Способ снижения образования отложений на тарелках ректификационной колонны в процессе фракционирования каменноугольной смолы Российский патент 2021 года по МПК C10C1/04 C10C1/08 

Изобретение относится к технологии переработки каменноугольной смолы и тому подобных материалов в сырье для получения химических продуктов - игольчатого кокса, бензола, нафталина и других.

Известен способ переработки каменноугольной смолы см. патент РФ №2255956 М, кл. C10G 1/06, С10С1, C10B 57/04, включающий подготовку каменноугольной смолы к гидрогенизации, гидрогенизацию, сепарацию, дистилляцию и коксование, при этом при подготовке каменноугольной смолы к гидрогенизации готовят смесь каменноугольной смолы с водой, катализатором и дополнительными компонентами, проводят гидрогенизацию вышеуказанной смеси с получением гидрогенизата, сепарацию гидрогенизата с отделением жидкой фракции и осадка, дистилляцию жидкой фракции гидрогенизата совместно с рециркулятом с получением легких дистиллятных фракций и сырья коксования с последующим коксованием сырья коксования и дополнительной гидрогенизацией легких дистиллятных фракций с получением донора водорода, при этом в качестве дополнительных компонентов используют осадок сепарации гидрогенизата и донор водорода, а в качестве рециркулята используют дистилляты коксования.

К недостаткам известного способа можно отнести образование значительного количества веществ, непригодных для коксования, при высоких энергетических и материальных затратах.

Известен способ переработки каменноугольной смолы см. патент РФ №1765162 М, кл. C10C 1/04 путем ее дешламации и перегонки с получением электродного пека, при этом последнюю перед дешламацией предварительно смешивают с фракцией широкого дистиллята каменноугольной смолы с интервалом температур выкипания 120-365°С при массовом соотношении смола - фракция 7-9:1.

Использование предлагаемого способа вызывает дополнительные трудности на стадии переработки смолы, не предотвращает образование отложений в аппаратуре при высоком содержании фусов в смоле, увеличивает материальные и энергетические затраты, связанные с остановкой работы и чисткой оборудования, снижает надежность работы колонны.

Известна технология фракционирования каменноугольной смолы в ректификационной колонне, используемая в Акционерном Обществе «Алтай-Кокс» см. «Постоянный технологический регламент (инструкция). Цех улавливания. Переработка каменноугольной смолы» TP 0188110-ЦУ-05-2018, утвержденный и.о. генерального директора Общества 15.06.2018 г. - прототип, включающий подачу в колонну широкого дистиллята при температуре 350-390°С, поддержание заданной температуры паров дистиллята в верхней части колонны при помощи подачи на орошение верха колонны в качестве флегмы легкого масла с температурой в пределах 30-60°С и последующий, в зависимости от температуры кипения жидкой фазы на тарелках по высоте ректификационной колонны, отбор фенольной, нафталиновой, поглотительной и антраценовой фракций.

При этом легкое масло с температурой в пределах 30-60°С, подаваемое на верх ректификационной колонны фракционирования каменноугольной смолы, приводило к частичной конденсации воды из паровой фазы, которая в свою очередь абсорбируя кислые газы (хлорид водорода, цианид водорода, сульфид водорода, оксид серы и т.д.), присутствующие в парах дистиллята, приводила к окислению с образованием солей железа стальных конструкционных элементов колонны и ее внутренних устройств за счет электролитической диссоциации образовавшихся в процессе абсорбции кислот. Электролитическая диссоциация солей железа в присутствии воды в жидкой фазе приводила к образованию катионов железа, которые инициировали и катализировали процессы осмоления, полимеризации и поликонденсации непредельных соединений, присутствующих в паровой и жидкой фазах верха колонны. Накопление в ректификационной колонне фракционирования каменноугольной смолы продуктов осмоления, полимеризации и поликонденсации непредельных соединений приводило к забивке контактных устройств и переливных карманов, что делало невозможной дальнейшую работу установки и приводило к регулярным вынужденным остановкам оборудования для чистки и как следствие к снижению производительности и дополнительным финансовым, трудовым и материальным расходам.

В процессе фракционирования каменноугольной смолы по известной технологии практически через каждые 10-20 дней работы верхние тарелки колонны забивались отложениями и переставали эффективно функционировать.

