УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕГОНКИ И РЕКТИФИКАЦИИ НЕФТИ И ДРУГИХ ПОДОБНЫХ ПРОДУКТОВ Советский патент 1929 года по МПК C10G7/00 

Перегонные системы типа Нобеля и близких к нему типов не могли быть соединяемы с ректификацией светлых продуктов, главным образом, потому, что ректификационные колонны создают некоторое давление, которое в этих многокубовых системах могло оказаться различным для разных кубов и этим нарушить правильный режим последних; регулировка же давления крайне затруднительна. Поэтому, установки типа Нобеля допускают лишь погоноразделительные дефлегматоры, которые вводятся, при этом, в очень большом числе; фракции, отбираемые ими, не могут отличаться особой чистотой и требуют вторичной перегонки. Прочие системы первичной перегонки находятся в худших, в сравнении с системой Нобеля, условиях погоноразделения. Крайний случай этого рода представляют американские трубчатые нефтеперегонные системы, в которых нефть перегоняется, перегреваясь под некоторым давлением в трубах, а затем сразу отдает все свои пары в «разделительных колоннах», «эвапораторах» и т.п., без разделения на фракции, и с множеством механически увлеченных частиц перегоняемой жидкости. Отделение последней и разделение погонов достигается в дальнейших специальных установках, а также во вторичной перегонке.

В предлагаемом устройстве для перегонки и ректификации нефти и других подобных продуктов, имеющем наклонный трубчатый или плоскодонный куб и ректификационные дефлегматоры, с целью создания одинакового давления во всех частях перегонного куба, применены испарительные камеры - коллекторы со шлемами, дефлегматоры-отбойники с гидравлическими затворами и двуректификационная колонка, состоящая из дефлекторов, снабженных неполными перегородками для образования столбов флегмы, через которые приходят для ректификации пары дистиллятов из куба. Благодаря этому ректификация паров происходит при постоянном гидростатическом давлении, а ректификация жидких конденсатов при переходе из одного дефлегматора в другой - с взаимным обменом тепла.

На чертеже фиг. 1 изображает схему предложенного устройства; фиг. 2 - разрез трубчатой батареи; фиг. 3 - разрез дефлегматора двуректификационной колонны; фиг. 4 - разрез ректификационного дефлегматора; фиг. 5-9 - видоизмененные дефлегматоры в разрезе.

Перегонный куб представляет собою, в общем виде, наклонный, плоский или трубчатый куб значительной длины, по которому тонким слоем стекает перегоняемая жидкость, занимающая небольшую часть поперечного сечения куба и образующая весьма большую поверхность испарения. Куб подвергается последовательному обогреву, а перегоняемый материал - последовательному испарению и дистилляции. На фиг. 1 представлен под цифрами 4¹, 4²…4¹¹ трубчатый наклонный куб, коленчато изогнутый в виде обогреваемого змеевика. Для увеличения пропускной способности куба, устанавливается параллельно ряд таких наклонных трубчатых кубов. На фиг. 2 представлена установка из десяти уложенных параллельно трубчатых кубов, образующих общую поверхность обогрева. Изгибы колен змеевиков, соответствующие соединениям труб, выносятся за пределы обогрева, для облегчения наблюдений за ними и, в особенности, для достижения спокойного и равномерного испарения; к ним присоединяются шлемы b трубы, выводящие пары дистиллятов. Систему параллельных трубчатых кубов можно заменить одним наклонным плоскодонным кубом, коленчато изогнутым. Но система трубчатых кубов предпочтительна, в виду большей площади нагрева и легкости сборки и частичного ремонта. Все ходы змеевикового куба вмурованы в одну общую камеру для обогрева.

Выходы трубчатых котлов, расположенные с одной стороны камеры для обогрева, входят, на каждом изгибе, в общую для всех параллельных кубов камеру для испарения, сообщающую между собою паровые пространства всех параллельных кубов и собирающую их пары (камера-коллектор). Этих испарительных камер 5¹, 5², 5³, 5⁴ и 5⁵ (фиг. 1) можно устраивать по числу отборов первичных фракций перегонки. Таким образом, пространства для парообразования всех трубчатых кубов сообщаются между собой, вследствие чего во всех частях кубов существует одинаковое давление, которое автоматически выравнивается, в случае изменения давления в какой-либо части системы.

