СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОПАНА ИЗ ЭТАН-ПРОПАНОВОЙ ФРАКЦИИ ИЛИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ФРАКЦИЙ И ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ (УГЛЕВОДОРОДНЫХ ФРАКЦИЙ)
METHOD OF PRODUCING PROPANE FROM ETHANE-PROPANE FRACTION OR HYDROCARBON FRACTIONS AND PROCESSING HYDROCARBON MATERIAL (HYDROCARBON FRACTIONS)

Изобретение относится к:
1) увеличению степени извлечения пропана, увеличению производительности по питанию и стабилизации режима колонн-деэтанизаторов при получении пропана из этан-пропановой фракции или при переработке углеводородного сырья (углеводородных фракций), содержащего легкую пропановую фракцию С1-С3 методом высокотемпературной ректификации,
2) увеличению производительности по питанию других высокотемпературных ректификационных колонн с колпачковыми и клапанными, с подвижными клапанами, тарелками, при переработке углеводородного сырья (углеводородных фракций).
Известно, что при получении пропана при переработке углеводородного сырья методом высокотемпературной ректификации степень извлечения пропана обычно недостаточно высока и по имеющимся данным составляет от 50 до 83% и некоторые из них приведены ниже:
1. Извлечение пропана на газофракционирующей установке Грозненского нефтеперерабатывающего завода. Установка имеет этановую и пропановую колонны и обеспечивает получение целевого продукта пропана степенью чистоты 95% и отбором от потенциала от 50 до 79%. Было выяснено, что и при существующих условиях в этановой колонне не создается необходимое количество орошения, вследствие чего происходит весьма нечеткое отделение пропана от этан-пропановой фракции. Это, в свою очередь, приводит к большим потерям пропана с газом, отходящим из рефлюксной (флегмовой) емкости. Нечеткая работа этановых колонн характерна также и для других газоперерабатывающих заводов. («Разделение и анализ углеводородных газов». Москва, 1963 г., статья «Изучение работы ГФУ Грозненских заводов», авторы статьи - Вольнова Е.Г., Гессель О.В., Дорочинский А.З., Кютер А.В., стр.72,74.)
2. В работе Александрова И.А. «Перегонка и ректификация» (стр.281-284) было проведено сравнение результатов работы нескольких ГФУ с различными схемами разделения газов, а именно: ректификационная схема деэтанизации в головной колонне - «а» и ректификационная схема с депропанизацией в головной колонне и последующим разделением этан-пропановой фракции в ректификационной колонне - «б». Для всех вариантов были приняты одинаковые составы сырья, глубина деэтанизации, а также чистота целевого продукта. Степень отбора от потенциала по пропану в обоих случаях составила 83%. В таблице 1 приведены данные режима колонны-деэтанизатора.
Таблица 1
Данные режима колонны-деэтанизатора
Колонна
Давление, МПа
Флегмовое число
Число тарелок
Температура, °С
верха
питания
куба
орошения
Схема - А
Этановая
3,0
8
13
50
100
116
36
Схема - Б
Этановая
3,0
3,5
13
48
56
71
37
Из приведенных данных видно, что при деэтанизации предельных газов по существующим схемам высокотемпературной ректификации, температура верха колонны достаточно высока, что указывает на высокое содержание пропана в газах деэтанизации, т.е. в колонне происходит не совсем четкое разделение этана из углеводородной фракции, значительная часть пропана уносится с газами деэтанизации из рефлюксной (флегмовой) емкости в топливную сеть, что и является причиной относительно низкой степени извлечения целевого компонента - пропана. Кроме того, часть пропана также уносится со сдувочными несконденсировавшимися газами из узла депропанизации в топливную сеть, что также снижает степень извлечения целевого компонента - пропана.
Общими признаками известных и предлагаемых решений являются наличие высокотемпературной колонны-деэтанизатора (высокотемпературной ректификационной колонны) с подогревателем низа и отводом товарного пропана или углеводородных фракций с пропаном или другой более высококипящей углеводородной фракции (углеводородных фракций) из нижней части, узлами отвода газов деэтанизации (газов ректификации) из верхней части и получения флегмы для орошения верха колонны (и выводом расчетного товарного избытка), и для деэтанизаторов - узлом питания и узлами вывода несконденсировавшихся газов (сухого газа) в топливную сеть с дросселирующими клапанами из флегмовой емкости и из узла депропанизации.
