ITMI20120501A1 - Impianto e procedimento per la condensazione di vapori di idrocarburi - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un impianto ed un procedimento per la condensazione di vapori di idrocarburi contenuti in un flusso da trattare che contiene un gas inerte in miscela con i vapori di idrocarburi e che può contenere anche idrocarburi liquidi e vapore acqueo.
Il campo di applicazione dell’invenzione comprende particolarmente ma non esclusivamente l’industria di estrazione di idrocarburi da scisti bituminosi, l’industria di movimentazione di olio greggio nel carico e scarico di navi cisterna.
Attualmente il flusso di vapori di idrocarburi diluiti con gas inerte viene scaricato e/o bruciato all’atmosfera con problemi ovvi di inquinamento ambientale e di perdita di gas inerte.
Sono altresì noti impianti per la condensazione di idrocarburi comprendenti una unità di compressione che impiega un compressore a secco ed in cascata una unità di refrigerazione.
In tali impianti noti le variazioni di portata del flusso e i trascinamenti di idrocarburi liquidi rendono problematico il funzionamento dell’unità di compressione a meno che siano previste grandi capacità di accumulo dei gas in aspirazione ed in mandata.
In tali impianti inoltre la necessità di spingere la refrigerazione al di sotto di 0°C per aumentare l’efficienza di recupero degli idrocarburi può creare problemi per l’eventuale presenza di vapore d’acqua e la formazione oltre che di ghiaccio anche di idrati.
Compito tecnico che si propone la presente invenzione à ̈, pertanto, quello di realizzare un impianto ed un procedimento per la condensazione di vapori di idrocarburi che consentano di eliminare gli inconvenienti tecnici lamentati della tecnica nota.
Nell’ambito di questo compito tecnico uno scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un impianto ed un procedimento per la condensazione di vapori di idrocarburi che consentano una elevata efficienza di recupero degli idrocarburi anche nel caso in cui il flusso da trattare presenti variazioni di portata e/o quando esso presenti una componente di vapore acqueo e/o quando esso presenti una componente di idrocarburi liquidi.
Il compito tecnico, nonché questi ed altri scopi, secondo la presente invenzione vengono raggiunti realizzando un impianto per la condensazione di vapori di idrocarburi da una miscela comprendente almeno detti vapori di idrocarburi ed un gas inerte, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una prima unità di separazione per separare la miscela in una prima fase gassosa ed una prima fase liquida, detta prima unità di separazione comprendendo almeno un compressore ad anello liquido.
Preferibilmente in cascata alla prima unità di separazione à ̈ prevista almeno una seconda unità di separazione comprendente un primo e rispettivamente almeno un secondo scambiatore di calore di detta prima fase gassosa con un primo e rispettivamente un secondo circuito del fluido frigorigeno di una unità a ciclo frigorifero.
Preferibilmente sono previsti mezzi di inversione del collegamento in cascata tra detto primo e secondo scambiatore di calore.
Preferibilmente detto primo e secondo scambiatore di calore presentano una prima configurazione di lavoro con collegamento in cascata non invertito in cui la circolazione nel primo circuito del fluido frigorigeno à ̈ disattivata per lo sbrinamento del primo scambiatore di calore ad opera della prima fase gassosa e la circolazione nel secondo circuito del fluido frigorigeno à ̈ attivata per la refrigerazione ad opera del secondo scambiatore di calore, ed una seconda configurazione di lavoro con collegamento in cascata invertito in cui la circolazione del secondo fluido frigorigeno à ̈ disattivata per lo sbrinamento del secondo scambiatore ad opera della prima fase gassosa, e la circolazione del primo fluido frigorigeno à ̈ attivata per la refrigerazione ad opera del primo scambiatore di calore.
La presente invenzione rivela altresì un procedimento per la condensazione di vapori di idrocarburi da una miscela comprendente almeno detti vapori di idrocarburi ed un gas inerte, caratterizzato dal fatto di comprendere una prima fase di separazione tramite compressione con compressore ad anello liquido, ed una seconda fase di separazione tramite refrigerazione. Altre caratteristiche della presente invenzione sono definite, inoltre, nelle rivendicazioni di seguito riportate.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva dell’impianto e procedimento per la condensazione di idrocarburi secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nel disegno allegato, in cui:
la figura 1 mostra lo schema di impianto.
Con riferimento alla figura citata, viene mostrato un impianto 1 per la condensazione di vapori di idrocarburi.
I vapori di idrocarburi sono presenti in una miscela comprendente un gas inerte, tipicamente azoto (N2).
L’impianto 1 prevede un circuito di trattamento attraverso cui viene fatto circolare un flusso della miscela da trattare.
