WO1992010269A1 - Verfahren zur reduzierung der auf tanklagern, tankwagen-füllstellen und schiffen anfallenden kohlenwasserstoffen und anlage dafür - Google Patents

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    • B67D—DISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B67D7/04—Apparatus or devices for transferring liquids from bulk storage containers or reservoirs into vehicles or into portable containers, e.g. for retail sale purposes for transferring fuels, lubricants or mixed fuels and lubricants
    • B67D7/0476—Vapour recovery systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
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    • F25B15/00—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type
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    • F25B27/00—Machines, plants or systems, using particular sources of energy

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the hydrocarbon emissions occurring at tank farms, tanker filling stations and ships, in which the gas mixture to be cleaned is cleaned in a first cleaning stage with at least one substance.
  • the separated hydrocarbon vapors being liquefied and mixed into the filling of the exchanger consisting of cooled liquid mineral oil products such as petrol and exiting from the material exchanger.
  • liquid, such as gasoline, is collected in a collecting container, then the gas-air mixture emerging from the material exchanger is fed to a second cleaning stage and burned, and the energy released in the process for cooling the gas mixture to be cleaned in the first cleaning stage ver
  • 35 is used, as well as a plant for performing the method.
  • DE-A 36 09 292 has proposed to cool the gas to be cleaned in a first cleaning stage and thereby to cool off some of the contaminants ⁇ and in the second cleaning stage burn the contaminants remaining in the gas in a heat engine that operates a refrigeration system for cooling the gas in the first cleaning stage.
  • this method can only be implemented in special cases in the manner described in DE-A 36 09 292.
  • the gas portion generally consists of the lighter evaporation components of the stored fuel, with a more or less stratified distribution of the air / gas mixture ratio depending on the tank structure and size. This means that aftertreatment due to different ignition behavior of the gas mixtures present is difficult to control when using combustion measures.
  • An additional complication here is the fact that very different tank space volumes are available for the formation of the gas-air mixture. First, it has to be in the empty tank existing gas-air mixture can be drained very quickly when refueling, on the other hand the extent and mixing ratio of the available gas-air mixture depends both on the fuel temperature, the available empty space and the type of fuel. The always present risk of uncontrolled ignition of the existing gas-air mixture in the tank area, which make additional safety precautions necessary, is to be regarded as an additional difficulty for aftertreatment measures.
  • EP-A 0 298 288 it has been proposed according to EP-A 0 298 288 to supply the gas-air mixture, which is extracted from the tank container, in the second cleaning stage, mixed with combustion air, to an electronically controlled internal combustion engine, the operating parameters of which can be set by an electronic engine control unit depending on the pressure and the composition of the gas-air mixture.
  • fuel can be injected into the internal combustion engine as needed.
  • the power output by the internal combustion engine is used to operate a cooling device or a generator to operate a cooling device which cools the filling of the mass exchanger.
  • an internal combustion engine must also be used, which serves to drive the compressor of a refrigeration unit.
  • the remaining disadvantage is that mechanical devices that are subject to wear are necessary.
  • the overall efficiency is relatively low, since additive losses occur during the energy conversion.
  • Another disadvantage is the noise generated by the internal combustion engine, which is often perceived as annoying.
  • the object of the invention is to improve the method and system of the type 'mentioned so that a Heat engine can be omitted in the second cleaning stage.
  • the object is achieved with regard to the method by the characterizing features of claim 1 and with respect to the system by the characterizing features of the claim.
  • the tank of a tank truck 2 is filled with a liquid petroleum product such as e.g. Petrol filled.
  • a liquid petroleum product such as e.g. Petrol filled.
  • the line 9 is connected to the top 8 of the tank 3 at the tank dome 4.
  • the line 9 is connected to a material exchanger 10.
  • the 25 material exchanger 10 has a filling 11 made of a liquid mineral oil product such as gasoline, which surrounds a heat exchanger 12 or its heat exchange tubes.
  • the heat exchanger 12 is connected by means of the coolant return line 13 and the coolant supply line 14 to the evaporator 23 with an absorption refrigeration system 21.
  • the filling 11 of the mass exchanger 10 is cooled down by the low-temperature coolant flowing through the heat exchanger 12, so that hydrocarbon compounds of the gas-air mixture penetrating from the tank 3 are excreted in the filling 11.