Недостатками существующих схем являются:
1) высокая температура верха и высокое содержание пропана в газах деэтанизации верха, значительные потери пропана с уходящими из рефлюксной (флегмовой) емкости газами деэтанизации и несконденсировавшимися газами из узла депропанизации в виде сухого газа в топливную сеть, и в связи с этим, недостаточно высокая степень извлечения пропана;
2) образование недостаточного количества флегмы на орошение верха, нестабильная работа колонн-деэтанизаторов;
3) отсутствие возможности увеличения производительности по питанию как колонн-деэтанизаторов, так и других высокотемпературных ректификационных колонн с колпачковыми и клапанными, с подвижными клапанами, тарелками, без реконструкции тарелок и увеличения габаритных размеров.
Техническая задача изобретения заключается в:
1) уменьшении температуры верха и снижении содержания пропана в газах деэтанизации верха, увеличении степени извлечения пропана и производительности по питанию колонны-деэтанизатора;
2) обеспечении образования необходимого количества флегмы на орошение за счет извлечения этан-пропановой фракции конденсацией из уходящих в топливную сеть в виде сухого газа газов деэтанизации из флегмовой емкости и несконденсировавшихся газов из узла депропанизации за счет холода дросселяции этих же газов и подачи ее обратно во флегмовую емкость, стабилизации режима и дополнительном увеличении степени извлечения пропана;
3) увеличении производительности по питанию и других высокотемпературных ректификационных колонн с колпачковыми и клапанными, с подвижными клапанами, тарелками, без изменения конструкции тарелок и габаритных размеров.
Техническая задача достигается тем, что колонна-деэтанизатор (высокотемпературная ректификационная колонна) с подогревателем низа и отводом конденсата из нижней части; отводами газов деэтанизации (ректификации) из верхней части и узлом получения флегмы для орошения верха колонны (и выводом расчетного товарного избытка); узлом питания; узлами вывода в топливную сеть из флегмовой емкости и из узла депропанизации несконденсировавшихся газов деэтанизации (сухого газа) с дросселирующими клапанами снабжена промежуточным холодильником (рекуператором, рекуператором-испарителем) для охлаждения флегмы непосредственно перед ее подачей на орошение верха; конденсаторами для дополнительного извлечения пропана конденсацией этан-пропановой фракции из отходящих из флегмовой емкости и из узла депропанизации несконденсировавшихся газов (сухого газа) в топливную сеть, за счет холода дросселяции этих же газов; холодильником-конденсатором, для предварительного охлаждения несконденсировавшихся газов из узла депропанизации перед их подачей в конденсатор для увеличения дроссельного эффекта, емкостью для сбора конденсата из конденсаторов узла депропанизации и насосом для подачи его во флегмовую емкость.
За счет подачи дополнительно захоложенной флегмы на орошение верха колонны, в процессе деэтанизации, по мере снижения температуры флегмы на орошение и температуры верха, содержание этана в жидкости на тарелках в укрепляющей части колонны-деэтанизатора постепенно растет, а содержание пропана в газах деэтанизации постепенно снижается. Со снижением температуры орошения и температуры верха, уменьшается и количество подаваемой дополнительно захоложенной флегмы на орошение верха, за счет чего, также уменьшается и количество паров и жидкости в колонне, что позволяет увеличить производительность по питанию.
