Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИСПАРЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ И СПОСОБ ПОДАЧИ ГОРЯЧЕЙ СТРУИ В РЕКТИФИКАЦИОННЫЕ КОЛОННЫ

Изобретение относится к способам испарения многокомпонентных смесей и способам подачи горячей струи в ректификационные колонны и может быть использовано на выпарных и ректификационных установках химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Известен способ испарения многокомпонентных смесей, в котором смесь нагревают при повышенном давлении, а затем при ступенчатом или постепенном снижении давления часть смеси испаряется. Различают однократное, многократное и постепенное испарение. При однократном испарении пар и жидкость приходят в равновесие при конечном давлении, и затем пар отделяется oт жидкости. При многократном испарении осуществляется процесс однократного испарения в несколько стадий со снижением давления в каждой последующей стадии. Пары, полученные на каждой стадии, обычно выводятся отдельно и далее могут смешиваться. Как процесс многократного испарения можно рассматривать и процесс испарения с подачей инертного компонента, например, водяного пара. Инертный компонент снижает парциальное давление паров смеси, и если часть жидкости испарятся до вступления в контакт с инертным компонентом, а часть после, то фактически получается двухкратное испарение. При постепенном испарении давление снижается постепенно, а получающиеся пары сразу отводятся и не участвуют в тепломассобмене с жидкостью (Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа. Часть первая. Изд. третье, перераб. и доп. М.: Химия, 1972. 360 с.).

Процессы однократного, многократного и постепенного испарения хорошо изучены. Известно, что наиболее высокая доля отгона достигается при однократном испарении, наиболее низкая доля отгона - при постепенном испарении, а при многократном испарении доля отгона имеет промежуточное значение. При существующих способах испарения теоретически невозможно получить долю отгона выше, чем при однократном испарении. В реальных аппаратах, особенно в аппаратах непрерывного действия, не достигается равновесие между жидкостью и паром, и даже при однократном испарении доля отгона ниже теоретической.

Для создания парового потока в ректификационной колонне часто используют горячую струю, то есть нагретую многокомпонентную смесь подают в секцию питания колонны, где за счет снижения давления происходит ее частичное испарение. Для снижения парциального давления и создания парового потока ниже секции питания в низ колонны может подаваться инертный теплоноситель, например, водяной пар (Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа. Часть первая. Изд. третье, перераб. и доп. М.: Химия, 1972. 360 с.).

При таком способе подачи горячей струи частичное испарение жидкости начинается уже в трубах печи и подводящем трубопроводе. При вводе в секцию питания ректификационной колонны пары отделяются и практически не взаимодействуют с жидкостью, поступающей на тарелку питания. Далее, на тарелке питания, происходит дальнейшее испарение жидкости. Если в низ колонны подается инертный компонент, то он снижает парциальное давление и процесс испарения на тарелке питания идет интенсивно. Таким образом, происходит процесс, близкий к двухкратному испарению, и доля отгона существенно ниже величины, соответствующей однократному испарению.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ испарения многокомпонентных смесей, в котором смесь нагревают при повышенном давлении, а затем производят трехкратное испарение при снижении давления, полученные пары смешивают и выводят из системы, а жидкость выводят после третьей стадии испарения. (Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа. Часть первая. Изд. третье, перераб. и доп. М.: Химия, 1972. 360 с.).

Другим близким аналогом (прототипом) является способ подачи горячей струи в ректификационные колонны, включающий подачу нагретой при высоком давлении многокомпонентной смеси в секцию питания колонны (Патент РФ №2394064 «Способ перегонки нефти», опубл. 10.07.2010, бюл. №19).

Недостатком указанных прототипов является низкая доля отгона, которая существенно ниже величины, соответствующей однократному испарению. Это приводит к снижению производительности и повышению энергозатрат.

Задачей изобретения является повышение доли отгона и, соответственно, увеличение производительности и снижение энергозатрат.

Технический результат достигается тем, что в известном способе испарения многокомпонентных смесей, в котором смесь нагревают при повышенном давлении, а затем производят трехкратное испарение при снижении давления, полученные пары смешивают и выводят из системы, а жидкость выводят после третьей стадии испарения, согласно изобретению, сначала производят испарение в две стадии со ступенчатым снижением давления, затем на третьей стадии производят испарение за счет смешения паров, полученных на первой стадии, и жидкости, полученной на второй стадии, а полученные на третьей стадии пары возвращают на вторую стадию, где они взаимодействуют с жидкостью и выводятся из системы.

Технический результат достигается также тем, что в способе испарения многокомпонентных смесей на третью стадию, согласно изобретению, подают инертный компонент.

Технический результат достигается также тем, что в известном способе подачи горячей струи в ректификационную колонну, включающем подачу нагретой при высоком давлении многокомпонентной смеси в секцию питания колонны, согласно изобретению, нагретая смесь сначала подается в газосепаратор, затем жидкость из газосепаратора подается на тарелку питания, а пар из газосепаратора подается на тарелку, расположенную ниже тарелки питания.

