DE4127190A1

DE4127190A1 - Verfahren zur reduzierung der dampffoermigen emissionen beim umfuellen von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE4127190A1
Application number: DE19914127190
Authority: DE
Inventors: Fritz Curtius
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-02-03
Filing date: 1991-08-19
Publication date: 1993-02-25

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umfüllen von Flüs sigkeiten, die einen relativ hohen Dampfdruck aufweisen, z. B. Ottokraftstoff, von einem Liefertank in einen Empfängertank und zur Reduzierung der dabei frei werdenden dampfförmigen Emissionen durch die Rückführung des zunächst im Empfängertank befindlichen Dampf-/Luft-Gemisches in den Liefertank.

Diese Technik wird neuerdings bei der Anlieferung von Benzin an die Tankstellen empfohlen, um die Emission an organischen Schadstoffen zu verringern bzw. die dampfförmigen Schadstoffe in den sich entleerenden Liefertank zurückzuführen. Bei der Lieferung von Ottokraftstoff wird diese Stufe allgemein als Stufe I bezeichnet.

Die Technik und die im folgenden beschriebene Erfindung kann ebenso bei der Umfüllung von Lösungsmitteln, Laugen, Säuren z. B. HNO3 (Salpetersäure) verwendet werden, bei denen der Dampfdruck zwar niedriger ist, aber die kritische Schadstoffe mission tiefer anzusetzen ist.

Bei dem Umschlag von Benzin gibt es eine weitere Stufe, das Betanken von Pkw. Diese Stufe wird als Stufe II bezeichnet. Ein solches Verfahren ist in der deutschen Anmeldung "Ver fahren und Vorrichtung zur Rückführung des Gasvolumen beim Tanken" unter P 41 03 115.6 beschrieben.

Hierbei wird das Dampfluftgemisch aus dem Fahrzeugtank in den Bodentank der Tankstelle zurückgeführt. Im praktischem Betrieb läuft diese Stufe II zeitweise über mehrere Tage entsprechend der Zahl zu betankender Pkw, bis die Stufe I, die Benzinanlie ferung, nur einmalig ca. 15 Minuten lang betrieben wird, um den Kraftstoffvorrat zu ergänzen. Hierbei erfolgt die Über nahme des Dampfluftgemisches in den Liefertank.

Das Prinzip dieses Gaspendels und die Kombination von Stufe I und II werden in Schweizer Auto-Gewerbe, 8/1991 S. 15 und folgende beschrieben.

Prozeßtechnisch ist diese Aufgabe der Stufe I wie folgt zu beschreiben:

Umfüllen einer Flüssigkeit aus einem Tank (Liefertank) in einen zweiten Tank (Empfängertank) und gleichzeitige Rückführung des Gasvolumens aus dem Empfängertank in den Liefertank, wobei der Empfängertank unter atmosphären Druck steht und durch eine Öffnung mit der Atmosphäre verbunden ist.

Bei diesem Vorgang werden der Empfängertank und der volle Liefertank über je eine Leitung gasdicht auf der Flüssig- und Gasseite miteinander verbunden. Die Flüssigkeit (Ottokraft stoff) fließt mittels Schwerkraft in den Empfängertank. Durch den Benzinabzug entsteht in dem Liefertank ein Unterdruck, so daß das Dampf-Luftgemisch aus dem Empfängertank abgesaugt wird.

Es ist allgemein üblich den Empfängertank bei Atmosphären Druck zu betreiben, d. h. der noch leere Tank hat eine Ver bindungsleitung zur Atmosphäre. Seit kurzem besteht eine Forderung des Gesetzgebers bei der Lieferung von Benzin an Tankstellen, bezüglich der Rückführung der Benzindämpfe einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen.

Es ist das Ziel der Erfindung das Umfüllen von Flüssigkeiten so zu betreiben, daß während des Umfüllens möglichst wenig dampfförmige Stoffe freigesetzt werden und die mögliche Freisetzung derselben kontrolliert wird.

Die Emissionen eines Umfüllvorganges sind einerseits von der eingesetzten Technik und der Betriebsweise der Technik abhän gig, andererseits von den physikalischen Parametern wie Druck, Temperatur . . . der beteiligten Flüssigkeiten. Für die Beschrei bung der Erfindung und die weiteren Ausführungen hierzu wird davon ausgegangen, daß die produktspezifischen Parameter wie Druck, Temperatur, chemische Zusammensetzung der umzufüllenden Flüssigkeit, im Empfänger- und im Liefertank gleich sind.