  • An overflow line 16 is also provided on the material exchanger 35 10 and is connected to a collecting container 17. Via the overflow line 16 the amount of liquefied hydrocarbon compounds separated from the gas-air mixture in the material exchanger 10 is derived and can be used for further use by the collecting container 17.
  • a line 18 is arranged, the free end section 19 of which is connected to a combustion chamber 20.
  • a bypass channel 30 in which a compressor 29 is arranged.
  • an overpressure and non-return valve 24 is also provided in front of the combustion chamber 20, in order to be able to prevent a flashback in the material exchanger 10.
  • the combustion chamber 20 has, in a known manner, a connection for combustion air, the quantity of which is regulated in a stoichiometric ratio by means of an air quantity regulator 37.
  • the combustion chamber outlet is connected by means of a line 38 to a heat exchanger 25 which is arranged in the expeller 22 of the absorption refrigeration system 21.
  • the expeller 22 is connected by means of a line 33 to a condenser 26 in which a heat exchanger 35 for cooling water is provided.
  • the condenser 26 is connected to the evaporator 23 by means of a further line 39.
  • a control valve 27 is arranged in line 39.
  • the evaporator 23 is connected by means of the line 34 to the absorber 28, in which a heat exchanger 36 for cooling water is also provided.
  • the absorber 28 is connected to the expeller 22 via a line 40 having a solvent pump 31 and a temperature changer 32.
  • the condensate from the expeller 22 is also passed through a line 41 through the temperature changer 32 and is in heat exchange with the solvent of the absorber 28 passed through the line 40.
  • the line 41 opens into the upper region of the absorber 28 above the liquefied solvent.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der auf Tanklagern, Tankwagen-Füllstellen und Schiffen anfallenden Kohlenwasserstoff-Emissionen und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens. Das zu reinigende Gasgemisch wird in einer ersten Reinigungsstufe in einem Stoffaustauscher abgekühlt und teilweise entgast. Das aus dem Stoffaustauscher austretende Gas-Luft-Gemisch wird einer zweiten Reinigungsstufe zugeführt und dort in einer Brennkammer verbrannt. Die hierbei entstehende Verbrennungswärme dient zur Energiezufuhr zu einem Austreiber einer Absorptionskälteanlage, deren Verdampfer die Füllung des Stoffaustauschers der ersten Reinigungsstufe kühlt.

Description

Verfahren zur Reduzierung der auf Tanklagern, Tankwagen-Füllsteilen und Schiffen anfallenden Kohlenwasserstoffen und Anlage dafür
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der auf Tanklagern, Tankwagen-Füllstellen und Schiffen anfallenden Koh¬ lenwasserstoff-Emissionen, bei dem das zu reinigende Gasgemisch in einer ersten Reinigungsstufe mit mindestens einem Stoffaus-
25 tauscher abgekühlt und bezüglich der Kohlen-Wasserstoff erbin¬ dungen teilweise entgast wird, wobei die ausgeschiedenen Kohlen¬ wasserstoffdämpfe sich verflüssigt in die aus gekühlten flüs¬ sigen Mineralölprodukten wie Benzin bestehende Füllung des Aus- ta-uschers einmischen und die aus dem Stoffaustauscher austre-
30 tende Flüssigkeit, wie Benzin, in einem Sammelbehälter aufgefan¬ gen wird, dann das aus dem Stoffaustauscher austretende Gas- Luft-Gemisch einer zweiten Reinigungsstufe zugeführt und ver¬ brannt wird und die dabei freiwerdende Energie zum Abkühlen des zu reinigenden Gasgemisches in der ersten Reinigungsstufe ver-
35 wendet wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Lagerung und dem Umschlag von Mineralöl von flüssigen Mineralölerzeugnissen wie z.B. Vergaserkraftstoffen treten wegen des hohen Dampfdrucks erhebliche Emissionen auf. Neben der üm-
