Устройство регулирования распределения газовой фазы и колонна с разделительной стенкой Российский патент 2023 года по МПК B01D3/42 B01D3/14 B01D3/32 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области химической ректификации, в частности, к устройству регулирования распределения газовой фазы и к колонне с разделительной стенкой, включающей устройство регулирования распределения газовой фазы.

Уровень техники

В настоящее время в процессе ректификации на нефтеперерабатывающих и химических заводах в основном используют обычную колонну для разделения материалов. Теоретически для получения N продуктов необходимо построить N-1 ректификационных колонн, и соответствующие капиталовложения и энергопотребление являются высокими. Таким образом, чтобы уменьшить капиталовложения и энергопотребление в процессе, лучшим выбором является разработка нового ректификационного оборудования. По сравнению с традиционными ректификационными колоннами, колонны с разделительной стенкой (КРС) могут значительно снизить энергопотребление и капиталовложения и являются типичным новым энергосберегающим ректификационным оборудованием.

Колонна с разделительной стенкой образована путем размещения вертикальной разделительной стенки, проходящей в осевом направлении в средней секции обычной ректификационной колонны. Разделительная стенка делит пространство в колонне на четыре части: левая сторона разделительной стенки (зона подачи), правая сторона разделительной стенки (зона выгрузки), верхняя сторона разделительной стенки (общая секция ректификации) и нижняя сторона разделительной стенки (общая секция отпарки). Колонна с разделительной стенкой имеет большие преимущества для многокомпонентной ректификации. По сравнению с обычной ректификационной колонной, колонна с разделительной стенкой (КРС) может экономить энергию на 20%-50%, так как в ней нет явления обратного смешивания; кроме того, это может сэкономить около 30% капитальных вложений, поскольку колонна и ребойлер исключены.

В предшествующем уровне техники, например, в патентной заявке US 2011139604 А1, раскрыта колонна с разделительной стенкой. В колонне с разделительной стенкой разделительная стенка имеет асимметричную форму, и ее можно регулировать путем использования отверстия для подачи и отверстия для выгрузки в средней секции колонны в качестве асимметричных точек, так что пространство на нижнем конце отверстия для подачи на стороне подаче увеличивают, а пространство на нижней стороне отверстия для выгрузки уменьшают, таким образом достигая цели уравновешивания загрузки газовой фазы и загрузки жидкой фазы в колонне.

В предшествующем уровне техники, например, в патентной заявке CN102631791 А, раскрыт способ регулирования колонны с разделительной стенкой. В заявке раскрыт способ регулирования колонны с разделительной стенкой с четырьмя контурами регулирования, а именно: контуром регулирования состава перегретого дистиллята, который регулирует количество верхней флегмы путем регулирования концентраций компонентов перегретого дистиллята; контуром регулирования состава бокового дистиллята, который регулирует поток бокового дистиллята путем регулирования концентраций компонентов бокового дистиллята; контуром регулирования состава кубового дистиллята, который регулирует тепловую нагрузку нижней части колонны путем регулирования концентраций компонентов кубового дистиллята; и контуром регулирования состава газовой фазы в верхней части секции предварительного фракционирования, который регулирует степень разделения жидкости в колонне с разделительной стенкой путем регулирования концентраций компонентов тяжелой газовой фазы в верхней части секции предварительного фракционирования. Все контуры регулирования предпочтительно являются схемами ПИД-регулирования. Способ регулирования может обеспечить стабильное регулирование во всей колонне при изменении расхода сырья или состава сырья, чтобы обеспечить качество продукта и поддерживать потребление энергии во всей колонне в оптимальном диапазоне.

В сущности, существующие колонны с разделительной стенкой все еще не могут полностью решить следующие две проблемы: (1) регулирование распределения газовой фазы на двух сторонах разделительной стенки в колонне с разделительной стенкой всегда является неточным, и диапазон регулировки соотношения распределения газовой фазы является узким; следовательно, эффект массопереноса между газовой и жидкой фазами на двух сторонах разделительной стенки является низким, и эффект разделения является низким; (2) загрузка газовой и жидкой фаз, концентрации компонентов и потребность в тепле на двух сторонах разделительной стенки различны, а в секции разделительной стенки существует явление обратного переноса тепла; следовательно, чистота продукта в колонне с разделительной стенкой может быть дополнительно улучшена.

Следовательно, существует настоятельная потребность в устройстве регулирования распределения газовой фазы, которое позволило бы более точно регулировать распределение газовой фазы на двух сторонах разделительной стенки, избегать обратного переноса тепла, насколько это возможно, и дополнительно улучшить чистоту продукта.

Информация, раскрытая в разделе «уровень техники», предназначена только для того, чтобы лучше понять предпосылки настоящего изобретения, и ее не следует рассматривать как подтверждение, что информация представляет собой предшествующий уровень техники, хорошо известный специалистам в данной области, или в какой-либо форме предположение этого.

Краткое описание изобретения

Целью настоящего изобретения является создание устройства регулирования распределения газовой фазы и колонны с разделительной стенкой, включающей это устройство, чтобы преодолеть недостатки, связанные с неточным регулированием и узким диапазоном регулирования соотношения распределения газовой фазы в предшествующем уровне техники.

Для достижения вышеуказанной цели в настоящем изобретении предложено устройство регулирования распределения газовой фазы, которое содержит: слой наполнителя для удаления жидкости из газовой фазы и распределительный слой, расположенный над слоем наполнителя и снабженный по меньшей мере двумя каналами для газовой фазы, независимыми друг от друга и сообщающимися, соответственно, со слоем наполнителя и верхней стороной распределительного слоя, при этом каждый канал для газовой фазы имеет вход рядом со слоем наполнителя и выход рядом с верхней стороной распределительного слоя, и по меньшей мере два из входов, соответственно, обеспечены отверстием, выполненным с возможностью регулирования его размера с помощью механизма распределения газовой фазы в соответствии с заданным соотношением распределения газовой фазы.

