專利名稱:從壓力容器中吸收蒸汽和氣體的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及通過控制液體貯存罐中的過壓吸收蒸汽和氣體的方法,以及該方法的應(yīng)用。
當(dāng)液體貯存在儲罐中時,任何運動或者壓力或溫度的變化將引起液體“呼吸”。名詞“呼吸”在此處表示分子從液相通向氣相,或者相反,以便獲得熱力學(xué)平衡。液體和氣體之間的這種物質(zhì)傳遞可以相當(dāng)大,對包含許多不同成分的液體而言,這種物質(zhì)傳遞能在很大的溫度和壓力范圍內(nèi)發(fā)生。其原因在于,除液體能伴隨有揮發(fā)性成分外,不同成分具有不同的沸點和蒸汽壓力。
如果一個封閉的儲罐運動時,液體也將運動。這將引起液體中發(fā)生局部壓力的改變。這可引起蒸汽從液體中跑出,轉(zhuǎn)而又造成儲罐中壓力增加。當(dāng)此運動中斷時,液體將能吸收此蒸汽,造成壓力下降。
氣體和液體在壓力和溫度改變時都將改變體積。當(dāng)溫度上升時,大部分液體和氣體將占據(jù)更大的體積(膨脹)。因此,如果儲罐的體積不改變,壓力將上升。當(dāng)溫度下降時,將發(fā)生相反情況,即壓力下降。這樣,熱力學(xué)關(guān)系引起封閉儲罐遭受交替的過壓和欠壓。
當(dāng)液體輸入至儲罐中,或從儲罐中排空時,過壓和欠壓也可能發(fā)生于封閉儲罐中。
對于儲罐中的壓力改變存在承受的極限。當(dāng)壓力過份低時,存在儲罐壓扁的風(fēng)險,當(dāng)壓力過份高時,存在儲罐破裂的風(fēng)險。這樣,與貯存罐的壓力控制相關(guān)的問題有兩個部分。
現(xiàn)今,可能導(dǎo)致儲罐壓扁的壓力下降通常通過輸入更多的外部氣體加以解決。例如,當(dāng)用油槽船運輸石油產(chǎn)品和原油時,當(dāng)壓力太低時,實施所謂的“惰性化”過程。此方法在于將來自船只推進發(fā)動機的經(jīng)純化的廢氣(惰性氣體)向下輸入至儲罐中。在其它類型的運輸或貯存情況,如通過公路或鐵路運輸汽油時,此問題通常通過使空氣替代失去的氣體體積而加以解決。
可能導(dǎo)致儲罐破裂的壓力增加現(xiàn)今可用不同方法進行處理。如采用了將氣體轉(zhuǎn)送至其它儲罐的技術(shù),或可能的進一步處理過程,還采用了浮動頂部。但是在油槽船上運輸石油產(chǎn)品和原油時,解決此問題的方法是打開儲罐,讓氣體逸出至大氣中,直至儲罐中的壓力下降得足夠低。這將是嚴重的污染,各國的當(dāng)局正研究引入立法,從而將減少此類VOC(揮發(fā)性有機化合物)的排放。存在若干文獻,它們描述了聚焦于解決過壓問題的方法和系統(tǒng)。這些解決方案中包括不同的吸入和冷凝裝置,特別聚焦于與液化氣體(LNG和LPG)的貯存和運輸有關(guān)聯(lián)的問題。
由NO 305525得知一種貯存和運輸液化天然氣的方法及裝置。其濃縮物從儲罐中除去,并在具有冷卻器的冷凝裝置中凝結(jié),然后返回送入至儲罐中。裝置將甲烷和氮氣加以分離,然后將氮氣排放至大氣中。
US 2784560提出一種貯存和處理液化氣體的方法和裝置。液化氣體的濃縮物循環(huán)于一個裝置中,該裝置應(yīng)用另一液化氣體冷卻并冷凝熬出的東西(decoction),再將其返回送入至儲罐的底部。
