FI81729B

FI81729B - Safety lock system

Info

Publication number: FI81729B
Application number: FI892921A
Authority: FI
Inventors: Thomas Garoff; Timo Leinonen; Olli Metsaelae
Original assignee: Neste Oy
Priority date: 1989-06-14
Filing date: 1989-06-14
Publication date: 1990-08-31
Also published as: FI892921A; FI81729C; FI892921A0

Description

1 817291 81729

Varolukkojärjestelmä Tämä keksintö koskee nestelukkolaitetta haitallisten kaasu-5 jen, kuten hapen ja vesihöyryn pääsyn estämiseksi reaktoriin, jossa vaaditaan inertit olosuhteet.This invention relates to a liquid lock device for preventing the entry of harmful gases, such as oxygen and water vapor, into a reactor requiring inert conditions.

Monet kemialliset prosessit, kuten katalyyttien valmistusprosessit, vaativat ehdottoman inertit olosuhteet. Jopa 10 pienet vesi- tai happimäärät aiheuttavat suuret vahingot järjestelmässä. Tällaiset kemialliset reaktorit on usein liitettävä kaasun pesutorneihin ja/tai turvaliekkeihin ympäristösyistä. Liitettäessä inertit olosuhteet vaativa reaktori kaasun pesutorniin tai muuhun kaasun käsittelylai-15 tokseen on kontaminaation vaara hyvin suuri. Happi ja kosteus pääsevät helposti reaktoriin. Niinpä kontaminaation välttämiseksi reaktorin ja pesutornin tai muun kaasun käsittelylaitoksen väliin on liitettävä varolukkojärjestelmä.Many chemical processes, such as catalyst manufacturing processes, require absolutely inert conditions. Up to 10 small amounts of water or oxygen will cause major damage to the system. Such chemical reactors often have to be connected to gas scrubbers and / or safety flames for environmental reasons. When a reactor requiring inert conditions is connected to a gas scrubber or other gas treatment plant, the risk of contamination is very high. Oxygen and moisture easily enter the reactor. Therefore, a safety lock system must be connected between the reactor and the scrubber or other gas treatment plant to avoid contamination.

20 Tunnetaan kaksi varolukkojärjestelmän päätyyppiä, joista toinen on varoventtiilijärjestelmä ja toinen on öljylukko-järjestelmä.20 Two main types of safety lock systems are known, one being a safety valve system and the other an oil lock system.

Varoventtiijärjestelmä käsittää varoventtiilin, jossa kier-25 rejousi painaa metallikuulaa tiivistysrengasta vastaan.The safety valve system comprises a safety valve in which a helical spring presses a metal ball against the sealing ring.

Jos reaktorissa on tietty ylipaine, kuula työntyy pois kosketuksesta tiivistysrenkaan kanssa ja ylimääräinen kaasu virtaa ulos. Tämän järjestelmän epäkohtana on, että jos prosessissa muodostuu sivutuotteena kaasua koko reaktion 30 aikana, on reaktorissa jatkuvasti ylipainetta, mikä aiheuttaa sen, että varoventtiili on koko ajan auki. Tällöin reaktorin ja pesutornin tai muun kaasun käsittelylaitoksen välillä on suora yhteys. Vaikkakin reaktorista virtaa jatkuvasti kaasua, on osoittautunut, että happea ja kosteutta 35 diffundoituu vastakkaiseen suuntaan ja tämän seurauksena järjestelmän inerttisyysaste laskee.If there is a certain overpressure in the reactor, the ball will protrude out of contact with the sealing ring and excess gas will flow out. The disadvantage of this system is that if gas is formed as a by-product in the process throughout the reaction 30, there is a constant overpressure in the reactor, which causes the safety valve to be open all the time. In this case, there is a direct connection between the reactor and the scrubber tower or other gas treatment plant. Although gas is constantly flowing from the reactor, it has been found that oxygen and moisture diffuse in opposite directions and as a result the degree of inertia of the system decreases.