Возможно, распределительный слой снабжен двумя каналами для газовой фазы, а механизм распределения газовой фазы содержит:

полое круглое кольцо, закрепленное над слоем наполнителя и содержащее три секции, последовательно расположенные в окружном направлении, при этом нижняя часть одной секции снабжена двумя входами, находящимися на расстоянии друг от друга или сообщающимися друг с другом в окружном направлении полого круглого кольца, а две другие секции, соответственно, расположены на двух концах указанной одной секции и, соответственно, имеют выход в верхней части; и

ползунок, который адаптивно расположен во внутренней полости полого круглого кольца и выполнен с возможностью скольжения в указанной одной секции в окружном направлении полого круглого кольца,

при этом механизм распределения газовой фазы выполнен с возможностью регулировки размера двух входов путем изменения положения ползунка.

Возможно, механизм распределения газовой фазы содержит:

полое круглое кольцо, закрепленное над слоем наполнителя и содержащее по меньшей мере четыре секции, расположенные последовательно в окружном направлении, при этом нижние части по меньшей мере двух из по меньшей мере четырех секций, соответственно, снабжены входом, а по меньшей мере две другие из по меньшей мере четырех секций, соответственно, снабжены выходом в верхней части, при этом входы и выходы расположены с чередованием в окружном направлении полого круглого кольца; и

по меньшей мере два ползунка, которые адаптивно расположены во внутренней полости полого круглого кольца и выполнены с возможностью скольжения в окружном направлении полого круглого кольца,

при этом механизм распределения газовой фазы выполнен с возможностью регулировки размера по меньшей мере двух входов путем изменения положений по меньшей мере двух ползунков.

Возможно, полое круглое кольцо содержит четыре секции LI, L2, L3 и L4, которые имеют одинаковую длину дуги и расположены последовательно, при этом нижние части L1 и L3, соответственно, снабжены полой входной частью для образования двух входов, а верхние части L2 и L4, соответственно, снабжены полой выходной частью для образования двух выходов;

при этом механизм распределения газовой фазы содержит два ползунка, которые установлены с возможностью скольжения в L1 и L3, соответственно.

Возможно, полое круглое кольцо содержит четыре секции LI, L2, L3 и L4, которые имеют одинаковую длину дуги и расположены последовательно, при этом нижние части L1 и L2, соответственно, снабжены полой входной частью для образования двух входов, а верхние части L3 и L4, соответственно, снабжены полой выходной частью для образования двух выходов;

при этом механизм распределения газовой фазы содержит два ползунка, которые установлены с возможностью скольжения в L1 и L2, соответственно.

Возможно, ползунок (ползунки) представляет/представляют собой магнитный компонент, а механизм распределения газовой фазы дополнительно содержит компонент для электромагнитного регулирования распределения, который содержит:

дугообразную дорожку, коаксиально расположенную снаружи полого круглого кольца;

электромагнит, расположенный на дугообразной дорожке и выполненный с возможностью перемещения вдоль дугообразной дорожки; и

электромагнитный регулятор, установленный с возможностью приведения электромагнита в движение в соответствии с заданным соотношением распределения газовой фазы для приведения ползунка в требуемое положение.

Возможно, внутренняя полость полого круглого кольца имеет круглое поперечное сечение, а ползунок представляет собой полый железный шарик.

Возможно, устройство регулирования распределения газовой фазы содержит потоконаправляющую пластину, расположенную между распределительным слоем и слоем наполнителя, так что слой наполнителя сообщается с верхней стороной распределительного слоя только через канал для газовой фазы.

Возможно, потоконаправляющая пластина герметично размещена на внутренней стороне полого круглого кольца и расположена в среднем положении полого круглого кольца в осевом направлении.

Возможно, в нижней части слоя наполнителя обеспечена решетка для наполнителя.

Возможно, пористость решетки для наполнителя составляет 5%-15%.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает колонну с разделительной стенкой, которая содержит описанное выше устройство регулирования распределения газовой фазы, при этом разделительная стенка колонны с разделительной стенкой расположена в средней секции корпуса колонны и проходит в осевом направлении корпуса колонны и делит внутреннее пространство корпуса колонны на общую секцию ректификации над разделительной стенкой, секцию подачи с левой стороны разделительной стенки, секцию выгрузки с правой стороны разделительной стенки и общую секцию отпарки ниже разделительной стенки, при этом устройство регулирования распределения газовой фазы расположено ниже разделительной стенки, и указанные по меньшей мере два выхода сообщаются с двумя сторонами разделительной стенки, соответственно.

Возможно, устройство регулирования распределения газовой фазы содержит два канала для подъема газа, которые сообщаются с указанными по меньшей мере двумя выходами, соответственно, и ведут, соответственно, к двум сторонам разделительной стенки.

Возможно, разделительная стенка имеет многослойную полую конструкцию, и полая часть разделительной стенки наполнена инертным газом или теплоизоляционным материалом.

Возможно, площадь поперечного сечения канала для подъема газа составляет 10%-40% (0,1-0,4 раза) от площади поперечного сечения корпуса колонны.

Возможно, поперечное сечение канала для подъема газа является прямоугольным, квадратным или круглым.

По сравнению с предшествующим уровнем техники настоящее изобретение обеспечивает следующие полезные эффекты:

(1) Электромагнитное распределение и регулировку используют для регулирования распределения газовой фазы, в частности, сигналы передают от компьютерной системы управления к устройству регулирования распределения газовой фазы, чтобы реализовать раздельное и гибкое распределение и регулирование газов в термически связанной ректификационной колонне, повысить точность регулирования загрузки газовой фазы и загрузки жидкой фазы на двух сторонах разделительной стенки в термически связанной ректификационной колонне, улучшить эффект разделения продукта и упростить регулирование колонны с разделительной стенкой.