При этом уменьшается также и количество получаемой в дефлегматоре флегмы, что в конечном итоге вызывает дефицит необходимого количества орошения. Восполнение дефицита флегмы достигается возвратом во флегмовую емкость конденсата этан-пропановой фракции (ЭПФ), полученного конденсацией из отходящих в топливную сеть из флегмовой емкости несконденсировавшихся газов деэтанизации (сухого газа) и несконденсировавшихся газов (сухого газа) из узла депропанизации за счет холода дросселяции этих же газов, что является оригинальным решением ранее неразрешенной существующей проблемы стабилизации режима колонн-деэтанизаторов высокотемпературной ректификации. Кроме того, только для схемы получения пропана из этан-пропановой фракции, схемой предусматривается автоматическая подача этан-пропановой фракции (ЭПФ) из приемной емкости узла питания, насосом через отдельную линию во флегмовую емкость для коррекции уровня, что еще больше повышает надежность обеспечения необходимого количества орошения и более чем полное отсутствие его дефицита.
Часть схемы - схема увеличения производительности по питанию за счет дополнительного захолаживания флегмы непосредственно перед ее подачей на орошение верха, сама по себе, является оригинальнейшим новаторским решением в химической технологии переработки углеводородов, и может с большим успехом быть применена для увеличения производительности по питанию и на других колоннах высокотемпературной ректификации с колпачковыми и клапанными, с подвижными клапанами, тарелками, при переработке углеводородного сырья (углеводородных фракций).
2
Другая часть схемы - схема «холодильный сундук» для стабилизации режима и дополнительного увеличения степени извлечения целевого компонента, совместно со схемой дополнительного захолаживания флегмы, также может быть применена и на других высокотемпературных ректификационных колоннах с рабочим давлением верха (Рверха) не ниже 15 кгс/см и температурой верха (Тверха) не более 65°С и имеющих сдувки из флегмовой емкости, в виде сухого газа, в топливную сеть.
При этом в процессе только увеличения производительности по питанию других высокотемпературных ректификационных колонн с колпачковыми и клапанными, с подвижными клапанами, тарелками, т.е. без стабилизации режима и дополнительного увеличения степени извлечения целевого компонента, потребность в снижении температуры верха (Тверха) может отсутствовать вообще, т.е. температура верха может оставаться неизменной после подачи дополнительно захоложенной флегмы, а будут снижаться только температура флегмы в заданных пределах и уменьшаться ее количество.
Снижение температуры флегмы и уменьшение ее количества для увеличения производительности по питанию других колонн высокотемпературной ректификации с колпачковыми и клапанными, с подвижными клапанами, тарелками производится следующим образом.
Колонна работает в стабильном режиме с максимальной нагрузкой по питанию. Снижают температуру флегмы на 2-3°С от первоначальной температуры до процесса захолаживания - температура верха начинает падать. Снижением количества флегмы на орошение верха, температуру верха возвращают в исходное положение. Выдерживают паузу 20-30 мин для перераспределения потоков после снижения температуры и уменьшения количества флегмы. Снова снижают температуру флегмы на 2-3°С и восстанавливают температуру верха снижением количества захоложенной флегмы, выдерживают паузу. Снижение температуры флегмы и снижение ее количества продолжают до тех пор, когда температура верха уже не снижается, а наоборот - начинает расти, т.е. начинает образовываться дефицит флегмы и качество верха начинает ухудшаться. Температуру захоложенной флегмы оставляют на достигнутом значении и увеличивая ее количество восстанавливают температуру верха. При этом достигается максимальное уменьшение количества флегмы на орошение, соответственно максимальное увеличение производительности по питанию за счет уменьшения паров и жидкости в колонне, сохраняя при этом качество по верху и кубу. Применение данного способа абсолютно не зависит от температуры кипения, так как способ высокотемпературный, а зависит только от температуры флегмы и флегмового числа.
Итак, техническая задача по увеличению производительности по питанию и других колонн высокотемпературной ректификации с колпачковыми и клапанными, с подвижными клапанами, тарелками, также достигается за счет снижения температуры флегмы в промежуточном холодильнике (рекуператоре, рекуператоре-испарителе) и уменьшения ее количества, регулирования ее в заданных пределах, непосредственно перед ее подачей на орошение.