2 81729 öljylukkojärjestelmässä reaktorin ja pesutornin tai vastaavan väliin on sovitettu öljylukko. Reaktori on yhdistetty öljylukkoon sisääntuloputken avulla, joka putki ulottuu öljypinnan alapuolelle. Reaktorissa syntyneet poistokaasut 5 johdetaan mainittuun sisääntuloputkeen ja kuplitetaan öljy-lukossa olevan öljyn läpi. Tässä järjestelmässä ei esiinny diffuusiota vastakkaiseen suuntaan. Tämän järjestelmän epäkohtana on kuitenkin, että jos reaktoriin syntyy alipainetta, öljy imeytyy alipaineen vaikutuksesta reaktoriin. 10 Tällainen tilanne syntyy helposti prosesseissa, joissa käytetään lämmitystä ja joissa jatkuvasti muodostuu kaasua. Jos lämpötila tilapäisesti laskee ja kaasun muodostus pienenee tai lakkaa kokonaan, syntyy reaktoriin helposti alipainetta. Tämä johtaa vastavirtaan putkistossa, mikä puoles-15 taan aiheuttaa sen, että öljy imeytyy reaktoriin vievään putkeen ja siitä edelleen reaktoriin. Tällöin öljylukko ei enää toimi, koska öljy on prosessiliuoksessa.2 81729 In an oil trap system, an oil trap is arranged between the reactor and the scrubber tower or the like. The reactor is connected to the oil trap by an inlet pipe extending below the oil surface. The exhaust gases 5 generated in the reactor are led to said inlet pipe and bubbled through the oil in the oil lock. In this system, there is no diffusion in the opposite direction. However, the disadvantage of this system is that if a vacuum is created in the reactor, the oil is absorbed into the reactor by the effect of the vacuum. 10 Such a situation easily arises in processes using heating and continuously producing gas. If the temperature temporarily drops and gas formation decreases or ceases altogether, a vacuum is easily created in the reactor. This results in countercurrent in the piping, which in turn causes the oil to be absorbed into the pipe to the reactor and from there on into the reactor. In this case, the oil trap will no longer work because the oil is in the process solution.

Inertit olosuhteet aikaansaadaan prosessilaitteistossa 20 yleensä käyttäen vuorotellen tyhjiötä ja typpikaasua. Laitteistoon muodostetaan ensin tyhjiö. Laitteiston tiiviyttä voidaan helposti tarkistaa seuraamalla paineen alenemista. Jos järjestelmässä on vuoto, ei paine laske riittävän alhaiselle tasolle. Sitten laitteistoon syötetään typpikaasua.Inert conditions are generally provided in process equipment 20 using alternately vacuum and nitrogen gas. A vacuum is first created in the equipment. The tightness of the equipment can be easily checked by monitoring the pressure drop. If there is a leak in the system, the pressure will not drop to a low enough level. Nitrogen gas is then fed to the equipment.

25 Tämä menettely voidaan toistaa useita kertoja ja tuloksena on tyydyttävä inerttisyystaso.25 This procedure can be repeated several times and results in a satisfactory level of inertia.

Öljylukkoa ei voida käyttää edellä esitettyä tyyppiä olevassa tekniikassa, jossa tyhjiötä käytetään inerttien olosuh-30 teiden aikaansaamiseksi. Jos öljylukkoon liitettyyn reaktoriin muodostetaan tyhjiö, öljy imeytyy välittömästi järjestelmään. Tämän seurauksena on suora yhteys reaktorin ja pesutornin tai vastaavan välillä. Tämän välttämiseksi reaktorin ja öljylukon väliin on asennettava venttiili, joka 35 on suljettava ennen tyhjiön muodostamista reaktoriin. Prosessin aikana tämän venttiilin on oltava auki, eikä se siten anna mitään suojaa edellä kuvattua takaisinvirtausta vastaan. Lisäksi öljylukon ja reaktorin väliin asennettu vent- 3 81729 tiili huonontaa huomattavasti putkiston mitoituksen joustavuutta .An oil trap cannot be used in a technique of the type described above where a vacuum is used to provide inert conditions. If a vacuum is created in the reactor connected to the oil trap, the oil is immediately absorbed into the system. As a result, there is a direct connection between the reactor and the scrubber tower or the like. To avoid this, a valve must be installed between the reactor and the oil trap, which must be closed before a vacuum can be created in the reactor. During the process, this valve must be open and thus does not provide any protection against the backflow described above. In addition, the valve brick installed between the oil trap and the reactor significantly impairs the sizing flexibility of the piping.