(2) Разделительная стенка в средней секции термически связанной ректификационной колонны выполнена в теплоизолирующем исполнении для предотвращения теплопередачи между левой и правой сторонами разделительной стенки. В реальном рабочем процессе рабочие параметры на левой стороне и правой стороне разделительной стенки устанавливают по-разному для разных материалов и свойств, так что секция предварительного разделения и секция продукта боковой фракции работают независимо друг от друга, т.е. явление обратного переноса тепла эффективно регулируется, и чистота продукта средней секции эффективно повышается.

Приведенное выше описание является лишь обзором технической схемы настоящего изобретения. Ниже представлены и подробно описаны одно или более предпочтительных воплощений со ссылкой на прилагаемые чертежи, чтобы сделать технические средства настоящего изобретения более понятными и реализованными на основе описания, а также сделать более легко понятными вышеуказанные и другие цели, технические признаки и преимущества настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой структурную схему колонны с разделительной стенкой в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 2 представляет собой схематический вид поперечного сечения разделительной стенки колонны с разделительной стенкой в соответствии с настоящим изобретением (показывающий многослойную структуру разделительной стенки);

Фиг. 3 представляет собой структурную схему устройства регулирования распределения газовой фазы в колонне с разделительной стенкой в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение входа канала для газовой фазы устройства регулирования распределения газовой фазы в соответствии с настоящим изобретением (вид снизу на полое круглое кольцо);

Фиг. 5 представляет собой схематическое изображение выхода канала для газовой фазы устройства регулирования распределения газовой фазы в соответствии с настоящим изобретением (вид сверху на полое круглое кольцо);

Фиг. 6 представляет собой структурную схему компонента для электромагнитного регулирования распределения в устройстве регулирования распределения газовой фазы в соответствии с настоящим изобретением.

Обозначения позиций:

Т - колонна с разделительной стенкой, Т1 - общая секция ректификации, Т2 -секция подачи, Т3 - секция выгрузки, Т4 - общая секция отпарки; С1 - верхний конденсатор, G1 - буферный бак средней секции, G2 - верхний бак отделения жидкости, HI - нагреватель флегмы средней секции на стороне подачи, Н2 - нагреватель флегмы средней секции на стороне выгрузки, Р1 - насос для орошения средней секции, Н3 - ребойлер;

1 - исходный материал, подлежащий обработке, 2 - верхняя газовая фаза, 3 -конденсированная жидкость, 4 - верхний продукт, 5 - верхняя флегма, 6 - продукт средней секции, 7 - флегма средней секции на стороне подачи, 8 - флегма средней секции на стороне выгрузки, 9 - продукт боковой фракции, 10 - жидкая фаза, поступающая в общую секцию отпарки из секции разделительной стенки, 11 - нижняя жидкая фаза, 12 - нижний продукт, 13 - газовая фаза, возвращающаяся в колонну;

20 - стенка колонны, 21 - первый теплоизоляционный слой, 22 - второй теплоизоляционный слой, 23 - полый слой;

30 - устройство регулирования распределения газовой фазы, 31 - канал для подъема газа, 32 - центральная перегородка в распределительном слое, 33 - железный шар (33А и 33В), 34 - решетка для наполнителя, 35 - слой наполнителя, 36 - полое круглое кольцо, 37 - стальная пластина;

S1 - первая зона входа, S2 - вторая зона входа, S3 - третья зона входа, S4 - четвертая зона входа; Е1 - первая зона выхода, Е2 - вторая зона выхода;

40 - компонент для электромагнитного регулирования распределения, 41 -дугообразная дорожка, 42 - электромагнит, 43 - электромагнитный регулятор.

Воплощения

Далее подробно описаны некоторые конкретные воплощения настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Однако следует понимать, что объем охраны настоящего изобретения не ограничивается этими воплощениями.

Если прямо не указано иное, в описании и формуле изобретения термин «содержит» или «включает» или их варианты, такие как «содержащий» или «включающий», следует понимать как включающий перечисленные элементы или компоненты без исключения других элементов или компонентов.

В данном документе для удобства описания могут использоваться пространственно-относительные термины, такие как «нижняя сторона», «ниже», «низ», «верхняя сторона», «выше» и «верх» и т.д., для описания взаимосвязи между одним элементом или признаком и другим элементом или признаком на чертежах. Следует понимать, что пространственно-относительные термины подразумевают включение различных направлений объектов при использовании или эксплуатации, отличных от направлений, изображенных на чертежах. Например, если объект на чертеже перевернут вверх дном, элемент, описанный как «ниже» или «нижний» относительно других элементов или признаков, будет ориентирован «над» этими элементами или признаками. Следовательно, приведенный в качестве примера термин «ниже» может включать направления «ниже» и «выше». Объекты также могут иметь другие ориентации (повернутую на 90 градусов или другую ориентацию), и используемые здесь пространственно-относительные термины следует интерпретировать соответствующим образом.

В данном документе термины «первый», «второй» и т.д. используют для того, чтобы различить два разных элемента или части, а не для определения конкретной позиции или относительной связи. Другими словами, в некоторых воплощениях термины «первый», «второй» и т.д. также могут быть заменены друг другом.

