Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СОЗДАНИЯ ВАКУУМА В РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЕ НАСОСНО-ЭЖЕКТОРНОЙ УСТАНОВКОЙ

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может использоваться преимущественно для ректификации нефтяного сырья, в том числе и мазута.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ создания вакуума в ректификационной колонне, включающий подачу нефтяного сырья в вакуумную ректификационную колонну и откачку из нее парогазовой фазы насосно-эжекторной установкой, включающей, по крайней мере, жидкостно-газовый струйный аппарат, насос и сепаратор, при этом жидкую рабочую среду подают из сепаратора насосом в жидкостной вход жидкостно-газового струйного аппарата, откачивают через газовый вход жидкостно-газового струйного аппарата парогазовую фазу из вакуумной ректификационной колонны с частичной конденсацией и сжатием парогазовой фазы в процессе смешения ее с жидкой рабочей средой и полученную в жидкостно-газовом струйном аппарате газожидкостную смесь подают в сепаратор, где от жидкой рабочей среды и конденсата парогазовой фазы отделяют сжатый газ, который из сепаратора подают потребителю (см. патент RU 2050168 С1, В 01 D 3/10, 20.12.1995).

Однако данный способ не позволяет эффективно использовать энергию жидкой рабочей среды для создания вакуума, что связано с тем, что технические параметры вакуумной ректификационной колонны и насосно-эжекторной установки во многом взаимосвязаны и должны рассматриваться в комплексе. Для достижения максимально возможной эффективности работы системы, состоящей из вакуумной ректификационной колонны и насосно-эжекторной установки, необходимо подобрать такую совокупность характеристик, при которой были бы минимальными непроизводительные потери энергии, затраченной на достижение необходимых режимов работы при минимальном отрицательном воздействии на окружающую среду.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности способа создания вакуума в ректификационной колонне с помощью насосно-эжекторной установки при минимальном отрицательном воздействии на окружающую среду.

Указанная задача решается за счет того, что способ создания вакуума в ректификационной колонне насосно-эжекторной установкой включает подачу нефтяного сырья в вакуумную ректификационную колонну и откачку из нее парогазовой фазы насосно-эжекторной установкой, включающей, по крайней мере, жидкостно-газовый струйный аппарат, насос и сепаратор, при этом жидкую рабочую среду подают из сепаратора насосом в жидкостной вход жидкостно-газового струйного аппарата, откачивают через газовый вход жидкостно-газового струйного аппарата парогазовую фазу из вакуумной ректификационной колонны с частичной конденсацией и сжатием парогазовой фазы в процессе смешения ее с жидкой рабочей средой и полученную в жидкостно-газовом струйном аппарате газожидкостную смесь подают в сепаратор, где от жидкой рабочей среды и конденсата парогазовой фазы отделяют сжатый газ, который из сепаратора подают потребителю, при этом в качестве жидкой рабочей среды используют углеводородосодержащую среду, которую подают в струйный аппарат под давлением от 2,0 до 10,0 МПа, парогазовую фазу подают в жидкостно-газовый струйный аппарат при температуре от 15 до 200^oС и сжимают ее в насосно-эжекторной установке от давления, находящегося в диапазоне 0,0007-0,02 МПа, до давления, находящегося в диапазоне 0,03-0,14 МПа, при этом в процессе откачки в насосно-эжекторную установку подают свежую жидкую рабочую среду и из насосно-эжекторной установки отводят отработавшую жидкую рабочую среду в количестве не более 60% от расхода жидкой рабочей среды, подаваемой насосом насосно-эжекторной установки в жидкостной вход жидкостно-газового струйного аппарата.

При реализации описываемого способа создания вакуума необходимо связать между собой несколько параметров, каждый из которых оказывает свое влияние на режим работы как насосно-эжекторной установки, так и ректификационной колонны. При этом необходимо принимать во внимание, что данные параметры в зависимости от внешних условий могут колебаться в значительных пределах, в связи с чем необходимо выявить такие диапазоны возможных колебаний этих параметров, при которых можно было бы получить максимально возможную эффективность предложенного способа создания вакуума.

