СЕКЦИЯ ПОДАЧИ СЫРЬЯ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ КОЛОННЫ Российский патент 2016 года по МПК B01D3/32 B01D3/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, вообще, относится к разделительным колоннам. В частности, изобретение относится к ректификационным колоннам, в которых сырьевой поток является жидкофазным или представляет собой смесь газа и жидкости по технологическому потоку до колонны, но где сырье испаряется или дополнительно испаряется до того, как поступает в колонну. В таких колоннах имеется секция колонны, в которую направляют сырьевой поток из одного или более впусков. В данной области техники имеется потребность в усовершенствовании подачи сырьевого потока в такие колонны и в усовершенствовании распределения сырья в таких секциях.

Описание известного уровня техники

Мгновенное испарение является известным явлением, имеющим место в ректификационных колоннах, где, по меньшей мере, часть сырьевого потока изменяет фазовое состояние, когда его давление уменьшается до преобладающего давления колонны. В результате сырьевой поток, поступающий в колонну, представляет собой газожидкостную смесь. На основании технологических требований подтверждена сложность этой проблемы с точки зрения эффективного и практичного способа подачи такого сырья в колонну.

Когда имеется верхняя разделительная секция, по меньшей мере, одна секция над местом подачи сырья, стандартные требования заключаются в том, что газовая часть сырьевого потока должна быть равномерно распределена в верхней разделительной секции. Связанное с этим требование заключается в том, что в идеальном случае не должно быть локальных пиков скорости потока газа. Когда имеется нижняя разделительная секция, по меньшей мере, одна секция ниже места подачи сырья, стандартное требование заключается в том, что любая жидкая часть сырьевого потока должна быть отобрана и направлена в нижнюю разделительную секцию. Нижняя разделительная секция может иметь специфические участки, такие как впуск устройства распределения жидкости.

Одной из принятых в промышленности практик является исключение значительного мгновенного испарения внутри колонн путем снижения давления сырьевых потоков при помощи устройства, располагаемого по технологическому потоку до колонны, которое уменьшает давление сырьевого потока до рабочего давления колонны. Сырьевой поток, поступающий в это устройство до колонны и перемещающийся в колонну обычно по трубопроводу, представляет собой газожидкостную смесь, содержащую значительную долю газа. Большое количество газа означает, что либо трубопровод должен иметь относительно большой диаметр, чтобы внутри него скорость потока газожидкостной смеси оставалась низкой, либо, в случае когда диаметр трубопровода небольшой, получаемый поток внутри трубопровода движется с нежелательно большой скоростью.

Трубопровод большого диаметра нежелателен потому, что при этом требуется большая высота секции подачи сырья колонны. Из-за этого увеличивается общая высота колонны, что отрицательно с точки зрения затрат на конструкторские работы, затрат на строительство, затрат на эксплуатацию, затрат на техническое обслуживание. Прокладка трубопровода большого диаметра также более сложна, требует большего пространства и более дорогостоящая. Недостатком трубопроводов малого диаметра является увеличенный риск возникновения эрозии из-за большой скорости потока и других параметров газожидкостной смеси.

Часто указанное устройство выше по технологическому потоку представляет собой устройство регулирования расхода в форме регулировочного клапана. Регулировочный клапан, по большей части, облегчает снижение давления. Значительная доля газа, образующегося на этой стадии снижения давления, является источником дополнительных проблем в конструировании и выборе размера таких клапанов. Причина в том, что параметры потока на выходе сильно отличаются от параметров потока на входе. Из-за двухфазного характера потока (газожидкостная смесь) место расположения клапана по технологическому потоку до колонны, а также трубопровод по потоку после клапана должны быть спроектированы с особой тщательностью, чтобы избежать проблем, вызываемых нестабильностью потока и эрозией.

Примеры и описание существующей в промышленности практики можно найти в «Distillation operation», автор H.Kister (книга опубликована McGraw-Hill, ISBN 0-07-034910-Х), а именно, на фиг.2.2j поясняется использование тангенциального ввода в колонну с целью удовлетворения описанных выше технологических требований.

В «Packed Tower Design and Application», автор R.F.Strigle Jr (книга опубликована Gulf Publishing Co, 1994 [2^nd Ed.], ISBN 0-88415-179-4), на фиг.10-15 и 10-16 даны некоторые примеры для сырьевых потоков, которые образуют газожидкостные смеси, когда давление сырьевого потока уменьшают до давления в колонне. В одном из примеров использована камера, в которой происходит мгновенное испарение. Во втором примере имеется кольцевой канал вдоль стенок колонны, сырье направляют над ним и по этому каналу. Оба примера применены в колоннах с малым диаметром.

