Установка для высокотемпературной сепарации смеси газов и способ ее работы

Изобретение относится к тепломассообменным аппаратам, в которых пар барботируют через слой смеси газов с высоким содержанием углеводородов, полученной путем газификации нефти, отработанных масел или сырого газа, при этом смесь газов разделяют в дефлегматоре прямотоком по удельному весу и температуре конденсации.

Известна установка для высокотемпературной сепарация смеси газов, состоящая из вертикально ориентированного корпуса, в котором размещены блоки тепломассообменных элементов с внутренним пространством (1).

Известна ректификационная установка, выполненная из чередующихся по форме тарелок, уложенных в горизонтальном положении, патрубка для ввода смеси газов, патрубка для ввода пара, патрубка для вывода конденсата (2).

Однако данное устройство и способ не позволяют достичь высокой степени очистки тяжелых углеводородов (мазута, дегтя, смол и пр.), имеющих высокую температуру конденсации, от целевых компонент, т.к. температура точки росы потока смеси газов остается достаточно низкой.

Техническим результатом, получаемым при использовании предлагаемого изобретения, является повышение выхода углеводородов с высокой температурой конденсации.

Указанный технический результат достигается тем, что установка для высокотемпературной сепарации смеси газов состоит из вертикально ориентированного корпуса, в котором размещены блоки тепломассообменных элементов с внутренним пространством, выполненные из чередующихся по форме нижних и верхних тарелок, уложенных в горизонтальной плоскости, патрубка для ввода смеси газов, патрубка для ввода пара, патрубка для вывода конденсата, при этом каждый блок имеет вертикально ориентированный корпус, патрубки для ввода смеси газов, для вывода конденсата, установленные в нижней части вертикально ориентированного корпуса, патрубок для ввода пара, установленный в верхней части вертикально ориентированного корпуса, тарелки выполнены колпачковыми, колпаки расположены по обе стороны тарелки и образованы между обечайками, прикрепленными к тарелке на определенном расстоянии друг от друга и имеющими на свободных краях вырезы, а на участке прикрепления к поверхности тарелки - отверстия для вывода конденсата из-под колпачков, во внутреннем пространстве чередующихся по форме нижних и верхних колпачковых тарелок обечайки колпачковых тарелок также выполнены чередующимися между собой, при этом крайняя обечайка нижней колпачковой тарелки выполнена усеченной и располагается с одной стороны поверхности тарелки, а сама колпачковая тарелка имеет в середине отверстие и располагается в блоке, опираясь на нижнюю часть вертикально ориентированного корпуса крайней обечайкой.

Патрубок ввода смеси газов установлен под днищем вертикально ориентированного корпуса.

В способе работы установки, заключающемся в разделении многокомпонентных смесей газа в блоках тепломассообменных элементов за счет прямоточного массо- и теплообмена между паром и смесью газов, смесь газов вводят в каждый блок снизу и с температурой выше температуры пара, пар подают в каждую секцию, за счет регулировки подачи количества пара регулируют температуру в блоке, при которой газ необходимого фракционного состава конденсируется в жидкость и выводится наружу, в блоке парогазовая смесь проходит по траектории повторяющихся криволинейных каналов внутреннего пространства, образованного колпаками нижних и верхних колпачковых тарелок, от центра к краю и, поднимаясь, от края к центру, у края канала на нижнем участке подъема парогазовой смеси конденсат за счет центробежной силы устремляется к стенке секции и выводится наружу, а более легкие частицы парогазовой смеси движутся вверх и далее перемещаются от края к центру.

На фиг. 1 изображена установка для высокотемпературной сепарации смеси газов, общий вид.

На фиг. 2 изображена выноска I фиг. 1.

На фиг. 3 изображен разрез А-А фиг. 1.

На фиг. 4 изображен блок тепломассообменных элементов.

На фиг. 5 изображена нижняя колпачковая тарелка.