Как показано на фиг. 1, в колонне Т с разделительной стенкой в настоящем изобретении расположена вертикальная разделительная стенка, проходящая вдоль оси корпуса колонны (например, вертикальная центральная линия корпуса колонны на фиг. 1), которая делит внутреннее пространство колонны на четыре части: общую секцию Т1 ректификации над разделительной стенкой, секцию Т2 подачи на левой стороне разделительной стенки, секцию Т3 выгрузки на правой стороне разделительной стенки и общую секцию Т4 отпарки ниже разделительной стенки. Исходный материал 1, подлежащий обработке, подают в секцию Т2 подачи колонны с разделительной стенкой, подаваемую жидкость предварительно разделяют, верхнюю газовую фазу 2 охлаждают верхним конденсатором С1, сконденсированная жидкость 3 поступает в верхний бак G2 отделения жидкости, одну часть жидкости (т.е. верхнюю флегму 5) возвращают в верхнюю часть колонны, а другую часть жидкости отводят в виде верхнего продукта 4 из устройства. Верхняя флегма 5 проходит через общую секцию Т1 ректификации и затем собирается в лотке для приема жидкости над разделительной стенкой, собранную жидкость отбирают как продукт 6 средней секции, и она поступает в буферный бак G1 средней секции; затем продукт средней секции проходит через насос Р1 для орошения средней секции и нагреватели флегмы средней секции (включая нагреватель HI флегмы средней секции на стороне подачи и нагреватель Н2 флегмы средней секции на стороне выгрузки), где регулируют температуру флегмы, а затем поступает на две стороны разделительной стенки; жидкие фазы, поступающие на две стороны разделительной стенки, рассматривают как флегму 7 средней секции на стороне подачи и флегму 8 средней секции на стороне выгрузки, соответственно, и, наконец, продукт 9 боковой фракции образуется в секции Т3 выгрузки. Под разделительной стенкой расположено устройство 30 регулирования распределения газовой фазы, и для поднимающейся газовой фазы осуществляют распределение потока газовой фазы посредством работы компьютерной системы управления. Газовая фаза поднимается, а жидкая фаза 10 стекает вниз из секции разделительной стенки в общую секцию отпарки. Затем жидкость перетекает из общей секции Т4 отпарки в нижнюю часть колонны, при этом получают нижнюю жидкую фазу 11 и, наконец, нижний продукт 12. Жидкость, проходящая через нижний ребойлер Н3, превращается в газовую фазу, а газовая фаза 13, возвращающаяся в колонну, проходит через решетку для наполнителя в нижней части устройства 30 регулирования распределения газовой фазы в настоящем изобретении из общей секции Т4 отпарки и поступает в устройство 30 регулирования распределения газовой фазы. Газовую фазу регулируют и точно распределяют устройством, и она поступает на две стороны разделительной стенки; таким образом завершается весь процесс регулирования распределения газа.

Как показано на фиг. 1 и 3, устройство 30 регулирования распределения газовой фазы по настоящему изобретению расположено под разделительной стенкой колонны Т с разделительной стенкой и содержит слой 35 наполнителя в нижней части и распределительный слой в верхней части. Наполнитель в слое наполнителя может быть обычным наполнителем, который имеет функцию разделения газа и жидкости, таким как один или более из наполнителей из проволочной сетки, объемного наполнителя или наполнителя из регулярно гофрированных пластин и т.д.; в качестве предпочтительного, но не ограничивающего примера, наполнитель может представлять собой материал из проволочной сетки, а высота слоя наполнителя может быть установлена в соответствии с колонной Т с разделительной стенкой и фактическими условиями применения, она обычно составляет 10-50 мм, предпочтительно 10-40 мм. Слой 35 наполнителя используют для удаления жидкости из газовой фазы, которую возвращают в колонну из общей секции отпарки. Решетка 34 для наполнителя расположена в нижней части слоя 35 наполнителя, пористость решетки 34 для наполнителя может составлять 5-20%, предпочтительно 5%-15%, решетку 34 для наполнителя используют для поддержки материала наполнителя, а поры в решетке 34 для наполнителя служат для образования каналов, по которым газовая фаза поступает в слой 35 наполнителя. Распределительный слой расположен над слоем 35 наполнителя и снабжен по меньшей мере двумя каналами для газовой фазы, которые отделены друг от друга, каждый канал для газовой фазы имеет вход рядом со слоем 35 наполнителя и выход рядом с верхней стороной распределительного слоя, по меньшей мере два входа по меньшей мере двух каналов для газовой фазы снабжены отверстием, которое выполнено с возможностью регулирования его размера с помощью механизма распределения газовой фазы в соответствии с заданным соотношением распределения газовой фазы. По меньшей мере два выхода по меньшей мере двух каналов для газовой фазы, соответственно, сообщаются с двумя каналами 31 для подъема газа, которые ведут к двум сторонам разделительной стенки.

Описанный выше механизм распределения газовой фазы может быть реализован различными способами. В одном воплощении настоящего изобретения распределительный слой снабжен двумя каналами для газовой фазы, механизм распределения газовой фазы содержит полое круглое кольцо 36 и ползунок, при этом полое круглое кольцо 36 закреплено над слоем 35 наполнителя и содержит три секции, расположенные последовательно в окружном направлении кольца, нижняя часть одной стороны снабжена двумя входами, находящимися на расстоянии друг от друга в окружном направлении полого круглого кольца 36 (например, два входа представляют собой два отверстия в форме полосы, которые проходят в дугообразной форме) или сообщающимися друг с другом (например, два входа представляют собой отверстие в форме полосы, которое проходит в дугообразной форме), две другие секции расположены, соответственно, на двух концах указанной одной секции и имеют выход, соответственно, в верхней части; ползунок адаптивно расположен во внутренней полости полого круглого кольца 36 и может скользить в указанной одной секции в окружном направлении полого круглого кольца 36, а механизм распределения газовой фазы выполнен с возможностью регулировки размера отверстия двух входов путем изменения положения ползунка. Понятно, что вход и выход могут быть полыми частями (т.е. отверстиями в форме полосы, проходящими в форме дуги) или образованными множеством объединенных отверстий, при условии, что площадь сообщения между ними и соответствующим каналом для газовой фазы можно варьировать путем изменения положения ползунка. Разделение двух каналов для газовой фазы между собой означает, что два выхода отделены друг от друга, то есть два выхода не сообщаются друг с другом, но сообщаются с двумя каналами 31 для подъема газа, соответственно.