US 3733838描述了一種系統(tǒng),用以再液化來自液化氣體的濃縮物。系統(tǒng)包括保溫貯存罐、文丘里管、泵和熱交換器。該系統(tǒng)意欲用于與液化氣體貯存有關(guān)的方面。部分液化氣體被壓縮,然后在熱交換器中膨脹以提供冷卻。貯存罐通過部分冷凝氣流的膨脹被冷卻,當(dāng)該部分冷凝氣流被送入至包含蒸汽的這部分貯存罐中。
US 3921412描述了一種蒸汽回收裝置,它應(yīng)用一種冷凝分送噴嘴。噴嘴放置在墊板開口中,冷卻灌裝期間流出的蒸汽/氣體,將其冷凝,從而它滴回儲罐中。
挪威專利申請1999 6471涉及冷凝蒸汽和氣體的方法、裝置和系統(tǒng)。此方法的基礎(chǔ)是液體循環(huán)通過排出氣體的文丘里管,在此處混合物被引導(dǎo)至儲罐的底部。此專利申請認為氣體將在其向下至儲罐的途中在液體中冷凝,還認為在儲罐的底部將發(fā)生任何進一步的汽凝。
各種用于去除揮發(fā)性有機化合物的吸收裝置可由US 3861890、JP63119833和EP 0819751A1中得知,這些裝置作為分離組件設(shè)置在要從其中去除揮發(fā)性化合物的儲罐或儲罐組的外側(cè)。
首先提到的三篇文獻描述了相當(dāng)綜合性的用于貯存已冷卻的液化氣體的系統(tǒng)。只有挪威專利申請1999 6471企圖大規(guī)模地解決與處理和貯存揮發(fā)性液體相關(guān)聯(lián)的問題。此外,已知有各種裝置,它們從正在灌裝的儲罐中吸取蒸汽/氣體,冷凝蒸汽/氣體,并將冷凝物送回至正從此處進行灌裝的那個儲罐中。由于現(xiàn)今的解決原油運輸期間的壓力控制方案和其它的解決方案看來都是不可接受的,因此本發(fā)明提出解決問題的一種替代性方案。
本發(fā)明涉及從一個或多個液體貯存罐中吸收蒸汽或氣體的方法,該方法包括將蒸汽/氣體向下引導(dǎo)至放置在貯存罐底部附近、位于儲罐內(nèi)液體中浸沒位置的吸收裝置中;將氣體吸收進入儲罐液體內(nèi),該液體圍繞吸收裝置并循環(huán)通過該吸收裝置或者從外源輸入;將來自吸收裝置的未被吸收的蒸汽/氣體送回至儲罐頂部的氣體區(qū)域,或?qū)⑵湟鰞?。這樣,吸收裝置浸沒在儲罐的液體中,該液體也可選用為蒸汽/氣體的吸收介質(zhì)。因此,吸收效率由于吸收發(fā)生在上部液體形成的靜水壓下而得到提高。
通過將吸收裝置向下置于儲罐中以替代置于儲罐的外側(cè)大大減輕了對空間的要求,這對船只來講特別有利。這也將造成吸收裝置承受的要比外部負載少得多,同時降低了腐蝕風(fēng)險。本發(fā)明提出的方法的又一優(yōu)點是降低了功率要求,因為泵位于儲罐內(nèi),這降低了泵送的揚程。同時,泵中的任何空蝕問題將減少,因為不需將液體泵出儲罐之外。
將高大、笨重的吸收塔放置在船甲板上常常造成船的結(jié)構(gòu)必須加以加強。在多儲罐系統(tǒng)中,如在船上的那樣,最好具有若干吸收組件,根據(jù)本發(fā)明,只要在每一儲罐中放置一個吸收組件就能方便地解決了。
本發(fā)明還包括此方法在儲罐船和儲罐車上的應(yīng)用。
下文將借助實施例的例證及參考附圖,對發(fā)明加以更為詳盡的說明,其中
圖1A表示供本發(fā)明方法應(yīng)用的吸收裝置;圖1B表示與圖1A相對應(yīng)的吸收裝置的軸向剖面圖;圖2表示放置在儲罐中的吸收裝置;而圖3表示圖1和2中吸收裝置的一個替代性實施例。
