УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНОСТИ И ОТЛОЖЕНИЯ ТВЕРДЫХ ОСАДКОВ
DEVICE FOR LIMITING TURBULENCE AND DEPOSITION OF SOLID PRECIPITATION

Область техники, к которой относится изобретения
Изобретение относится к области уменьшения отложений осадков или нестабильных или нерастворимых молекул в оборудовании для разделения и дистилляции, предпочтительно с коническим дном, применяющемся после процессов рафинирования, в которых обрабатываются тяжелые или загрязняющие продукты. Изобретение применимо, без ограничений, для процессов, в которых образуются жидкости, способные загрязнять оборудование, таких как висбрекинг, гидрокрекинг в кипящем слое, каталитический крекинг, замедленное коксование, при переработке нефтепродуктов, а также для процессов сжижения угля и обработки биомассы.
Уровень техники
Снижение отложений, засоряющих оборудование, является серьезной проблемой установок обработки или конверсии углеводородного сырья, в частности, тяжелого сырья. Действительно, засорение оборудования влечет остановку установки и ее демонтаж для осуществления чистки. В частности, в установках конверсии углеводородного сырья в кипящем слое загрязнение стенок и дна оборудования для разделения может быть обусловлено частицами асфальтенового типа, которые флоккулируют, образуя твердые отложения, молекулами, адсорбирующимися на стенках, частицами кокса, катализаторной пылью, сульфидами металлов на основе никеля, железа и/или ванадия или, в более широком смысле, любыми твердыми частицами, содержащимися в обрабатываемом углеводородном сырье.
Патентная заявка US4534851A описывает способ введения жидкого углеводородного сырья в линию переноса к реакционной зоне, включающий введение пара и углеводородного сырья в восходящем потоке в виде отдельных концентрических потоков, причем поток углеводородного сырья является внутренним потоком, а поток пара является окружным потоком, и направление части пара к внутренней стенке указанной линии переноса, тогда как остальной пар и углеводородное сырье выводятся из зоны в направлении, параллельном продольной оси.
Патентная заявка US2010/012666A описывает особую геометрию устройства разбивания турбулентных потоков, или противовихревого дефлектора, имеющего сплошную поверхность, закрепленную к основанию посредством разнесенных твердых опор, причем указанное основание закреплено на внутренней поверхности указанной стенки, примыкающей к указанному выходу, и указанный противовихревой дефлектор способен направлять жидкость сначала на расстояние от указанного выхода, а затем через указанный выход, тем самым минимизируя или препятствуя образованию вихрей на уровне указанного выхода.
В патенте EP 1086734 B1 описывается система разделения газ/жидкость, используемая в процессе конверсии углеводородов в кипящем слое, с устройством, ограничивающим образование вихревого движения жидкости, состоящим из лопастей, прикрепленных к стенкам и размещенных с постоянным угловым шагом, что позволяет рассеивать часть угловых количеств движения, причем число лопастей составляет от 2 до 8, а их высота составляет от максимальной высоты жидкости до нижней части сепаратора грубой очистки.
В уровне техники не описано устройство, имеющее геометрию противовихревого дефлектора, позволяющую ограничить процессы отложения твердых осадков в оборудовании с коническим дном в присутствии смеси жидкой и твердой фаз. Действительно, классические прерыватели вихрей не позволяют снизить среднюю скорость жидкости при одновременной минимизации зон застоя твердых веществ.
Авторы заявки неожиданно обнаружили, что использование особой геометрии противовихревого дефлектора в оборудовании с коническим дном позволяет ограничить процессы осаждения твердых осадков при одновременном снижении средней скорости жидкости в оборудовании с коническим дном в присутствии смеси жидких и твердых веществ.
Сущность изобретения
Изобретение относится к устройству для нисходящего течения углеводородной жидкости (3), содержащей твердые частицы, на дне оборудования, содержащего цилиндрическую верхнюю часть (1) диаметром D1, нижнюю усеченно-коническую часть (2) высотой H и углом наклона α в интервале от 5° до 85° к вертикальной оси (z) указанной цилиндрической верхней части, выпускную линию (5) диаметром D2, причем устройство содержит систему (4) ограничения турбулентности, или противовихревой дефлектор, содержащую по меньшей мере одну плоскую лопатку (13), расположенную коаксиально с указанной выпускной линией, симметричную относительно вертикальной оси z, содержащую:
- трапецеидальную верхнюю часть высотой (a) и углом наклона β к вертикальной оси (z), находящуюся в усеченно-конической части (2) колонны, причем β строго больше 0° и меньше или равен α;
- и прямоугольную нижнюю часть высотой (b+c) и шириной по существу равной D2,
причем указанная лопатка имеет по центру вырез симметрично относительно вертикальной оси на части ее ширины и на части ее высоты, больше или равной a.