Известно, что увеличение давления подачи жидкой рабочей среды в сопло жидкостно-газового струйного аппарата увеличивает скорость ее истечения из сопла и, как следствие, повышает производительность струйного аппарата, однако при этом возрастают необратимые потери энергии на трение, на внезапное расширение и ряд других потерь энергии. Затраты энергии на достижение более высокого давления растут быстрее, чем достигаемое увеличение производительности и не приводят к пропорциональному изменению глубины создаваемого вакуума в ректификационной колонне. В ходе проведенных экспериментальных исследований было показано, что подача жидкой рабочей среды в сопло жидкостно-газового струйного аппарата под давлением менее 2,0 МПа не позволяет достигнуть необходимой глубины вакуума в ректификационной колонне при заданной производительности по откачиваемому парогазу и при налагаемых ограничениях на массогабаритные характеристики насосно-эжекторной установки и взаимосвязанных с ними режимных ограничениях (например, по расходу жидкой рабочей среды). В то же время установлено, что повышение давления жидкой рабочей среды выше 10,0 МПа в конечном итоге приводит к снижению КПД насосно-эжекторной установки, что делает не привлекательным использование данного способа в сравнении с известными способами создания вакуума.

Величина температуры откачиваемой парогазовой фазы оказывает влияние на расход откачиваемого из ректификационной колонны потока и на процесс конденсации части парогазовой фазы в проточной части струйного аппарата, что непосредственно влияет на энергетические характеристики. Было установлено, что парогазовую фазу можно подавать в жидкостно-газовый струйный аппарат при температуре от 15 до 200^oС. Уменьшение температуры ниже 15^oС уже не приводит к уменьшению нагрузки на жидкостно-газовый струйный аппарат при том же режиме работы колонны, но при этом значительно возрастают затраты энергии на охлаждение парогазового потока в предварительном конденсаторе, что приводит к уменьшению эффективности работы системы в целом. При повышении температуры более 200^oС содержащийся в парогазовой фазе пар не успевает сконденсироваться в проточной части струйного аппарата, что увеличивает нагрузку на насосно-эжекторную установку по откачиваемому компоненту и приводит к необходимости увеличения энергозатрат.

Давление парогазового потока на входе в жидкостно-газовый струйный аппарат, которое определяет давление на верху ректификационной колонны, является одной из основополагающих величин, определяющих эффективность работы системы ректификационная колонна - насосно-эжекторная установка. Уменьшение величины давления всасывания приводит с одной стороны к уменьшению КПД насосно-эжекторной установки из-за увеличения необходимой степени сжатия парогазовой смеси, а с другой - к увеличению глубины отбора светлых компонентов и улучшению качества получаемых продуктов перегонки. В процессе экспериментов было установлено, что для рассматриваемой системы оптимальным давлением со стороны газового входа жидкостно-газового струйного аппарата является давление в диапазоне от 0,0007 МПа до 0,02 МПа. Уменьшение величины давления ниже указанной приводит к неоправданно высоким энергозатратам на работу насосно-эжекторной установки при слабом изменении качества работы колонны, а увеличение давления выше 0,02 МПа - не позволяет получить качество продуктов перегонки, которое удовлетворяет требованиям, действующим в нефтепереработке.

Важным техническим параметром, влияющим на режим работы и энергетические характеристики насосно-эжекторной установки, является давление, до которого сжимается парогазовая смесь в жидкостно-газовом струйном аппарате. Под режимом работы здесь понимается структура течения двухфазного потока в проточной части струйного аппарата. Проведенные исследования показали, что нецелесообразно уменьшать величину давления сжатия ниже 0,03 МПа, так как это может привести к возрастанию режимов "пробивания" жидкостной струей камеры смешения жидкостно-газового струйного аппарата и, как следствие, к скачкообразному уменьшению КПД и срыву работы струйного аппарата. Кроме того, неэффективно увеличивать давление сжатия выше 0,14 МПа, так как это приводит к уменьшению КПД струйного аппарата из-за увеличения степени сжатия. В случае необходимости получить более высокое значение давления целесообразным становится установка дополнительных дожимных устройств, например водокольцевых насосов или струйных компрессоров.

Кроме указанных выше параметров на режим работы насосно-эжекторной установки оказывает влияние количество откачиваемого парогазового потока, растворенного в жидкой рабочей среде. Чем меньше газа растворено в жидкой рабочей среде, тем больше газа абсорбирует жидкая рабочая среда в процессе его откачки струйным аппаратом и тем больше будет производительность струйного аппарата. Однако нецелесообразна подача одной "свежей", т.е. не участвовавшей в процессе откачки, жидкой рабочей среды в сопло струйного аппарата, поскольку это накладывает значительные ограничения на диапазон производительности, в котором могут работать установки, реализующие описываемый способ создания вакуума. Речь идет о том, что в этом случае работа установки по созданию и поддержанию вакуума будет полностью зависеть от того, есть или нет в наличии "свежая" жидкая рабочая среда. Было установлено, что нецелесообразно направлять, а соответственно и отводить из насосно-эжекторной установки более 60% жидкой рабочей среды, принимая за 100% расход жидкой рабочей среды, подаваемой насосом насосно-эжекторной установки.