圖1A和1B表示用于實現(xiàn)本方法的吸收裝置的一個實例。吸收裝置只有在浸沒于儲罐液體中時才起作用。裝置包括管狀外殼3,它安裝在底板4上,并裝備有蒸汽/氣體入口1和液體入口8以及蒸汽/氣體出口14和液體出口11。在管狀外殼底部輸入的蒸汽/氣體借助多孔管2或其它分布裝置分布在底腔5中。由于其相對液體的低密度,蒸汽/氣體將在底腔中向上流動,通過多孔的圓柱基底9,在那里它將滲透通過吸收腔6。吸收腔包含特定結(jié)構(gòu)的填充物或其它機械設(shè)備,它使液體和蒸汽/氣體具有良好的接觸。未吸收的蒸汽/氣體將通過由網(wǎng)屏構(gòu)成的圓柱頂部10離開吸收腔。液體和蒸汽/氣體將流入頂腔7,在此處它們被重力分離。蒸汽/氣體將在通過出口14排出之前在頂腔的頂部加以收集。液體從液體出口11流出,液體出口11由固定至法蘭盤13上的接管座12加以保護,法蘭盤13又固定至管狀外殼上。管12將迫使液體向下流動以便選出頂腔,這將減少蒸汽/氣體能通過液體出口逸出的機會。
此處提出的吸收裝置顯現(xiàn)有與商業(yè)用吸收圓柱的相似點,但也具有若干本質(zhì)性的差別。首先,它只有在浸沒于吸收液體中時才運行。其次,它還代表了一種新的運作原理,因為吸收液體是由于內(nèi)、外側(cè)之間的靜水壓差,而不是被泵送通過裝置的。此外,吸收是在氣體和液體同向流動時發(fā)生的,這與較普通的逆向流動的吸收裝置相反。
圖2表示圖1A和1B的吸收裝置放置在貯存罐15中。蒸汽/氣體從貯存罐15通過管道轉(zhuǎn)送至壓縮機/泵17。壓縮機/泵由壓力傳感器16加以控制。壓縮機/泵將蒸汽/氣體通過管道送至吸收裝置18。蒸汽/氣體被循環(huán)通過吸收裝置的液體所吸收。如果液體不能吸收全部蒸汽/氣體,蒸汽/氣體的多余餾分向上滲透至吸收裝置的頂部,并繼續(xù)通過管道流至儲罐19。在儲罐中,測量蒸汽/氣體的成分,控制器20確定是否通過閥門21將蒸汽/氣體排放至大氣,或者通過閥門22送回至貯存罐。
圖3表示本發(fā)明提出的方法的一個替代性實施例。此處,所示的一個常規(guī)的吸收裝置24浸沒在儲存罐23中。常規(guī)的吸收圓柱主要由填充有機械結(jié)構(gòu)的管道構(gòu)成,機械結(jié)構(gòu)將氣體/蒸汽與液體進行混合,從而在兩者之間建立最大可能的表面面積,因而也就建立了良好的高質(zhì)量傳遞。圖3還表示了一種管道系統(tǒng),它使吸收過程得以以若干方式實現(xiàn)。氣體/蒸汽從儲罐23通過管道25轉(zhuǎn)送至壓縮機/泵26。氣體/蒸汽通過閥門27,再經(jīng)過管道29向下通至吸收圓柱24的底部??商娲氖牵瑲怏w/蒸汽可通過閥門28,再經(jīng)過管道30通至吸收圓柱24的頂部。未被吸收的氣體/蒸汽通過管道31被引出吸收圓柱。通過閥門32,氣體/蒸汽能送至另一過程,或向外送至大氣??商娲氖?,氣體/蒸汽能通過閥門33回轉(zhuǎn)至貯存罐23。來自另一儲罐的原油或其它石油產(chǎn)品可用吸收介質(zhì),并可通過管道34引入至吸收圓柱中。在吸收圓柱24底部的孔35使液體得以流出或流入吸收圓柱。當(dāng)氣體/蒸汽在吸收圓柱的底部引入時閥門36使流體得以在較高的點流出吸收圓柱。此處描述的方法使氣體/蒸汽的吸收既可通過氣體/蒸汽與吸收介質(zhì)的同向流動進行,也可通過兩個相的逆向流動進行。是否一個方法優(yōu)于另一方法將取決于氣體/蒸汽和液體的流率,以及取決于吸收介質(zhì)是在儲罐中的液體,還是從外源輸入的。