Нефть или другой перегоняемый продукт входит в перегонные кубы из расположенного выше их, но в общей с ними обогревательной камере, подогревательного куба 23, где перегоняемый продукт подвергается предварительному подогреву отходящими топочными газами (фиг. 1). Из подогревательного куба перегоняемый продукт проходит через гидравлический затвор 2 в змеевиковый куб: скорость подачи регулируется краном 1. Стекание продукта в змеевиковый куб равномерными струями достигается благодаря распределительной коробке 3, в которую продукт поступает снизу, из гидравлического затвора 2, разобщающего столб жидкости от парового пространства кубов; для равномерности подачи продукта в распределительную коробку, гидравлический затвор может иметь несколько входов в нее. Распределяясь в коробке горизонтальным слоем, перегоняемый продукт равномерными струями поступает в трубчатые кубы, выходы которых расположены также на одном уровне.

При прохождении по кубам нефти или другого перегоняемого продукта тонким слоем, образуется большая поверхность испарения. Местные перегревы, всплески, перебросы, случайно возникающие в разных частях перегонного аппарата, затихают в самом трубчатом кубе, имея длинный ход до испарительной камеры-коллектора. Так как скорость подачи продукта регулируется и так как, с другой стороны, всегда можно регулировать обогрев продукта, то представляется возможным достичь той или иной, смотря по заданию, степени отбора дистиллятов.

Отдавший свои пары продукт, в виде остатка от перегонки, собравшись из трубчатых кубов в коллекторе, стекает, проходя по гидравлическому затвору 6 в линию 7.

Из испарительных камер-коллекторов 5¹, 5², 5³ 5⁴ и 5⁵ пары дистиллятов поднимаются в шлемы 8¹, 8²… 8⁵ (фиг. 1), встречая в испарительных камерах наклонные перегородки 9¹, 9²…9⁵, предназначенные для отбоя механически увлеченных частиц перегоняемой жидкости. Из шлема пары поступают в дефлегматоры-отбойники 10¹ 10²… 10⁵. Флегма этих дефлегматоров стекает по отводам, снабженным гидравлическими затворами 11¹, 11²… 11⁵, обратно в испарительные камеры на наклонные перегородки 9¹, 9²… 9⁵ и, падая с них каскадами, вновь подвергается испарению.

Из дефлегматоров-отбойников пары поступают в двуректпфикационную колонну, представляющую собою последовательно соединенную цепь ректификационных дефлегматоров 12¹, 12², 12³, 12⁴ и 12⁵ (фиг. 1). Устройство ректификационного дефлегматора, изображенное на фиг. 3 и 4, представляет более совершенную форму устройства, а на фиг.6 и 7 - более простые установки, где одинаковые цифры означают одинаковые части, при чем 1 - вход паров дистиллятов; 2 - камера расширения и образования флегмы, скопляющейся на дне дефлегматора; 3 - глухие перегородки в дефлегматоре, снабженные лишь у дна сетью мелких отверстий, или перегородки, оставляющие лишь небольшой зазор у дна, предназначенный, как и отверстия, для пропуска флегмы и паров; 4 - перегородки - барьеры, для задержания флегмы; между перегородками 3-4 образуется столб 6 флегмы, в котором пары дистиллята промываются при переходе из камеры 2 в следующую камеру 5; при этом, ректификацию можно сделать многократной и потому более интенсивной, повторив ее в камерах 5а, 5б и т.д., имеющих то же устройство, что и камера 5; 7 - решетчатые конусообразные или выпуклые перегородки с отверстиями, расположенными в шахматном порядке в одной перегородке по сравнению с другой, заставляющие массу паров, проходящих сквозь флегму, дробиться на более тонкие струи с целью лучшего их промывания; 8 - задняя камера для паров и флегмы; 9 - отвод для флегмы; 10 - трубки, образующие сообщающиеся сосуды для столбов флегм, из которых первый сообщающийся сосуд служит для передачи флегмы из камеры 2 в следующее отделение для флегмы, а остальные сообщающиеся сосуды служат, в случае остановок перегонного аппарата, для спуска флегм по трубке 11 в отвод для флегм (во время же действия перегонного аппарата кран 12 закрывает выход флегм); 13 - трубка для впуска в дефлегматор флегмы предыдущего дефлегматора с более низкой температурой при последовательном соединении дефлегматоров в сложную двуректификационную колонну; 14 - конус, на который падает флегма с более низкой температурой и который служит для ее распыления. Флегма с более низкой температурой идет навстречу парам дистиллята и служит для частичного его охлаждения; в то же время, подвергаясь обогреву, она отдает пары легких дистиллятов, которые подвергаются здесь же и ректификации.

