[0001] 本发明涉及从蒸汽流中除去污染物和有害物质的装置和方法。

[0002] 工业设施，化学品储存和运输周围的逸散性排放问题是一个日益重要的有待于解决的问题。政府对逃逸排放物中污染或有毒物质允许含量的限制正在变得更加严格和严格执行。特别是在石油和天然气工业中，从石油和天然气精炼，加工和储存中释放的蒸汽在通风或以其他方式释放到环境之前必须基本上不含苯，甲苯，乙苯和二甲苯(BTEX)，硫化合物和挥发性有机碳分子(VOCs)。这些挥发性排放物中的化学物质是油田运输船和坦克的常见问题。

[0003] 当罐，管道，容器或载体内的空气被来自油田井的流体置换时，该空气将不可避免地包含至少最低水平的典型复杂油田蒸汽，包括VOC。这些通常按碳长度分类，甲烷为C1，辛烷为例如C8。除挥发性有机化合物外，还有一部分称为BTEX的挥发性有机化合物，它们是有机分子的复合物，具有低气味阈值，在某些情况下是已知的致癌分子。在一些情况下，还存在含硫有机分子，其可以是具有非常低的阈值极限值(TLV)的硫醇，硫醇类和H2S.虽然这些化学品的存在可能仅在百万分率(ppm)范围内，但仍然需要基本上完全除去这些化学品。

[0004] 过去已经开发了许多系统并在市场上进行了测试，结果各不相同。

[0005] 液体通常用作过滤介质，以从通过液体鼓泡的气流中除去化学物质。然而，液体过滤介质的处理复杂，沉重并且可能导致溢出。使用液体介质的过滤通常会导致难以除去的固体和污泥。使用液体过滤介质的过滤设备在如何布置或连接时通常也不是非常灵活，而没有溢出的风险。此外，废液体介质通常是危险物质，需要特别小心并增加处理和处置的成本。

[0006] EP 1102620B1描述了一种空气过滤系统，其中吸附剂过滤器以褶皱网状包装设计制成。US20130292001描述了一种空气净化系统，特别是用于防毒面具过滤筒和填充吸附剂入口的方法。US4559066描述了一种滤筒，其中吸附剂床从吸附剂床径向向外接收气流和气流，它是低容量系统，在系统的外表面上具有褶式包装过滤器，并具有永久性筒。US2728409描述了一种用容纳在罐中的带叶片的径向气体入口的过滤气体的方法。

[0007] 然而，仍然需要一种设计能够有效地从易散逸的排放物流中去除有毒物质，该设计是便携式的，可重复使用的，易于安装，安装布置灵活，可以根据过滤需求的不同而安全地运输至工业现场或从工业现场拉走。

[0019] 以下描述和其中描述的实施例是通过举例说明本发明的各个方面的原理的特定实施例的示例来提供的。提供这些实施例是出于解释而非限制本发明的各个方面的原理。

[0020] 本发明包括一种装置，优选地为罐的形式，用于气味修复，减少逸散性空气排放中的污染化学物质并创造更安全的工作环境。更特别地，本发明的罐可用于去除VOC，BTEX和硫化合物。

[0021] 本本发明的罐提供独特的双向流动布置，并且可以以多种方式安装。

[0022] 在本发明中，待过滤的空气或蒸汽通过罐的一端或通过罐的侧面进入，经处理的空气或蒸气在被迫通过位于罐内的筒中的吸附剂床之后通过罐的端部或侧面排出，去除污染物。所用吸附剂介质的类型是可变的，可以根据待处理蒸汽中化学品的类型进行选择。

[0023] 参考附图，本发明包括罐100，罐100包括外壳2，优选地具有带有第一蒸汽出口/入口6的带盖端4，带有第二蒸汽出口/入口10的侧壁8，以及可选的排水管12。外壳2的体积优选为5至100美制加仑，更优选为30美制加仑或更小，但本领域技术人员可以很好地理解，外壳2可以是设计具有应用所需的任何合适体积和任何尺寸范围，以实现所需的过滤，占地面积或地板尺寸限制，提供良好的稳定性和易于运输。由于易于填充过滤介质和可运输性，因此更优选尺寸在30美制加仑或更小范围内的罐，但如所示，其他尺寸同样可用。虽然示出了圆柱形外壳2，但是本领域技术人员将很好地理解，外壳2的任何其他形状都是可能的，包括矩形棱柱，漏斗形等。还应当理解，而平面外壳端部4，14在图中示出；根据压力等级要求，端部4，14可以很容易地凸出或凹入。