öljylukko suunnitellaan ja mitoitetaan tietylle läpivirtaa-5 valle kaasumäärälle. Jos prosessissa tapahtuu äkillinen kaasun kehitys tai jos kaasun kehitys on epätasainen, öljy-lukossa oleva öljy karkaa helposti lukosta ja kulkeutuu pois kaasun mukana. Tämä tapahtuu erityisesti silloin, kun laitteiston osalta siirrytään suurempaan mittakaavaan. Jos 10 öljylukosta poistuu liikaa öljyä, muodostuu suora yhteys reaktorin ja pesutornin tai vastaavan välille. Tämän välttämiseksi on jatkuvasti tarkistettava lukon öljytaso ja tarpeen vaatiessa on lisättävä öljyä. Tämä ongelma voidaan vain eliminoida suurentamalla huomattavasti lukon korkeutta 15 ja leveyttä, jolloin vapaa tila öljyn yläpuolella kasvaa.the oil trap is designed and dimensioned for a specific amount of gas flowing through it. If a sudden gas evolution occurs in the process or if the gas evolution is uneven, the oil in the oil lock will easily escape from the lock and travel away with the gas. This is especially the case when moving to a larger scale for hardware. If too much oil escapes from the 10 oil locks, a direct connection is established between the reactor and the scrubber tower or the like. To avoid this, the oil level of the lock must be constantly checked and, if necessary, oil must be added. This problem can only be eliminated by significantly increasing the height 15 and width of the lock, thus increasing the free space above the oil.

Prosessissa, jossa on useita poistokaasulinjoja yhdistettynä öljylukkoihin, syntyy ongelma tilan suhteen.In a process with multiple exhaust lines connected to oil locks, a space problem arises.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada neste-20 lukkolaite, jolla edellä esitetyt ongelmat voidaan välttää ja joka rakenteeltaan on yksinkertainen ja toiminnaltaan varma.It is an object of the present invention to provide a liquid-20 locking device which avoids the problems described above and which is simple in construction and reliable in operation.

Nämä tavoitteet on voitu toteuttaa erittäin tyydyttävällä 25 tavalla keksinnön mukaisella ratkaisulla. Keksinnön mukainen nestelukkolaite käsittää pitkänomaisen, suljetun pystysäili-ön, joka osittain on täytetty nesteellä; sisääntuloputken, joka yhdistää reaktorin säiliöön ja ulottuu säiliön sisään, jolloin sisääntuloputken säiliön sisäpuoliseen osaan on 30 liitetty varoventtiili, joka on upotettu mainittuun nesteeseen; ja poistoputken, joka on liitetty säiliöön ja on yhteydessä säiliön nestepinnan yläpuoliseen tilaan.These objects have been achieved in a very satisfactory manner by the solution according to the invention. The liquid lock device according to the invention comprises an elongate, closed vertical container which is partially filled with liquid; an inlet pipe connecting the reactor to the tank and extending inside the tank, wherein a safety valve immersed in said liquid is connected to the inner part of the inlet pipe of the tank; and an outlet pipe connected to the container and in communication with the space above the liquid surface of the container.

Säiliö on ensisijaisesti lieriömäinen ja sen korkeus on 35 edullisesti 3-10 kertaa suurempi kuin säiliön halkaisija.The container is primarily cylindrical and its height is preferably 3 to 10 times the diameter of the container.

Säiliössä oleva neste on öljyä tai muuta viskoosista nestettä .The liquid in the tank is an oil or other viscous liquid.

4 81729 Säiliön tilavuudesta on edullisesti 20-30 % täytetty öljyllä .4,81729 Preferably 20-30% of the tank volume is filled with oil.