Фиг. 8 представляет комбинацию двух изображенных на фиг. 7 дефлегматоров, соединенных последовательно так, что флегма второго (по ходу паров) идет навстречу парам первого; фиг. 9 - дефлегматор, флегма которого накопляется в цилиндре или в иного вида камере, расположенной внутри дефлегматора и обогреваемой его парами, вступающими в дефлегматор сверху вниз.

Указанные ректификационные дефлегматоры заключают в себе один и тот же конструктивный принцип: наличие парных (прямых, наклонных или цилиндрических и т.д.) перегородок, границы которых, считая по ходу паров и снизу, расположены на разных уровнях, вследствие чего между ними образуются столбы флегмы, при чем пары дистиллятов должны промываться сквозь эту флегму, имеющую ход, параллельный парам дистиллятов и пополняемую вновь образующимися количествами флегмы.

Дефлегматоры-отбойники имеют такое же, но более простое устройство (один комплект перегородок, образующих столб флегмы для промывания паров). Наружная камера их может иметь поперечные перегородки, образующие змеевиковый ход для паров дистиллятов и служащие для отбоя механически увлеченных частиц флегмы. Таким образом, вследствие горизонтального расположения ректификационных дефлегматоров и змеевикового пути для паров дистиллятов, имеется возможность, даже при многократной промывке последних сквозь флегму и, следовательно, интенсивной ректификации, придать ректификационным дефлегматорам компактность.

Фракции, полученные при последовательном испарении тонкого слоя перегоняемой жидкости в змеевиковом кубе 4¹, 4², будут заключать в себе наравне с основной фракцией примеси ниже и выше ее кипящих фракций. Но это обстоятельство не представляется неблагоприятным в случае применения сложной двуректификационной колонны. Паровое пространство подогревательного куба не имеет сообщения с паровым пространством змеевикового куба; поэтому давление паров в его ректификационном дефлегматоре 12 (фиг. 1) не связано с давлениями в остальных ректификационных дефлегматорах. В противоположность этому, ректификационные дефлегматоры, сообщающиеся с змеевиком перегонного куба, должны иметь возможно равное давление: в противном случае, дефлегматор с более низким давлением будет представлять место более усиленного тока паров дистиллятов, чем нарушалась бы равномерность хода как перегонки, так и ректификационного процесса. Поэтому ректификационные дефлегматоры должны быть рассчитаны на образование в них равных давлений: высота перегородок-барьеров для флегм должна, напр., быть сообразована с удельными весами ожидаемых флегм; давление в ректификационных дефлегматорах может быть заранее и точно установлено. При последовательном соединении ректификационных дефлегматоров в сложную двуректификационную колонну, количество флегмы будет увеличиваться от каждого предыдущего дефлегматора к каждому последующему; но это не отразится на гидростатическом давлении флегмы (так как высоты ее столбов постоянны), а только на скорости течения флегмы. Флегма каждого предыдущего дефлегматора стекает в каждый последующий через гидравлический затвор 13¹, 13²… 13⁵ (фиг. 1), не допускающий прохода, вместе с флегмой, паров дистиллятов. Нижнее колено этих затворов должно опускаться ниже их входа в следующий дефлегматор, иначе гидравлический затвор превратится в сифон, который высосет флегму и откроет ход парам дистиллятов. На изгибах же этих нижних колен устанавливаются отводы с герметическими запорными кранами, позволяющие производить продувание и чистку колен, и делающие возможным отвод флегмы для частичной вторичной перегонки.