[0024] 外壳2可由适用于应用的不同材料构成，例如钢，不锈钢，玻璃纤维或聚合物。在罐100用于移动应用中的情况下，例如当设备安装在卡车床上时，并且通常处于水平配置时，如图4所示，连接到罐100的入口和出口管线的重量在使用中和由运输引起的振动会对外壳
2造成损坏。在这种情况下，外壳可以优选地由厚规格的钢制成，以提供额外的强度。在一个优选的实施方案中，涂层可以施加到外壳2的内表面上，具有用于耐化学性，抗腐蚀和其它特征的各种涂层，诸如具有环氧树脂的涂层。

[0025] 罐100还包括可移除的筒16，其可插入外壳2内。筒16包括内部穿孔通道18和外部穿孔护套20。在内部通道18和外部护套20之间限定的容积30填充有吸附剂床32，这将在下文中更详细地讨论。筒的两端22a，22b是实心的并且不允许流体流过它们。筒16和外壳2的尺寸和重量都优选地由个体操作者容易地提起和处理，而不需要其他设备或支撑件。

[0026] 虽然第二蒸汽端口10在图2中示出为从外壳2的侧壁8延伸，但也可以是第二蒸汽端口10位于与端部4相对的外壳2的端部14中，这也包括在本发明的范围内，第一蒸汽端口6延伸穿过端部4。该实施例在图4中示出。在这些布置中的任一个中，第二蒸汽端口10与外部穿孔护套20和外壳2之间的环形空间34流动连通。实心端部22a和22b防止蒸汽端口10和筒16之间的任何连通，如后面将进一步说明的。

[0027] 在一个优选实施例中，无孔套环24覆盖内部穿孔通道18的初始上部。套环24的目的是防止进入筒16的空气或蒸汽进入容积30的靠近直立罐100的上端的一部分，在筒16未完全填充吸附剂介质32的情况下，直立罐100的上端可以没有吸附剂介质32.非穿孔套环24更优选地沿内穿孔通道18的上部延伸两英寸。

[0028] 参考图6b和6d，特别是当本发明的罐100以直立位置使用且第一蒸汽端口6是蒸汽入口的情况下，在第一蒸汽端口6附近的本发明筒16的端部22a优选地安装有非穿孔套管36，其延伸到内部穿孔通道18的长度中。如图6A所示，吸附剂床32顶部的过早穿透可以在没有非穿孔套管36的情况下发生，因为来自内部穿孔通道18的气流倾向于聚在吸附剂床32的顶部。图6c示出了没有穿孔的套环24如何通过吸附剂床32中的空隙30导致气流短路，导致过早的穿透。在如图6A所示的系统中，通过污染物流出物的缓慢稳定增加来检测过早穿透。
在图6C的系统中，在污染气体流过空隙30的早期和突然检测到突破，它也通过盒16上的异常低压差检测到。如图6b和6d所示，所述非穿孔套筒36的直径小于内穿孔套筒18的直径，从而在其间形成环形通道40。如图6b和6d的流路图所示，非穿孔套管36确保空气或蒸汽入口流被引导到吸附剂床32中并均匀地分布在吸附剂床32的长度上。与非穿孔套环24一起，无孔套管36用于减少空气或蒸汽流绕过吸附剂床32并最终进入容积30的可能空的部分的机会。在吸附剂床上待处理的空气或蒸汽的均匀分布确保所有床32都用于过滤，这延长了吸附剂床32的寿命。这也确保没有蒸汽绕过通过吸附剂床32的过滤。在更优选的实施方案中，非穿孔套管36向下延伸三分之-(1/3)到一半(1/2)的内部穿孔通道18。