Техническим результатом предлагаемого способа является устранение недостатков прототипа, в частности предотвращение образования осадочных отложений на тарелках ректификационной колонны фракционирования каменноугольной смолы, повышению производительности и снижению финансовых, трудовых и материальных затрат.

Поставленный предполагаемым изобретением технический результат достигается использованием общих с прототипом известных признаков включающих подачу в колонну широкого дистиллята при температуре 350-390°С, подачу на верхнюю тарелку колонны в качестве флегмы легкого масла и последующий, в зависимости от температур кипения жидкой фазы на тарелках по высоте ректификационной колонны, отбор фенольной, нафталиновой, поглотительной и антраценовой фракций и новых признаков, заключающихся в том, что флегму на линии ее подачи от сборника к колонне, нагревают до температуры 85-90°С подачей перегретого пара в межтрубное пространство парового подогревателя с объемным расходом до 18 м³/ч при помощи насоса подают на верхнюю тарелку колонны, при этом, за счет превышения температуры подаваемой флегмы значения температуры кипения содержащих воду азеотропных смесей паровой фазы в колонне исключают конденсацию воды и как следствие исключают ионное инициирование процессов осмоления, полимеризации и поликонденсации, приводящих к образованию отложений.

Новизной предлагаемого способа является нагревание флегмы на линии ее подачи от сборника к колонне, до температуры 85-90°С подачей перегретого пара в межтрубное пространство парового подогревателя с объемным расходом до 18 м³/ч при помощи насоса на верхнюю тарелку колонны, при этом за счет превышения температуры подаваемой флегмы значения температуры кипения содержащих воду азеотропных смесей паровой фазы в колонне исключают конденсацию воды и, как следствие, исключают ионное инициирование процессов осмоления, полимеризации и поликонденсации, приводящих к образованию отложений.

То есть нагрев флегмы (легкого масла) при помощи теплообменника, смонтированного на линии ее подачи от сборника к колонне, до температуры 85-90°С и подача флегмы при помощи насоса на верхнюю тарелку колонны с объемным расходом до 18 м³/ч исключает условия для протекания химических реакций в результате которых образуются осадочные отложения на тарелках за счет превышения температуры подаваемой флегмы над температурой кипения содержащих воду азеотропных смесей паровой фазы ректификационной колонны фракционирования каменноугольной смолы.

Изменениями в пределах 18 м³/ч объемного расхода флегмы на верх ректификационной колонны фракционирования каменноугольной смолы обеспечивают поддержание теплового баланса в колонне, а также регулирование состава и температуры кипения дистиллята.

Поддержание температуры жидкой фазы на верхней и расположенных ниже тарелках выше температуры кипения наиболее высококипящих содержащих воду азеотропных смесей, находящихся в паровой фазе, позволяют исключить конденсацию воды и, как следствие, исключить ионное инициирование процессов осмоления, полимеризации и поликонденсации, приводящих к образованию отложений.

При этом снижаются финансовые, трудовые и материальные затраты на внеплановые остановки оборудования, подготовку его к ремонту, вскрытие аппаратов, чистку тарелок колонны, связанные с восстановлением работоспособности ректификационной колонны фракционирования каменноугольной смолы, повышается надежность и непрерывность работы установки.

Проведенный в процессе подготовки заявочных материалов патентно-информационный поиск, сочетания предложенных известных и новых признаков предполагаемого изобретения в патентной и научно-технической литературе - не выявил, что позволяет отнести признаки к обладающим новизной.

Поскольку предложенное сочетание признаков неизвестно из существующего уровня техники и позволяет получить более высокий и неожиданный технический результат, то предлагаемые существенные признаки можно признать соответствующими критерию - изобретательский уровень.

Описание осуществления предлагаемого устройства и проведенные опытные работы позволяют отнести предложенное устройство к промышленно выполнимым.

На фиг.1 представлена технологическая схема установки ректификации широкого дистиллята, при помощи которой осуществляется предлагаемый способ снижения образования отложений на тарелках ректификационной колонны в процессе фракционирования каменноугольной смолы.

На фото 1 представлена тарелка №54 ректификационной колонны, забитая осадочными отложениями в течение 20-ти дней работы до использования предлагаемого способа.

