способ возврата паров топлива на хранилищах и заправочных станциях и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ возврата паров топлива на хранилищах и заправочных станциях, включающий отбор паров газовой смеси из топливной емкости, конденсацию паров топлива в конденсаторе паров, возврат конденсата в емкость и опорожнение емкости, причем охлаждение газовой смеси в конденсаторе паров топлива производят за счет испарения жидкого азота, отличающийся тем, что смесь паров топлива с азотом после конденсатора полностью очищают от паров топлива в адсорбере, после которого очищенный в нем азот, а также азот, испарившийся в конденсаторе, сжижают в реконденсаторе и сливают в криогенную емкость.

2. Устройство возврата паров топлива, содержащее резервуар-хранилище топлива, заправочный резервуар, криогенную емкость с жидким азотом, конденсатор паров топлива с испарителем, накопитель, теплообменник и управляющие клапаны, отличающееся тем, что оно снабжено реконденсатором жидкого азота, соединенным с испарителем и криогенной емкостью, а также адсорбером, установленным между конденсатором паров топлива и реконденсатором жидкого азота.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к технике утилизации паров топлива для повторного применения и может быть использовано на хранилищах различного вида топлива и на заправочных станциях.

Известен способ возврата паров топлива, где газовая фракция топлива отбирается в процессе заправки, охлаждается и конденсируется в блоке конденсации и возвращается в емкость для хранения (патент РФ №2025464, МПК B67D 5/04, 1994).

Недостатками его являются сложность технического оборудования для охлаждения и конденсации паров топлива и эксплуатации его, пожароопасность и взрывоопасность емкости установки из-за наличия в ней смеси паров топлива и воздуха.

Известен также способ возврата паров горючего (патент США №4260000, МПК 141-59, 1981).

Недостатками этого способа являются сброс в атмосферу газовой смеси, а также пожароопасность и взрывоопасность эксплуатации оборудования из-за подсоса атмосферного воздуха в емкость и отсутствия инертизации атмосферы емкости.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ возврата паров в установке заправки горючим (патент РФ №2114051(13), 25.10.96), включающий отбор паров газовой смеси с парами горючего из емкости установки, охлаждение газовой смеси и конденсацию паров горючего в блоке конденсации паров, возврат конденсата в емкость и опорожнение емкости, причем охлаждение газовой смеси в блоке конденсации паров топлива производят за счет испарения жидкого азота, парами которого заполняют емкость установки при ее опорожнении.

Устройство для реализации способа возврата паров содержит заправочный резервуар, соединенный с транспортным резервуаром магистралями подачи горючего и возврата паров, трубопровод сброса газовой смеси в атмосферу, блок конденсации паров с теплообменником и регенератором, емкость с жидким азотом, испаритель, регулятор давления и обратный клапан, при этом газовая полость заправочного резервуара подключена к жидкостной полости емкости с жидким азотом и через обратный клапан - к газовой полости емкости с жидким азотом.

Недостатком приведенного технического решения является сброс паров топлива в атмосферу в процессе заполнения емкости горючим, что приводит к загрязнению окружающей среды и дополнительному расходу азота. Другим недостатком способа возврата паров является неполная автономность работы устройства, т.к. при длительном хранении топлива из-за суточных колебаний температуры требуется большой расход жидкого азота для конденсации паров топлива, испарившегося в резервуаре за счет его дневного нагрева. Кроме того, жидкий азот испаряется из криогенной емкости за счет естественного теплообмена с окружающей средой, поэтому необходимо периодически добавлять жидкий азот в криогенную емкость, что чрезвычайно затруднительно, например, для районов Крайнего Севера, куда завоз жидкого азота может осуществляться только в период навигации, а также районов, удаленных от промышленных объектов, в которых производится жидкий азот.

Техническим результатом от использования предлагаемого решения является полное исключение выброса в атмосферу окружающей среды паров топлива и дозаправки криогенной емкости жидким азотом, т.е. достижение экологической безопасности и полной автономности предлагаемого способа возврата паров в установках заправки и хранилищах топлива.