Das oben geschilderte System der Stufe I weist die folgenden charakterisierenden Merkmale auf, daß nämlich

- durch den Unterdruck in dem sich leerenden Liefertank das aus dem Empfängertank verdrängte Volumen sich ausdehnt,
- bei erhöhter Flüssigkeitsmenge der Unterdruck ansteigt und
- die Volumenvergrößerung über die Atmungsverluste des Empfän gertank mit der Umgebung ausgeglichen wird.

Das System hat also den Nachteil, daß bei großen Abladedurch sätzen ein vom Unterdruck abhängiges Gasvolumen mit der Umge bung in Ausgleich tritt und somit große Emissionen auftreten, wenn große Flüssigkeitsmengen in kurzer Zeit umgefüllt wer den.

Die Aufgabe der Erfindung - nämlich die gasseitigen Emissionen bei der Flüssigkeitsumfüllung zu kontrollieren - wird ent sprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruch 1 dadurch gelöst, daß

- zur Reduzierung der dampfförmigen Emissionen der Unterdruck in dem Liefertank gemessen wird und
- der Unterdruck über die Regelung der Flüssigkeitsmenge kontrolliert wird.

Dieser Betrieb hat den Vorteil, daß

- zunächst der Unterruck im Liefertank bekannt ist und keine unkontrollierte volumetrische Ausdehnung des Dampf-Luftgemi sches stattfindet;
- die Geschwindigkeit des Umfüllvorgangs unter Berücksichtigung eines zulässigen Emissionswertes festgesetzt werden kann.

Die physikalische Grundlage für diese Vorteile bildet die allgemeine Gasgleichung:

P V = m R T.

D.h. Das Gasvolumen V ist umgekehrt proportional dem Gesamtdruck P oder eine bestimmte Gasmenge m nimmt auf tieferem Druckniveau ein größeres Volumen ein.

Die Erfindung wird anhand von Fig. 1 und Fig. 2, beginnend mit Fig. 1, beschrieben.

Der Liefertank 1 ist weitgehend mit Flüssigkeit angefüllt. In dem Tank 1 befinden sich 2 Stutzen, ein Stutzen 2 zum Abzug der Flüssigkeit und Anschluß der Flüssigkeitsleitung, und ein Stutzen 3 zur Rückführung des Gasvolumens und zum Anschluß der Gasrückführleitung.

Die erfindungsgemäße Druckmessung 6 im Liefertank 1 erfolgt im freien Raum über der Flüssigkeit. In der Fig. 1 ist sie als PIC Wert (pressure indication controll) dargestellt. In den Stutzen 2 ist ein verstellbarer Schieber oder ein Regelven til 7 eingebaut.

Die umzufüllende Flüssigkeit fließt aus dem Stutzen 2 in die Leitung 4 zu dem Empfängertank 8. Über den Eintrittsstutzen 9 ist die Flüssigkeitsleitung 4 an den Tank 8 angeschlossen. Der Empfängertank 8 hat einen weiteren Stutzen 10 zum Anschluß der Gasrückführleitung 5.

Die Druckausgleichsleitung 11 ist die Verbindung des Gasvolu men im Tank 8 mit der Atmosphäre.

Die Flüssigkeitsstutzen 2 und 9 sowie die Stutzen zur Gasrück führung 3 und 10 sind normalerweise verschlossen. Vor Beginn des Umfüllvorgangs werden die Stutzen geöffnet und über die Verbindungsleitungen 4 und 5 die beiden Tanks miteinander verbunden. Anschließend wird der Schieber 7 geöffnet. Bei den modernen Tankfahrzeugen erfolgt der Umfüllvorgang mittels Schwerkraft. Es ist aber auch möglich in den Stutzen 2 eine nicht gezeigte Förderpumpe einzubauen.

Über die Druckausgleichsleitung 11 ist in dem Empfängertank der Atmosphärendruck vorgegeben. Entsprechend dem Volumen des Flüssigkeitsdurchsatzes in der Leitung 4 muß das gleiche Gasvo lumen durch die Leitung 5 zurückgeführt werden. Dadurch baut sich in der Leitung 10-5-3 ein Druckverlust auf der an der Meßstelle 6 im Liefertank 1 erfindungsgemäß gemessen wird.

Entsprechend dem Merkmal des Hauptanspruchs kann dieser Druck verlust über die Flüssigkeitsmenge mittels dem Schieber 7 kontrolliert werden. Wegen des Unterdruckes im Tank 1 kann während des Umfüllens nicht das gesamte Gasvolumen, das im Empfängertank 8 verdrängt wird, zurückgeführt werden. Entspre chend der Volumenvergrößerung wird eine Teilmenge über die Leitung 11 in die Atmosphäre verdrängt. Erst wenn der Umfüll vorgang zu Ende ist, kommt die Gasrückführung zur Ruhe und es entsteht Druckausgleich zwischen beiden Flüssigkeitsbehältern. Zu diesem Zeitpunkt hat sich die Volumenvergrößerung wieder zu rückgebildet und in dem Liefertank 1 kann das gesamte Gasvolu men aufgenommen werden.