Il circuito di trattamento comprende una prima unità 3 di separazione per separare la miscela in una prima fase gassosa 6 ed una prima fase liquida 7, 8.
La prima unità di separazione 3 à ̈ munita di un compressore 4 vantaggiosamente del tipo ad anello liquido.
L’unità di separazione 3 comprende inoltre un primo decantatore 5 in cascata al compressore 4.
Il compressore 4 presenta un ingresso collegato ad una linea di aspirazione 45 da una utenza della miscela da trattare ed una uscita collegata tramite una linea di collegamento 46 ad un ingresso del primo decantatore 5 per la miscela compressa.
Il primo decantatore 5 à ̈ atto a separare per stramazzo la componente liquida 7 dalla componente liquida 8 della prima fase liquida 7, 8 sfruttando la loro differente densità.
La componente liquida 7 più leggera à ̈ costituita da idrocarburi, mentre la componente più pesante à ̈ costituita da acqua e liquame oleoso.
Al primo decantatore 5 Ã ̈ collegata una linea di recupero 39 della prima componente liquida (idrocarburi) ed una linea di scarico 38 della seconda componente liquida 8 (acqua).
Una frazione della componente più pesante 8 (acqua) viene ricircolata al compressore 4.
In particolare la linea 31 di ricircolo al compressore ad anello 4 prevede mezzi 32 di raffreddamento della frazione liquida ricircolata, ad esempio uno scambiatore di calore 33 che pone in scambio termico la linea di ricircolo 31 con un circuito 34 di acqua di raffreddamento.
In cascata alla prima unità di separazione 3 à ̈ prevista una seconda unità di separazione 9 comprendente in cascata un primo scambiatore di calore 10 ed un secondo scambiatore di calore 11 tra cui à ̈ interposto un secondo decantatore 25 dove la prima fase gassosa 6 si separa in una seconda fase gassosa 16 ed una seconda fase liquida 17.
Il primo scambiatore termico 10 à ̈ atto a realizzare uno scambio termico tra la prima fase gassosa 6 ed un primo circuito 12 del fluido frigorigeno di una unità a ciclo frigorifero 13.
Il secondo scambiatore termico 11 à ̈ atto a realizzare uno scambio termico tra la prima fase gassosa 6 ed un secondo circuito 14 del fluido frigorigeno dell’unità a ciclo frigorifero 13.
In particolare il primo scambiatore 10 ed il secondo scambiatore 11 costituiscono evaporatori in parallelo per l’unità 13 a ciclo frigorifero.
L’unità di separazione 9 prevede mezzi di inversione del collegamento in cascata tra il primo scambiatore di calore 10 ed il secondo scambiatore di calore 11.
Il primo scambiatore di calore 10 ed il secondo scambiatore di calore 11 presentano una prima configurazione di lavoro con collegamento in cascata non invertito in cui la circolazione nel primo circuito 12 del fluido frigorigeno à ̈ disattivata per lo sbrinamento del primo scambiatore di calore 10 ad opera della prima fase gassosa 6 e la circolazione nel secondo circuito 14 del fluido frigorigeno à ̈ attivata per la refrigerazione ad opera del secondo scambiatore di calore 11 in modo tale da separare la seconda fase gassosa 16 in una terza fase gassosa 50 ed una terza fase liquida 51 formata da acqua e idrocarburi.
Il primo scambiatore di calore 10 ed il secondo scambiatore di calore 11 presentano altresì una seconda configurazione di lavoro con collegamento in cascata invertito in cui la circolazione nel secondo circuito 14 del fluido frigorigeno à ̈ disattivata per lo sbrinamento del secondo scambiatore 11 ad opera della prima fase gassosa 6, e la circolazione del fluido frigorigeno nel primo circuito 12 à ̈ attivata per la refrigerazione ad opera del primo scambiatore di calore 10 in modo tale da separare la seconda fase gassosa 16 in una terza fase gassosa 50 ed una terza fase liquida 51 formata da acqua e idrocarburi.
I mezzi di inversione comprendono una prima valvola a quattro vie 19 ed una seconda valvola quattro vie 20.
La seconda unità di separazione 9 prevede una linea di collegamento 21 tra la prima via 19a della prima valvola 19 e l’uscita della prima fase gassosa 6 del primo decantatore 5, una linea di collegamento 22 tra la seconda via 19b della prima valvola 19 e il primo scambiatore di calore 10, una linea di collegamento 23 tra la terza via 19c della prima valvola 19 ed il secondo scambiatore di calore 11, ed una linea di collegamento 24 tra la quarta via 19d della prima valvola 19 e l’uscita del secondo decantatore 25.
