способ разделения углеводородсодержащих смесей и соединений и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ разделения углеводородсодержащих смесей и соединений, включающий нагревание их при больших скоростях под давлением, превышающим упругость пара продукта при данной температуре не менее чем 0,5 атм, с последующим разделением парожидкостной смеси и отделением низкокипящих компонентов, отличающийся тем, что нагревание углеводородсодержащей смеси или соединения осуществляют до температуры кипения низкокипящего компонента, а последующее разделение низкокипящих и высококипящих компонентов проводят при дополнительном нагревании за счет сил трения и завихрении потока в энергоразделителе.

2. Способ разделения углеводородсодержащих смесей и соединений по п. 1, отличающийся тем, что отделение низкокипящих компонентов осуществляют в полости вихревой трубы.

3. Устройство для разделения углеводородсодержащих смесей и соединений, включающее кожух с размещенной в нем вихревой трубой, закрепленной в трубной доске и снабженной энергоразделителем, имеющим спиральные перегородки, образующие винтовые каналы, камеры холодного и горячего потоков, в последнюю из которых введен нижний конец вихревой трубы, причем камера горячего потока выполнена в виде двух усеченных конусов, сопряженных большими основаниями, при этом верхний конус выполнен с двойной конусностью, а верхний конец вихревой трубы выполнен расширяющимся кверху и представляет собой камеру холодного потока, патрубок ввода и отводы холодного и горячего потоков, отличающееся тем, что винтовые каналы энергоразделителя выполнены с попеременно сужающейся и расширяющейся по длине канала шириной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической, нефтеперерабатывающей и нефтедобывающей промышленности, в частности к способу разделения углеводородсодержащих смесей и устройству для его осуществления, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где возникает необходимость разделения на компоненты сложных жидких и гaзocoдержaщиx смесей.

Известен способ разделения многокомпонентных смесей ректификацией (авт. свид. СССР 187728, В 01 D 53/14, бюл. 21, 1963), заключающийся в том, что при смешении потоков в точках питания ректификационных колонн, в каждой секции каждой ректификационной колонны производят исчерпывание только одного компонента.

Недостатком известного способа является сложное аппаратурное оформление, требующее больших энергетических затрат.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ фракционирования высококипящих соединений нагреванием их при больших скоростях под давлением, превышающим упругость пара продукта при данной температуре не менее чем на 0,5 атм с последующим разделением газожидкостной смеси и ректификацией паров в вакууме (авт. свид. СССР 143780), В 01 D 53/14, бюл. 1 от 27.17.62).

Недостатком известного способа является высокий расход энергии на создание вакуума, большая металлоемкость из-за громоздкости тяжелогической схемы для осуществления способа, низкая эффективность, связанная с уносом низкокипящих компонентов и ухудшением качества конечного продукта за счет разложения в вакууме.

Известен вихревой вертикальный кожухотрубный теплообменник (авт. свид. СCСР 1304910, F 28 D 7/16, бюл. 2, 1985), содержащий кожух с закрепленными в решетках трубами, внутри которых размещены энергоразделители, имеющие центральные каналы и спиральные перегородки, образующие с поверхностью трубы винтовые канавки, причем в спиральной перегородке каждого энергоразделителя выполнены дополнительные винтовые канаты с прорезями, сообщающими пространство между энергоразделителями и соответствующей трубой с центральным каналом, а нижние участки труб выполнены расширяющимися, расширяющийся участок каждой трубы имеет длину, оставляющую 5-10 ее диаметров, угол раскрытия 1^o45"-2² а цилиндрический участок между энергоразделителем и расширяющимся участком имеет длину, составляющую 10-12 диаметров трубы.