Некоторые конкретные примеры, для которых описанные выше условия, касающиеся мгновенного испарения сырьевых потоков, особенно широко распространены, относятся к нефтеперерабатывающим заводам; в частности к ректификационным колоннам атмосферного и повышенного давления, особенно к колоннам для ректификации под вакуумом. В некоторых колоннах для ректификации под вакуумом конкретным местом расположения является место рециркуляции в колонну потока из кипятильника, где газожидкостную смесь из кипятильника вводят в колонну, при этом кипятильник выполняет роль испарителя.

Специалистам в данной области ясно, что описанные выше условия и связанные с ними проблемы свойственны, по меньшей мере, в некоторой степени, всем устройствам газожидкостного контакта, если в системе присутствует мгновенно испаряющееся сырье.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является облегчение введения и распределения мгновенно испаряющегося сырьевого потока в колонну с устройством газожидкостного контакта.

Целью изобретения является обеспечение устройства распределения сырья, делающего возможным, по существу, мгновенное испарение сырьевого потока в одном или нескольких заданных местах внутри устройства распределения сырья.

В нескольких вариантах осуществления настоящего изобретения заданное(ые) место(а) мгновенного испарения находится внутри устройства распределения сырья и вне наружной стенки колонны с устройством газожидкостного контакта. В определенных вариантах осуществления изобретения это реализовано отчасти путем поддержания давления сырьевого потока на достаточно высоком уровне до указанного места(мест). Поддержание давления достигается в определенных вариантах осуществления изобретения путем размещения отверстий с достаточным падением давления внутри устройства распределения сырья, в котором происходит мгновенное испарение. Более конкретно, мгновенное испарение сырьевого потока происходит, по существу, когда этот поток перемещается через отверстия и проход через отверстия происходит в условиях дросселирования (критических условиях).

Кроме того, целью определенных вариантов осуществления настоящего изобретения является обеспечение устройства распределения сырья, которое может быть использовано для более равномерного распределения газа, образующегося при мгновенном испарении сырья, по площади поперечного сечения разделительной секции над местом подачи сырья по сравнению с распределением другими устройствами распределения сырья или в их отсутствие.

Дополнительной целью определенных вариантов осуществления настоящего изобретения является, само по себе или вместе с более равномерным распределением сырья, использование данного устройства распределения сырья для снижения максимальной величины локальной скорости, по меньшей мере, части газа, испаряющегося из сырья, при его введении в разделительную секцию над местом подачи.

Еще одной целью определенных вариантов осуществления настоящего изобретения является облегчение идеального смешивания газа, образующегося при мгновенном испарении сырья, с газом, поступающим из разделительной секции под секцией с впуском для сырья.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена схема ректификационной колонны.

На фиг.2А представлен вид сверху секции колонны с открытым коническим устройством распределения сырья.

На фиг.2В представлен вид сбоку секции, показанной на фиг.2А.

На фиг.3А представлен вид сверху секции колонны с секционированным коническим устройством распределения сырья.

На фиг.3В представлен вид сбоку секции, показанной на фиг.3А.

На фиг.4 представлен вид сбоку секции с коническим устройством распределения сырья.

На фиг.5 представлен вид сбоку нижней секции колонны с открытым коническим устройством распределения сырья.

На фиг.6А представлен вид сверху секции колонны с наружной стенкой 50 и вариантом осуществления устройства распределения сырья с камерой 52 в форме шины, окружающей наружную стенку колонны.

На фиг.6В представлен вид сверху секции колонны с наружной стенкой 50 и вариантом осуществления устройства распределения сырья с камерой 52 в форме шины, окружающей наружную стенку колонны.

На фиг.6С представлен вид сбоку в сечении по А-А колонны и устройства распределения сырья, показанного на фиг.6В.

Подробное описание примерных вариантов осуществления изобретения

Существуют многочисленные типы и варианты колонн с устройствами газожидкостного контакта. Некоторые из стандартных колонн с устройствами газожидкостного контакта - это ректификационные колонны, отпарные колонны и абсорбционные колонны. Помимо специализированных колонн имеются колонны с устройствами газожидкостного контакта, в которых объединено два или более стандартных процесса (т.е. перегонка и абсорбция). Кроме того, имеются такие категории, как насадочные колонны и тарельчатые колонны. Специалистам в данной области понятна применимость настоящего изобретения для всех типов и вариантов колонн с устройствами газожидкостного контакта, перечисленных выше, и тех, которые конкретно не указаны, но приняты в данной области техники, в которых условия мгновенного испарения сырья, по меньше мере, потенциально могут существовать.