Keksinnön mukaisessa öljylukkolaitteessa, jossa varoventtii-5 li on yhdistetty sisääntuloputkeen ja upotettu öljyyn, yhdistyvät sekä varoventtiiIin että öljylukon edut. Varo-venttiilin auetessa ei muodostu suoraa yhteyttä reaktorin ja pesutornin tai muun kaasun käsittelylaitoksen väliin, koska kaasun on vielä kuplittava öljyn läpi.In the oil lock device according to the invention, in which the safety valve-5 is connected to the inlet pipe and immersed in the oil, the advantages of both the safety valve and the oil lock are combined. When the safety valve opens, there is no direct connection between the reactor and the scrubber tower or other gas treatment plant, as the gas still has to bubble through the oil.

1010

Jos reaktoriin syntyy hetkellinen alipaine ajon aikana, ei öljyä imeydy säiliöstä, koska varoventtiili sulkee välittömästi virtaustien tässä suunnassa. Tällöin ei ole olemassa vaaraa, että öljy imeytyisi reaktoriin tai että muodostuisi 15 vapaa yhteys reaktorin ja pesutornin tai vastaavan väliin.If a momentary vacuum is created in the reactor during operation, no oil will be absorbed from the tank because the safety valve immediately closes the flow path in this direction. In this case, there is no risk that the oil will be absorbed into the reactor or that a free connection will be established between the reactor and the scrubber tower or the like.

Keksinnön mukaisesti tyhjiötä voidaan käyttää inerttien olosuhteiden aikaansaamiseksi prosessilaitteistoon ja myös laitteiston tiiviyden tarkistamiseksi. Kun reaktoriin muo-20 dostetaan tyhjiö, varoventtiili sulkeutuu automaattisesti. Tunnetuissa järjestelmissä varoventtiili on rajoittavana tekijänä painetta alennettaessa johtuen ilman vuotamisesta venttiilin läpi. Keksinnön mukaan öljyyn upotetussa varo-venttiilissä esiintyy huomattavasti vähemmän vuotoa, koska 25 viskoosinen öljy imeytyy varoventtiilin kautta järjestelmään huomattavasti pienemmässä määrin kuin ympäröivä ilma.According to the invention, a vacuum can be used to provide inert conditions in the process equipment and also to check the tightness of the equipment. When a vacuum is created in the reactor, the safety valve closes automatically. In known systems, the safety valve is a limiting factor in reducing the pressure due to air leakage through the valve. According to the invention, there is considerably less leakage in the safety valve immersed in the oil, because the viscous oil is absorbed into the system via the safety valve to a much lesser extent than the ambient air.

Keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon mukaan poistoput-keen on myös sovitettu varoventtiili. Tällöin järjestelmä 30 voidaan puhalluttaa typpikaasulla ajojen välillä öljyyn suspendoituneen ilman tai kosteuden poistamiseksi, jolloin vältytään niiden akkumuloitumiselta öljyyn. Tämä on suuri etu erityisesti, jos poistoputki on yhdistetty vesi-kaasu-pesutomiin. Ajojen välillä voidaan myös puhalluttaa typpi-35 kaasulla öljylukon öljyyn kondensoituneiden hiilivetyjen poistamiseksi. Jos näitä kondensoituneita liuottimia ei poisteta Öljystä, nestepinta öljylukossa nousee, kunnes nestettä karkaa öljylukosta poiston kautta. Tällöin jäljellä il 5 81729 oleva neste on öljyn ja orgaanisen liuottimen seos, josta orgaaninen liuotin helposti haihtuu prosessin kestäessä, jolloin öljylukko kuivuu tyhjiin, jonka seurauksena taas saadaan suora yhteys reaktorin ja pesutornin tai vastaavan 5 väliin.According to a preferred embodiment of the invention, a safety valve is also arranged in the outlet pipe. In this case, the system 30 can be blown with nitrogen gas between runs to remove air or moisture suspended in the oil, thus avoiding their accumulation in the oil. This is a great advantage especially if the outlet pipe is connected to a water-gas scrubber. Between runs, nitrogen-35 gas can also be blown into the oil trap oil to remove condensed hydrocarbons. If these condensed solvents are not removed from the Oil, the liquid level in the oil trap will rise until the liquid escapes from the oil trap through the drain. In this case, the remaining liquid is a mixture of oil and organic solvent, from which the organic solvent easily evaporates during the process, whereby the oil trap dries empty, as a result of which a direct connection between the reactor and the washing tower or the like is obtained.