Согласно другому воплощению настоящего изобретения, механизм распределения газовой фазы содержит полое круглое кольцо 36 и по меньшей мере два ползунка, при этом полое круглое кольцо 36 закреплено над слоем 35 наполнителя и содержит по меньшей мере четыре секции, расположенные последовательно в окружном направлении кольца, по меньшей мере две из по меньшей мере четырех секций снабжены входом в нижней части, соответственно, а по меньшей мере две другие из по меньшей мере четырех секций снабжены выходом в верхней части, соответственно, причем входы и выходы расположены с чередованием в окружном направлении полого круглого кольца 36; по меньшей мере два ползунка адаптивно расположены во внутренней полости полого круглого кольца 36 и могут скользить в окружном направлении полого круглого кольца 36, а механизм распределения газовой фазы выполнен с возможностью регулировки размера отверстия по меньшей мере двух входов посредством изменения положений по меньшей мере двух ползунков.

Из приведенного выше описания можно понять, что входы и выходы расположены с чередованием в окружном направлении полого круглого кольца 36, что означает, что соответствующие секции полого круглого кольца 36 с входами расположены с чередованием с соответствующими секциями полого круглого кольца 36 с выходами, т.е. в каждых двух соседних секциях одна секция снабжена входом, а другая секция снабжена выходом. Полое круглое кольцо 36 может содержать четыре секции, шесть секций, восемь секций и т.д., которые расположены последовательно в окружном направлении кольца. В случае, когда полое круглое кольцо 36 содержит четыре секции, распределительный слой содержит два канала для газовой фазы, и два выхода двух каналов для газовой фазы, соответственно, сообщаются с двумя каналами 31 для подъема газа; в случае, когда полое круглое кольцо 36 содержит шесть секций, распределительный слой содержит три канала для газовой фазы, при этом два выхода двух каналов для газовой фазы сообщаются с одним каналом 31 для подъема газа, а выход оставшегося канала для газовой фазы сообщается с другим каналом 31 для подъема газа; в случае, когда полое круглое кольцо 36 содержит восемь секций, распределительный слой содержит четыре канала для газовой фазы, при этом два выхода двух каналов для газовой фазы сообщаются с одним каналом 31 для подъема газа, а выходы оставшихся двух каналов для газовой фазы сообщаются с другим каналом 31 для подъема газа.

В приведенном выше описании длины дуг секций могут быть равны или отличаться друг от друга. Для облегчения регулирования скольжения ползунка ползунок может представлять собой магнитный компонент, например, ползунок представляет собой полый или сплошной железный шарик, и, соответственно, поперечное сечение внутренней полости полого круглого кольца 36 является круглым.

В частности, например, в воплощении, показанном на фиг. 3-5, механизм распределения газовой фазы содержит полое круглое кольцо 36 и железный шарик 33, расположенные в распределительном слое. Наружный диаметр полого круглого кольца 36 соответствует внутреннему диаметру корпуса колонны Т с разделительной стенкой, и полое круглое кольцо 36 закреплено над слоем 35 наполнителя. Как показано на фиг. 4, полое круглое кольцо 36 содержит четыре секции с одинаковой длиной дуги, т.е. LI, L2, L3 и L4, при этом нижние части L1 и L3, соответственно, снабжены полой входной частью (незаштрихованная часть на фиг. 4) для образования двух входов двух каналов для газовой фазы. Как показано на фиг. 5, верхние части L2 и L4, соответственно, снабжены полой выходной частью (незаштрихованная часть на фиг. 5) для образования двух выходов двух каналов для газовой фазы. Полая часть может быть образована путем частичного разрезания полого круглого кольца, но следует понимать, что размер полой входной части должен гарантировать, что железный шарик 33 не выпадет из нее. В частности, могут быть приняты следующие два варианта резки, схема 1: как показано на фиг. 4, срезаны нижние концы секций L1 и L3 полого круглого кольца (как распределительные входы для поступления газовой фазы), и длина среза предпочтительно составляет всю длину нижних концов секций L1 и L3. Если длина окружности круглого кольца равна L, длина среза секций L1 и L3 равна L/4; как показано на фиг. 5, верхние концы секций L2 и L4 полого круглого кольца срезаны (как распределительные выходы для газовой фазы), и длина среза может составлять от L/8 до L/4; предпочтительно резку выполняют со стороны вблизи центра круга, а длина среза составляет L/5. Как показано на фиг. 4, железные шарики 33 расположены в центрах секций L1 и L3 круглого кольца, а диаметр железных шариков 33 немного меньше внутреннего диаметра полого круглого кольца (два шарика вместе, соответственно, обозначены как 33А и 33В), то есть железные шарики с зазором подогнаны к полому круглому кольцу, так что железный шарик 33А может кататься в секции L1 круглого кольца и разделяет зону отверстия секции L1 на две части (обозначенные как S1 и S2, соответственно), в то время как железный шарик 33В может кататься в секции L3 круглого кольца и разделяет зону отверстия секции L3 на две части (обозначенные как S3 и S4, соответственно), а отношение объема газовой фазы, поступающей в секции S1+S3, к объему газовой фазы, поступающей в секции S2+S4, является соотношением распределения газовой фазы, поступающей на две стороны разделительной стенки. Когда устройство регулирования распределения газовой фазы по настоящему изобретению установлено, центральная перегородка 32 в распределительном слое расположена на соединительной линии между серединами длин дуг L1 и L3 (т.е. на соединительной линии между центрами железных шариков 33А и 33В в их начальных положениях), и находится в той же плоскости, что и разделительная стенка в колонне Т с разделительной стенкой. Размер отверстия входа канала для газовой фазы регулируют путем изменения положения железного шарика, таким образом, отношение объема газовой фазы, поступающей в секции S1+S3, к объему газовой фазы, поступающей в секции S2+S4, можно точно регулировать при движении двух железных шариков, соответственно. Схема 2 (на чертеже не показана): нижние концы секций L1 и L2 полого круглого кольца срезаны (как распределительные входы для поступления газовой фазы), и длина среза составляет L/2; верхние концы секций L3 и L4 полого круглого кольца срезаны (как распределительные выходы для газовой фазы), предпочтительно вблизи центра круга, и длина среза составляет 2L/5. Железный шарик расположен на стыке между секциями L1 и L2 и делит зону отверстия секций L1+L2 полого круглого кольца на две части. Точно так же размер отверстия входа канала для газовой фазы регулируют путем изменения положения железного шарика, а соотношение объемов газовой фазы, поступающей в отверстия двух частей, является соотношением распределения газовой фазы, поступающей на две стороны разделительной стенки. Указанные выше две схемы резки являются примерами схем, и любой вариант схем, разработанный на основе концепции конструкции, находится в пределах объема защиты настоящего изобретения. Железный шарик 33 может иметь цельную или полую конструкцию, причем полая конструкция является предпочтительной.