Таким образом, заявляемый способ позволит:
1) увеличить степень извлечения пропана до 98,1% и выше, при этом качество товарного пропана не снижается;
2) обеспечить образование достаточного количества флегмы на орошение верха и стабилизировать режим работы колонны-деэтанизатора за счет извлечения этан-пропановой фракции (ЭПФ) конденсацией из уходящих в топливную сеть в виде сухого газа газов деэтанизации из флегмовой емкости и несконденсировавшихся газов из узла депропанизации за счет холода дросселяции этих же газов и подачи ее обратно во флегмовую емкость, дополнительно увеличить степень извлечения пропана;
3) увеличить производительность по питанию на не менее 8% как колонн-деэтанизаторов, так и других высокотемпературных ректификационных колонн с колпачковыми и клапанными, с подвижными клапанами, тарелками, без изменения конструкции тарелок и габаритных размеров.
На чертеже фиг.1 отдельно представлена предложенная технологическая схема установки для увеличения степени извлечения пропана и производительности по питанию колонны-деэтанизатора.
Установка включает высокотемпературную ректификационную колонну-деэтанизатор 1, с подогревателем низа колонны, выполненным в виде испарителя (ребойлера) 2; отводом пропана (или углеводородных фракций с пропаном) 3 из нижней части колонны, узлом орошения, установленным на выходе газов деэтанизации из верха 4 колонны 1, который состоит из: дефлегматора 5, флегмовой емкости 6, насоса 7, промежуточного холодильника 8, узла отвода несконденсировавшихся газов деэтанизации из флегмовой емкости, с дросселирующим клапаном 10, в топливную сеть.
Принцип работы предложенной схемы установки.
Этан-пропановая фракция (ЭПФ), полученная в колонне-депропанизаторе, или углеводородное сырье (углеводородная фракция), содержащее легкую пропановую фракцию С1-С3, поступает в колонну-деэтанизатор 1 в качестве питания, где происходит ее разделение на газы деэтанизации и товарный пропан высокой чистоты до не менее 98,5% или углеводородные фракции, содержащие пропан. Газы деэтанизации-1 из верха 4 колонны-деэтанизатора 1 поступают в дефлегматор 5, где охлаждаются и частично конденсируются, а затем, газожидкостная смесь самотеком поступает во флегмовую емкость 6, где происходит ее разделение на конденсат и несконденсировавшиеся газы деэтанизации-2 (сухой газ). Далее, полученный конденсат, из емкости 6 насосом 7 подается в межтрубное пространство холодильника 8, где охлаждается речной водой (или захоложенной, или оборотной) подаваемой в трубное пространство и затем подается на верх колонны-деэтанизатора на орошение, а несконденсировавшиеся газы деэтанизации-2 из его верхней части отводятся через дросселирующий клапан 10 в топливную сеть. Регулирование температуры флегмы в пределах от 12°С до 28°С после холодильника, производится регулятором температуры TRC, клапан которого установлен на линии обратной воды. Температура верха колонны-деэтанизатора поддерживается в пределах от 26°С до 43°С.
На чертеже фиг.2 представлена схема «холодильный сундук» (совместно со схемой чертежа фиг.1) для дополнительного увеличения степени извлечения пропана и стабилизации режима колонны-деэтанизатора.
Установка, в дополнение к схеме чертежа фиг.1, включает в себя узел питания деэтанизатора, состоящий из приемной емкости питания 16, насоса 17 и отдельной линии подачи этан-пропановой фракции 18 с клапаном-регулятором; конденсатор флегмовой емкости 9 с отводами конденсата и сухого газа с дросселирующим клапаном 10; узел конденсации несконденсировавшихся газов из узла депропанизации, состоящий из холодильника-конденсатора 11 с отводами охлажденных несконденсировавшихся газов из узла депропанизации и конденсата, конденсатора 12 с отводами конденсата и сухого газа с дросселирующим клапаном 13, приемной емкости конденсата (сборник конденсата) 14 и насоса 15.
Принцип работы схемы «холодильный сундук».