Keksinnön mukaisesti öljyn karkaaminen säiliöstä ajon aikana on täysin eliminoitu sillä, että säiliö on hyvin korkea, korkeuden ollessa noin 3-10 kertaa suurempi kuin säiliön 10 halkaisija, että vain noin 20-30 % säiliön tilavuudesta on täytetty öljyllä sekä sillä, että öljyn yläpuolinen tila säiliössä on täytetty metalliverkolla tai -villalla. Edullisesti 60-80 % tästä tilasta on täytetty metalliverkolla tai -villalla. Jos tapahtuu äkillinen kaasun kehitys - joka 15 tunnetuissa öljylukoissa puhaltaisi öljyn ulos öljylukosta -öljy nousee keksinnön mukaisen nestelukkolaitteen säiliössä ja sen rintama kohtaa metalliverkon tai -villan, jolloin rintama rikkoutuu tehokkaasti. Tämän rakenteen ansiosta keksinnön mukainen nestelukkolaite on hyvin joustava läpi-20 virtaavien kaasumäärien suhteen ja tämä on erityisen tärkeätä, kun laitteistoa sovelletaan täyden mittakaavan prosesseihin.According to the invention, the escape of oil from the tank during driving is completely eliminated by the fact that the tank is very high, the height being about 3-10 times larger than the diameter of the tank 10, that only about 20-30% of the tank volume is filled with oil and the space above the oil the tank is filled with metal mesh or wool. Preferably 60-80% of this space is filled with metal mesh or wool. In the event of a sudden evolution of gas - which in known oil locks would blow oil out of the oil lock - the oil rises in the tank of the liquid lock device according to the invention and its front meets the metal mesh or wool, whereby the front is effectively broken. Due to this structure, the liquid lock device according to the invention is very flexible with respect to the volumes of gas flowing through it and this is especially important when the equipment is applied to full-scale processes.

Keksinnön mukaisen nestelukkolaitteen säiliön suurella 25 korkeudella on myös se etu, että säästetään tilaa, millä seikalla on erityistä merkitystä täyden mittakaavan prosesseissa .The high height of the container 25 of the liquid lock device according to the invention also has the advantage of saving space, which is of particular importance in full-scale processes.

Keksintöä kuvataan lähemmin seuraavassa viitaten oheiseen 30 piirustukseen, joka esittää kaaviomaisesti poikkileikattua pystykuvantoa eräästä edullisesta keksinnön mukaisesta laitteesta.The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawing, which schematically shows a cross-sectional elevational view of a preferred device according to the invention.

Kuviossa on pitkänomainen, suljettu pystysäiliö merkitty 35 viitenumerolla 1. Säiliö 1 on osittain täytetty öljyllä 5 ja säiliössä on tarkkailuikkunat 13 nestepinnan tarkkailemiseksi. Säiliöön 1 on liitetty putki 11 öljytäyttöä varten ja putki 12 öljyn poistamiseksi säiliöstä.In the figure, an elongated, closed vertical tank is marked 35 by reference numeral 1. The tank 1 is partially filled with oil 5 and the tank has observation windows 13 for monitoring the liquid level. Connected to the tank 1 is a pipe 11 for filling oil and a pipe 12 for removing oil from the tank.