La seconda unità di separazione 9 prevede inoltre una linea di collegamento 26 tra la prima via 20a della seconda valvola 20 e l’ingresso del secondo decantatore 25 per la prima fase gassosa 6, una linea di collegamento 27 tra la seconda via 20b della seconda valvola 20 e il primo scambiatore di calore 10, una linea di collegamento 28 tra la terza via 20c della seconda valvola 20 ed il secondo scambiatore di calore 11, ed una linea di collegamento 29 tra la quarta via 20d della seconda valvola 20 ed un terzo decantatore 30.
Il secondo decantatore 25 presenta una uscita per la seconda fase liquida 17 collegata, tramite una linea 35 munita di valvola di intercettazione 36, ad un ingresso del terzo decantatore 30.
Nel terzo decantatore 30 la seconda fase gassosa 16 si separa in una terza fase gassosa 50 e una terza fase liquida 51 costituita da una miscela della fase liquida che si separa dalla seconda fase gassosa 16 e della seconda fase liquida 17 proveniente dal secondo decantatore 25.
Nel terzo decantatore 30 per stramazzo la terza fase liquida 51 si separa nei suoi componenti sfruttando la differente densità di questi. La componente liquida più leggera, costituita dagli idrocarburi che non sono condensati nel primo decantatore 5, viene recuperata assieme ad essi, mentre la componente più pesante, unitamente alla frazione della componente più pesante 8 proveniente dal primo decantatore 5 costituita da acqua con in sospensione del liquame oleoso, viene smaltita.
Il terzo decantatore 30 presenta quindi una prima uscita per la componente più pesante (acqua) che tramite una linea di scarico 37 confluisce nella linea di scarico 38, ed una seconda uscita per la componente più leggera che tramite una linea di recupero 40 confluisce nella linea di recupero 39.
Il terzo decantatore 30 presenta infine una uscita per la terza gassosa 50 collegata ad una utenza tramite una linea di mandata 41 munita di una valvola proporzionale 42 avente mezzi 43, 44 di rilevamento della differenza di pressione presente ai suoi capi. La linea di mandata all’utenza 41 à ̈ collegata alla linea di aspirazione dall’utenza 45 tramite una linea di by pass 47 munita di valvola proporzionale 48.
L’impianto à ̈ munito di un controllore logico collegato ai mezzi di rilevamento 43, 44 e alle valvole proporzionali 42, 48 per comandare una apertura inversamente proporzionale delle valvole 42, 48 al variare della differenza di pressione rilevata ai capi della valvola proporzionale 42.
Il ciclo iniziale di funzionamento dell’impianto secondo l’invenzione appare evidente da quanto descritto ed illustrato e, in particolare, à ̈ sostanzialmente il seguente.
La miscela da trattare entra nel compressore 4, viene compressa ed inviata al primo decantatore 5 dove si separa nella prima fase gassosa 6, inviata alla seconda unità di separazione 9, e nella prima fase liquida 7, 8 che per stramazzo a sua volta si separa nelle componenti 7, 8 delle quali una, contenente idrocarburi viene recuperata tramite la linea di recupero 39 mentre l’altra composta da acqua con in sospensione del liquame oleoso viene in parte scaricata tramite la linea di scarico 38 ed in parte ricircolata al compressore 4.
La prima fase gassosa 6 entra nella seconda unità di separazione 9 dove la circolazione nel primo circuito 12 à ̈ disattivata, la circolazione nel secondo circuito 14 à ̈ attivata, la prima valvola 19 presenta la via 19a collegata alla via 19b, la via 19c collegata alla via 19d, la seconda valvola 20 presenta la via 20b collegata alla via 20a e la via 20c collegata alla via 20d.
La prima fase gassosa 6, fluisce in cascata nella linea 22, nel primo scambiatore 10, nella linea 27, nella linea 26, nel secondo separatore 25 dove si separa nella seconda fase gassosa 16 e nella seconda fase liquida 17, quindi la seconda fase gassosa 16 fluisce nella linea 24, poi nella linea 23, quindi nel secondo scambiatore di calore 11 dove viene refrigerata, nella linea 28, quindi nella linea 29 e nel terzo decantatore 30 dove si separa nella terza fase gassosa 50 e nella terza fase liquida 51 costituita in parte dalla seconda fase liquida 17 che si separa nel secondo decantatore 25 e fluisce nel terzo decantatore 30 tramite la linea 35 e la valvola 36.
La terza fase gassosa 50, che à ̈ prevalentemente costituita ora da gas inerte, fluisce infine dal terzo decantatore 30 alla linea 41.