40 weltbelastung entstehen hierbei erhebliche betriebs- und volks¬ wirtschaftliche Verluste, zu deren Vermeidung bereits verschie¬ dene Rückgewinnungsverfahren vorgeschlagen worden sind. So ist eine indirekte Kondensation bei sehr tiefen Temperaturen und die Kombination Adsorption/- Absorption bekannt. Das letztgenannte
45 Verfahren arbeitet im explosiblen Bereich und stellt wegen der Brandgefahr durch die reaktionsfreudige Aktivkohle ein Sicher¬ heitsrisiko dar. Dieser Nachteil soll durch eine kalte Konden¬ sation mit überlagerter Absorption beseitigt werden können, wie es am Beispiel eines Benzinrückgewinnungsverfahrens in der DE-ZS "Erdöl und Kohle-Erdgas-Petrochemie", 1984, Bd. 37, S. 409-411 beschrieben ist. Hierbei wird die benzinbeladene Abluft zunächst durch eine Wäsche mit kaltem Benzin auf eine geringe Austritts¬ beladung vorgereinigt und dann in einem Adsorber nachgereinigt. Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß ein erheblicher apparativer Aufwand erforderlich ist, der hohe In- vestitions- und Betriebskosten verursacht. Um auf besonders wirtschaftliche Weise aus einem Gas Verunreinigungen wie Kohlen¬ wasserstoffe oder Dämpfe organischer Flüssigkeiten weitgehend entfernen zu können, ist durch die DE-A 36 09 292 vorgeschlagen worden, das zu reinigende Gas in einer ersten Reinigungsstufe abzukühlen und hierbei einen Teil der Verunreinigungen abzu¬ scheiden und in der zweiten Reinigungsstufe die in dem Gas ver¬ bliebenen Verunreinigungen in einer Wärmekraftmaschine zu ver¬ brennen, die eine Kälteanlage zum Abkühlen des Gases in der ersten Reinigungsstufe betreibt. Dieses Verfahren läßt sich in der in der DE-A 36 09 292 beschriebenen Weise jedoch nur in Sonderfällen realisieren.
Da es sich in den meisten Fällen um sehr magere Gas-Luftge- mische handelt, ist je nach Tankinhalt mit oft unterschied¬ lichen Gas-Luftzusammensetzungen zu rechnen. Das Gasanteil be¬ steht in der Regel aus den leichteren Verdunstungsbestandteilen des eingelagerten Treibstoffes, wobei je nach Tankaufbau und Größe mit einer mehr oder weniger geschichteten Verteilung des Mischungsverhältnisses Luft/Gas zu rechnen ist. Dies bedeutet, daß eine Nachbehandlung aufgrund unterschiedlichen Zündverhal¬ tens der vorliegenden Gasgemische bei Einsatz von Verbren¬ nungsmaßnahmen nur schwer kontrollierbar durchzuführen ist. Zusätzlich erschwerend ist hierbei die Tatsache, daß sehr unter- schiedliche Tankraumvolumina für die Bildung des Gas-Luftgemi¬ sches zur Verfügung stehen. Zum einen muß das im leeren Tank befindliche Gas-Luftgemisch bei Neubetankung sehr schnell wieder abgeführt werden, zum anderen ist das zur Verfügung stehende Gas-Luftgemisch im Umfang und Mischverhältnis sowohl von der Treibstofftemperatur, dem zur Verfügung stehenden Leerraum, als auch von der Art des Treibstoffes abhängig. Als zusätzliche Erschwernis für Nachbehandlungsmaßnahmen ist die stets vorhan¬ dene Gefahr der unkontrollierten Entzündung des vorhandenen Gas-Luftgemisches im Tankbereich anzusehen, die zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen notwendig machen.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es nach der EP-A 0 298 288 vorgeschlagen worden, das aus dem Tankbehälter abgesaugte Koh¬ lenwasserstoff-Emissionen enthaltene Gas-Luft-Gemisch in der zweiten Reinigungsstufe mit Verbrennungsluft gemischt einer elektronisch gesteuerten Brennkraftmaschine zuzuführen, deren Betriebsparameter von einem elektronischen Motorsteuergerät in Abhängigkeit von dem Druck und der Zusammensetzung des Gas-Luft¬ gemisches eingestellt werden. Zur Vergleichmäßigung der Verbren¬ nungsvorgänge in der Brennkraftmaschine kann in diese bedarfs- abhängig Kraftstoff eingespritzt werden. Die von der Brennkraft¬ maschine abgegebene Leistung wird zum Betrieb einer Kühleinrich¬ tung oder eines Generators zum Betrieb einer Kühleinrichtung verwendet, die die Füllung des Stoffaustauschers kühlt.