Die Volumenvergrößerung und der damit verbundene Gasaustritt ist also nur vorübergehend und besteht nur solange wie Flüssig keit fließt.

Erfindungsgemäß kann die Teilmenge, die aufgrund der Volu menvergrößrerung entsteht und während des Betriebes als Emission des Systems verdrängt wird, über den Flüssigkeitsstrom kon trolliert werden. Dies ist in Fig. 1 durch eine Meßwertleitung von der Druckmessung 6 über einen Meßwertumformer auf das Regelventil 7 dargestellt.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung läßt sich hieraus eine Empfehlung für die Durchführung der Flüssigkeitsabladung aufstellen und zwar sowohl für den Betrieb von Hand, wie für eine geregelte Benzinabladung.

Das Prinzip dieser Flüssigkeitsabladung ist in Fig. 2 darge stellt.

In Fig. 2 ist der Druckverlust 21 in der Gasrückführleitung über der umgefüllten Flüssigkeitsmenge 20 aufgetragen. Anstatt über der umgefüllten Menge kann man den Druckverlust auch über der Zeit oder der Dauer des Umfüllvorganges auftragen.

Wird eine Rückführrate für die Benzindämpfe von 98% gefor dert, wie das momentan für die Schweiz und wahrscheinlich für die BRD zu erwarten ist, so darf am Ende des Umfüllvorganges der Unterdruck an der Meßstelle 6 max. 200 mm WS betragen. 200 mm WS sind 2% des Gesamtdruckes von ca. 10 000 mm WS und bewirken entsprechend der obigen Gasgleichung eine Volumen vergrößerung von 2% bezogen auf das zu diesem Zeitpunkt zur Gänze umgefüllte Flüssigkeitsvolumen. Zum Zeitpunkt des halben Umfüllvorganges darf der Unterdruck im Liefertank 400 mm WS betragen, um eine 2%-ige Volumenvergrößerung bezogen auf das Gesamtvolumen nicht zu überschreiten.

Erfindungsgemäß und entsprechend den Ansprüchen 1-8 lassen sich hieraus für die Benzinanlieferung 2 Betriebsweisen ableiten:

1. für geregelten Betrieb

Ein Computer auf dem Tanklastzug wird mit den Daten des bevorstehenden Umfüllvorgangs ( z. B. der Flüssigkeitsmenge) gespeichert und regelt während des Umfüllvorgangs kontinuier lich den Unterdruck in Abhängigkeit von der umgefüllten Flüssigkeitsmenge.

2. für Handbetrieb

Das Bedienungspersonal ermittelt über die Füllstandsmessung in dem Empfängertank die Ablademenge und errechnet von Erfah rungswerten die Abladedauer. Entsprechend dem Druckverlauf 22 in Fig. 2 wird über das Ventil 7 in Fig. 1 ein Druck an der Meßstelle 6 eingestellt, der unterhalb der Druckkurve 22 von Fig. 2 liegt.

Bei Bedarf kann das Ausgangssignal der Druckmessung 6 während des Umfüllvorganges elektronisch z. B. auf einer Diskette gespeichert werden. Hieraus läßt sich für einen zurückliegen den Umfüllvorgang die Kurve des Druckverlaufes entspr. Fig. 2 aufstellen. Dadurch werden die über einen Zeitraum durchge führten Benzinlieferungen an Tankstellen hinsichtlich der Emissionen überprüfbar.

Mit der gezeigten Erfindung ist es also möglich die Emissionen bei der Umfüllung von Benzin bezüglich der Stufe I einzu schränken und auch zurückliegende Umfüllvorgänge hinsichtlich der aufgetretenen Emissionen zu kontrollieren.

Die vorgeschlagene technische Lösung kann auch für das Umfül len von anderen umweltschädlichen Flüssigkeiten eingesetzt werden.

Bei der Beschreibung und Erläuterung der Erfindung wurde von konstanten Flüssigkeitsparametern ausgegangen. In dem prak tischen Betrieb ändert sich jedoch die Benzinzusammensetzung mehrmals im Jahr. Im Sommer werden dem Benzin weniger Leicht sieder wie Pentan/Butan untergemischt, so daß der Dampfdruck der Flüssigkeit im Liefertank kleiner ist. In den Wintermona ten ist es umgekehrt, da ist der Dampfdruck höher und das Dampf-Luftgemisch wird sich zusätzlich ausdehnen.

