СПОСОБ РАБОТЫ НАСОСНО-ЭЖЕКТОРНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЕРЕГОНКИ ЖИДКОГО ПРОДУКТА (54) Российский патент 1998 года по МПК F04F5/54 

Изобретение относится к струйной технике, преимущественно к установкам для создания вакуума в ректификационных колоннах для перегонки различных разделяемых жидких продуктов.

Известен способ работы насосно-эжекторной установки для создания вакуума при перегонке нефти, включающий подачу разделяемого жидкого продукта в ректификационную вакуумную колонну, разделение его на парогазовую и по меньшей мере одну жидкую фракцию, подачу насосом жидкой рабочей среды в сопло жидкостно-газового струйного аппарата, откачку парогазовой фазы жидкостно-газовым струйным аппаратом, смешение в последнем парогазовой фазы с жидкой рабочей средой и конденсацией в последней легкоконденсируемых компонентов и отделение в сепараторе жидкой среды от газообразной [1].

Однако в данном способе работы насосно-эжекторной установки для обеспечения работы струйного аппарата требуется постоянная подача воды насосом в сопло струйного аппарата с последующим отводом воды после сепаратора, что делает данный способ работы энергетически емким.

Известен и другой способ работы насосно-эжекторной установки для перегонки жидкого продукта, включающий подачу разделяемого жидкого продукта в ректификационную вакуумную колонну, разделение его на парогазовую фазу и по меньшей мере одну жидкую фракцию, подачу насосом жидкой рабочей среды в сопло жидкостно-газового струйного аппарата, откачку парогазовой фазы жидкостно-газовым струйным аппаратом, смешение в последнем парогазовой фазы с жидкой рабочей средой с одновременным сжатием парогазовой фазы и образованием парогазожидкостной смеси и разделение в сепараторе смеси сред на жидкую среду и сжатую газообразную составляющую [2].

В данном способе работы насосно-эжекторной установки достигается возможность откачивать парогазовую фазу из ректификационной колонны с помощью жидкостно-газового струйного аппарата, однако при данном способе работы трудно организовать процесс откачки парогазовой фазы, чтобы обеспечить сразу два условия: эффективную откачку парогазовой фазы и одновременно достаточно полную конденсацию легкоконденсируемых компонентов парогазовой фазы с соответствующим увеличением выхода легкой фракции в качестве продукции вакуумной ректификационной колонны, что связано с тем, что не оптимизированы между собой давление в вакуумной ректификационной колонне, давление в сепараторе и давление насыщенных паров жидкой рабочей среды, которую подают в сопло жидкостно-газового струйного аппарата.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является оптимизация работы насосно-эжекторной установки для перегонки жидкого продукта путем установления соотношения между давлением в ректификационной колонне, давлением в сепараторе и давлением насыщенных паров жидкой рабочей среды насосно-эжекторной установки.

Указанная выше задача решается за счет того, что в способе работы насосно-эжекторной установки для перегонки жидкого продукта, включающем подачу разделяемого жидкого продукта в ректификационную вакуумную колонну, разделение его на парогазовую фазу и по меньшей мере одну жидкую фракцию, подачу насосом жидкой рабочей среды в сопло жидкостно-газового струйного аппарата, откачку парогазовой фазы жидкостно-газовым струйным аппаратом, смешение в последнем парогазовой фазы с жидкой рабочей средой с одновременным сжатием парогазовой фазы и образованием парогазожидкостной смеси и разделение в сепараторе смеси сред на жидкую среду и сжатую газообразную составляющую, в качестве жидкой рабочей среды в сопло жидкостно-газового струйного аппарата подают жидкую рабочую среду с давлением насыщенных паров не ниже давления в вакуумной ректификационной колонне, в верхней ее части, в сепараторе поддерживают давление, составляющее от 1,1 до 160 давлений парогазовой фазы ректификационной колонны на входе ее в жидкостно-газовый струйный аппарат, а после смешения парогазовой фазы и жидкой рабочей среды, до подачи этой смеси сред в сепаратор, но после выхода смеси из жидкостно-газового струйного аппарата, организуют процесс конденсации в жидкой рабочей среде легкоконденсируемых компонентов парогазовой фазы с формированием газожидкостной смеси, которую затем в сепараторе разделяют на сжатую газообразную составляющую и жидкую среду с отводом последней в качестве жидкой рабочей среды.