Предпочтительно, указанная лопатка имеет вырез одновременно в трапецеидальной верхней части на высоту a и в прямоугольной нижней части на высоту b.
Высота (a) трапецеидальной верхней части лопатки составляет от 0 до 10*D2, предпочтительно от 0,5*D2 до 5*D2, очень предпочтительно от 0,5*D2 до 2*D2.
Высота (b), соответствующая вырезанной части прямоугольной нижней части лопатки, составляет от 0 до 4*D2, предпочтительно от 0 до 2*D2 и очень предпочтительно от 0,1*D2 до D2.
Высота (c), соответствующая не имеющей выреза прямоугольной нижней части лопатки, меньше 4*D2, предпочтительно меньше 2*D2 и очень предпочтительно меньше или равна D2.
Предпочтительно, указанный противовихревой дефлектор содержит по меньшей мере две лопатки, и каждая лопатка отделена от следующей на угол δ, предпочтительно 2-8 лопаток, очень предпочтительно 2 лопатки.
Предпочтительно, в каждой лопатке вырезано центральное прямоугольное отверстие шириной (d) и длиной больше (a), симметричное относительно оси z, проходящей через центр указанной лопатки.
Предпочтительно, отношение (D1/D2) диаметра D1 цилиндрической части к диаметру D2 выпускной линии внизу усеченно-конической части составляет от 1,1 до 1000, предпочтительно от 2 до 500 и предпочтительно от 3 до 100.
Предпочтительно, угол α составляет от 10° до 70°, предпочтительно от 15° до 60° и очень предпочтительно от 30° до 50°.
Предпочтительно, угол β равен α.
Предпочтительно, диаметр D1 составляет от 0,1 м до 30 м, предпочтительно от 0,5 м до 20 м и очень предпочтительно от 1 м до 10 м.
В одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит:
- по меньшей мере одну точку инжекции (8) рециркулирующей и/или подпиточной жидкости в усеченно-конической части (2) оборудования;
- по меньшей мере одну точку инжекции (9) рециркулирующей и/или подпиточной жидкости в цилиндрической части (1) оборудования;
причем указанные точка или точки инжекции (8), находящиеся в указанной усеченно-конической части, наклонены относительно стенки нижней усеченно-конической части на угол β1 в вертикальной плоскости (xz) и на угол β2 в горизонтальной плоскости (xy); а указанные точка или точки инжекции (9), находящиеся в указанной цилиндрической части, наклонены относительно стенки цилиндрической верхней части на угол θ1 в вертикальной плоскости (xz) и на угол θ2 в горизонтальной плоскости (xy), причем углы β1 и θ1 составляют от 5° до 175°, а углы β2 и θ2 составляют от 90° до 270°.
Устройство может содержать линию рециркуляции (7) части жидкости, выходящей из указанной выпускной линии (5), причем в указанную линию рециркуляции (7) подается жидкость, возвращаемая в по меньшей мере одну из указанных точек инжекции (8) или (9).
Устройство может содержать подпиточную линию (12) для подачи подпиточной жидкости в по меньшей мере одну из указанных точек инжекции (8) или (9).
Предпочтительно, указанные точки инжекции распределены горизонтальными слоями в усеченно-конической части и горизонтальными слоями в цилиндрической части, соответственно.
Предпочтительно, углы β1 и θ1 составляют от 10° до 150°, очень предпочтительно от 15° до 120°, более предпочтительно от 15° до 90° и еще более предпочтительно от 20° до 60°, а углы β2 и θ2 составляют от 90° до 180°, предпочтительно равны 90°.
Высота между двумя горизонтальными слоями предпочтительно составляет от 0,01 м до 10 м, предпочтительно от 0,05 м до 5 м и очень предпочтительно от 0,1 м до 1 м.