Nel terzo decantatore 30 come detto la terza fase liquida 51 viene scomposta nei suoi componenti di cui la componente più pesante costituita da acqua con liquame oleoso viene scaricata e la componente più leggera contenente idrocarburi, à ̈ recuperata.
Il ciclo successivo di funzionamento dell’impianto à ̈ sostanzialmente il seguente.
La circolazione nella prima unità di separazione 3 avviene nello stesso modo di prima e non verrà nuovamente descritta.
La prima fase gassosa 6 entra nella seconda unità di separazione 9 dove ora la circolazione nel primo circuito 12 à ̈ attivata e la circolazione nel secondo circuito 14 à ̈ disattivata, la prima valvola 19 à ̈ commutata e presenta la via 19a collegata alla via 19c, la via 19b collegata alla via 19d, la seconda valvola 20 à ̈ commutata e presenta la via 20c collegata alla via 20a e la via 20b collegata alla via 20d.
La prima fase gassosa 6, fluisce in cascata nella linea 23, nel secondo scambiatore 11 che viene assoggettato a sbrinamento per la brina che si à ̈ formata a causa del precedente ciclo di funzionamento dell’impianto, nella linea 28, nella linea 26, nel secondo decantatore 25 dove si separa nella seconda fase gassosa 16 e nella seconda fase liquida 17, quindi la seconda fase gassosa 16 fluisce nella linea 24 poi sulla linea 22 e nel primo scambiatore di calore 10 dove viene refrigerata.
La successiva circolazione avviene nello stesso modo di prima e non verrà nuovamente descritta.
Nel ciclo successivo di funzionamento dell’impianto si disattiva nuovamente la circolazione nel primo circuito 12, si attiva nuovamente la circolazione nel secondo circuito 14, e si commutano nuovamente le valvole 19 e 20 in modo tale che la prima fase gassosa 6 possa sbrinare il primo scambiatore termico 10 prima della successiva refrigerazione della seconda fase gassosa 16 ad opera del secondo scambiatore di calore 11.
Il controllore logico dell’impianto monitora la differenza di pressione ai capi della valvola proporzionale 42 e in caso di una minore richiesta dall’utenza, che si traduce in un aumento della differenza di pressione rilevata, si regola in modo inverso l’apertura della prima valvola proporzionale 42 e della seconda valvola proporzionale 48 per incrementare la portata della terza fase gassosa 50 che fluisce nella linea di by pass 47.
Ovviamente nel caso di maggiore richiesta dall’utenza si esegue una regolazione inversa per aumentare la portata della terza fase gassosa 50 diretta all’utenza.
Si à ̈ in pratica constatato come l’impianto ed il procedimento per la condensazione di idrocarburi secondo l’invenzione risultino particolarmente vantaggiosi per l’impiego, nella prima fase di separazione, di un compressore ad anello liquido che elimina qualsiasi problema dovuto alla presenza di trascinamenti di acqua e di idrocarburi liquidi, e nella seconda fase di separazione, di un sistema di refrigerazione degli idrocarburi compressi tramite scambiatori di calore in cascata che si alternano uno per la condensazione ed uno per lo sbrinamento, eliminando così i problemi dovuti al vapore d’acqua e agli idrati di idrocarburi.
L’impianto ed il procedimento per la condensazione di idrocarburi così concepiti sono suscettibili di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a secondo delle esigenze e dello stato della tecnica.

Claims (12)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto (1) per la condensazione di vapori di idrocarburi da una miscela comprendente almeno detti vapori di idrocarburi ed un gas inerte, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una prima unità di separazione (3) per separare la miscela in una prima fase gassosa (6) ed una prima fase liquida (7,8), detta prima unità di separazione (3) comprendendo almeno un compressore ad anello liquido (4).
  2. 2. Impianto (1) per la condensazione di vapori di idrocarburi secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la prima unità di separazione (3) comprende almeno un primo decantatore (5) in cascata a detto compressore (4).
  3. 3. Impianto (1) per la condensazione di vapori di idrocarburi secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di comprendere in cascata alla prima unità di separazione (3) almeno una seconda unità di separazione (9) comprendente un primo e rispettivamente almeno un secondo scambiatore di calore (10, 11) di detta prima fase gassosa (6) con un primo e rispettivamente un secondo circuito (12, 14) del fluido frigorigeno di una unità a ciclo frigorifero (13).
  4. 4. Impianto (1) per la condensazione di vapori di idrocarburi secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che tra detto primo e secondo scambiatore (10, 11) Ã ̈ interposto un secondo decantatore (25) in cui la prima fase gassosa (6) si separa in una seconda fase gassosa (16) ed una seconda fase liquida (17).
