ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2021 года по МПК B01D5/00 

Изобретение относится к фракционирующим аппаратам и может быть использовано в различных отраслях промышленности для стабилизации многокомпонентных жидкостей с частичным испарением летучих компонентов за счет использования тепла конденсирующихся технологических потоков.

Максимальное использование тепла и холода многокомпонентных вскипающих и конденсирующихся (двухфазных) технологических потоков для их фракционирования является важным условием обеспечения энергоэффективности технологий газоразделения и нефтепереработки.

Известна и широко используется для отпарки легких компонентов из многокомпонентных потоков отпарная колонна, испаритель которой нагревается теплоносителем, в качестве которого может быть использован охлаждающийся технологический поток [Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 1999. с. 497].

Недостатком известного аппарата является высокая температура теплоносителя на выходе из аппарата и неполное использование тепла охлаждающегося потока теплоносителя из-за невозможности его охлаждения до температуры ниже максимальной температуры нагреваемого потока с учетом перепада температуры на стенке греющей поверхности.

Наиболее близок по технической сущности к заявляемому изобретению фракционирующий абсорбер [RU 2530133, опубл. 10.10.2014 г., МПК B01D 53/14], включающий абсорбционную (контактную) и отпарную массообменные секции, при этом последняя содержит по меньшей мере один тепломассообменный блок, оснащенный патрубками ввода и вывода теплоносителя. Данная конструкция аппарата более энергетически эффективна и позволяет снизить температуру теплоносителя на входе в аппарат, поскольку последний в аппарате охлаждается до температуры более низкой, чем максимальная температура нагреваемого (фракционируемого) потока из-за наличия градиента температуры по высоте отпарной секции.

Недостатками данного аппарата являются невозможность использования конденсирующегося (двухфазного) теплоносителя из-за трудности обеспечения равномерного течения газо-жидкостной смеси в трубном пространстве тепломассообменного блока по направлению снизу вверх и большая металлоемкость аппарата из-за большой площади теплообменной поверхности тепломассообменного блока вследствие необходимости использования однофазного теплоносителя и невысокого коэффициента теплоотдачи со стороны потока однофазного теплоносителя.

Задачей изобретения является обеспечение возможности использования конденсирующегося (двухфазного) теплоносителя и уменьшение металлоемкости.

В качестве технического результата достигается возможность использования конденсирующегося (двухфазного) теплоносителя и уменьшение металлоемкости аппарата за счет оснащения тепломассообменного аппарата вертикальной контактной секцией, соединенной своей нижней частью с выходной частью отпарной секции с паровым пространством, оборудованной горизонтальным трубным пучком для прохождения двухфазного теплоносителя.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном аппарате, включающем контактную и отпарную секции, особенностью является то, что отпарная секция выполнена с поверхностью раздела фаз, отделяющей паровое пространство от пространства для жидкости, в котором расположен горизонтальный трубный пучок для прохождения двухфазного теплоносителя, низ пространства для жидкости со стороны входа теплоносителя в трубный пучок перед первой перегородкой оснащен патрубком вывода отпаренного потока, а верх парового пространства со стороны выхода охлажденного теплоносителя из трубного пучка соединен с нижней частью контактной секции.

Контактная секция оснащена по меньшей мере одним патрубком ввода отпариваемого потока с ниже расположенным блоком насадочных или тарельчатых контактных устройств. Пространство для жидкости отпарной секции оборудовано направляющими перегородками, предпочтительно вертикальными, для предотвращения образования застойных зон.

Выполнение отпарной секции с паровым пространством и горизонтальным трубным пучком в пространстве для жидкости, соединенной с нижней частью контактной секции, позволяет осуществить в контактной секции массообмен между отпариваемым потоком, например, углеводородным конденсатом, и парами, движущимися противотоком, поступающими из парового пространства отпарной секции, где эти пары образуются за счет нагрева жидкой фазы, движущейся в межтрубном пространстве по направлению от места примыкания контактной секции к линии вывода отпаренного потока. При этом в отпарной секции также происходит тепломассообмен между противоточно движущимися паровой и жидкой фазами. Отпаренный поток, например, стабилизированный газовый конденсат, выводят из низа межтрубного пространства со стороны входа теплоносителя в трубный пучок.

Теплоносителем является, например, газ входной сепарации, который движется в трубном пространстве отпарной секции в направлении, противоположном движению жидкости в межтрубном пространстве. При этом газ охлаждается, из него выпадает конденсат тяжелых углеводородов, образуя газо-жидкостную смесь, которую затем выводят из трубного пучка. Горизонтальное расположение труб в пучке принципиально важно, поскольку обеспечивает равномерность течения газо-жидкостной смеси и позволяет осуществить противоточный теплообмен между двумя двухфазными потоками. Уменьшение металлоемкости обеспечивается за счет высокого коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося потока, движущегося в трубном пространстве, к стенке теплообменной поверхности, что позволяет снизить площадь поверхности трубного пучка и уменьшить массу аппарата.

За счет массообмена в контактной и отпарной секциях в отпариваемом потоке снижается концентрация легких компонентов, которые концентрируются в газе, выводимом из верха контактной секции, например, газе стабилизации. Кроме того, предложенный аппарат позволяет использовать в качестве хладоагента поток с минимальной входной температурой, обеспечивающей приемлемую разность температур на стенке греющей поверхности, что позволяет эффективно использовать тепло имеющихся технологических потоков для фракционирования.

Предлагаемый аппарат, показанный на чертеже, состоит из контактной секции 1 с по меньшей мере одним патрубком ввода отпариваемого потока с блоком контактных устройств (условно показано два патрубка 2 и 3 и два блока контактных устройств 4 и 5), отпарной секции 6 с поверхностью раздела фаз 7 и горизонтальным трубным пучком 8, расположенном ниже поверхности раздела фаз, и вертикальными перегородками 9.

При работе аппарата по линиям 2 и 3 подают отпариваемые потоки, по линии 10 на вход аппарата - одно- или двухфазный теплоноситель, по линии 11 выводят охлажденный двухфазный теплоноситель, по линии 12 газ стабилизации, а по линии 13 - отпаренный поток.

Таким образом, предложенный тепломассообменный аппарат имеет уменьшенную металлоемкость, обеспечивает возможность использования двухфазных теплоносителей и может быть использован в промышленности.

Изобретение относится к фракционирующим аппаратам и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Предложен аппарат, состоящей из контактной секции с по меньшей мере одним патрубком ввода отпариваемого потока и блоком контактных устройств, отпарной секции с поверхностью раздела фаз, горизонтальным трубным пучком, расположенным ниже поверхности раздела фаз, и вертикальными перегородками. При работе аппарата в контактную секцию подают отпариваемый поток (потоки), в трубный пучок - одно- или двухфазный теплоноситель, который выводят с противоположного конца трубного пучка, с верха контактной секции выводят газ стабилизации, а с низа межтрубного пространства отпарной секции - отпаренный поток. Технический результат - обеспечение возможности использования двухфазного теплоносителя и уменьшение металлоемкости. 1 ил.

Тепломассообменный аппарат, включающий контактную и отпарную массообменные секции, отличающийся тем, что отпарная секция выполнена с поверхностью раздела фаз, отделяющей паровое пространство от пространства для жидкости, в котором расположен горизонтальный трубный пучок для прохождения двухфазного теплоносителя, низ пространства для жидкости со стороны входа теплоносителя в трубный пучок перед первой перегородкой оснащен патрубком вывода отпаренного потока, а верх парового пространства со стороны выхода охлажденного теплоносителя из трубного пучка соединен с нижней частью контактной секции.