В данном способе возможно изменять состав рабочей среды для жидкостно-газового струйного аппарата непосредственно в насосно-эжекторной установке в зависимости от того, какая среда поступает в вакуумную ректификационную колонну на разделение.

После смешения парогазовой фазы и жидкой рабочей среды возможна подача в полученную смесь сред под напором жидкой фракции ректификационной колонны с понижением за счет этого давления на выходе из жидкостно-газового струйного аппарата, а в процессе смешения с жидкой фракцией возможна организация конденсации в последней и в жидкой рабочей среде легкоконденсируемых компонентов парогазовой фазы с формированием газожидкостного потока, который подают в конденсатор и далее в сепаратор с последующим разделением смеси в сепараторе на сжатую газообразную составляющую и жидкую среду с отводом последней из сепаратора в качестве жидкой рабочей среды на вход насоса.

Кроме того, возможна подача в жидкую среду под напором жидкой фракции с передачей жидкой среде части кинетической энергии жидкой фракции и формированием, за счет смешения указанных выше жидких сред, жидкой рабочей среды, которую подают на вход насоса.

Как показали проведенные исследования, существенное значение имеет соотношение давления насыщенных паров жидкой рабочей среды и давления в ректификационной колонне, точнее в верхней ее части, откуда парогазовая фаза поступает в жидкостно-газовый струйный аппарат. По существу давление насыщенных паров жидкой рабочей среды определяет требование к жидкой рабочей среде по ее плотности, рабочей температуре в момент откачки парогазовой фазы и, отчасти, по ее химической стойкости к разрушению при заданных условиях работы. Поддерживание условий и выбор жидкой рабочей среды, при которых давление насыщенных паров не ниже давления в верхней части ректификационной колонны, позволяет добиться максимально приближенной к расчетной производительности жидкостно-газового струйного аппарата по откачке парогазовой фазы ректификационной колонны. Одновременно давление в ректификационной колонне, а более точно, величина давления парогазовой фазы на входе ее в жидкостно-газовый аппарат оказывает существенное влияние на качество процесса разделения сред в сепараторе и, как следствие этого, на эффективность и экономичность работы всей насосно-эжекторной установки, поскольку от того, как удастся провести процесс разделения газожидкостной смеси в сепараторе, зависит эффективность работы жидкостно-газового струйного аппарата по откачке парогазовой фазы, а также зависит, в какой степени будет необходимо обновлять жидкую рабочую среду при работе насосно-эжекторной установки. Удалось установить, что если поддерживать в сепараторе давление, составляющее от 1,1 до 160 давлений парогазовой фазы ректификационной колонны на входе ее в жидкостно-газовый струйный аппарат, можно добиться режима работы насосно-эжекторной установки, когда практически не потребуется обновлять жидкую рабочую среду в ходе работы насосно-эжекторной установки. Это достигается за счет эффективного обезгаживания жидкой среды в сепараторе, причем в сепараторе одновременно созданы условия за счет описанного выше подбора, когда не наблюдается ни вскипания жидкой среды в сепараторе, ни изменения ее физико-химических характеристик, т. е. достигается возможность подавать в сопло жидкостно-газового струйного аппарата жидкую рабочую среду со строго заданными физико-химическими характеристиками.

Одновременно описываемый способ работы насосно-эжекторной установки позволяет также организовать такой режим работы, когда можно поддерживать автоматически требуемое соотношение описанных выше давлений независимо от изменения физико-химического состава подаваемого в ректификационную колонну жидкого продукта. Достигается это за счет того, что в контур циркуляции жидкой рабочей среды подают под напором жидкую фракцию ректификационной колонны, которая всегда имеет давление насыщенных паров выше, чем давление в верхней части ректификационной колонны. В зависимости от технологических условий возможны два варианта подвода жидкой фракции. Первый вариант предусматривает подвод жидкой фракции в контур циркуляции после выхода смеси сред из жидкостно-газового струйного аппарата, а второй вариант предусматривает подвод жидкой фракции со стороны входа жидкой рабочей среды в насос. Оба варианта позволяют автоматически корректировать состав жидкой рабочей среды в зависимости от изменения состава подаваемого в ректификационную колонну жидкого продукта.

Таким образом, достигается возможность выполнения поставленной задачи - оптимизация режима работы насосно-эжекторной установки для перегонки жидкого продукта.

На чертеже представлена схема насосно-эжекторной установки в которой реализован описываемый способ ее работы.