На фиг.1 представлена контактная колонна 1, являющаяся колонной ректификации под вакуумом, с одним впуском 2 основной подачи сырья и двумя выходными отверстиями 3 и 4. По одному выходному отверстию предусмотрено для каждого продукта, выделяемого из сырья в разделительных секциях, 5 находится выше, и 6 находится ниже места основной подачи сырья. Дополнительно к основной подаче сырья 2 имеется впуск 7 рециркуляции сырья, т.е. возврата флегмы, расположенный над впуском основной подачи сырья, и впуск 8 для сырья, рециркулируемого из кипятильника, расположенный в нижней секции колонны. Для простоты изложения описание системы создания разрежения опускается.

Секция подачи сырья более подробно показана на фиг.2А и 2В. На фиг.2А показана боковая стенка 10 колонны с устройством газожидкостного контакта, ограничивающая внутреннюю часть колонны с устройством газожидкостного контакта. Снаружи к колонне 10 присоединено устройство 14 распределения сырья. В устройство распределения сырья по линии 12 поступает сырье 15.

Устройство распределения сырья сконструировано так, что сырьевой поток в некоторой точке внутри устройства распределения сырья и до входа в колонну находится в критических условиях (условиях дросселирования). По мере того как давление сырья уменьшается, что происходит, например, по меньшей мере частично, и за счет гидравлического трения, и из-за уменьшенной высоты столба жидкости в линии 12, поток сырья в значительной степени испаряется. Площадь поперечного сечения устройства 14 распределения сырья подобрана так, чтобы обеспечивать прохождение образовавшейся двухфазной смеси. Эта площадь поперечного сечения относительно невелика, и, следовательно, создаются условия дросселирования потока. При дросселировании устанавливается максимальный расход, который может быть достигнут через данное устройство распределения сырья.

На практике при нормальном функционировании сырье 15 поступает по линии 12 с некоторым массовым расходом и при первом давлении. В контактной колонне поддерживается второе давление, которое ниже первого. Когда сырье выходит из устройства распределения сырья, под действием разности давлений жидкая часть сырья расширяется, испаряется и сырье поступает в колонну из каждого и любого отверстия (на фиг.2, 4 и 5 показано единственное отверстие, тогда как на фиг.3 и 4 показано множество отверстий), поток сырья в некоторой точке внутри устройства 14 распределения сырья находится в критических условиях (условиях дросселирования).

С учетом массового расхода в впуске для сырья имеется точка, в которой разность между первым давлением и вторым давлением в колонне перестает влиять на количество сырья, поступающее в контактную колонну. Причина в том, что больше сырья не может пройти через устройство распределения сырья из-за явления дросселирования. Эта точка, в которой снижение второго давления не влияет на количество сырья, поступающего в колонну через устройство распределения сырья, определяется как критическая точка. Для всех величин второго давления от давления в критической точке до любого давления ниже давления в критической точке поток через устройство 14 распределения сырья рассматривается как находящийся в критических условиях (условиях дросселирования).

Следовательно, общая площадь поперечного сечения устройства распределения сырья должна быть такой, чтобы в потоке через это устройство достигались критические условия. Общая площадь поперечного сечения будет изменяться от одной установки к другой, ее величину подбирают исходя из конкретных рабочих условий, например рабочего массового расхода, диапазона рабочих температур, диапазона рабочих давлений, состава потока и т.д., для каждой установки. Выбор величины общей площади поперечного сечения может быть сделан при помощи стандартных расчетов или при помощи таких инструментов, как программное обеспечение вычислительной гидродинамики.

Когда поток сырья находится в критических условиях (условиях дросселирования), единственным средством повышения максимального расхода является увеличение общей площади поперечного сечения или увеличение первого давления.

Сырьевой поток 15 поступает в устройство 14 распределения сырья снаружи стенки 10 контактной колонны. В примере, приведенном на фиг.2А и 2В, устройство 14 распределения сырья имеет, вообще, коническую или трапецеидальную форму. В устройстве 14 распределения сырья имеется расширительная камера, расположенная между линией 12 подачи сырья 15 и колонной 10. Расширительная камера имеет площадь поперечного сечения, превышающую площадь поперечного сечения линии 12 подачи сырья. Хотя ее форма, вообще, показана как коническая/трапецеидальная, специалистам в данной области известно множество форм, как правильных, так и неправильных, которые не выходят за рамки объема настоящего изобретения.

Устройство распределения сырья может быть использовано в сочетании с тарелкой с патрубком для прохода газа и/или другим устройством или устройствами, известными специалистам в данной области, которые используются в контактных колоннах. Такие известные устройства могут представлять собой кольцевой канал, несколько надлежащим образом размещенных расширителей или другие конструкции, обеспечивающие проход газа 26 из нижней разделительной секции через секцию подачи сырья и/или сбор жидкости, поступающей из устройства распределения сырья и/или из разделительной секции, расположенной выше (если такая секция имеется).