Bei dieser Anlage muß ebenfalls ein Verbrennungsmotor verwendet werden, der zum Antrieb des Verdichters eines Kälteaggregats dient. Verbleibender Nachteil ist, daß mechanische Einrichtungen notwendig sind, die einem Veschleiß unterliegen. Darüber hinaus ist bei dieser Kombination von Verbrennungsmotor und Verdichter eines Kälteaggregats der Gesamtwirkungsgrad relativ niedrig, da bei der Energieumwandlung sich addierende Verluste auftreten. Ein weiterer Nachteil besteht in der Geräuschentwicklung des Verbrennungsmotors, die häufig als störend empfunden wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Verfahren und die Anlage der eingangs 'genannten Art so zu verbessern, daß auf eine Wärmekraftmaschine in der zweiten Reinigungsstufe verzichtet werden kann.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe bezüglich des 5 Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der Anlage durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs .
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung 10 werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel der in der Zeich¬ nung schematisch dargestellten Anlage näher erläutert.
15 Bei der Anlage 1 wird der Tank eines Tankwagens 2 über eine Fülleitung 5 mit einem flüssigen Mineralölprodukt wie z.B. Ben¬ zin gefüllt. Mit wachsendem Füllstand des im Tank 3 befindlichen flüssigen Mineralölprodukts 6 verringert sich das Volumen des Gasraums 7. Das in diesem befindliche Gas-Luft-Gemisch mit Koh-
20 lenwasserstoff-Emissionen wird über eine Leitung 9 abgeführt. Die Leitung 9 ist an der Oberseite 8 des Tanks 3 am Tankdom 4 angeschlossen.
Die Leitung 9 ist mit einem Stoffaustauscher 10 verbunden. Der 25 Stoffaustauscher 10 weist eine Füllung 11 aus einem flüssigen Mineralölprodukt wie z.B. Benzin auf, die einen Wärmetauscher 12 bzw. dessen Wärmeaustauschrohre umgibt. Der Wärmetauscher 12 ist mittels der Kühlmittelrücklaufleitung 13 und der Kühlmittelvor¬ laufleitung 14 mit dem Verdampfer 23 mit einer Absorptions- 30 kälteanlage 21 verbunden. Durch das durch den Wärmetauscher 12 strömende niedrigtemperierte Kühlmittel wird die Füllung 11 des Stoffaustauschers 10 herabgekühlt, so daß in der Füllung 11 Kohlenwasserstoffverbindungen des vom Tank 3 eindringenden Gas-Luft-Gemisches ausgeschieden werden. An dem Stoffaustauscher 35 10 ist ferner eine Überlaufleitung 16 vorgesehen, die mit einem Sammelbehälter 17 verbunden ist. Über die Überlaufleitung 16 wird die im Stoffaustauscher 10 aus dem Gas-Luft-Gemisch ausge¬ schiedene Menge von verflüssigten Kohlenwasserstoffverbindungen abgeleitet und kann vom Sammelbehälter 17 einer weiteren Ver¬ wendung zugeführt werden.
Am Gasaustritt des Stoffaustauschers 10 ist eine Leitung 18 an¬ geordnet, deren freier Endabschnitt 19 mit einer Brennkammer 20 verbunden ist. In der Leitung 18 befindet sich ein Beipaßkanal 30, in dem ein Verdichter 29 angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, durch entsprechenden Betrieb des Verdichters 29 der Brennkammer 20 stets eine konstante Menge Gas-Luft-Gemisches zuzuführen. Am Endabschnitt 19 des Rohres 18 ist ferner vor der Brennkammer 20 ein Überdruck- und Rückschlagventil 24 vor¬ gesehen, um einen Flammenrückschlag in den Stoffaustauscher 10 verhindern zu können. Die Brennkammer 20 weist in bekannter Weise einen Anschluß für Verbrennungsluft auf, deren Menge mit¬ tels eines Luftmengenreglers 37 im stöchiometrischen Verhältnis eingeregelt wird. Der Brennkammerausgang ist mittels einer Lei¬ tung 38 mit einem Wärmetauscher 25 verbunden, der in dem Aus- treiber 22 der Absorptionskälteanlage 21 angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, die Brennkammer 20 in dem Austreiber 22 oder aber direkt an dem Austreiber 22 vorzusehen.