[0029] 在本发明的另一个实施例中，空气或蒸汽也可以通过位于外壳2的侧壁8或端部14中的第二蒸汽端口进入本罐100。在这种布置中，为了保证空气或蒸汽通过吸附剂床32均匀分布，罐16的尺寸设计成允许外部穿孔护套20和外壳2之间的预定环形空间34.环形空间34围绕外部穿孔护套20的外周延伸。在第二蒸汽出口/入口10位于外壳2的端部14中的情况下，环形空间34优选地也延伸超过筒16的端部22b。

[0030] 环形空间34通过布置在外部穿孔护套20和筒的端部22b上的一个或多个间隔件38实现。在优选实施例中，间隔件38可以采用间隔片，环或框架或轨道的形式，其可以布置在外部穿孔护套20上。本领域技术人员将理解，任何数量的间隔件38构造都是可以既提供环形空间34又不抑制蒸汽从外部穿孔护套20流出，并且任何和所有这样的配置都包括在本发明的范围内。

[0031] 环形空间34允许蒸汽均匀地分散到外部护套20之外，从而甚至在吸附剂床32的整个长度上均匀吸收。该空间还在进入罐100的蒸汽中产生压降，这促进均匀分布并且还防止入口蒸汽撞击外部护套20的一侧或区域。环形空间34及其体积优选地基于待处理的空气或蒸汽的流速来确定尺寸，并且筒16相对于外壳2的尺寸确定尺寸。环形空间34的尺寸优选地足够大以减小或防止筒16和外壳8之间的流动限制和过度的压力增加，这可能潜在地导致壳8过压或可能由于过压而破裂。

[0032] 在另一个可选实施例中，虽然不是必须，但也可以向罐100添加伴热，以防止蒸汽入口/出口6，10或吸附剂床32结冰和冻结。这可能发生在油箱通风操作中，因为在零度以下的条件下，高温，高湿度蒸汽流量较低。在这种情况下，伴热可以减少或防止蒸汽流中的温度下降，温度下降可能导致水分从蒸汽中冷凝出来并冻结。

[0033] 在本发明中，吸附剂床32优选通过称为暴风雪填充的技术填充。这种填充技术的结果是吸附剂介质的高填充密度。高填充密度提供了相当高的过滤能力，从而延长了吸附剂的使用寿命。然而，本领域技术人员将理解，用粒状吸附剂介质填充吸附剂床32的任何其他装置都适用于本发明的目的。

[0034] 一旦填充，吸附剂介质就完全包含在筒16中，并且介质不会接触或暴露于操作者或环境。以这种方式，装载时罐对环境，温度或湿度不敏感。

[0035] 可以基于需要除去的污染物蒸气来选择可能用于本发明的合适的吸附剂介质。例如，可以选择一种类型的吸附剂介质用于包括BTEX放入VOC和包括H2S的硫化合物。另一种类型的吸附剂介质可用于具有相当高的硫化合物含量的应用中，包括更高的H2S含量。

[0036] 吸附剂介质优选是干燥的颗粒材料，其是无害的并且具有增强的捕获能力。

[0037] 在本发明的罐中填充和布置的吸附剂床32具有本发明的流动状态，能够过滤重量百分比为0.3∶1至1∶1的污染物化学品。这意味着本发明人已观察到每千克吸附剂介质捕获0.3至1千克等量的污染气体。因此，单个吸附剂介质罐100可以在完全失效之前从大量空气或待处理的蒸气中除去有害蒸气。

[0038] 一旦失效，优选的本发明吸附剂介质可以通过施加蒸汽和/或热量而完全再生，这意味着吸附剂材料可以重新使用并且一旦再生就可以再循环。

[0039] 在另一个有利的方面，本发明优选的吸附剂介质在失效时可以通过与待处理的空气被引导的相同方式使清洁空气通过罐100来解吸污染物化学品。这种将吸附剂介质中的污染物解吸出来的应用可用于在罐正在清空化学产品并且本罐连接到这种罐的通气端并通过罐100从外部吸入大气空气进入罐的情况。以这种方式，罐100可以重复地用在反复填充和清空的罐的罐通风口上。