Насосно-эжекторная установка содержит вакуумную ректификационную колонну 1, жидкостно-газовый струйный аппарат 2, сепаратор 3, насос 4 и механический вакуумный насос 5. Жидкостно-газовый струйный аппарат 2 газовым входом подключен к магистрали 6 отвода парогазовой фазы и жидкостным входом к выходу насоса 4. В зависимости от варианта эксплуатации установка содержит конденсатор 7 и, если это требуется, струйный насос 8 или струйный насос 9 или и тот, и другой вместе. Конденсатор 7 целесообразно устанавливать между выходом из жидкостно-газового струйного аппарата 2 и сепаратором 3, а струйный насос 8 может быть установлен со стороны выхода из жидкостно-газового струйного аппарата 2, при этом его сопло подключено к магистрали 10 отвода жидкой фракции ректификационной колонны 1, вход перекачиваемой среды подключен к выходу струйного аппарата 2, и выход струйного насоса 8 подключен к конденсатору 7. В другом варианте установлен струйный насос 9, у которого сопло подключено к магистрали 10 отвода жидкой фракции ректификационной колонны 1, вход перекачиваемой среды подключен к сепаратору 3, и выход подключен к входу в насос 4.

Предлагаемый способ работы насосно-эжекторной установки для перегонки жидкого продукта реализуется следующим образом.

В вакуумную ректификационную колонну 1 подают жидкий продукт, который в колонне 1 разделяется на парогазовую фазу и по меньшей мере одну жидкую фракцию. Насос 4 подает под напором жидкую рабочую среду в сопло жидкостно-газового струйного аппарата 2, где, истекая из сопла, жидкая рабочая среда откачивает из ректификационной колонны 1 через магистраль 6 отвода парогазовую фазу. В жидкостно-газовом струйном аппарате 2 в результате смешения парогазовой фазы и жидкой рабочей смеси образуется парогазожидкостная смесь с одновременным сжатием, за счет частичного преобразования кинетической энергии жидкой рабочей среды в потенциальную энергию, газообразной составляющей смеси. Из струйного аппарата 2 парогазожидкостная смесь поступает в конденсатор 7, где за счет подбора условий, например температуры, организуют конденсацию компонентов смеси, парциальное давление насыщенных паров которых выше давления в ректификационной колонне, а более точно в верхней ее части. Из конденсатора 7 полученная в нем газожидкостная смесь поступает в сепаратор 3, где газожидкостная смесь разделяется на сжатую газообразную составляющую - сжатый газ и жидкую среду. Жидкая среда из сепаратора 3 поступает на вход насоса 4 в качестве жидкой рабочей среды, которую насос 4 подает под напором в сопло жидкостно-газового струйного аппарата 2. С помощью механического вакуумного насоса 5, например, с помощью жидкостно-кольцевого насоса из сепаратора 3 откачивается сжатый газ, при этом в сепараторе 3 поддерживается давление, составляющее от 1,1 до 160 давлений парогазовой фазы ректификационной колонны 1 на входе ее в жидкостно-газовый струйный аппарат 2.

Если по каким-либо условиям в ректификационную колонну 1 подается на ректификацию жидкий продукт различного состава, в процессе разделения исходного жидкого продукта могут быть получены парогазовая фаза и жидкая фракция с отличными от первоначального состояния физико-химическими свойствами. Как следствие, необходимо корректировать состав жидкой рабочей среды насосно-эжекторной установки. Данный способ работы позволяет производить такую корректировку без отключения и остановки установки.

В этой ситуации часть жидкой фракции ректификационной колонны 1 подают по магистрали 10 в сопло струйного насоса 8. Истекая из сопла струйного насоса 8, жидкая фракция смешивается с парогазожидкостной смесью, образуя при этом смесь нового состава, которая удовлетворяет требованиям по соотношению давления насыщенных паров жидкой рабочей среды и давления в ректификационной колонне 1. Одновременно жидкая фракция, истекая из сопла струйного насоса 8, откачивает с выхода струйного аппарата 2 парогазожидкостную смесь с соответствующим понижением давления на выходе из струйного аппарата 2, что позволяет повысить производительность последнего либо снизить напор подаваемой в него жидкой рабочей среды. Далее из струйного насоса 8 полученная в нем смесь сред поступает в конденсатор 7 и работа установки продолжается, как описано выше, а именно, в конденсаторе 7 за счет конденсации части парогазовой составляющей смеси образуется газожидкостная смесь, которая поступает в сепаратор 3 и разделяется в нем на жидкую среду и сжатый газ. Сжатый газ откачивается механическим вакуумным насосом 5, а жидкая среда поступает на вход насоса 4 и последним подается в сопло жидкостно-газового струйного аппарата 2.