Недостатком известного технического решения является низкая эффективность работы устройства, не позволяющая интенсифицировать процесс разделения при работе на газосодержащих растворах, большой расход тепла на их регенерацию.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является вихревой вертикальный кожухотрубный теплообменник (авт. свид. СССР 1409841, F 28 D 7/16, бюл. 26, 1988), содержащий кожух с размещенной в нем трубой, закрепленной в трубной доске и снабженной дисковым энергоразделителем, имеющим спиральные перегородки с прорезями, образующими винтовые каналы, камеры холодного и горячего потоков, в последнюю из которых введен нижний конец трубы, патрубок ввода и отводы холодного потока и конденсата, причем прорези в перегoродкax выполнены в виде вертикальных рядов круглых отверстий, a камера горячего потока - в виде двух усеченных конусов, сопряженных большими основаниями, при этом верхний конус выполнен с двойной конусностью, верхний конец трубы выполнен расширяющимся кверху и служит камерой холодного потока, а нижний конец трубы на торце снабжен дисковым каплеотбойником. Входящий поток через тангенциальный патрубок ввода поступает в вихревую трубу, где проходит по винтовым каналам энергоразделителя, приобретает интенсивное вращательное движение. Затем под действием центробежных сил в полости вихревой трубы поток разделяется на жидкость и газ, причем жидкость располагается на периферии, а газ - вблизи оси, при этом газ охлаждается и через отвод холодного потока выводится потребителю, а жидкость отводится через отвод конденсата.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность работы из-за смешения и уноса осевым потоком жидкой фазы.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу повышения эффективности способа разделения углеводородсодержащих смесей и соединений и устройства для его осуществления, уменьшения металлоемкости и снижения энергозатрат за счет понижения температуры разделения смеси.

Указанная задача решается тем, что в способе разделения углеводородсодержащих смесей и соединений нагреванием их при больших скоростях под давлением, превышающим упругость пара продукта при данной температуре не менее чем на 0,5 атм с последующим разделением парожидкостной смеси и отделением низкокипящих компонентов, согласно изобретению нагревание углеводородсодержащей смеси осуществляют до температуры кипения низкокипящего компонента, а последующее разделение низкокипящих и высококипящих компонентов проводят при дополнительном нагревании за счет сил трения и завихрении потока в энергоразделителе с отделением низкокипящих компонентов в полости вихревой трубы.

Указанная задача решается также тем, что в известном устройстве для разделения углеводородсодержащих смесей, включающем кожух с размещенной в нем трубой, закрепленной в трубной доске и снабженной энергоразделителем, имеющим спиральные перeгopoдки, образующие винтовые каналы, камеры холодного и горячего потоков, в последнюю из которых введен нижний конец трубы, причем камера горячего потока выполнена в виде двух усеченных конусов, сопряженных большими основаниями, при этом верхний конус выполнен с двойной конусностью, верхний конец трубы выполнен расширяющимся кверху и служит камерой холодного потока, патрубок ввода, отводы холодного и горячего потоков, согласно изобретению винтовые каналы энергоразделителя выполнены в форме аэродинамического крыла с попеременно сужающейся и расширяющейся по длине канала шириной.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.

Предлагаемое устройство для разделения углеводородсодержащих смесей и соединений по температурам кипения содержит кожух 1 с размещенной в нем трубой 2, закрепленной в трубной доске 3 и снабженной дисковым энергоразделителем 4, имеющим спиральные перегородки 5, образующие на поверхности энергоразделителя 4 винтовые каналы 6, выполненные в форме аэродинамического крыла с попеременно расширяющейся и сужающейся по всей длине канала шириной, камеру горячего потока 7, выполненную в виде сопряженных большими основаниями верxнегo усеченного конуса с двойной конусностью 8 и нижнего усеченного конуса 9. Верхний конец трубы 2, выполненный расширяющимся, служит камерой холодного потока 10, патрубок ввода углеводородсодержащей смеси и соединения 11, отвод холодного потока 12, отвода горячего потока 13.

Заявленный способ в описанном устройстве осуществляют следующим образом. Поток углеводородсодержащей смеси или соединения предварительно нагревают до температуры кипения низкокипящего компонента под давлением, превышающим не менее чем на 0,5 атм, упругость пара продукта при данной температуре через патрубок ввода 11 поступает в кожух 1 и далее в энергоразделитель 4, в котором проходит по винтовым каналам 6, выполненным в виде аэродинамического крыла с сужающе расширяющейся по всей длине канала шириной. При прохождении через сужения смесь или соединение за счет сил трения дополнительно нагревается и адиабатно вскипает, происходит образование пузырьков низкокипящего компонента, в расширении канала 6 давление падает, пузырьки укрупняются, идет разделение низкокипящего компонента при завихрении потока. Пузырьки низкокипящего компонента диффундируют в осевую чacть трубы 2, образуя осевой поток, который отводится через отвод 12 холодного потока а через нижний отвод 13 отводится жидкость.