Как показано на фиг. 6, для точного управления положением железного шарика 33 в соответствии с требованиями, механизм распределения газовой фазы в настоящем изобретении дополнительно содержит компонент 40 для электромагнитного регулирования распределения, который может содержать дугообразную дорожку 41, электромагнит 42 и электромагнитный регулятор 43, при этом дугообразная дорожка 41 расположена снаружи корпуса колонны Т с разделительной стенкой в окружном направлении и находится в той же горизонтальной плоскости, что и полое круглое кольцо 36. Электромагнитный регулятор 43 получает команду на перемещение электромагнита 42 вдоль дугообразной дорожки 41 в соответствии с заданным соотношением распределения газовой фазы, и движущийся электромагнит 42 перемещает железный шарик 33 в требуемое положение под действием силы притяжения.

Кроме того, как показано на фиг. 3, устройство 30 регулирования распределения газовой фазы содержит потоконаправляющую пластину, расположенную между распределительным слоем и слоем наполнителя. Потоконаправляющая пластина выполнена таким образом, что она гарантирует, что восходящая газовая фаза может поступать в распределительный слой только через разрез в нижнем конце полого круглого кольца (т.е. указанный выше распределительный выход для газа) и может поступать в каналы 31 для подъема газа на двух сторонах разделительной стенки только из разреза в верхнем конце полого круглого кольца (т.е. указанного выше распределительного выхода для газа). Потоконаправляющая пластина может представлять собой стальную пластину 37, которая герметично размещена внутри полого круглого кольца 36 (например, посредством герметичной сварки) и расположена в центре полого круглого кольца в осевом направлении.

Кроме того, как показано на фиг. 3, предпочтительно, но не ограничиваясь этим, площадь поперечного сечения канала 31 для подъема газа составляет 0,1-0,4 от площади поперечного сечения корпуса колонны Т с разделительной перегородкой, а поперечное сечение канала 31 для подъема газа может быть прямоугольным, квадратным или круглым.

В устройстве регулирования распределения газовой фазы по настоящему изобретению восходящий газ поступает в нижнее отверстие (вход для газа) полого круглого кольца 36 в распределительном слое, а электромагнитный регулятор 43 (см. фиг. 6) управляет положением железного шарика 33 в полом круглом кольце, т.е. регулирует площадь входа для газа (площадь входа для газа определяет расход газа). Положение железного шарика 33 определяется электромагнитным регулятором 43, который управляет электромагнитом, расположенным на внешней стенке колонны, для перемещения вдоль внешней стенки колонны. Газ, разделяемый железным шариком 33, поступает во внутренние полости распределительного слоя на двух сторонах центральной перегородки 32 в распределительном слое через верхние отверстия (выходы для газа) полого круглого кольца, а затем поступает на две стороны разделительной стенки колонны Т с разделительной стенкой через каналы 31 для подъема газа; таким образом завершается процесс регулирования распределения газа. Устройство регулирования распределения газовой фазы по настоящему изобретению может регулировать соотношение распределения газа на двух сторонах разделительной стенки в колонне по отдельности и гибко, чтобы достичь идеального эффекта разделения продукта.

Колонна Т с разделительной стенкой по настоящему изобретению может быть тарельчатой колонной или насадочной колонной, и предпочтительно является тарельчатой колонной. В колонне Т с разделительной стенкой разделительная стенка расположена в середине колонны в пределах диапазона регулирования радиального положения 0,1-0,8D (D представляет собой диаметр колонны), предпочтительно 0,4-0,6D. Высоту разделительной стенки регулируют в диапазоне 0,1-0,8L (L представляет собой высоту колонны), предпочтительно 0,4-0,6L. Кроме того, как показано на фиг. 2, внутренняя стенка 20 колонны Т с разделительной стенкой снабжена теплоизоляционным слоем, наполненным теплоизоляционным материалом для предотвращения передачи тепла через стенку колонны. Теплоизоляционный слой имеет толщину 1-10 мм, предпочтительно 3-6 мм. Теплоизоляционный слой на внутренней стенке колонны может быть выполнен из алюмосиликатных огнеупорных волокон или вакуумных теплоизоляционных панелей, предпочтительно вакуумных теплоизоляционных панелей. Разделительная стенка выполнена в виде многослойной полой конструкции и состоит из первого теплоизоляционного слоя 21, второго теплоизоляционного слоя 22 и среднего полого слоя 23. Полый слой 23 может быть наполнен теплоизоляционным материалом или инертным газом для предотвращения передачи тепла через разделительную стенку. Многослойная разделительная стенка может включать 1-5 слоев, предпочтительно 2-3 слоя. Теплоизоляционным материалом, наполняющим средний слой, могут быть алюмосиликатные огнеупорные волокна. В случае, когда разделительная стенка имеет 3 или 5 теплоизоляционных слоев, пространство центрального слоя может быть наполнено инертным газом, который может представлять собой азот, аргон или метан и т.п., предпочтительным является азот.