[0040] 由于本发明的筒16优选地足够小以便由单个操作者处理，因此容易移除和更换用过的筒。

[0041] 仅举例而不是限制本发明的范围，活性炭可以用作最优选的介质以除去烃类如VOC和BTEX以及某种程度的H2S和硫醇。用于除去高含量硫流的最优选的吸附剂介质，例如具有高含量的H2S和硫醇的那些，可以是挤出碳，例如经处理的沥青基挤出碳。本领域已知的其它固体吸附剂材料如沸石，粒状氧化铁和浸渍的活性炭也可用于本发明。然而，这些吸附剂不可再生。此外，浸渍的活性炭可能存在浸出浸渍的化学物质的风险。

[0042] 通过罐100的气流既是轴向的又是径向的，更优选是双向的。在一个实施例中，待处理的空气可以从第一端口6进入筒16，通过通道套环并进入内部穿孔通道18.由于筒的端部22是非穿孔的，因此蒸汽被迫沿径向向外的方向通过吸附剂床32然后通过外部穿孔护套20和外壳2之间的环形空间34离开。实心套环24和非穿孔套管36确保蒸汽流沿着吸附床的长度均匀分布，确保没有绕过。经处理的蒸汽然后通过外壳2侧的第二端口10离开外壳2，从那里它可以排放到大气中或运输到别处。

[0043] 在第二实施例中，待处理的空气从外壳2的侧面8或端部14处的第二端口10进入罐100并进入外部多孔护套20.在筒的外部护套20和和壳体2之间的环形空间34确保蒸汽沿吸附剂床的长度均匀分布并确保没有冲击。由于筒16的端部22和外壳2是无孔的，因此蒸汽被迫沿径向向内的方向通过吸附剂床32并进入内部穿孔通道18。然后蒸汽轴向穿过内部实心套管，并且通过第一端口6离开外壳2，从那里它可以排放到大气中或运输到其他地方。

[0044] 为了确保筒16和外壳2之间或从外壳2到大气之间没有蒸汽泄漏，外壳2的有盖端优选使用标准垫圈28直接密封到筒16的非穿孔端22上。

[0045] 参考图6a至6d，本发明中的气流或蒸汽流的路径有利地转动大致90度；从轴向流入到径向流出，或反之亦然。发明人已经发现，流路中的基本上直角的弯曲有助于减少或消除通过吸附剂床32的串流的发生。串流是指蒸汽绕过吸附剂床或倾向于通过吸附剂介质产生通道的效应。该空通道形成阻力最小的路径，并且可以使蒸汽基本上未经过滤地通过罐。可以通过在处理过的蒸汽的出口流中检测到的污染物化学物质的逐渐增加来检测串流。串流和过早穿透的检测不同于完全失效的筒的检测，因为完全失效的筒导致出口流中污染物检测的突然大量增加。

[0046] 与许多现有技术的过滤器不同，其中气流基本上是线性的，本发明确保了在整个吸附剂床32上待处理的空气或蒸汽的更充分，更均匀的分布。本发明的流动补片布置提供了罐100低压降的高容量过滤。通过减少串流，增加了药筒16和吸附剂床32的可用寿命，因为减少或消除了过早的穿透并且确保了更充分的吸附剂床使用。

[0047] 通过吸附剂床32的径向流动确保了串流的减少和更完全的过滤以及更完全地使用吸附剂床32.更一般地，取向与入口空气/蒸汽取向成大致90度角的通过吸附剂床32的任何流动也可以实现这个结果，并且包括在本发明的范围内。

[0048] 尽管在空气或蒸汽流路中基本上90度弯曲是最优选的，但是本领域技术人员将很好地理解，在不脱离本发明的范围的情况下，更宽或更尖锐的弯曲角度也是可能的。例如，虽然不是限制性的，但是在45至135度范围内的弯曲也包括在本发明的范围内。待处理的空气或蒸汽的流路中的弯曲还用于将蒸汽流中的任何液体或固体颗粒排出，所述液体或固体颗粒通过重力下落到罐100的下部区域，从那里它可以通过排水管12去除。无论罐100的取向如何，排水管12都可以定位在罐100的下部区域中。