Хотя в настоящем примере показано одно устройство 14 распределения сырья, соединенное с одной линией 12 подачи сырья в колонну, могут иметь место одно или несколько дополнительных устройств распределения сырья и трубопроводов, подводящих одно или несколько дополнительных потоков сырья к какой-либо секции колонны. Кроме того, к единственному устройству распределения сырья может подходить более одной линии подачи сырья.

Размер и количество отверстий устройства распределения сырья, а также размер и форма расширительной камеры могут быть подобраны так, чтобы сырье внутри устройства 14 распределения сырья находилось, по существу, в жидкофазном состоянии до тех пор, пока оно не достигнет точки, в которой происходит значительное испарение. Указанные параметры устройства распределения сырья также могут быть спроектированы и подобраны так, чтобы в сырье, поступающем в устройство 14 распределения сырья, могла содержаться фракция газа/пара.

Чтобы свести к минимуму затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание, желательно, чтобы поток в линии 12 подачи сырья сохранялся, по существу, жидкофазным. Условия, при которых поток остается, по существу, жидкофазным, зависят, по меньшей мере частично, например, от типа самого сырья, а также каких-либо процессов, осуществляемых по технологическому потоку до контактной колонны. Путем выбора надлежащих размеров и размещения общей площади поперечного сечения устройства 14 распределения сырья можно обеспечить испарение сырья в заданном месте внутри устройства до секции контактной колонны.

На фиг.2А и 2В представлен вариант осуществления устройства распределения сырья в центральной части контактной колонны. На фиг.2В ниже устройства 14 распределения сырья показана нижняя разделительная секция с устройством 21 распределения жидкости и средством 22 разделения, например слоем насадки. Показано, что из нижней разделительной секции выходит поток 26 газа. Когда впуск для сырья расположен в контактной колонне, как показано, было бы полезно добавление тарелки с патрубком для прохода газа или газоходов (не показаны). Поток 26 газа проходит через газоходы и, в конце концов, поступает в верхнюю разделительную секцию. Над секцией подачи сырья показана верхняя разделительная секция со средством 20 разделения, например слоем насадки.

Секция подачи сырья, соответствующая одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, более подробно показана на фиг.3А и 3В. На фиг.3А показана боковая стенка 10 контактной колонны, ограничивающая внутреннюю часть контактной колонны. Снаружи к колонне 10 присоединено устройство 14 распределения сырья, имеющее множество отверстий 18А, 18В и 24 (показаны). Сырье 15 в устройство распределения сырья подается по линии 12.

Ключевой особенностью устройства распределения сырья является то, что поток сырья проходит через отверстия, например 16А и 16В, в колонну в критических условиях (условиях дросселирования). Поток дросселируется в отверстиях 18А, 18В и 24, благодаря дросселированию устанавливается максимальный расход, который возможен через эти отверстия.

Сырье 15 поступает по линии 12 с некоторым массовым расходом и при первом давлении. В контактной колонне поддерживают второе давление, которое ниже первого. Когда сырье выходит из устройства распределения сырья, под действием разности давлений жидкая часть сырья расширяется, испаряется и сырье поступает в колонну из каждого отверстия, поток сырья через отверстия находится в критических условиях (условиях дросселирования).

С учетом массового расхода в впуске для сырья имеется точка, в которой разность между первым давлением и вторым давлением в колонне перестает влиять на количество сырья, поступающее в контактную колонну. Причина в том, что больше сырья не может выйти через отверстия устройства направления потока сырья из-за явления дросселирования. Эта точка, в которой снижение второго давления не влияет на количество сырья, поступающее в колонну через отверстия, определяется как критическая точка. Для всех величин второго давления от давления в критической точке до любого давления ниже давления в критической точке поток через отверстия рассматривается как находящийся в критических условиях или условиях дросселирования.

Следовательно, размер каждого отверстия устройства распределения сырья в колонне и общая площадь отверстий устройства распределения сырья должны быть такими, чтобы в потоке через эти отверстия достигались критические условия. Эти размеры будут изменяться от одной установки к другой, их подбирают исходя из конкретных рабочих условий для каждой установки. Выбор размера каждого отверстия, общего числа отверстий и общей площади отверстий может быть сделан при помощи стандартных расчетов или при помощи таких инструментов, как программное обеспечение вычислительной гидродинамики.

Когда поток сырья находится в критических условиях (условиях дросселирования), единственным средством повышения максимального расхода является увеличение общей площади отверстий или увеличение первого давления.

Сырьевой поток 15 поступает в устройство 14 распределения сырья снаружи стенки 10 контактной колонны. В примере, приведенном на фиг.3А и 3В, устройство 14 распределения сырья имеет, вообще, коническую или трапецеидальную форму. В устройстве 14 распределения сырья имеется расширительная камера, расположенная между линией 12 подачи сырья 15 и колонной 10. Расширительная камера имеет площадь поперечного сечения, превышающую площадь поперечного сечения линии 12 подачи сырья. Перегородка 17 между расширительной камерой и внутренним пространством колонны может быть частью стенки 10 колонны и/или может составлять одно целое с устройством 14 распределения сырья.