Der Austreiber 22 ist mittels einer Leitung 33 mit einem Kon- densator 26 verbunden, in dem ein Wärmetauscher 35 für Kühlwas¬ ser vorgesehen ist. Der Kondensator 26 ist mittels einer weite¬ ren Leitung 39 mit dem Verdampfer 23 verbunden. In der Leitung 39 ist ein Regelventil 27 angeordnet. Der Verdampfer 23 ist mit¬ tels der Leitung 34 mit dem Absorber 28 verbunden, in dem eben- falls ein Wärmetauscher 36 für Kühlwasser vorgesehen ist. Der Absorber 28 steht über eine eine Lösungsmittelpumpe 31 aufwei¬ sende Leitung 40 und einen Temperaturwechsler 32 mit dem Aus¬ treiber 22 in Verbindung. Das Kondensat des Austreibers 22 wird über eine Leitung 41 ebenfalls durch den Temperaturwechsler 32 geführt und steht hierbei in Wärmeaustausch mit dem durch die Leitung 40 geführten Lösungsmittel des Absorbers 28. Die Leitung 41 mündet in dem oberen Bereich des Absorbers 28 oberhalb von dem verflüssigten Lösungsmittel.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Reduzierung der auf Tanklagern, Tankwagen- Füllstellen und Schiffen anfallenden Kohlenwasserstoff-Emis¬ sionen, bei dem das zu reinigende Gasgemisch in einer ersten Reinigungsstufe mit mindestens einem Stoffaustauscher ab¬ gekühlt und bezüglich der KohlenwasserstoffVerbindungen teilweise entgast wird, wobei die ausgeschiedenen Koh¬ lenwasserstoffdämpfe sich verflüssigt in die aus gekühlten flüssigen Mineralölprodukten wie Benzin bestehende Füllung des Stoffaustauschers einmischen und die aus dem Stoffaus¬ tauscher austretende Flüssigkeit, wie Benzin, in einem Sam¬ melbehälter aufgefangen wird und das aus dem Stoffaustauscher austretende Gas-Luft-Gemisch einer zweiten Reinigungsstufe zugeführt und dort verbrannt wird und die dabei freiwerdende Energie zum Abkühlen des zu reinigenden Gasgemisches in der ersten Reinigungsstufe mittels einer Absorptionskälteanlage mit einem im Kreislauf geführten und den Verdampfer der Absorptionskälteanlagedurchströmenden Kältemittelverwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Stoffaustauscher austretende Gas-Luft-Gemisch in der zweiten Reinigungsstufe in einer Brennkammer verbrannt und die hierbei entstehende Verbrennungswärme zur Energiezu¬ fuhr zu einemAustreiber der Absorptionskälteanlage verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase der Brennkammner durch einen im Austreiber angeordneten Wärmetauscher geleitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gas-Luft-Gemisch in einer Brennkammer in dem Austreiber ver¬ brannt wird.
4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprü¬ che 1 bis 3, mit einem eine gekühlte Füllung aus Mineralölpro¬ dukten aufweisenden Stoffaustauscher mit integriertem Wärme¬ tauscher, dermit einerKühlmittelrücklauf- und einerKühlmit¬ telvorlaufleitung einer Absorptionskälteanlage einer zweiten Reinigungsstufe verbunden ist, und einer am Stoffaustauscher angeschlossenen Leitung für die Weiterführung des aus dem StoffaustauscheraustretendenGas-Luft-Gemisches zurVerbren¬ nung in der zweiten Reinigungsstufe, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Endabschnitt (19) der mit dem Stoffaustauscher (10) verbundenen Leitung (18) mit einer Brennkammer (20) verbunden ist, die mit einem Austreiber (22) der Absorptions¬ kälteanlage (21) in thermischer Verbindung steht.
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (18) vor der Brennkammer (20) ein Überdruck- und Rückschlagventil (24) angeordnet ist.
. Anlage nachAnspruch 4, dadurchgekennzeichnet, daß die Brenn¬ kammer (20) brennraumausgangsseitig mit einem Wäππmetauscher (25) im Austreiber (22) verbunden ist.
7. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (20) in dem Austreiber (22) angeordnet ist.
8. Anlage nachAnspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenn¬ kammer (20) an dem Austreiber (22) angeordnet ist.
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