Пример 1. Регенерация растворителя. Фильтрат с содержанием растворителя МЭК с толуолом до 85% предварительно нагревают до 78^oС и давлении, превышающем упругость паров не менее чем на 0,5 атм, начинается выделение низкокипящего компонента; при предварительном нагреве до температуры кипения следующего компонента, например, 110^oС (толуол) в энергоразделителе 4 вихревого аппарата начинается выделение МЭК + толуол. При температуре нагрева 140^oС происходит максимальное выделение растворителя, который в виде осевого потока выводится через отвод 12 трубы 2. На фиг.3 представлена зависимость выделения растворителя от температуры кипения. Из графика видно, что при достижении температуры 140^oC выделяется до 14% растворителя. Снижение содержания растворителя в фильтрате позволяет значительно снизить подачу острого пара в стрипинговую колонну при регенерации растворителя в процессе депарафинизации масел. По сравнению с прототипом предлагаемый способ разделения и устройство для его осуществления более эффективны, поскольку нет смещения и уноса осевым потоком жидкой фазы, в результате чего обеспечивается более четкое разделение низкокипящих и высококипящих компонентов.

Пример 2. Аналогично примеру 1 были проведены испытания с фильтратом, содержащим 85% растворителя ацетон-бензол-толуола, 15% масла выделено 14% растворителя.

Пример 3. Аналогично примерам 1 и 2. Фильтрат, содержащий ацетон-нафти. Выделено 14% растворителя.

Пример 4. Фильтрат, содержащий ацетон-хлористый метилен. Выделено 14% растворителя.

Пример 5. Фильтрат, содержащий ацетон-2-этилгексанол. Выделено 14 мас.% растворителя.

Пример 6. Фильтрат, содержащий ацетон-четыреххлористый углерод. Выделено 14 мас.% растворителя.

Пример 7. Фильтрат, содержащий ацетон-тетрагидронафталин. Выделено 14 мас.% растворителя.

Пример 8. Фильтрат, содержащий ацетон-диамилсульфид. Выделено 14 мас.% растворителя.

Аналогично примерам 1-8 были проведены испытания фильтрата, содержащего растворители на основе МиБК, сжиженного пропана, на основе алифатических хлорпроизводных нафта и др.

Пример 9. Регенерация моноэтаноламина (МЭА).

10% раствор МЭА, насыщенный кислыми газами до 27 об.% состава; сероводород - 3 об.%, углекислый газ - 1,43 об.%, кислород - 0,16 об.%, азот - 19,92 об.%, метан - 34,84 об.%, этан - 15,44 об.%, пропан - 17,64 об.%, изобутан - 2,17 об.%, н-бутан - 4,64 об.%, изопентан - 1,17 об.%, н-пентан - 1,03 об.%, гексан - 0,40 об.% предварительно нагревают до температуры 80-95^oC. Нагретое соединение поступает в кожух 1 вихревого аппарата, затем в энергоразделитель 4, где дополнительно нагревается за счет сил трения в сужениях каналов 6 энергоразделителя 4 и адиабатно вскипает в расширениях каналов 6 при резком падении давления с выделением сероводорода, который в виде осевого потока через отвод 12 трубы 2 выводится из аппарата. Регенерированный раствор моноэтаноламина МЭА с насыщенным содержанием сероводорода до 10-12% выводится через отвод 13.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает избирательное выделение компонентов при низких энергозатратах по сравнению с прототипом, в котором для выделения одного компонента или разделения на компоненты углеводородсодержащую смесь или соединение нагревают до температуры кипения смеси с последующей ректификацией.

Способ разделения улеводородсодержаших смесей и устройство для его осуществления может быть использован в нефтеперерабатывающей, химической, нефтедобывающей и других отраслях народного хозяйства, где требуется разделение на компоненты сложных жидких и газосодержащих смесей и соединений при минимальных энергозатратах.