2
Отделившиеся от конденсата во флегмовой емкости 6 несконденсировавшиеся газы деэтанизации-2 (сухой газ), из верхней ее части, подаются в межтрубное пространство конденсатора 9, где охлаждаются и частично конденсируются за счет холода дросселяции дросселирующим клапаном 10 этих же газов, подаваемых в трубное пространство. Полученный конденсат этан-пропановой фракции (ЭПФ), за счет перепада высот, самотеком поступает обратно во флегмовую емкость 6 для восполнения дефицита флегмы на орошение, а несконденсировавшиеся газы деэтанизации (сухой газ) из верхней части межтрубного пространства отводятся в трубу на дросселирующий клапан 10 на дросселяцию до давления топливной сети (1-3 кгс/см). Регистрация полученного конденсата производится расходомером FI-1, установленным на линии отвода конденсата. С целью увеличения дроссельного эффекта и более полной конденсации ЭПФ из несконденсировавшихся газов из узла депропанизации в конденсаторе 12, перед конденсатором 12 установлен холодильник-конденсатор 11, в межтрубное пространство которого поступают несконденсировавшиеся газы из узла депропанизации и где максимально охлаждаются речной водой (захоложенной или оборотной водой), подаваемой в трубное пространство. Затем предварительно охлажденные газы из холодильника-конденсатора 11 подаются в межтрубное пространство конденсатора 12. Во избежание возможного скопления конденсата в межтрубном пространстве конденсатора-холодильника 11, из его нижней части предусмотрен отвод конденсата самотеком в сборник 14. Поступившие в межтрубное пространство конденсатора 12, предварительно охлажденные газы, вновь охлаждаются и частично конденсируются за счет холода дросселяции дросселирующим клапаном 13 этих же газов, подаваемых в трубное пространство. Полученный конденсат этан-пропановой фракции, также за счет перепада высот, самотеком поступает в приемную емкость 14 конденсатора 12, откуда насосом 15 подается во флегмовую емкость 6 для восполнения дефицита флегмы дополнительно. Регулирование расхода конденсата производится регулятором расхода FRC-2, клапан которого установлен на линии нагнетания насоса 15. Несконденсировавшиеся газы(сухой газ) из верхней части межтрубного пространства отводятся в трубу на дросселирующий клапан 13 на дросселяцию до давления топливной сети. Регистрация полученного конденсата в конденсаторе 12 производится расходомером FI-2, установленным на линии отвода конденсата из конденсатора. При этом только для схемы получения пропана из этан-пропановой фракции, предусматривается возможность автоматической подачи этан-пропановой фракции (ЭПФ) во флегмовую емкость 6, насосом 17 от линии питания через отдельную линию 18. Регулирование расхода ЭПФ, с коррекцией по уровню флегмовой емкости, производится регулятором расхода FRC-1, клапан которого установлен на линии 18. Как и во всех существующих схемах конденсации, в системе конденсатор-сборник, во избежание запирания сборника 14, между конденсатором 12 и сборником 14 может быть установлена уравнительная линия. С целью улучшения условий работы насоса 15 на малых расходах, может быть установлена возвратная линия с регулирующим клапаном (или без него) от насоса 15 к сборнику 14.
Испытания работоспособности схем проводились по схеме извлечения пропана из широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) методом высокотемпературной ректификации с депропанизацией в головной колонне с последующим разделением этан-пропановой фракции в ректификационной колонне-деэтанизаторе с колпачковыми тарелками (И.А.Александров «Перегонка и ректификация» стр.282, схема «б», Москва, «Химия», 1981 г.). В качестве сырья перерабатывалась широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ). Усредненный состав ШФЛУ, параметры режима работы колонны приведены в таблицах 2 и 3 соответственно.
Таблица 2
Состав ШФЛУ
СН4
С2Н6
С3Н8
иС4Н10
нС4Н10
иС5Н12
НС5Н12
НС6Н12
в-бут.
0,29
1,41
28,8
17,27
30,22
9,24
7,75
4,78
0,25
Таблица 3
Режим работы колонны-деэтанизатора.