Мощность ректификационного действия колонны может быть доведена до любой величины простым увеличением числа камер, в которых пары дистиллятов подвергаются ректификации, т.-е. простым увеличением числа столбов флегм в ректификационных дефлегматорах и увеличением их (столбов) высоты, при чем в колонне нет потерь тепла на предварительное охлаждение паров дистиллятов для осаждения флегмы; напротив того, тепло дистиллятов утилизируется для самого ректификационного процесса.

Так как в ректификационных дефлегматорах могут быть установлены совершенно равные давления, то такого рода дефлегматоры могут быть включены в ход паров дистиллятов батарей типа Нобеля. То же относится также и к сложной двуректификационной колонне.

Регулируя перегонку (т.е. скорость подачи продукта для перегонки и обогрева), а также пользуясь водяным охлаждением того или иного дефлегматора, можно достичь получения, в процессе ректификации, желательных фракций. Но может оказаться нужным тот или иной комплекс флегмили только одну конечную флегму подвергнуть вторичной перегонке. В этом случае, отвод, присоединенный к нижнему изгибу гидравлического затвора соответствующей формы, соединяется через гидравлический затвор большой глубины с кубом, предназначенным для вторичной перегонки продукта. Этот соединительный гидравлический затвор не должен допускать возможности образования в нем газогидравлического сифона, потому что, в этом случае, последний мог бы оказать влияние на засасывание и флегм и паров дистиллятов всех дефлегматоров соединенной с ним цепи: этим объясняется необходимость достаточной глубины его. Но той же цели можно достичь, устраивая отводящее колено затвора настолько большого диаметра, чтобы в нем открывался доступ для встречного давления газов на жидкость, протекающую по сифону. Продукт для перегонки поступает в перегонный куб 14 (фиг. 1), в котором перегоняется, подвергаясь обогреву отходящими горячими остатками первичной перегонки. Так как этот куб независим от трубчатых перегонных кубов, то представляется возможным для ректификации отходящих из него паров дистиллятов установить ректификационный дефлегматор 14а любого давления и с любой интенсивностью ректификации. Горячие остатки от первичной перегонки для обогрева перегонного куба подаются по трубе 7 через ответвление 16, посылающее их в трубчатку 17, которая и служит обогревателем для куба вторичной перегонки; ответвление 15 этой линии уводит другую часть горячих остатков. Кран или задвижка 18 позволяют регулировать подачу горячих остатков, а следовательно, и интенсивность обогрева для трубчатки перегонного куба. Если бы оказалось рациональным установить еще один перегонный куб для вторичной перегонки комплекса флегм, отходящих от одного из предшествующих дефлегматоров, то для этого достаточно было бы, в виде обогревающего материала, воспользоваться горячими остатками после разгонки в вышеописанном кубе для вторичной перегонки, а самая конструкция воспроизводила бы вышеописанную. Отводы 19¹, 19³… на гидравлических затворах 13¹, 13²… отводящих флегму дефлегматоров 12¹ 12²… служат для соединения той или иной флегмы с запасным перегонным кубом для вторичной перегонки. Продукт для перегонки (нефть) подается насосом в линию 20 (фиг. 1), в которую включены подогреватели 21¹ 21²… 21⁵ составляющие цепь для последовательного обогрева продукта, при чем обогреваемый продукт идет навстречу обогревающему. Обогревающим материалом служат сначала горячие пары дистиллятов, а затем горячие остатки от первичной перегонки. Из подогревателей продукт (нефть) поступает по линип 22 в подогревательный куб 23, расположенный вверху камеры для обогрева змеевиковых перегонных кубов. Этот куб подогревается отходящими топочными газами, и из него недогон поступает в змеевиковые кубы, пары дистиллята проходят через отбойник 10°, ректификационный дефлегматор 12¹ и направляются в холодильник.