На фото 2 представлена тарелка №54 ректификационной колонны, забитая осадочными отложениями в течение 10-ти дней работы до использования предлагаемого способа.

На фото 3 представлена тарелка №54, которая после работы колонны по предлагаемому способу в течение двадцати трех суток оставалась чистой без отложений.

На фото 4 представлена тарелка №54, которая после работы колонны по предлагаемому способу в течение тридцати шести суток оставалась чистой без отложений.

Установка ректификации широкого дистиллята включает ректификационную колонну 1 с линией 2 подвода широкого дистиллята, линией 3 отвода легкого масла, линией 4 отвода фенольной фракции, линией 5 отвода нафталиновой фракции, линией 6 отвода поглотительной фракции и линией 7 отвода антраценовой фракции в сборники соответственно 8, 12, 11, 10, 9. На линии 13 подачи части легкого масла (флегмы) от сборника 8 к ректификационной колонне 1 смонтированы насос 14 и паровой подогреватель 15 с линией 16 подвода к нему пара. Контроль температуры подогретого легкого масла (флегмы) осуществляется при помощи датчика 17, смонтированного на линии 13 подачи легкого масла непосредственно у колонны 1. Линия 4 отвода фенольной фракции от колонны содержит холодильник 18, а линии 5, 6, 7 отвода продуктов содержат холодильники 19. Каждая линия подачи и отвода продуктов и пара снабжена запорной арматурой 20 с регулирующими клапанами 21. Тарелки 22 ректификационной колонны 1 расположены друг над другом по высоте колонны 1. На линии 3 отвода легкого масла смонтирован конденсатор 23 и сепаратор 24. Отвод готовой продукции на склад осуществляется при помощи трубопроводов 25.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Нагретый до температуры 350÷390°С широкий дистиллят по линии 2 поступает на тарелки 22 в нижнюю часть ректификационной колонны 1. В зависимости от температуры по высоте колонны 1 осуществляется отбор требуемых фракций, например, фенольной, нафталиновой, поглотительной и антраценовой фракций, которые, пройдя холодильники, попадают в сборники соответственно 12, 11, 10, 9. Выделенное из широкого дистиллята легкое масло по линии 3 поступает в конденсатор 23, а затем в сепаратор 24, где очищается от примесей и направляется в сборник 8. Из сборника 8 часть легкого масла (флегма) с объемным расходом до 18 м³/ч. подогревается до температуры в [85÷90]°С при помощи парового подогревателя 15 и при помощи насоса 14 подается на орошение верха колонны 1. Температура поступающего в колонну 1 легкого масла контролируется при помощи датчика 17.

При этом происходит превышение температуры подаваемой флегмы над температурой кипения содержащих воду азеотропных смесей паровой фазы в колонне. При этом исключаются условия для протекания химических реакций в результате которых образуются осадочные отложения на тарелках. Снижаются финансовые, трудовые и материальные затраты на внеплановые остановки оборудования, подготовку его к ремонту, вскрытие аппаратов, чистку тарелок колонны, связанные с восстановлением работоспособности ректификационной колонны фракционирования каменноугольной смолы, повышается надежность и непрерывность работы установки.

Конкретный пример осуществления предлагаемого способа

Широкий дистиллят с температурой 380°С по линии 2 подавали в нижнюю часть ректификационной колонны 1. В зависимости от температуры по высоте колонны 1 осуществили отбор требуемых фракций - фенольной, нафталиновой, поглотительной и антраценовой, которые проходили холодильники и попадали в сборники соответственно 12, 11, 10, 9. При этом фенольная фракция охлаждалась до температуры 80°С, нафталиновая - до температуры 105°С, поглотительная - до температуры 70°С, антраценовая - до температуры 95°С. Выделенное из широкого дистиллята легкое масло по линии 3 поступало в конденсатор 23 и конденсировалось, затем стекало в сепаратор 24, где очищалось от примесей и далее поступало в сборник 8. Из сборника 8 часть легкого масла (флегма) с объемным расходом 14 м³/ч подогрели при помощи парового подогревателя 15 и при помощи насоса 14 подали на верхнюю тарелку колонны 1 и орошали ее легким маслом с температурой 90°С. Температура подводимого к колонне 1 легкого масла контролировалась при помощи датчика 17.