Колонна
Дн/Дв, мм
Число тарелок
Давление верха, МПа
Флегмовое число
Температура, °С
верха
низа
питания
орошения
Этановая
1800/1400
49
2,75-2,96
3-9
26-43
66-76
34-45
12-28
При этом в связи с тем, что содержание фракции С1-С2 в сырье может колебаться в широком диапазоне, режимные параметры колонны (кроме температур питания и орошения) могут быть выше или ниже значений указанных в таблице №3. При работе установки нагрузки по питанию колонны-деэтанизатора составили: минимальная - 15 тн/час; максимальная - 46 тн/час. Среднее содержание пропана в сдувочных газах на выходе из цеха составило 30,61 вес.%. Степень извлечения пропана составила 98,51%. Температура флегмы регулировалась в диапазоне от 12°С до 28°С. Количество флегмы в среднем уменьшилась на 27%. Производительность по питанию в среднем увеличилась на 23%. Расходная норма по пару в среднем уменьшилась на 6%. Зависимость степени извлечения пропана от расхода пропана со сдувочным (сухим) газом приведена в таблице 4.
Таблица 4
Степень извлечения пропана, %
На выходе из флегмовой емкости без конденсатора и учета потерь пропана со сдувочными несконденсировавшимися газами из узла депропанизации
На выходе из цеха с учетом потерь пропана в сдувочных несконденсировавшихя газах из узла депропанизации
На выходе из цеха с конденсатором после флегмовой емкости без учета потерь пропана в сдувочных несконденсировавшихся газах из узла депропанизации
На выходе из цеха с учетом потерь пропана в сдувочных несконденсировавшихся газах из узла депропанизации (без конденсатора)
98,2
97,72
99,19
98,51
При этом потери пропана с несконденсировавшимися газами из узла депропанизации в топливную сеть учтены без дополнительной конденсации. Для получения еще более высокой степени извлечения (более 98,51%) пропана необходимо производить конденсацию этан-пропановой фракции из несконденсировавшихся газов узла депропанизации по вышеописанному способу.
На чертежах фиг.3, 4, 5, 6 отдельно представлены предложенные схемы установок для увеличения производительности по питанию других высокотемпературных ректификационных колонн с колпачковыми и клапанными, с подвижными клапанами, тарелками, с температурой верха (Тверха) не более 85°С, с Тверха от 85°С до 150°С, и с Тверха более 150°С при переработке углеводородного сырья (углеводородных фракций). Установки включают в себя высокотемпературную ректификационную колонну 1, с подогревателем куба (низа) колонны, выполненным в виде испарителя (ребойлера) 2, отводом конденсата 3 из нижней части колонны, узлом орошения, установленным на выходе верха 4 колонны 1, который состоит из: дефлегматора 5, флегмовой емкости 6, насоса 7, промежуточного холодильника 8 (рекуператора, рекуператора-испарителя) и отвода расчетного товарного избытка более низкокипящей углеводородной фракции (фракций).
Принцип работы предложенных схем установок. Работа схемы для увеличения производительности по питанию других высокотемпературных ректификационных колонн с колпачковыми и клапанными, с подвижными клапанами, тарелками, осуществляется по такому же принципу, как и для деэтанизаторов. Углеводородное сырье (углеводородные фракции) поступает в высокотемпературную ректификационную колонну 1 в качестве питания, где происходит разделение на газы ректификации более низкокипящей фракции (фракций) и конденсат более высококипящей фракции (фракций). Газы ректификации из верха 4 колонны 1 поступают в дефлегматор 5, где охлаждаются и частично конденсируются, а затем газожидкостная смесь самотеком поступает во флегмовую емкость 6, где происходит ее разделение на конденсат и газовую фазу. Далее, часть полученного конденсата, необходимая для орошения, из емкости 6, насосом 7 подается в межтрубное пространство холодильника 8 (в трубное пространство рекуператора, рекуператора-испарителя), где дополнительно охлаждается речной водой (захоложенной, оборотной водой), подаваемой в трубное пространство, или теплофикационной, "горячей" водой, конденсатом подаваемых в межтрубное пространство и затем подается на верх колонны на орошение, а другая часть в виде расчетного товарного избытка выводится. Регулирование температуры флегмы после холодильника (рекуператора, рекуператора-испарителя), в пределах от 12°С до температуры минус 1°С от первоначальной температуры флегмы перед холодильником (рекуператором, рекуператором-испарителем) до процесса дополнительного захолаживания, производится регулятором температуры TRC, клапан которого установлен