В данном примере в перегородке 17 имеется множество отверстий. Как показано на фигурах, имеется два отверстия 18А и 18В ближе к верхней части устройства 14 распределения сырья. Кроме того, показано отверстие 24 у основания устройства 14 распределения сырья. Количество отверстий, их индивидуальные размер и расположение на перегородке 17 могут изменяться в зависимости от конкретных рабочих условий в колонне. Одно или несколько отверстий у основания устройства 14 распределения сырья, например 24, предназначены для отведения из расширительной камеры какой-либо жидкости, накапливающейся у основания этой камеры. Однако размеры отверстий должны быть такими, чтобы поток сырья, например, 16А и 16В и 24 через отверстия находился в условиях дросселирования.

Устройство распределения сырья может быть использовано в сочетании с тарелкой с патрубком для прохода газа или, в качестве альтернативы, с другими устройствами, известными специалистам в данной области. Такие известные устройства могут представлять собой кольцевой канал, несколько надлежащим образом размещенных расширителей или другие конструкции, обеспечивающие проход газа 26 из нижней разделительной секции через секцию подачи сырья и сбор жидкости, поступающей из устройства распределения сырья и из разделительной секции, расположенной выше (если такая секция имеется).

Хотя в настоящем примере показано одно устройство 14 распределения сырья, соединенное с одной линией 12 подачи сырья в колонну, могут иметь место одно или несколько дополнительных устройств распределения сырья и трубопроводов, подводящих одно или несколько дополнительных потоков сырья к какой-либо секции колонны. Кроме того, к единственному устройству распределения сырья может подходить более одной линии подачи сырья.

Размер и количество отверстий устройства распределения сырья, а также размер и форма расширительной камеры могут быть подобраны так, чтобы сырье внутри устройства 14 распределения сырья находилось, по существу, в жидкофазном состоянии до тех пор, пока оно не достигнет входа в секцию колонны. Указанные параметры устройства распределения сырья также могут быть спроектированы и подобраны так, чтобы в сырье внутри расширительной камеры могла содержаться фракция газа/пара. Подаваемый поток при прохождении сквозь отверстия в секцию подачи сырья колонны испаряется или дополнительно испаряется, одновременно находясь в условиях дросселирования.

Отверстия перегородки 17 могут представлять собой отверстия в стенке 10 колонны, отверстия в перегородке 17 или сопла, прикрепленные к стенке колонны, материалу перегородки и/или устройству распределения сырья. В том случае, когда эти отверстия в поверхности стенки колонны или другом материале перегородки, они могут быть выполнены любым хорошо известным способом, таким как плазменная резка, механическая резка, механическая штамповка или лазерная резка. В случае когда отверстия представляют собой сопла, эти сопла могут иметь простую или сложную конструкцию и могут быть изготовлены как единое целое с устройством распределения сырья, перегородкой или стенкой колонны. В качестве альтернативы сопла могут быть на постоянной основе или с возможностью снятия прикреплены/соединены с устройством распределения сырья, перегородкой или стенкой колонны. Примерами способов присоединения сопел являются сварка, склеивание или выполнение резьбовых отверстий в несущей поверхности и соответствующей резьбы на соплах.

Размер, тип и место расположения отверстий подбирают на основании характеристик подаваемого сырья, характеристик среды в секции подачи сырья контактной колонны, заданного распределения сырья или сочетания этих параметров. Чтобы свести к минимуму затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание, желательно, чтобы поток в линии 12 подачи сырья оставался, по существу, жидким. Условия, при которых поток остается, по существу, жидкофазным, зависят от типа самого сырья, а также каких-либо процессов, осуществляемых по технологическому потоку до контактной колонны. Путем выбора надлежащих размеров и размещения отверстий, а также размеров расширительной камеры можно обеспечить испарение сырья в заданном месте относительно секции контактной колонны.

На фиг.3А и 3В представлен конкретный пример осуществления устройства распределения сырья в центральной части контактной колонны. На фиг.3В, ниже устройства 14 распределения сырья показана нижняя разделительная секция с устройством 21 распределения жидкости и средством 22 разделения, т.е. слоем насадки. Показано, что из нижней разделительной секции выходит поток 26 газа. Когда впуск для сырья расположен в контактной колонне, как показано, было бы полезно добавление тарелки с патрубком для прохода газа или газоходов (не показаны). Поток 26 газа проходит через газоходы и, в конце концов, поступает в верхнюю разделительную секцию. Над секцией подачи сырья показана верхняя разделительная секция со средством 20 разделения, например слоем насадки.