Технический результат достигается тем, что в способе возврата паров топлива на хранилищах и заправочных станциях, включающем отбор газовой смеси с парами топлива из емкости, охлаждение смеси и конденсацию паров топлива за счет испарения жидкого азота в конденсаторе, заполнение емкости установки газообразным азотом при ее опорожнении и возврат конденсата топлива в емкость, дополнительно газовую смесь после конденсации паров топлива направляют в адсорбер и далее вместе с азотом, испарившимся в конденсаторе, подают в реконденсатор жидкого азота, где азот сжижается и возвращается в криогенную емкость для хранения жидкого азота.

Расчеты показывают, что адсорбер с синтетическим углем марки СКН весом ˜20 кг может обеспечить 500 циклов заправки топлива в цистерну емкостью 50 м³ без замены поглотителя, т.е. автономную работу в течение более 10 лет.

Окончательная очистка смеси, поступающей из емкости в адсорбер, и сжижение паров азота позволяют отказаться от выброса смеси в атмосферу и обеспечивают практически полную автономность системы возврата паров топлива, работающей по предлагаемому способу.

Устройство возврата паров топлива, содержащее заправочный резервуар, соединенный с резервуаром-потребителем магистралями подачи горючего и возврата паров, криогенную емкость с жидким азотом, конденсатор паров топлива с испарителем, накопитель и управляемые клапаны, снабжено согласно предлагаемому изобретению реконденсатором жидкого азота, соединенным с конденсатором паров топлива, криогенной емкостью и адсорбером, установленным между конденсатором паров топлива и реконденсатором жидкого азота.

Введение в состав устройства возврата паров реконденсатора жидкого азота позволяет превращать в жидкий азот пары азота из смеси паров топлива, а также азот, испарившийся в конденсаторе, что обеспечивает автономность работы устройства, т.к. исключает выброс паров азота в атмосферу и периодическое пополнение криогенной емкости жидким азотом. Адсорбент улавливает остатки паров топлива и предотвращает их выброс в атмосферу вместе с газообразным азотом, что улучшает экологию, а также исключает расход азота при многократном заполнении резервуара топливом.

На чертеже представлен пример осуществления способа возврата паров топлива и устройства для его реализации.

Устройство состоит из резервуара-хранилища топлива 1, заправочного резервуара 2, криогенной емкости с жидким азотом 3, испарителя 4, реконденсатора жидкого азота 5, конденсатора 6, накопителя 7, адсорбера 8, теплообменника 9 и управляющих электроклапанов 10-19.

При заполнении резервуара-хранилища 1 топливом из заправочного резервуара 2 открывается электроклапан 10 и жидкий азот под действием избыточного давления газообразного азота в криогенной емкости 3 вытесняется в испаритель 4, где газифицируется и поступает в реконденсатор жидкого азота 5, после открытия клапанов 11-13 смесь паров топлива с азотом вытесняется в конденсатор 6, где охлаждается до низких температур (-80°С ÷ -100°С), пары топлива за счет этого конденсируются и в жидком виде собираются в накопителе 7. Из конденсатора 6 азот с незначительным содержанием паров топлива поступает в адсорбер 8, окончательно очищается от паров топлива и направляется в реконденсатор 5, в котором сжижается вместе с азотом, поступающим из испарителя 4, и возвращается в криогенную емкость 3.

При раздаче топлива потребителю открываются клапаны 14, 15; жидкий азот за счет снижения давления в газовой полости резервуара поступает в теплообменник 9, испаряется и заполняет резервуар 1.

При суточных подъемах температуры давление в газовой полости резервуара 1 повышается, открываются клапаны 10, 12, 13, 19; жидкий азот поступает в испаритель 4, а смесь паров топлива с азотом - в конденсатор 6, где пары топлива конденсируются и собираются в накопителе 7, а газообразный азот из испарителя 4 и адсорбера 8 сжижается в реконденсаторе 5 и сливается после открытия клапана 16 в криогенную емкость 3.

При понижении температуры окружающей среды, когда давление в газовой полости резервуара 1 снижается, открывается клапан 15 и газообразный азот, испарившийся в теплообменнике 9, поступает в резервуар 1 и выравнивает давление до атмосферного.

Следовательно, при использовании заявляемого способа и устройства для его осуществления достигается технический результат, заключающийся в исключении выброса в атмосферу паров топлива и дозаправки криогенной емкости жидким азотом, т.е. достижении экологической безопасности и полной автономности работы устройства.