即使上述實施例的吸收裝置被描述成一個填充有機械結(jié)構(gòu)的吸收圓柱,但也可想到,吸收裝置被建造成一個由具有內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)的管道構(gòu)成的氣液混合器,該內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)引起氣體和液體的湍流混合,將造成更高的吸收程度。此外,還可想到的是應(yīng)用一個僅由管道構(gòu)成的單一吸收裝置,氣體/蒸汽通過噴嘴引入于其中,這些噴嘴引起氣體/蒸汽在管道中形成小氣泡,從而將產(chǎn)生氣泡吸收。
本發(fā)明提出的方法和應(yīng)用是十分有益于環(huán)境的,因為它將消除現(xiàn)今的VOC排放。系統(tǒng)也可應(yīng)用于若干儲罐通過管線而連結(jié)的情況,諸如在油船上運輸石油產(chǎn)品的情況。在這種情況,系統(tǒng)將能提供所有儲罐中所要求的壓力降低。還可得出的結(jié)論是,本發(fā)明將對石油公司和原油運輸公司具有有價值的技術(shù)沖擊。今天,石油在平臺上加工,以便包含較少量的較輕餾分,從而避免運輸期間的排放問題。但是從經(jīng)濟上來說,希望送至精煉廠的原油包含盡可能多的較輕餾分,使石油公司得以獲得船貨的最高可能價格。這樣,對裝備有能處理石油較輕餾分而無需排放的運油船將會有更大的需求,且能獲得更高的運費。
權(quán)利要求
1.一種通過控制液體貯存罐中的過壓以吸收蒸汽和氣體的方法,其特征在于,該方法包括以下步驟-將蒸汽/氣體引導(dǎo)至吸收裝置中,所述吸收裝置放置在儲罐底部附近位于儲罐內(nèi)液體中的浸沒位置;-將氣體吸收入液體中,所述液體圍繞吸收裝置并循環(huán)通過該吸收裝置,或者從外源輸入;-將來自吸收裝置的未被吸收的蒸汽/氣體送回至儲罐頂部的氣體區(qū)域,或?qū)⑵湟鰞蕖?br>
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,吸收介質(zhì)用冷卻部件加以冷卻。
3.如權(quán)利要求1所述的方法在運油船上的應(yīng)用。
4.如權(quán)利要求1所述的方法在油罐車上的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及在液態(tài)流體的灌裝、運輸和貯存期間,通過控制貯存罐(15)中的過壓以吸收蒸汽和氣體的過程。所述過程包括將氣體向下引導(dǎo)至貯存罐(15)的底部,在此處大部分氣體被吸收裝置內(nèi)的貯存罐自身的液體所吸收,或可供選擇的是液體可從外源輸出。
文檔編號F17C13/00GK1578892SQ02821601
公開日2005年2月9日 申請日期2002年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者埃弗特·格勒達爾 申請人:先進生產(chǎn)和裝卸有限公司