[0049] 在其他情况下，可以从壳体2中排除排水管12，以避免密封单元中的潜在泄漏源。

[0050] 本装置能够从蒸汽流中除去VOC，BTEX和硫化合物如H2S和硫醇，以及从这些蒸汽流中除去气味。该装置的常见应用可以是在装载，卸载和生产期间的油气罐通风口，油田流体运输车，真空卡车，货轮和压裂回流通风口。其他应用包括卡车通风口捕获，其中本发明已用于以高达70立方英尺/分钟(cfm)或2立方米/分钟的流速处理气流，并成功捕获VOC，BTEX和包括H2S和硫醇的硫化合物，其压降小于1/8″水，或0.03kPa。本装置也可用于来自真空卡车的逸散蒸汽，其具有高达1700cfm或48m3/min的大流量，已经显示出良好的过滤，压降小于2″水或0.5kPa。本系统还用于文丘里排气系统。

[0051] 本发明还可以连接到任何数量的空气运动系统，例如在端口6，10中的任一个上的电动风扇系统，以将蒸汽抽吸通过罐，例如用于罐提取系统。如前所述，空气运动系统也可以是教育文丘里空气系统。

[0052] 石油和天然气以外的扩展应用包括炼油厂，纸浆和造纸工业以及在停机和/或维护期间在罐清洗期间使用的文丘里空气推进器。当填充或清空包括船舶货物运载器的散货船时，本装置也可以使用。

[0053] 第一和第二端口6，10可以制成任何尺寸，以适应工业应用和通用连接端口尺寸。更优选地，第一和第二端口的尺寸为3″或6″OD。

[0054] 在一个任选的实施方案中，可以将自由水分离(FWKO)系统添加到本系统的入口以在进入罐100之前从蒸汽流中除去液体。通常，蒸汽流是热的并且具有非常高的相对湿度并且可凝性石油产品。入口处的FWKO容器允许冷却、主动或被动地并且在蒸汽流进入罐100之前收集该液体。结果是延长了使用寿命，因为液体不会收集在罐内并且不会导致生锈等。此外，一些吸附剂可能对湿度敏感，因此，在这种情况下使用这种FWKO系统可能是有益的。

[0055] 本发明的罐100可垂直或水平安装。由于本发明的吸附剂床32在优选暴风雪填充时被紧密包装，因此可以使用罐的任何取向而不用担心由于重力引起的吸附剂床沉降。多个罐100也可以并联布置并连接到多路气体管线以供大规模使用。在这样的布置中，罐100可以用可选的开关系统进行歧管化，使得当罐100失效时，蒸汽流可以手动或自动地切换到歧管上的新的罐100。

[0056] 还可以将本发明的罐100串联连接-以允许蒸汽通过多个罐以进一步过滤，每个罐100中具有相同或不同的吸附剂介质。还可以将罐100定向在带有歧管的用于货轮甲板的标准海运集装箱或类似船运容器中。

[0057] 已经测量到本发明的罐100上的压降非常低，大约小于0.125英寸水柱(0.03kPa)。

[0058] 在使用中，一个或多个罐100各自连接到待处理的蒸汽流线。如前所述，本发明的罐100可垂直或水平安装。外壳2的底侧上的排水管12用于去除水冷凝，并且无论罐100的取向如何，只要排水管12定位得低，就可以使用排水管12。虽然本发明的罐100不受湿气的影响，但优选偶尔排出。通过检测罐100的出口6，10处的任何一种有毒气体来检测吸附剂床32吸收有害气体的饱和度，以表明特定单元已耗尽。可以使用任意的气体检测装置在出口进行这种检测并且是本领域技术人员公知的并且包括在本发明的范围内。在罐与另一个单元交换时，废罐再生以备将来使用。如早期所述，本方法包括颗粒吸附剂介质的再生，而不是在现有技术吸附剂介质或过滤方法中更常见的处理。