на линии выхода воды ("горячей", теплофикационной воды, конденсата, пара). Предел регулирования от 12°С до температуры минус 1°С от первоначальной температуры флегмы перед холодильником (рекуператором, рекуператором-испарителем) до процесса дополнительного захолаживания означает, что если первоначальная температура до процесса захолаживания, например 55°С, то предел регулирования будет от 12°С до 54°С. Температура верха колонны поддерживается исходя из потребности ее снижения, и может оставаться неизменной вообще в процессе снижения температуры флегмы и уменьшения ее количества. Как видно по чертежам и описаниям их принципа работы, увеличение производительности по питанию и колонн-деэтанизаторов и других высокотемпературных колонн производится по одному и тому же принципу - по принципу дополнительного захолаживания температуры флегмы перед ее подачей на орошение и уменьшения ее количества в процессе снижения температуры флегмы, позволяющий уменьшить количество паров и жидкости в колонне, тем самым увеличить производительность по питанию. Схема дополнительного захолаживания флегмы для увеличения производительности по питанию и у деэтанизаторов (схема чертежа фиг.1) и у других высокотемпературных колонн с температурой верха до 85°С (схема чертежа фиг.3) вообще абсолютно идентична. Имеется незначительное отличие в системе охлаждения у колонн с температурой верха (Тверха) выше 85°С, которое абсолютно не влияет на принцип дополнительного снижения температуры флегмы и уменьшения ее количества перед подачей на орошение, то есть, на сам принцип увеличения производительности по питанию. Для колонн с температурой верха (Тверха) от 85°С до 150°С, с целью рекуперации тепла флегмы при дополнительном захолаживании перед подачей на орошение, вместо холодильника, устанавливается рекуператор, а для колонн с температурой верха (Тверха) выше 150°С - рекуператор-испаритель.
Для колонн с температурой верха (Тверха) от 85°С до 150°С для дополнительного захолаживания флегмы перед ее подачей на орошение, вместо воды, в межтрубное пространство рекуператора подается паровой конденсат с температурой до 98°С ("горячая вода" или теплофикационная вода). При необходимости, в зависимости от условий работы, температура конденсата, теплофикационной, "горячей" воды на охлаждение может быть и выше 98°С, а также, в зависимости от качества из-за содержания примесей, конденсат, теплофикационная или "горячая" вода могут подаваться в трубное пространство, а флегма в межтрубное пространство.
Регулирование температуры флегмы на орошение, после промежуточного рекуператора, также производится регулятором температуры TRC, клапан которого установлен на линии выхода конденсата (теплофикационной," горячей" воды). Схема представлена на чертеже фиг.4.
Для колонн с температурой верха (Тверха) выше 150°С, для дополнительного захолаживания флегмы, перед ее подачей на орошение, в межтрубное пространство рекуператора-испарителя подается паровой конденсат с температурой не ниже 60°С. В зависимости от условий работы, рекуператор-испаритель может быть и горизонтальным, и вертикальным. Регулирование температуры флегмы в заданных пределах, после промежуточного рекуператора-испарителя, производится регулятором температуры TRC, клапан которого установлен на линии выхода пара из испарителя. Схема представлена на чертеже фиг.5. Или: Регулирование соответствующего давления пара, с коррекцией температуры флегмы в заданных пределах после промежуточного рекуператора-испарителя, производится регулятором давления PRC, клапан которого установлен на линии выхода пара из рекуператора-испарителя. Схема представлена на чертеже фиг.6. Как и во всех существующих схемах испарения конденсата, регулирование уровня конденсата производится регулятором уровня HRC, клапан которого установлен на подаче конденсата на паропроводе, а для отделения влаги от получаемого вторичного пара, может быть установлен сепаратор с каплеотбойником. В зависимости от условий работы и исходя из потребности в "горячей" или теплофикационной воде, рекуператор-испаритель может быть использован также и при температуре верха в пределах от 85°С до 150°С для получения (нагрева) "горячей" или теплофикационной воды или просто для нагрева конденсата. При этом межтрубное пространство должно гидрозаполняться, и регулирование температуры флегмы будет производиться регулятором температуры TRC, клапан которого установлен на линии выхода конденсата
(воды).