Таким образом, достигнуто выполнение поставленной в изобретении задачи - повышение эффективности способа создания вакуума в ректификационной колонне насосно-эжекторной установкой при минимальном отрицательном воздействии на окружающую среду.

На чертеже представлена установка для реализации описываемого способа создания вакуума в ректификационной колонне насосно-эжекторной установкой.

Установка содержит вакуумную ректификационную колонну 1 и насосно-эжекторную установку, включающую жидкостно-газовый струйный аппарат 2, сепаратор 3 и насос 4. Жидкостно-газовый струйный аппарат 2 жидкостным входом подключен к нагнетательной стороне насоса 4, газовым входом - к вакуумной ректификационной колонне 1 и выходом - к сепаратору 3, а последний выходом из него жидкой среды подключен к всасывающей стороне насоса 4. Сепаратор 3 снабжен магистралью 5 отвода сжатого газа потребителю и магистралью 6 отвода жидкой рабочей среды из контура ее циркуляции. Таким образом сформирован контур циркуляции жидкой рабочей среды: насос 4 - жидкостно-газовый струйный аппарат 2 - сепаратор 3 - насос 4. Выход дистиллята 7 или один из выходов дистиллята вакуумной ректификационной колонны 1 подключен к контуру циркуляции жидкой рабочей среды.

Нефтяное сырье, например мазут, по магистрали 9 поступает в вакуумную ректификационную колонну 1, где сырье разделяется на жидкую фракцию и парогазовую фазу. Парогазовая фаза в процессе взаимодействия с жидким орошением, поступающим по магистрали 14 через холодильник 11 в вакуумную ректификационную колонну 1, разделяется, по меньшей мере, на одну жидкую фракцию - дистиллят, которая отводится из вакуумной ректификационной колонны 1 через выход дистиллята 7, и на парогазовую фазу, которая откачивается с верха ректификационной колонны 1 жидкостно-газовым струйным аппаратом 2. При этом жидкую рабочую среду подают из сепаратора 3 насосом 4 в жидкостной вход жидкостно-газового струйного аппарата 2, последним через его газовый вход откачивают парогазовую фазу из вакуумной ректификационной колонны 1 с частичной конденсацией и сжатием парогазовой фазы в процессе смешения ее с жидкой рабочей средой в жидкостно-газовом струйном аппарате 2. Полученную в жидкостно-газовом струйном аппарате 2 газожидкостную смесь подают в сепаратор 3, где от жидкой рабочей среды и конденсата парогазовой фазы отделяют сжатый газ, который из сепаратора 3 по магистрали 5 подают потребителю. В качестве жидкой рабочей среды используют углеводородосодержащую среду, например дистиллят или один из дистиллятов вакуумной ректификационной колонны 1, которую подают в жидкостно-газовый струйный аппарат 2 под давлением от 2,0 до 10,0 МПа, парогазовую фазу подают в жидкостно-газовый струйный аппарат 2 при температуре от 15 до 200^oС и сжимают в жидкостно-газовом струйном аппарате 2 от давления, находящегося в диапазоне 0,0007-0,02 МПа, до давления, находящегося в диапазоне 0,03-0,14 МПа. При этом в процессе откачки в насосно-эжекторную установку из магистрали 7 подают "свежую" жидкую рабочую среду - дистиллят вакуумной ректификационной колонны 1, а из насосно-эжекторной установки по магистрали 6 отводят отработавшую жидкую рабочую среду в количестве не более 60% от расхода жидкой рабочей среды, подаваемой насосом 4 насосно-эжекторной установки в жидкостной вход жидкостно-газового струйного аппарата 2. Необходимую температуру парогазовой фазы на входе в жидкостно-газовый струйный аппарат обеспечивают как за счет изменения температуры орошения с помощью холодильника 11, так и за счет конденсатора парогазовой фазы 12, установленного на магистрали, соединяющей вакуумную ректификационную колонну 1 с газовым входом жидкостно-газового струйного аппарата 2. В процессе работы жидкая рабочая среда нагревается, что требует отвода от нее излишка тепла. Для этих целей устанавливают теплообменник 8 в контуре циркуляции жидкой рабочей среды. При необходимости возможна подача "свежей" жидкой рабочей среды в установку от внешнего источника (например, от атмосферной ректификационной колонны) по магистрали 10, подключенной к контуру циркуляции жидкой рабочей среды, и отвод по магистрали 13 жидкости, отличной от жидкой рабочей среды (например, воды), образовавшейся в процессе конденсации парогазовой фазы.

Настоящее изобретение может быть использовано в нефтеперерабатывающей или нефтехимической промышленности при перегонке различного нефтяного продукта или химического сырья под вакуумом.