  5. 5. Impianto (1) per la condensazione di vapori di idrocarburi secondo una qualunque rivendicazione 3 e 4, caratterizzato dal fatto di prevedere mezzi di inversione del collegamento in cascata tra detto primo e secondo scambiatore di calore (10, 11).
  6. 6. Impianto (1) per la condensazione di vapori di idrocarburi seconda la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto primo e secondo scambiatore di calore (10, 11) presentano una prima configurazione di lavoro con collegamento in cascata non invertito in cui la circolazione nel primo circuito del fluido frigorigeno à ̈ disattivata per lo sbrinamento del primo scambiatore di calore (10) ad opera della prima fase gassosa (6) e la circolazione nel secondo circuito del fluido frigorigeno à ̈ attivata per la refrigerazione ad opera del secondo scambiatore di calore (11), ed una seconda configurazione di lavoro con collegamento in cascata invertito in cui la circolazione del fluido frigorigeno della seconda unità a ciclo frigorifero (15) à ̈ disattivata per lo sbrinamento del secondo scambiatore (11) ad opera della prima fase gassosa (6), e la circolazione del fluido frigorigeno della prima unità a ciclo frigorifero (13) à ̈ attivata per la refrigerazione ad opera del primo scambiatore di calore (10).
  7. 7. Impianto (1) per la condensazione di vapori di idrocarburi secondo una qualunque rivendicazione 5 e 6, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di inversione comprendono una prima valvola (19) a quattro vie rispettivamente collegate a detto primo decantatore (5), a detto primo scambiatore di calore (10), a detto secondo scambiatore di calore (11), e a detto secondo decantatore (25), ed una seconda valvola (20) a quattro vie rispettivamente collegate a detto secondo decantatore (25), ad un terzo decantatore (30), a detto primo scambiatore di calore (10), e a detto secondo scambiatore di calore (11).
  8. 8. Impianto (1) per la condensazione di vapori di idrocarburi secondo una qualunque rivendicazione da 2 a 7, caratterizzato dal fatto di comprendere un circuito di ricircolo (31) nel compressore ad anello liquido (4) di almeno parte di una componente di detta prima fase liquida (7, 8), detto circuito di ricircolo (31) avendo mezzi di raffreddamento (32) di detta almeno una parte di una componente di detta prima fase liquida (7, 8).
  9. 9. Impianto (1) per la condensazione di vapori di idrocarburi secondo una qualunque rivendicazione da 3 e 8, caratterizzato dal fatto di presentare una linea di mandata (41) della seconda unità di separazione (9), una linea di by pass (47) per il ritorno diretto dalla seconda unità di separazione (9) al compressore (4), una prima valvola proporzionale (42) su una linea di mandata (41), una seconda valvola proporzionale (48) sulla linea di by pass (47), mezzi (43, 44) di rilevamento della differenza pressione ai capi della prima valvola proporzionale (42), ed un controllore logico di comando di una apertura inversamente proporzionale della prima e seconda valvola proporzionale (42, 48) al variare della detta differenza di pressione rilevata.
  10. 10. Procedimento per la condensazione di vapori di idrocarburi da una miscela comprendente almeno detti vapori di idrocarburi ed un gas inerte, caratterizzato dal fatto di comprendere una prima fase di separazione in cui la miscela à ̈ separata in una prima fase gassosa (6) ed una prima fase liquida (7, 8) tramite compressione con compressore ad anello liquido (4), ed una seconda fase di separazione tramite refrigerazione.
  11. 11. Procedimento per la condensazione di vapori di idrocarburi secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che per la seconda fase di separazione si predispone un primo ed un secondo circuito del fluido frigorigeno di una unità a ciclo frigorifero (13), si predispone un primo scambiatore termico (10) tra la prima fase gassosa (6) e il primo circuito del fluido frigorigeno, si predispone in cascata al primo scambiatore termico (10) un secondo scambiatore termico (11) tra la prima fase gassosa (6) e il secondo circuito del fluido frigorigeno, e si attiva selettivamente la circolazione nel primo e secondo circuito del fluido frigorigeno.
  12. 12. Procedimento per la condensazione di vapori di idrocarburi secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che ciclicamente si inverte il collegamento in cascata tra il primo ed il secondo scambiatore termico (10, 11) e allo stesso tempo si disattiva la circolazione nel primo circuito del frigorigeno e si attiva la circolazione nel secondo circuito del fluido frigorigeno per lo sbrinamento del primo scambiatore di calore (10) ad opera della prima fase gassosa (6).
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