[0059] 进一步可选地，还可以将使用寿命终止(ESL)指示器添加到出口。ESL可以是出口处的化学传感器，电子或被动，报警或视觉类的，或者它可以是流速监测系统，例如热线或涡轮风速计，可用于监测流量以确认罐最大流量没有超过。当用作ESL指示器时，这种流量监测器指示是否确定了罐寿命的总体积限制。可选地，遥测系统可用于向中心位置报告ESL读数，这在本系统和设备用于远程位置的情况下是有益的。

[0060] 在可选实施例中，温度监测系统可以安装在罐内。由于一些称为吸收热的吸附剂可以产生热量，因此可以监测一些具有明显热吸收的吸附剂，如浸渍碳，使得它们不会超过温度阈值。

[0061] 在一个可选实施例中，压力传感器也可以包括在蒸汽端口6，10中的任一个或两个上，并且可以用于监测通过罐的压降增加，作为该单元是否由于任何原因开始堵塞的指示。压力传感器可以检测绝对压力或差压，可以是电子或模拟压力传感器，例如磁力计。压力传感器还可以用于监控密封单元中的泄漏，并且可以用于监控过压并用作流量限制器起到关闭作用。

[0062] 实施例：以下实施例仅用于说明，但决不是限制本发明的范围：

[0063] 出于以下示例的目的，气体重量计算确定如下：

[0064] mg/m3＝(ppm×克分子量)/(24.45)，

[0065] 其中24.45是1大气压和25℃空气中的摩尔体积。

[0066] 使用此计算：

[0067] ●700ppm H2(mg/M3)为(700x34)/(24.45)＝973.4mg/m3或0.97g/m3[0068] *5ppm苯(mg/M3)为(5x87)/(24.45)＝17.8mg/m3或0.0178g/m3

[0069] 例1：

[0070] ●1000立方米的5ppm BTEX产生少于1kg的BTEX(5ppm是基于通常测量的卡车中BTEX为2-5ppm的估计值)。

[0071] ●去除能力为1∶1，1kg吸附剂介质能够处理1000m3或30卡车的5ppm BTEX[0072] 例2：

[0073] 对于每个罐的总吸附剂床重量为35千克，吸附剂的容量为：

[0074] ●对于BTEX的1∶1容量，可以处理35kg BTEX或超过35000m3的含5ppm BTEX的流；

[0075] ●对于H2S的0.3∶1容量，可以处理1KG的H2S或含有约500ppm H2S的340m3的物流；

[0076] ●对于H2S的容量为0.3∶1的容量，可以处理0.5KG的H2S，或含有约500ppm的H2S的15000m3的流；

[0077] 例3：

[0078] 向本发明的单罐系统供给含有以下物质的物流：

[0079] ●4000ppm的总挥发性有机化合物；

[0080] ●5ppm的BTEX；

[0081] ●40ppm的H2S

[0082] 测量罐出口处的气体组成，发现其含有：

[0083] ●除去了总VOC的90-95％；

[0084] ●除去了所有BTEX；

[0085] ●除去所有H2S

[0086] 例4：

[0087] 以下提供在本发明的罐中处理的三个样品组合物的总结数据：

[0088]

[0089] 提供先前对所揭示实施例的描述是为了本领域技术人员能够制造或使用本发明。对于本领域技术人员来说，对这些实施例的各种修改是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，这里定义的一般原理可以应用于其他实施例。因此，本发明不限于这里所示的实施例，而是与权利要求一致的全部范围一致，其中以单数形式提及元件，例如除非特别说明，通过使用冠词“a”或“an”并非旨在表示“一个且仅一个”，而是“一个或多个”。贯穿本公开描述的各种实施例的元件的所有结构和功能等同物都是本领域普通技术人员已知的或后来为本领域技术人员所知的，并且旨在由权利要求的元件所涵盖。此外，无论在权利要求中是否明确地叙述了这样的公开内容，本文所公开的内容都不旨在致力于公众。除非使用短语“用于......的装置”或“用于步骤”明确地叙述该要素，否则不应根据
35USC112第六段的规定来解释要求要素。