На фиг.4 показан другой пример устройства 23 распределения сырья. Устройство 23 распределения сырья соединяет линию 12 подачи сырьевого потока 15, предпочтительно жидкофазного, с секцией колонны, так же как показано на фиг.3А и 3В. Однако расширительная камера устройства 23 распределения сырья открывается непосредственно во внутреннее пространство колонны, т.е. отсутствует или, по существу, отсутствует граница между устройством распределения сырья и внутренним пространством колонны, как показано в отношении устройства 23 распределения сырья.

В устройстве 23 распределения сырья имеется перегородка 28 в некоторой точке между линией 12 подачи сырья и внутренним пространством колонны. На фигуре перегородка 28 показана расположенной в месте соединения расширительной камеры и линии 12 подачи сырья. Однако перегородка 28 может быть расположена немного внутри линии 12 подачи сырья или в другом месте внутри расширительной камеры устройства 23 распределения сырья до стенки 10 колонны. Перегородка 28 может иметь одно или несколько отверстий 30, обеспечивающих испарение или дополнительное испарение сырья 32 и его поступление в секцию колонны.

Одно или несколько отверстий 30 подобны описанным в отношении примера, поясняемого фиг.3А и 3В. Размеры и расположение указанных отверстий и перегородки подбирают так, чтобы сырье 32, поступающее в расширительную камеру устройства 23 распределения сырья, находилось в критических условиях (условиях дросселирования).

На фиг.4 также показана пластина 26, являющаяся примером средства более равномерного распределения испарившегося сырьевого потока 32 внутри данной секции колонны. Пластина может быть сплошной, щелевой, структурированной, решетчатой или иметь иную форму с тем, чтобы создавать равномерное или более равномерное распределение сырьевого потока 32 в верхней разделительной секции 20.

В определенных вариантах осуществления изобретения имеется контур рециркуляции, в котором некоторый поток отводят из колонны, нагревают, после чего снова подают в колонну. Одним из примеров секции, в которой поток снова подают в колонну, показан на фиг.5. Любой повторно подаваемый поток также может рассматриваться как сырье. Поток, отводимый из колонны, часто имеет температуру начала кипения, что означает, что, по существу, любое подведение тепла вызовет испарение (мгновенное испарение) при повторной подаче этого потока в колонну.

На фиг.5 показана боковая стенка 40 колонны с устройством газожидкостного контакта, которая охватывает внутреннюю часть колонны с устройством газожидкостного контакта. В этой секции колонны имеется линия 46 подачи сырья. Сырьевой поток 45 представляет собой повторно подаваемое в колонну сырье после его нагревания в описанном ранее контуре или, например, кипятильнике 44. Как показано на фигуре, жидкое сырье 43 отбирают из куба колонны с устройством газожидкостного контакта по линии 42. По этой линии сырье затем поступает в кипятильник 44, в котором его нагревают и направляют по линии 46 в колонну. Устройство 47 распределения сырья снабжено камерой, подобной описанной в отношении устройства 14 распределения сырья на фиг.2А и 2В, оно осуществляет повторную подачу испаренного сырья 48. Однако это устройство распределения сырья может соответствовать любому из вариантов осуществления настоящего изобретения. Над впуском для сырья показано средство разделения 49, например слой насадки.

На фиг.6А показан вариант осуществления настоящего изобретения, в котором имеется устройство 56 распределения сырья с расширительной камерой, подобной камерам в вариантах осуществления изобретения, представленных на фиг.2 и 3, впуском 54 для сырья и сырьевым потоком 55. Однако это устройство распределения сырья дополнительно включает камеру 52 в форме шины, окружающую наружную стенку контактной колонны. Между камерой 52 в форме шины и внутренним пространством колонны размещена группа отверстий 58. Эти отверстия выполняют ту же функцию, что и отверстия, описанные в отношении фиг.3А и 3В.

На фиг.6В представлен вариант осуществления изобретения, подобный показанному на фиг.6А, с трубчатым соединением между впуском 54 для сырья и камерой 52 в форме шины. Трубчатое соединение может быть продолжением впуска 54 для сырья или может представлять собой цилиндрическую камеру или цилиндрическую часть камеры такого же, подобного или отличного диаметра, что и камера 52 в форме шины.

Отверстия 58, как показано на фиг.6А и 6В, могут представлять собой сквозные отверстия в наружной стенке 50 контактной колонны. Эти отверстия также могут представлять собой сопла или иные устройства, обеспечивающие прохождение сырья из камеры 52 во внутреннее пространство контактной колонны и одновременное испарение или дополнительное испарение в условиях дросселирования. В примере, соответствующем фиг.6А, обеспечивается некоторое испарение в камере 56 перед поступлением сырья в контактную колонну через отверстия 58. В примере, соответствующем фиг.6В, испарение, по большей части, происходит при поступлении сырья во внутреннее пространство контактной колонны через отверстия 58. В любом случае поток через отверстия 58 находится в условиях дросселирования или критических условиях.