В предлагаемом способе испарения многокомпонентных смесей, пары многокомпонентной смеси, полученные при снижении давления на первой стадии, содержат сравнительно большую долю низкокипящих компонентов и имеют температуру, более высокую, чем на последующих стадиях. При смешении этих паров и жидкости, полученной на второй стадии, на третьей стадии происходит испарение части жидкости, причем происходит небольшое увеличение доли низкокипящих композитов в жидкости и пар обогащается компонентами с более высокой температурой кипения. В случае подачи инертного компонента доля отгона на третьей стадии может существенно увеличиться. На вторую стадию поступает жидкость после первой стадии, и возвращаются пары с третьей стадии, которые содержат практически все низкокипящие компоненты и обогащены компонентами с более высокой температурой кипения, причем количество пара больше, чем после первой стадии. При взаимодействии жидкости и пара на второй стадии не только восстанавливается состояние, соответствующее однократному испарению, но и достигается доля отгона, большая, чем при однократном испарении. Увеличение доли отгона позволяет повысить производительность и (или) снизить энергозатраты на нагрев смеси с достижением несколько меньшей доли отгона.

В предлагаемом способе подачи горячей струи в ректификационную колонну используется предложенный способ испарения многокомпонентных смесей. Первая стадия осуществляется в газосепараторе, вторая стадия на тарелке питания колонны, а третья стадия на одной или нескольких тарелках ниже тарелки питания. Одной из причин снижения доли отгона в существующих способах подачи горячей струи является то, что значительная часть пара выделяется в подводящем трубопроводе, он отделяется в секции питания колонны и практически не взаимодействует с жидкостью. В предлагаемом способе пар отделяется в газосепараторе, и затем повторно взаимодействует с жидкостью. Доля пара, выделяющегося на участке трубопровода между газосепаратором и секцией питания, невелика, и влияние этого эффекта на снижение доли отгона мало. На тарелках, расположенных ниже тарелки питания, за счет подачи пара из газосепаратора происходит дополнительное испарение жидкости, и доля отгона увеличивается. Причем в секции питания может достигаться доля отгона, большая, чем доля отгона, соответствующая однократному испарению. Увеличение доли отгона повышает производительность и позволяет достичь требуемой доли отгона при меньших энергетических затратах. Возможно также уменьшение расхода инертного компонента, что также положительно влияет на работу ректификационных колонн.

На фиг. 1 приведена схема установки, позволяющая осуществить способ испарения многокомпонентных смесей.

На фиг. 2 приведена схема установки, позволяющая осуществить способ подачи горячей струи в ректификационную колонну.

Нагретая многокомпонентная смесь подается в аппарат 1, где за счет снижения давления происходит частичное испарение жидкости. Жидкость из аппарата 1 поступает в аппарат 2, где за счет снижения давления происходит вторая стадия испарения жидкости. Жидкость из аппарата 2 поступает в аппарат 3. В аппарат 3 поступает пар из аппарата 1. В аппарат 3 может также подаваться инертный компонент 4. Жидкость из аппарата 3 выводится из системы, а пар из аппарата 3 поступает в аппарат 2. После взаимодействия с жидкостью пар из аппарата 2 выводится из системы.

Пар из аппарата 1 содержит относительно большое количество низкокипящих компонентов и имеет температуру, большую, чем в аппарате 3. При взаимодействии пара и жидкости в аппарате 3 происходит дополнительное испарение жидкости и из аппарата 3 в аппарат 2 поступает паров больше, чем испарилось в аппарате 1. В аппарате 2 взаимодействуют жидкость из аппарата 1 и пар из аппарата 3, который практически представляет собой смесь паров из аппарата 1 и паров, дополнительно испарившихся в аппарате 3. При таком взаимодействии жидкости и пара достижима доля отгона, которая больше, чем доля отгона, соответствующая однократному испарению жидкости. Увеличение доли отгона позволяет повысить производительность и (или) снизить энергозатраты на нагрев смеси с достижением несколько меньшей доли отгона.

Способ подачи горячей струи в ректификационную колонну реализуется следующим образом. Нагретая многокомпонентная смесь подается в газосепаратор 5, где за счет снижения давления происходит частичное испарение жидкости. Жидкость из газосепаратора 5 поступает в ректификационную колонну 6, на тарелку питания 7. Пар из газосепаратора 5 поступает в ректификационную колонну 6, на тарелку 8, расположенную ниже тарелки питания 7. В кубовую часть колонны 6 может подаваться инертный компонент 4. На тарелке 8, расположенной ниже тарелки питания 7, и на самой тарелке питания, за счет подачи пара из газосепаратора происходит дополнительное испарение жидкости, и доля отгона увеличивается. Причем в секции питания может достигаться доля отгона, большая, чем доля отгона, соответствующая однократному испарению. Увеличение доли отгона повышает производительность и позволяет достичь требуемой доли отгона при меньших энергетических затратах.