Пример

Исходный материал 1, содержащий компоненты А, В и С, поступает в секцию Т2 подачи колонны Т с разделительной стенкой, и подаваемую жидкость предварительно разделяют, так что легкие компоненты поднимаются, а тяжелые компоненты опускаются. Газовая фаза в колонне проходит через общую секцию Т1 ректификации и становится верхней газовой фазой 2, которая проходит через верхний конденсатор С1 и становится жидкой фазой и поступает в верхний бак G2 разделения; часть жидкой фазы отводят в виде верхнего продукта 4 из колонны (основной компонент представляет собой А, содержащий следовое количество компонента В), а другую часть жидкой фазы возвращают в виде верхней флегмы 5 в верхнюю часть колонны Т с разделительной стенкой. Верхняя флегма 5 течет через общую секцию Т1 ректификации и поступает в буферный бак G1 средней секции, и ее разделяют на два потока под действием насоса Р1 для орошения средней секции, нагревателя флегмы HI средней секции на стороне подачи и нагревателя флегмы Н2 средней секции на стороне выгрузки, при этом один поток представляет собой флегму 7 средней секции на стороне подачи, а другой поток представляет собой флегму 8 средней секции на стороне выгрузки (разность температур между левой и правой сторонами разделительной стенки можно регулировать таким образом, чтобы она составляла 15-30°С). После массопереноса на правой стороне разделительной стенки получают и выгружают из колонны боковой продукт 9 средней части (основной компонент представляет собой В, содержащий следовые количества компонентов А и С). Жидкая фаза 10 поступает в общую секцию отпарки из секции разделительной стенки и, наконец, поступает в нижнюю часть колонны Т с разделительной стенкой. Жидкую фазу 11 в нижней части колонны разделяют на две части, при этом одну часть отводят из колонны в виде нижнего продукта 12 (основной компонент представляет собой С со следовым количеством компонента В), а другую часть испаряют в нижнем ребойлере Н3 и затем возвращают в виде возвратной газовой фазы 13 в колонну Т с разделительной стенкой. Возвратная газовая фаза 13 проходит через общую секцию отпарки, а затем распределяется устройством регулирования распределения газовой фазы по настоящему изобретению таким образом, чтобы регулировать расход газовой фазы, поступающей на левую сторону и правую сторону разделительной стенки (отношение расхода газовой фазы, поступающей на правую сторону разделительной стенки, к расходу газовой фазы, поступающей на левую сторону разделительной стенки, можно регулировать в диапазоне 0:1-8).

Приведенное выше описание конкретных воплощений настоящего изобретения предназначено для пояснения и иллюстрации. Описание не предназначено для ограничения настоящего изобретения раскрытыми конкретными формами; более того, очевидно, что в свете вышеизложенного могут быть сделаны различные модификации и изменения. Приведенные в качестве примера воплощения выбраны и описаны для объяснения конкретного принципа настоящего изобретения и его практического применения, чтобы позволить специалистам в данной области техники реализовать и использовать иллюстративные воплощения настоящего изобретения, а также сделать различные выборы и изменения. Любая простая модификация, эквивалентная вариация или усовершенствование, внесенные в приведенные выше примеры воплощений, должны рассматриваться как подпадающие под объем охраны настоящего изобретения.

Устройство регулирования распределения газовой фазы, содержащее: слой наполнителя для удаления жидкости из газовой фазы и распределительный слой, расположенный над слоем наполнителя и снабженный по меньшей мере двумя каналами для газовой фазы, независимыми друг от друга и сообщающимися, соответственно, со слоем наполнителя и верхней стороной распределительного слоя, при этом каждый канал для газовой фазы имеет вход рядом со слоем наполнителя и выход рядом с верхней стороной распределительного слоя, и по меньшей мере два из входов, соответственно, обеспечены отверстием, выполненным с возможностью регулирования его размера с помощью механизма распределения газовой фазы в соответствии с заданным соотношением распределения газовой фазы. Технический результат – повышение точности регулирования распределения газовой фазы и расширение диапазона регулирования соотношения распределения газовой фазы. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство регулирования распределения газовой фазы, содержащее:

слой наполнителя для удаления жидкости из газовой фазы и

распределительный слой, расположенный над слоем наполнителя и снабженный по меньшей мере двумя каналами для газовой фазы, независимыми друг от друга и сообщающимися, соответственно, со слоем наполнителя и верхней стороной распределительного слоя, при этом каждый канал для газовой фазы имеет вход рядом со слоем наполнителя и выход рядом с верхней стороной распределительного слоя, и по меньшей мере два из входов, соответственно, обеспечены отверстием, выполненным с возможностью регулирования его размера с помощью механизма распределения газовой фазы в соответствии с заданным соотношением распределения газовой фазы,

при этом распределительный слой снабжен двумя каналами для газовой фазы, а механизм распределения газовой фазы содержит:

полое круглое кольцо, закрепленное над слоем наполнителя и содержащее три секции, последовательно расположенные в окружном направлении, при этом нижняя часть одной секции снабжена двумя входами, находящимися на расстоянии друг от друга или сообщающимися друг с другом в окружном направлении полого круглого кольца, а две другие секции, соответственно, расположены на двух концах указанной одной секции и, соответственно, имеют выход в верхней части, и

ползунок, который адаптивно расположен во внутренней полости полого круглого кольца и выполнен с возможностью скольжения в указанной одной секции в окружном направлении полого круглого кольца,

при этом механизм распределения газовой фазы выполнен с возможностью регулировки размера двух входов путем изменения положения ползунка.