На фиг.6С представлен частичный разрез секции, показанной на фиг.6В. На этом разрезе отверстия 58 показаны как круглые отверстия в наружной стенке 50 контактной колонны. Пространство камеры в форме шины видно слева и справа от колонны. Одно отверстие 58 показано непосредственно напротив впуска для сырья. Кроме того, как видно на фиг.6В и 6С, отсутствует прямая траектория потока сырья из впуска для сырья в колонну. Следовательно, стенка колонны выполняет роль перегородки и сырье направляется вокруг, через камеру 52. В этих примерах площадь поперечного сечения каждого отверстия и общая площадь поперечного сечения всех отверстий выбраны так, чтобы поток через все отверстия находился в условиях дросселирования. Площадь поперечного сечения каждого из отверстий может быть идентичной или подобной. Кроме того, площадь поперечного сечения отверстий может изменяться по окружности стенки колонны.

Кроме того, хотя камера 52 показана как полностью окружающая периметр колонны, эта камера может не охватывать полностью 360 градусов, т.е. устройство распределения потока может охватывать только часть периметра данной секции колонны. Кроме того, форма и/или размеры камеры могут быть постоянными или могут изменяться по окружности, охватываемой устройством распределения потока. Возможно внесение многочисленных не выходящих за рамки объема настоящего изобретения вариаций размера, формы и даже ориентации камеры, например задняя часть камеры в форме шины может быть поднята или опущена вертикально относительно передней части с впуском для сырья.

Как описано в отношении предыдущих фигур, на фиг.6С показан сырьевой поток 61, поступающий из нижней части колонны, и разделительная секция 59 над отверстиями устройства распределения сырья. Внутри и вокруг этой секции контактной колонны с впуском для сырья может быть размещено одно или несколько устройств с целью облегчения равномерного и/или гомогенного смешивания подаваемого сырьевого потока и потока 61 и/или равномерного распределения сырья по поверхности разделительной секции 59.

Варианты осуществления изобретения, представленные на фиг.6А-С или подобные им, особенно хорошо подходят для колонн с относительно маленьким диаметром, например, для колонн с диаметром порядка одного метра. Однако каждый вариант осуществления проиллюстрирован так, чтобы показать пример размещения в колонне, а не для ограничения этим конкретным вариантом размещения или типом колонны.

Что касается предыдущих вариантов осуществления изобретения, испарение, по большей части, происходит в описанных камерах и/или отверстиях. Однако в изогнутой части впуска для сырья, показанной на фиг.2В, 3В, 4, 5 и 6С, часто имеет место незначительное, а изредка значительное испарение. Эта изогнутая часть может быть частью трубопровода впуска для сырья, как первоначально описано в настоящем документе, либо может представлять собой часть устройства распределения сырья, так что трубопровод впуска для сырья при соединении с устройством распределения сырья имеет, по существу, вертикальную, неизогнутую ориентацию.

Размещение устройства распределения сырья так, чтобы мгновенное испарение сырья происходило в заданных местах внутри секции подачи сырья или в устройстве распределения сырья, обеспечивает более эффективное функционирование колонн с устройствами газожидкостного контакта. Кроме того, хотя несколько примеров и вариантов осуществления изобретения описаны в отношении конкретных мест размещения на и внутри контактной колонны, каждый из них может быть применен в различных других местах, как описано в отношении других примеров, или в дополнительных местах. На любой заданной секции колонны может быть использовано более одного устройства распределения сырья, которые не должны быть идентичны любому другому устройству распределения сырья, используемому в данной секции.