Известен способ получения чистого бензола ректификацией из бензол-толуольной смеси (50 мас.% бензола и 50 мас.% толуола) на колонне с колпачковыми тарелками. (Пичугин А.П. - Переработка нефти, Москва, 1960 г., стр.98).
2
Пример 1. Бензол-толуольную смесь состава 50 мас.% бензола и 50 мас.% толуола в количестве 100 кг/час подвергают разделению в ректификационной колонне, содержащей 60 колпачковых тарелок, работающей при флегмовом числе 1,99, давлении верха 1,1 кг/см и температуре верха 82,1°С. В результате получают в качестве дистиллята бензол чистотой 100 мас.%, в количестве 50 кг/час.
Полученные данные в результате снижения температуры флегмы и уменьшения ее количества при разделении бензол-толуольной смеси приведены в таблице 5.
Таблица 5
Результаты разделения бензол-толуольной смеси
Температура флегмы, °С
Флегмовое число
Повышение производительности колонны, мас.%
Чистота верхнего продукта, мас.%
81,6
1,99
0
1,00000
76,6
1,95
1,1
1,00000
71,6
1,90
2,2
1,00000
66,6
1,87
3,2
1,00000
61,6
1,83
4,2
1,00000
56,6
1,79
5,2
1,00000
51,6
1,75
6,2
1,00000
46,6
1,73
7,0
1,00000
41,6
1,70
7,9
1,00000
36,6
1,67
8,7
1,00000
31,6
1,64
9,6
1,00000
26,6
1,61
10,4
1,00000
21,6
1,59
11,1
1,00000
19,6
1,55
-
0,99999
Как видно из таблицы, при снижении температуры флегмы до 21,6°С производительность колонны по питанию увеличилось на 11,1%. При дальнейшем снижении температуры и уменьшении количества флегмы качество верха ухудшилось.
Пример 2.
2
Известен способ выделения бутадиена-1,3 из бутадиена-сырца, полученного при разделении экстрактивной перегонкой смесей бутенов и бутадиена (Азингер Ф. - Химия и технология моноолефинов, Москва, 1960 г., стр.202). В результате получают бутадиен-1,3 чистотой 98,71 мас.%, с примесями цисс-бутена-2 и транс-бутена-2. Исходную смесь состава - 84,219 мас.% бутадиена-1,3, 7,035 мас.% цисс-бутена-2 и 9,246 мас.% транс-бутена-2 в количестве 100 кг/ч подвергают разделению в колонне со 120 клапанными тарелками, работающей при температуре верха 44,6°С, и давлении верха 4,96 кг/см и при флегмовом числе 6,65. В результате, в качестве дистиллята получают бутадиен-1,3 чистотой 98,71 мас.% в количестве 84,719 кг/ч. Полученные данные в результате снижения температуры флегмы и уменьшения ее количества при выделении бутадиена-1,3 приведены в таблице 6.
Таблица 6
Результаты разделения бутадиена-сырца
Температура флегмы, °С
Флегмовое число
Повышение производительности колонны, % от исх.
Чистота верхнего продукта, мас.%
44,1
6,65
0
98,71
39,1
6,42
2,9
98,71
34,1
6,23
5,5
98,71
29,1
6,06
8,1
98,71
24,1
5,89
10,7
98.71
19,1
5,76
13,0
98.71
16,1
5,50
-
98.70
При дальнейшем снижении температуры и уменьшении количества флегмы качество дистиллята ухудшилось.
Как видно из таблиц 5 и 6 производительность по питанию увеличивается за счет снижения температуры флегмы и снижения ее количества, в первом случае - на 11,1% и во втором случае - на 13,0%.
Из таблиц также видно, что увеличение производительности по питанию абсолютно не зависит от температуры кипения веществ, соответственно и от длины углеродной цепи веществ (чем больше длина цепи, тем выше температура кипения вещества, чем выше температура кипения, тем выше температура верха колонны и соответственно флегмы), а зависит только от температурного режима ректификации, в частности, от температуры флегмы и флегмового числа.