На фиг. 6 изображена верхняя колпачковая тарелка.

На фиг. 7 изображена схема движения парогазовой смеси.

Установка для высокотемпературной сепарация смеси газов состоит из дефлегматора 1. Дефлегматор 1 выполнен в секционном исполнении: из блока тепломассообменных элементов 2 и вертикально ориентированного корпуса 3, охватывающего блок. В блоке уложены в горизонтальном положении чередующиеся по форме колпачковые тарелки: нижняя 4 и верхняя 5. В вертикально ориентированном корпусе 3 установлены патрубок для подачи смеси газов 6, патрубок для подачи пара 7, патрубок для вывода конденсата 8. Патрубок для вывода конденсата 8 располагается в нижней части вертикально ориентированного корпуса 3, а патрубок для подачи смеси газов 6 - под днищем корпуса 3. Патрубок для подачи пара 7 установлен в верхней части вертикально ориентированного канала. На патрубке вывода конденсата 8 установлен термометр 9. Патрубки подачи пара 7 и вывода конденсата 8 оснащены кранами 10. Колпаки нижней и верхней колпачковых тарелок 4 и 5 выполнены по обе стороны тарелок 11. Колпаки образованы на тарелках 11 между обечайками 12, расположенными на определенном расстоянии друг от друга и имеющими на свободных краях вырезы 13, а на участке крепления к поверхности тарелки - отверстия 14 для вывода конденсата из колпачкового пространства. Во внутреннем пространстве чередующихся по форме нижних и верхних колпачковых тарелок 4 и 5 обечайки 12 нижних и верхних колпачковых тарелок 4 и 5 также выполнены чередующимися между собой. При этом крайняя обечайка 15 нижней колпачковой тарелки 4 выполнена усеченной и располагается с одной стороны поверхности тарелки 11, а сама нижняя колпачковая тарелка 4 имеет в середине отверстие 16 и располагается в блоке 2, опираясь на днище вертикально ориентированного корпуса 2 крайней обечайкой 15.

Установка для высокотемпературной сепарация смеси газов работает следующим образом. Смесь горячих газов, полученных при газификации нефти, отработанного масла, сырого газа, с температурой не ниже 550°С поступает в нижний блок 2 дефлегматора 1 через патрубок 6 для подачи смеси газов. На этот же участок через патрубок подачи пара 7 подается пар. Пар смешивается с газом. Образуется парогазовая смесь. Парогазовая смесь проходит по траектории повторяющихся криволинейных каналов внутреннего пространства, образованного колпаками нижних 4 и верхних 5 колпачковых тарелок, от центра к краю и, поднимаясь, от края к центру. У края канала на нижнем участке подъема парогазовой смеси конденсат за счет центробежной силы устремляется к стенке вертикально ориентированного корпуса 3 и выводится наружу через патрубок вывода конденсата, а более легкие частицы парогазовой смеси движутся вверх и далее перемещаются от края к центру. Определенные фракции углеводородов конденсируются при определенной температуре. К примеру, мазут начинает конденсироваться от 530°С и ниже. В этом случае, увеличивая подачу пара, мы уменьшаем температуру конденсата. Доведя, к примеру, показатели температуры на термометре до 500°С, мы открываем кран и сливаем мазут. Проходя через лабиринт колпачковых тарелок 4 и 5, парогазовая смесь переходит в следующий блок 2, расположенный выше. Подавая пар снизу на участок расположения патрубка 6 для ввода парогазовой смеси блока 2, располагаемого выше, мы уменьшаем температуру конденсации пара в этом блоке. К примеру, температура конденсации дизельного топлива 360°С и ниже. Регулируя количество подаваемого пара, мы уменьшаем показатель температуры на термометре до 320°С, открываем кран и сливаем дизельное топливо. И так далее.

Источники информации

1 Патент RU 2576300 С1. Приоритет от 26.12.2014 г.

2. Политехнический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1989, с. 452.