В другом варианте жидкая фракция подается под напором в сопло струйного насоса 9. Истекая из него, жидкая фракция откачивает из сепаратора 3 жидкую рабочую среду и, смешиваясь с ней, подает ее под напором на вход насоса 4. Такое выполнение установки позволяет также решить несколько задач: создать жидкую рабочую среду нового состава и увеличить давление на входе в насос 4, что повышает его антикавитационный запас и одновременно позволяет повысить величину создаваемого им напора жидкой рабочей среды, подаваемой в сопло жидкостно-газового струйного аппарата 2 с соответствующим, за счет этого, увеличением его производительности. В остальном установка работает также, как описанная выше установка с конденсатором 7.

Возможны условия, когда в установке могут быть установлены оба струйных насоса 8 и 9. В этом случае каждый из них будет работать также, как это было описано выше, а общая производительность установки, работающей по описанному способу, может быть значительно повышена.

Данный способ работы насосно-эжекторной установки может быть использован, кроме нефтехимии, и в других отраслях промышленности, где требуется создание и поддержание вакуума.

Способ работы предназначен для использования в установках для создания вакуума в ректификационных колоннах. В качестве жидкой рабочей среды в сопло жидкостно-газового струйного аппарата подают жидкую рабочую среду с давлением насыщенных паров не ниже давления в вакуумной ректификационной колонне. В сепараторе поддерживают давление, составляющее от 1,1 до 160 давлений парогазовой фазы ректификационной колонны на входе ее в струйный аппарат. После смешения парогазовой фазы и жидкой рабочей среды, до подачи этой смеси сред в сепаратор, но после выхода смеси из жидкостно-газового струйного аппарата, организуют процесс конденсации в жидкой рабочей среде легко конденсируемых компонентов парогазовой фазы с формированием газожидкостной смеси. Указанный выше режим работы установки позволяет оптимизировать режим ее работы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы насосно-эжекторной установки для перегонки жидкого продукта, включающий подачу разделяемого жидкого продукта в ректификационную вакуумную колонну, разделение его на парогазовую фазу и по меньшей мере одну жидкую фракцию, подачу насосом жидкой рабочей среды в сопло жидкостно-газового струйного аппарата, откачку парогазовой фазы жидкостно-газовым струйным аппаратом, смешение в последнем парогазовой фазы с жидкой рабочей средой с одновременным сжатием парогазовой фазы и образованием парогазожидкостной смеси и разделение в сепараторе смеси сред на жидкую среду и сжатую газообразную составляющую, отличающийся тем, что в качестве жидкой рабочей среды в сопло жидкостно-газового струйного аппарата подают жидкую рабочую среду с давлением насыщенных паров не ниже давления в вакуумной ректификационной колонне, в сепараторе поддерживают давление, составляющее от 1,1 до 160 давлений парогазовой фазы ректификационной колонны на входе ее в жидкостно-газовый струйный аппарат, а после смешения парогазовой фазы и жидкой рабочей среды до подачи этой смеси сред в сепаратор, но после выхода смеси из жидкостно-газового струйного аппарата организуют процесс конденсации в жидкой рабочей среде легкоконденсируемых компонентов парогазовой фазы с формированием газожидкостной смеси, которую затем в сепараторе разделяют на сжатую газообразную составляющую и жидкую среду с отводом последней в качестве жидкой рабочей среды. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после смешения парогазовой фазы и жидкой рабочей среды в полученную смесь сред подают под напором жидкую фракцию ректификационной колонны с понижением за счет этого давления на выходе из жидкостно-газового струйного аппарата, а в процессе смешения с жидкой фракцией организуют конденсацию в последней и в жидкой рабочей среде легкоконденсируемых компонентов парогазовой фазы с формированием газожидкостного потока, который подают в конденсатор и далее в сепаратор с последующим разделением ее в сепараторе на сжатую газообразную составляющую и жидкую среду с отводом последней из сепаратора в качестве жидкой рабочей среды на вход насоса. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в жидкую рабочую среду после выхода ее из сепаратора подают под напором жидкую фракцию с передачей жидкой рабочей среде части кинетической энергии жидкой фракции и окончательным формированием за счет смешения указанных выше жидких сред, состава жидкой рабочей среды, которую подают на вход насоса.