Фактором, указывающим на стабильную, соответствующую заданным параметрам, работу колонны фракционирования каменноугольной смолы, является состояние и цвет сепараторной воды, которая до введения предлагаемого способа через неделю становилась черного цвета вследствие уноса с парами с верха колонны продуктов осмоления и поликонденсации.

После 25 (двадцати пяти) суток непрерывной работы колонны по новому способу - вода чистая и прозрачная, что свидетельствует о чистоте верхних тарелок колонны. Приложенные фотографии (фото 1, фото 2, фото 3 и фото 4) тарелок ректификационной колонны наглядно и в сравнении показывают эффективность использования предлагаемого способа, при котором на тарелках колонны отсутствуют загрязняющие тарелки отложения.

При использовании предлагаемого способа было достигнуто полное подавление осадочных процессов, приводящих к забивке верхних тарелок колонны отложениями. Подогрев флегмы позволил исключить конденсацию воды, содержащейся в паровой фазе ректификационной колонны фракционирования каменноугольной смолы, и, как следствие, исключить электролитическую диссоциацию солей и катионную полимеризацию, инициированную ионами железа. В результате использования предлагаемого способа по предложенной технологической схеме на тарелках 22 колонны ректификационной 1 не происходило образование продуктов осмоления и поликонденсации непредельных соединений.

Признаки нагрева флегмы до температуры 85-90°С при помощи теплообменника на линии ее подачи от сборника к колонне, осуществляемого подачей перегретого пара в межтрубное пространство теплообменника обеспечивает поддержание требуемой температуры флегмы при ее подаче на орошение верха колонны и соответственно способствует достижению поставленной предполагаемым изобретением технической задачи.

В настоящее время на предприятии осуществлена опытная проверка предлагаемого способа, показавшая хорошие положительные результаты.

После проведения более полных испытаний будет установлена новая периодичность проверки тарелок ректификационной колонны на засорение отложениями и будет принято решение об использовании на предприятии предлагаемого способа.

Изобретение относится к технологии переработки каменноугольной смолы и тому подобных материалов в сырье для получения химических продуктов - игольчатого кокса, бензола, нафталина и других. Способ снижения образования отложений на тарелках ректификационной колонны в процессе фракционирования каменноугольной смолы включает подачу в колонну широкого дистиллята при температуре 350-390°С, подачу на верхнюю тарелку колонны в качестве флегмы легкого масла и последующий, в зависимости от температур кипения жидкой фазы на тарелках по высоте ректификационной колонны, отбор фенольной, нафталиновой, поглотительной и антраценовой фракций, при этом флегму, представляющую собой легкое масло, при помощи теплообменника, смонтированного на линии подачи флегмы от сборника к колонне, нагревают до температуры 85-90°С и с объемным расходом до 18 м³/ч при помощи насоса подают на верхнюю тарелку колонны, на которой, а также на расположенных ниже тарелках, температуру жидкой фазы поддерживают выше температуры кипения наиболее высококипящих содержащих воду азеотропных смесей, находящихся в паровой фазе, этим исключают конденсацию воды и как следствие исключают ионное инициирование процессов осмоления, полимеризации и поликонденсации, приводящих к образованию отложений. В настоящее время на предприятии осуществлена опытная проверка предлагаемого способа, показавшая хорошие положительные результаты. 5 ил.

Способ снижения образования отложений на тарелках ректификационной колонны в процессе фракционирования каменноугольной смолы, включающий подачу в колонну широкого дистиллята при температуре 350÷390°С, подачу на верхнюю тарелку колонны в качестве флегмы легкого масла и последующий, в зависимости от температур кипения жидкой фазы на тарелках по высоте ректификационной колонны, отбор фенольной, нафталиновой, поглотительной и антраценовой фракций, отличающийся тем, что флегму на линии ее подачи от сборника к колонне, нагревают до температуры 85-90°С подачей перегретого пара в межтрубное пространство парового подогревателя с объемным расходом до 18 м³/ч при помощи насоса подают на верхнюю тарелку колонны, при этом за счет превышения температуры подаваемой флегмы значения температуры кипения содержащих воду азеотропных смесей паровой фазы в колонне исключают конденсацию воды и как следствие исключают ионное инициирование процессов осмоления, полимеризации и поликонденсации, приводящих к образованию отложений.