Кроме того, конструирование устройства распределения сырья в соответствии с настоящим изобретением позволяет сохранять сырье в линии подачи сырья в жидком или, по существу, жидкофазном состоянии до поступления в секцию контактной колонны. Благодаря этому уменьшается сложность ректификационной системы, а также отрицательное влияние газовой фазы или высокого содержания газовой фазы в трубопроводах и впусках в контактную колонну. Однако специалистам в данной области понятно, что настоящее устройство также может быть использовано, когда в сырье содержится больше пара, но тогда не могут быть достигнуты все преимущества в снижении отрицательных эффектов в сырье по сравнению со случаем, когда сырье является, по существу, жидким. Специалистам в данной области также понятны дополнительные преимущества настоящего изобретения и различные варианты геометрии устройств направления потока сырья, газоходов, тарелок и конструкции отверстий и сопел устройств направления потока сырья, не описанные в данном документе, которые не выходят за рамки объема настоящего изобретения.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для распределения сырья в ректификационных колоннах. Секция контактной колонны содержит устройство, содержащее: впуск линии подачи сырья, которое является жидким, в устройство распределения сырья, камеру между впуском линии подачи и колонной, средство для обеспечения условия дросселирования и испарения потока до поступления во внутреннюю часть секции колонны. Средство дросселирования представляет собой перегородку, которая имеет одно или более отверстий, в камере в точке между впуском линии подачи и внутренней частью данной секции колонны. Изобретение позволяет облегчить введение и распределение мгновенно испаряющегося сырьевого потока в колонну с устройством газожидкостного контакта. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Секция контактной колонны, содержащая устройство распределения сырья, содержащее:
- впуск линии подачи для введения сырья, которое, по меньшей мере частично, является жидким, в устройство распределения сырья,
- камеру между впуском линии подачи и колонной, причем камера имеет площадь поперечного сечения, и
- средство для обеспечения условия дросселирования потоку и одновременно, по меньшей мере частичного, испарения до поступления во внутреннюю часть данной секции колонны,
причем указанное средство дросселирования представляет собой перегородку в камере в точке между впуском линии подачи и внутренней частью данной секции колонны, причем перегородка имеет одно или более отверстий.

2. Устройство распределения сырья для контактной колонны, содержащее:
- камеру, расположенную между впуском линии подачи и контактной колонной, причем камера имеет площадь поперечного сечения,
- средство для обеспечения условия дросселирования потоку, поступающему из впуска линии подачи и одновременно, по меньшей мере частичного, испарения до поступления во внутреннюю часть данной секции колонны, причем указанное средство дросселирования представляет собой перегородку в камере в точке между впуском линии подачи и внутренней частью данной секции колонны, причем перегородка имеет одно или более отверстий; и
- средство крепления устройства распределения сырья к наружной части контактной колонны.

3. Секция контактной колонны по п. 1 или 2, в которой каждое из указанных отверстий перегородки имеет проходное сечение, выбранное так, чтобы поток сырья, проходящий через отверстие, находился в условиях дросселирования и одновременно, по меньшей мере частично, испарялся.

4. Секция контактной колонны по п. 3, в которой перегородка представляет собой часть наружной стенки секции контактной колонны.

5. Секция контактной колонны по п. 1 или 2, в которой указанное средство дросселирования представляет собой устройство, создающее повышенное давление сырья при помощи гидравлического столба жидкости или при помощи гидравлического столба газожидкостной смеси.

6. Секция контактной колонны по п. 5, в которой данное устройство представляет собой соединительную часть трубопровода, такую как изогнутая часть, Т-образное разветвление с одной закупоренной ветвью или подобное им устройство, благодаря которому впуск линии подачи находится ниже, чем конец камеры, прикрепленный к колонне.

7. Секция контактной колонны по п. 1, в которой площадь поперечного сечения камеры больше, чем площадь поперечного сечения указанного впуска для сырья.

8. Секция контактной колонны по п. 1, в которой камера, по меньшей мере частично, охватывает часть наружной стенки контактной колонны.

9. Секция контактной колонны по п. 8, в которой камера полностью охватывает окружность секции контактной колонны и причем указанное средство дросселирования представляет собой множество отверстий, расположенных между камерой и внутренним пространством контактной колонны, при этом каждое из указанных отверстий имеет проходное сечение, подобранное так, чтобы создавать в потоке сырья через эти отверстия условия дросселирования и одновременно вызывать, по меньшей мере частичное, испарение.

10. Секция контактной колонны по п. 1, в которой разделительная секция имеется над, под или над и под данной секцией контактной колонны, причем разделительная секция предназначена для разделения, дистилляции, теплопередачи, экстрагирования, промывки или абсорбции.

11. Секция контактной колонны по п. 1, в которой устройство распределения сырья расположено снаружи внутреннего пространства секции контактной колонны.

12. Секция контактной колонны по п. 11, в которой устройство распределения сырья прикреплено к наружной стенке секции контактной колонны, ограничивающей внутреннее пространство секции контактной колонны.

13. Секция контактной колонны по п. 11, дополнительно включающая, по меньшей мере, одно дополнительное устройство распределения сырья.

14. Способ эксплуатации секции контактной колонны, включающий следующие стадии:
- подают сырье через впуск для сырья, которое является жидким или, по меньшей мере, частично жидким, в устройство распределения сырья, прикрепленное к наружной стенке секции контактной колонны, и
- обеспечивают по меньшей мере, частичное испарение сырья при его прохождении через средство дросселирования устройства распределения сырья в условиях дросселирования, причем указанное средство дросселирования представляет собой перегородку в камере в точке между впуском линии подачи и внутренней частью данной секции колонны, причем перегородка имеет одно или более отверстий.

15. Способ по п. 14, в котором устройство распределения сырья является устройством по любому из пп. 1-13.