Für die Größe des Volumens des in den Liefertank zurückgeführ ten Dampf-Luftgemisches bedeutet das, daß sich das Volumen bei der Umstellung auf Sommerkraftstoff in den Frühjahr/Sommermonaten wegen des kleineren Dampfdruckes verkleinert und bei der Umstellung auf Winterkraftstoff in den Herbst- und Wintermonaten ausdehnt.

Hierdurch und durch mögliche temperaturbedingte Dampfdruckän derungen können zusätzlich Stoffaustauschvorgänge mit der Umgebung auftreten.

Teilweise wird ein Dampf-Luftgemisch verdrängt und erzeugt zusätzliche Emissionen, teilweise wird wegen einer Volumen verkleinerung Frischluft angesaugt und reduziert die Emissio nen des Umfüllvorganges.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann die hierdurch bedingte Emission dadurch verringert werden, daß in die Ent lüftungsleitung 11 ein Filter mit einem Sorptionsmittel für die dampfförmigen Schadstoffe eingebaut wird. Als Sorptions mittel für Benzindämpfe eignen sich Aktivkohle und Molekular siebe.

Diese Filter haben den Vorteil, daß die durchtretenden Dämpfe absorbiert werden und beim Ansaugen von Frischluft, die kon densierten Dämpfe mittels Desorption zurückgewonnen werden.

Bei Betrieb der Stufe II hat der Bodentank, der oben als Emp fängertank bezeichnet ist, einen Frischluftbedarf. Es ist also möglich, diesen Aktivkohlefilter während des längeren Betrie bes von Stufe II zu beheizen und die Schadstoffe gezielt zu desorbieren, um bei der Benzinanlieferung (Stufe I) die Aus tauschvorgänge kurzzeitig über ein kaltes und daher besser aufnahmefähiges Filter zu fahren.

Mit diesem Gedanken der Erfindung ist es also möglich, auch die Emissionen, die durch wechselnde Kraftstoff-Zusammenset zungen und -Temperaturen verursacht werden, zu reduzieren.

Claims

1. Verfahren zur Reduzierung der dampfförmigen Emissionen beim Umfüllen von Flüssigkeiten mit einem hohen Dampfdruck z. B. von Ottokraftstoffen, von einem Liefertank in einen Empfängertank, der unter Atmos phärendruck steht, wobei der Liefertank und der Empfängertank über eine gasdichte Flüssigkeitsleitung und eine gasdichte Gasrückführleitung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß

- zur Reduzierung der dampfförmigen Emissionen der Unterdruck in dem Liefertank gemessen wird und
- über die Regelung der Flüssigkeitsmenge der Unterdruck kontrolliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Flüssigkeitsmenge über ein Regelventil in der Flüssigkeitsleitung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch (1-2), dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmessung ein Ausgangssignal liefert und dieses zur Steuerung des Regelventiles verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch (1-3), dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Druckmessung elektronisch gespei chert wird z. B. auf einer Diskette und als Kontrolle des Umfüllvorgangs die Druckverlaufskurve entsprechend Fig. 2 aufgestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch (1-4), dadurch gekennzeichnet, daß die Emission, die durch die Volumenvergrößerung und den Gasaustausch mit der Umgebung bedingt ist, durch den Einbau eines Aktivkohle- oder Molekularsieb-Filters in die Verbin dungsleitung 11 zur Umgebung reduziert wird.

6. Verfahren nach Anspruch (1-5), dadurch gekennzeichnet, daß das Filter nach Beendigung des Umfüllvorgangs, bei der Entnahme von Flüssigkeit aus dem gefüllten Tank, zur Regene rierung beheizt wird.

7. Verfahren nach Anspruch (1-6), dadurch gekennzeichnet, daß es zur Lieferung von Ottokraftstoff an Tankstellen eingesetzt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch (1-7) bei der Lieferung von Ottokraftstoffen an Tankstellen, bestehend aus:

- einem Regelventil in der Flüssigkeitsleitung,
- einer Unterdruckmessung im Liefertank des Tankfahrzeuges,
- und einer Weiterleitung des Druckmeßwertes und Verarbeitung desselben zur Regelung der Flüssigkeitsmenge in der Flüssig keitsleitung,
- und/oder einem elektronischen Speicher des Druckmeßwertes z. B. in Form einer Diskette, zur nachträglichen Aufstellung der Druckverlaufskurve über die durchgeführte Kraftstoffanlie ferung.