6 817296 81729

Reaktori (ei esitetty kuviossa), jossa vaaditaan tiukat inertit olosuhteet, on yhdistetty säiliöön 1 sisääntuloput-ken 2 kautta. Sisääntuloputken säiliön sisäpuoliseen osaan 3 on liitetty varoventtiili 6, joka kokonaisuudessaan on 5 upotettu öljyyn. Tämä varoventtiili on rakenteeltaan sellainen, että siinä on kierrejousi, joka painaa metallikuulaa tiivistysrengasta vastaan. Tämä varoventtiili on säädetty siten, että pieni ylipaine reaktorissa avaa venttiilin. Säiliön 1 yläosaan on liitetty poistoputki 4, joka on yh-10 teydessä säiliön nestepinnan yläpuoliseen tilaan 8. Poistoputki 4 on liitetty kaasun pesutorniin tai muuhun kaasun käsittelylaitokseen (ei esitetty kuviossa). Mainitussa poistoputkessa 4 on myös varoventtiili 7, joka rakenteeltaan on samanlainen kuin edellä kuvattu varoventtiili 6.A reactor (not shown in the figure) requiring strict inert conditions is connected to the tank 1 via an inlet pipe 2. A safety valve 6 is connected to the inner part 3 of the inlet pipe tank, which is completely immersed in oil. This safety valve is designed to have a coil spring that presses a metal ball against the sealing ring. This safety valve is adjusted so that a small overpressure in the reactor opens the valve. Connected to the upper part of the tank 1 is an outlet pipe 4, which is connected to the space 8 above the liquid surface of the tank. The outlet pipe 4 is connected to a gas scrubber tower or other gas treatment plant (not shown in the figure). Said outlet pipe 4 also has a safety valve 7, which is similar in structure to the safety valve 6 described above.

1515

Nesteen yläpuolinen tila 8 säiliössä 1 on täytetty metalli-verkolla tai -villalla 9.The space 8 above the liquid in the tank 1 is filled with a metal mesh or wool 9.

Sisääntuloputkeen 1 on lisäksi liitetty typpikaasun tai 20 muun inerttikaasun syöttöputki 10.In addition, a nitrogen gas or other inert gas supply pipe 10 is connected to the inlet pipe 1.

Keksinnön mukainen öljylukkolaite estää hyvin tehokkaasti hapen ja kosteuden pääsyn pesutornista tai vastaavasta reaktoriin. Reaktoriin voidaan myöskin muodostaa tyhjiö 25 ilman, että siihen imeytyisi öljyä säiliöstä 1. Reaktoriin ja säiliöön 1 voidaan myöskin putken 10 kautta puhalluttaa typpikaasua.The oil trap device according to the invention very effectively prevents the entry of oxygen and moisture from the washing tower or the like into the reactor. A vacuum 25 can also be created in the reactor without the oil 1 being absorbed into it. Nitrogen gas can also be blown into the reactor and the tank 1 via a pipe 10.

Edellä on kuvattu vain yhtä edullista keksinnön mukaista 30 sovellutusmuotoa ja on selvää, että keksintöä voidaan tästä muunnella patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä voidaan esimerkiksi edellä kuvattua tyyppiä olevien varoventtiilien sijasta käyttää muita tavanomaisia vastaaviin tarkoituksiin käytettäviä varoventtiilejä.Only one preferred embodiment of the invention has been described above and it is clear that the invention can be modified here within the scope of the claims. Thus, for example, other conventional safety valves used for similar purposes can be used instead of safety valves of the type described above.

li 35li 35

Claims

Liquid reading device for preventing harmful gases from entering a reactor, characterized in that it comprises an elongated, closed vertical container (1) partially filled with liquid (5); an inlet pipe (2, 3) connecting the reactor to the container and extending into the container, wherein a safety valve (6) immersed in said liquid is connected to that portion (3) of the inlet pipe contained within the container; and an outlet tube 15 (4) connected to the container and in contact with the space (8) above the liquid surface of the container.

Liquid reading device according to claim 1, characterized in that a safety valve (7) is connected to the outlet pipe (4).

Liquid reading device according to claim 1 or 2, characterized in that the container (1) is cylindrical and that its height is 3-10 times larger than the diameter of the container 25.

Liquid reading device according to any of the preceding patent claims, characterized in that 20-30% of the volume of the container is filled with liquid. 30

Liquid reading device according to any of the preceding patent claims, characterized in that said liquid consists of oija or some other viscous liquid. 35

Liquid reading device according to any of the preceding patent claims, characterized in that the space (8) above the liquid in the container (1) is partially filled with metal mesh or wool (9). 9 81729

Liquid reading device according to claim 6, characterized in that 60-80% of said space is filled with metal mesh or wool (9). 5

Liquid reading device according to any of the preceding patent claims, characterized in that a supply pipe (10) for nitrogen gas or other inert gas is connected to the inlet pipe (2).