Использование тепла в обогревательной камере трубчатой батареи выясняется из рассмотрения поперечного разреза последней (фиг. 2). Змеевиковый ход многотрубчатых параллельных кубов создает благоприятные условия также и для змеевикового хода обогревающих топочных газов. Параллельные ходы труб 1¹, 1²… 1¹¹ сами по себе уже служат перекрытиями для этого змеевикового хода, так что нет необходимости в устройстве сводов и т.п. перекрытий, -требуется только отнести стенки обогревательной камеры на некоторое расстояние от перегонных кубов и дать подмуровки 2¹, 2²… 2¹¹, поочередно закрывающие половину проходов между стенками камеры и ходами змеевиковых кубов; тогда оставшиеся промежуточные ходы 3¹, 3²… 3¹¹ будут служить ходами для топочных газов. Зазоры между трубчатыми кубами должны быть также перекрыты для предотвращения прямого прохода сквозных горячих газов, что достигается железнымипризмами соответствующей формы, покрывающими эти зазоры и имеющими упоры на стенках обогревательной камеры (чтобы не отягчать трубчатых кубов).

Железный каркас обычной конструкции из двутаврового и углового железа, на бетонном основании, поддерживает змеевиковый куб, распределительную коробку, паровые камеры-коллекторы, дефлегматоры-отбойники и ректификационные дефлегматоры, площадки на уровне звеньев змеевикового куба и сложной ректификационной колонны и лестницы к ним. Дефлегматоры-отбойники и ректификационные, для удобства доступа, наблюдения и ремонта, расположены не в одном (вертикальном) сечении, но в шахматном порядке. Обогревательная камера для змеевикового куба представляет собою кирпичную кладку, в которой обмурована часть железного каркаса, поддерживающая змеевиковый куб. Внутренняя облицовка ее из огнеупорного кирпича также, как и подмуровки, поочередно закрывающие проходы между змеевиковый кубом и стенками обогревательной камеры, для образования змеевикового хода для топочных газов.

На линиях для паров дистиллятов, идущих от паровых камер-коллекторов к дефлегматорам-отбойникам, ставятся краны (на чертеже не показаны), позволяющие выключать для ремонтов систему: отбойник, ректификационный дефлегматор-подогреватель. Дефлегматоры ректификационной колонны должны иметь для этой цели переводные соединения обычного типа, с кранами, для перевода флегмы предыдущего дефлегматора, минуя выключенный, в последующий дефлегматор, а подогреватели - подобные же приспособления для перевода подогреваемой нефти.

Для ремонта змеевикового куба необходимо производить остановку всей аппаратуры, но ремонт сводится к простой замене изношенных труб и других частей новыми.

Устройство для перегонки и ректификации нефти и других подобных продуктов, состоящее из наклонного трубчатого или плоскодонного куба и ректификационных дефлегматоров, отличающееся совокупным применением: а) распределительной для нефти коробки 3 с гидравлическим затвором 2 (фиг. 1); б) испарительных камер-коллекторов 5¹ 5², 5³, 5⁴ и 5⁵ с наклонными перегородками 9¹, 9², 9³, 9⁴ и 9⁵ и шлемами 8¹, 8², 8³, 8⁴ и 8⁵, с целью достижения равномерного давления в паровых пространствах всех частей перегонного куба (фиг. 1); в) дефлегматоров-отбойников 10¹, 10², 10³, 10⁴ и 10⁵, снабженных неполными перегородками и трубами 11¹, 11², 11³, 11⁴ и 11⁵ с гидравлическими затворами для отвода флегмы обратно в камеры-коллекторы (фиг. 1) и г) двуректификационной колонны, состоящей из ряда установленных один над другим дефлегматоров 12¹, 12², 12³, 12⁴ и 12⁵ (фиг. 1), снабженных неполными перегородками 3 и 4 (фиг. 3) и соединенных между собою трубами 13¹ 13², 13³ 13⁴ и 13⁵ с гидравлическими затворами (фиг. 1), так что ректификация паров дистиллятов, поступающих из куба, происходит при проникании их через образующиеся между перегородками дефлегматоров столбы флегмы постоянного гидростатического давления, а ректификация жидких конденсатов - при движении из дефлегматора в дефлегматор с взаимным при этом обменом тепла.