2. Устройство регулирования распределения газовой фазы, содержащее:

слой наполнителя для удаления жидкости из газовой фазы и

распределительный слой, расположенный над слоем наполнителя и снабженный по меньшей мере двумя каналами для газовой фазы, независимыми друг от друга и сообщающимися, соответственно, со слоем наполнителя и верхней стороной распределительного слоя, при этом каждый канал для газовой фазы имеет вход рядом со слоем наполнителя и выход рядом с верхней стороной распределительного слоя, и по меньшей мере два из входов, соответственно, обеспечены отверстием, выполненным с возможностью регулирования его размера с помощью механизма распределения газовой фазы в соответствии с заданным соотношением распределения газовой фазы, при этом механизм распределения газовой фазы содержит:

полое круглое кольцо, закрепленное над слоем наполнителя и содержащее по меньшей мере четыре секции, расположенные последовательно в окружном направлении, при этом нижние части по меньшей мере двух из по меньшей мере четырех секций, соответственно, снабжены входом, а по меньшей мере две другие из по меньшей мере четырех секций, соответственно, снабжены выходом в верхних частях, при этом входы и выходы расположены с чередованием в окружном направлении полого круглого кольца, и

по меньшей мере два ползунка, которые адаптивно расположены во внутренней полости полого круглого кольца и выполнены с возможностью скольжения в окружном направлении полого круглого кольца,

при этом механизм распределения газовой фазы выполнен с возможностью регулировки размера по меньшей мере двух входов путем изменения положений по меньшей мере двух ползунков.

3. Устройство регулирования распределения газовой фазы по п. 2, в котором полое круглое кольцо содержит четыре секции L1, L2, L3 и L4, которые имеют одинаковую длину дуги и расположены последовательно, при этом нижние части L1 и L3, соответственно, снабжены полой входной частью для образования двух входов, а верхние части L2 и L4, соответственно, снабжены полой выходной частью для образования двух выходов;

при этом механизм распределения газовой фазы содержит два ползунка, которые установлены с возможностью скольжения в L1 и L3, соответственно.

4. Устройство регулирования распределения газовой фазы по п. 2, в котором полое круглое кольцо содержит четыре секции L1, L2, L3 и L4, которые имеют одинаковую длину дуги и расположены последовательно, при этом нижние части L1 и L2, соответственно, снабжены полой входной частью для образования двух входов, а верхние части L3 и L4, соответственно, снабжены полой выходной частью для образования двух выходов;

при этом механизм распределения газовой фазы содержит два ползунка, которые установлены с возможностью скольжения в L1 и L2, соответственно.

5. Устройство регулирования распределения газовой фазы по любому из пп. 1-4, в котором ползунок (ползунки) представляет/представляют собой магнитный компонент, а механизм распределения газовой фазы дополнительно содержит компонент для электромагнитного регулирования распределения, который содержит:

дугообразную дорожку, коаксиально расположенную снаружи полого круглого кольца;

электромагнит, расположенный на дугообразной дорожке и выполненный с возможностью перемещения вдоль дугообразной дорожки, и

электромагнитный регулятор, установленный с возможностью приведения электромагнита в движение в соответствии с заданным соотношением распределения газовой фазы для приведения ползунка в требуемое положение.

6. Устройство регулирования распределения газовой фазы по п. 5, в котором внутренняя полость полого круглого кольца имеет круглое поперечное сечение, а ползунок представляет собой полый железный шарик.

7. Устройство регулирования распределения газовой фазы по любому из пп. 1-4, содержащее потоконаправляющую пластину, расположенную между распределительным слоем и слоем наполнителя, так что слой наполнителя сообщается с верхней стороной распределительного слоя только через канал для газовой фазы, и/или

в нижней части слоя наполнителя обеспечена решетка для наполнителя.

8. Устройство регулирования распределения газовой фазы по п. 7, в котором потоконаправляющая пластина герметично размещена на внутренней стороне полого круглого кольца и расположена в среднем положении полого круглого кольца в осевом направлении, и/или

пористость решетки для наполнителя составляет 5%-15%.

9. Колонна с разделительной стенкой, содержащая устройство регулирования распределения газовой фазы по любому из пп. 1-8, при этом разделительная стенка колонны с разделительной стенкой расположена в средней секции корпуса колонны и проходит в осевом направлении корпуса колонны и делит внутреннее пространство корпуса колонны на общую секцию ректификации над разделительной стенкой, секцию подачи с левой стороны разделительной стенки, секцию выгрузки с правой стороны разделительной стенки и общую секцию отпарки ниже разделительной стенки, при этом устройство регулирования распределения газовой фазы расположено ниже разделительной стенки, и указанные по меньшей мере два выхода сообщаются с двумя сторонами разделительной стенки, соответственно.

10. Колонна с разделительной стенкой по п. 9, в которой

устройство регулирования распределения газовой фазы содержит два канала для подъема газа, которые сообщаются с указанными по меньшей мере двумя выходами, соответственно, и ведут, соответственно, к двум сторонам разделительной стенки; и/или

разделительная стенка имеет многослойную полую конструкцию, и полая часть разделительной стенки наполнена инертным газом или теплоизоляционным материалом.

11. Колонна с разделительной стенкой по п. 10, в которой

площадь поперечного сечения канала для подъема газа составляет 10%-40% от площади поперечного сечения корпуса колонны, и/или

поперечное сечение канала для подъема газа является прямоугольным, квадратным или круглым.