші, що утворюється в ємності 2, практично не розчиняються у воді, то при режимі роботи експериментальної установки показання газових лічильників 5 і 7 повинні бути ідентичними. Далі, після встановлення такого рівноважного стану в сепаратор-абсорбер 1 завантажували заданий обсяг іншого аналізованого абсорбенту, який для всіх дослідів дорівнював 1000 см 3 .
В узагальненому вигляді в табл.1 представлені результати експериментів щодо визначення здатності проб пасткової нафти різної щільності, відібраних з поверхні нафтшламових комор, розташованих на об'єктах ВАТ «Самара-нафтогаз», абсорбувати-розчиняти в собі ЛФУ, порівняно з аналогічною здатністю таких відомих рідких абсорбентів, як гас та товарна нафта щільністю 0,850 г/см 3 .
Як випливає з даних табл.1, здатність абсорбувати-розчиняти пари ЛФУ пасткової нафти суттєво (в 1,8 разів) зростає при підвищенні їх густини від 0,900 г/см 3 до 0,980 г/см 3 . При цьому абсорбційна здатність пасткової нафти, навіть із щільністю 0,900 г/м 3 перевищує абсорбційну здатність гасу в 4 рази, а дизельне паливо та товарну нафту щільністю 0,850 г/см 3 в два рази.
Якщо прийняти молекулярну масу ЛФУ (п.ефіру 40/70 - суміш нормальних вуглеводнів С5-С6) рівним 75 г, а об'єм пари, що утворюється при випаровуванні однієї грам-молекули, рівним 22,4 л, то неважко підрахувати, що при використанні для уловлювання ЛФУ як абсорбент пасткової нафти воб'ємі 1 л, маса якої може коливатися в межах 900-980 г, то в запропонованому способі маса ЛФУ, що уловлюються, буде коливатися в межах 680-1030 г, що в середньому відповідає співвідношенню мас «абсорбент-ЛФУ» як 1:1.
При реалізації запропонованого способу уловлювання ЛФУ на практиці це означає, що для зниження в сепараторі-абсорбері як абсорбент пасткової нафти щільністю 0,920 г/см 3 за рахунок абсорбції-розчинення в ній ЛФУ до отримання в абсорбері щільності розчину, що дорівнює 0,300 г , то кожним об'ємом, що знаходиться в сепараторі-абсорбенті пасткової нафти, уловлюватиметься і абсорбуватиметься приблизно рівний об'єм (у перерахунку на рідину) легких вуглеводневих нафтових фракцій.
На рис.2 представлена принципова технологічна схема абсорбційної установки, яка дозволяє на практиці реалізувати пропонований спосіб уловлювання ЛФУ з резервуарів для зберігання та транспортування нафти та нафтопродуктів.
Осів у буферній ємності 2 осад періодично скидають у ємність прийому осаду 11, який направляють на переробку, наприклад, змішуванням з негашеним вапном у порошкоподібний гідрофобний продукт, що використовується в дорожньому будівництві.
Таким чином, застосування запропонованого способу і установки абсорбційного уловлювання легких фракцій вуглеводнів з резервуарів для зберігання і транспортування нафти і нафтопродуктів, що виключають використання дорогого нагрівального та холодильного обладнання та процесу рециркуляції абсорбенту, дозволяє при мінімальних витратах істотно знижувати викиди в атмосферу використання значних обсягів пасткових нафт, що є досі на об'єктах нафтовидобутку одним із серйозних джерелзабруднення навколишнього природного середовища.
1. Спосіб абсорбційного уловлювання легких фракцій вуглеводнів ЛФУ з резервуарів для зберігання і транспортування нафти і нафтопродуктів, що включає використання рідкого вуглеводневого абсорбенту-поглинача ЛФУ, який відрізняється тим, що в якості робочої рідини використовують воду, а в якості абсорбенту використовують пастку2 г/см 3 при цьому процес поглинання-розчинення ЛФУ в абсорбенті ведуть з використанням водоструминного ежектора до тих пір, поки щільність розчину не досягне 0,800 г/см 3 після чого з абсорбера здійснюють постійний відбір даного розчину з одночасною подачею в абсорбер свіжої порції абсорбенту, а отриманий розчин відстоюють.