Число точек инжекции N на слой может составлять от 1 до 30, предпочтительно от 2 до 20, очень предпочтительно от 2 до 10, еще более предпочтительно от 2 до 6, причем указанные точки инжекции в пределах одного слоя отстоят друг от друга на угол, равный 360/N, где N означает число точек инжекции на слой.
Указанное оборудование может быть устройством газожидкостного разделения, позволяющим обрабатывать углеводородное сырье.
Изобретение относится также к способу конверсии углеводородного сырья с применением указанного устройства.
Скорость жидкости V, вводимой через указанные точки инжекции, в описанном выше варианте осуществления предпочтительно составляет от 0,05 м/сек до 40 м/сек, предпочтительно от 0,1 м/сек до 30 м/сек и очень предпочтительно от 0,5 м/сек до 10 м/сек.
Доля инжектируемой рециркулирующей и/или подпиточной жидкости относительно углеводородной жидкости, циркулирующей в оборудовании, может составлять от 1% до 400%, предпочтительно от 5% до 100%, очень предпочтительно от 10% до 60% и еще более предпочтительно от 20% до 50%.
Указанный способ можно применять на этапе гидроконверсии в кипящем слое для сырья, содержащего углеводородные фракции, по меньшей мере 50 вес.% которых имеют температуру кипения выше 300°C.
Подробное описание изобретения
Краткое описание чертежей
Другие характеристики и преимущества устройства по изобретению выявятся при прочтении следующего описания неограничивающих примеров осуществления с обращением к прилагаемым фигурам, описываемым ниже.
Фигура 1:
На фигуре 1 показана принципиальная схема устройства, содержащего систему ограничения турбулентности, или противовихревой дефлектор согласно изобретению.
Фигура 2:
На фигуре 2 показано применение устройства в варианте осуществления, содержащем точки инжекции рециркулирующей и/или подпиточной углеводородной жидкости внутрь цилиндрической и усеченно-конической частей оборудования с коническим дном.
Фигура 3:
Фигура 3 (3A: изометрическая проекция, 3B: вид сверху) показывает использующуюся в устройстве по изобретению систему ограничения турбулентности для потоков жидкости, содержащих твердые частицы.
Фигура 4:
Фигура 4 (4A и 4B) показывает детализированный вид в разрезе лопатки системы ограничения турбулентности, использующейся в устройстве согласно изобретению. На фигуре 4A показан вариант осуществления, в котором лопатка имеет вырез на части ее длины, а фигура 4B показывает вариант осуществления, в котором лопатка вырезана на всей ее длине (c=0).
Фигура 5:
Фигура 5 иллюстрирует пример, показывая застойные зоны для трех конфигураций оборудования с коническим дном: a) устройство без противовихревого дефлектора (сравнительное), b) устройство с классическим противовихревым дефлектором (сравнительное), c) устройство с противовихревым дефлектором согласно изобретению (по изобретению).
Фигура 6:
Фигура 6 иллюстрирует пример, показывая векторы скорости жидкости в плоскости (xy) в линии (5) для трех случаев a), b) (сравнительный) и c) (по изобретению).
Подробное описание изобретения
В широком смысле изобретение применимо к любому оборудованию, в котором циркулирует углеводородная жидкость с возможностью застоя и скопления твердых частиц на дне оборудования. Течение в устройстве является нисходящим. Более конкретно, устройство согласно изобретению находится в нижней части колонны атмосферной или вакуумной дистилляции, разделительной емкости или в любом другом устройстве газожидкостного разделения, позволяющем обрабатывать углеводородное сырье.
Устройство согласно изобретению позволяет ограничить отложение твердых частиц, одновременно снижая тангенциальную скорость жидкости, в оборудовании с коническим дном, в котором течет нисходящий поток смеси жидкости и твердых частиц, благодаря применению системы ограничения турбулентности, или противовихревого дефлектора особой геометрии.
Устройство согласно изобретению применяется в оборудовании с коническим дном, то есть имеющем цилиндрическую верхнюю часть и нижнюю усеченно-коническую часть, где загрязняющая углеводородная жидкость (то есть жидкость, содержащая твердые частицы или соединения, способные флоккулировать или адсорбироваться на стенке) течет вниз от верхней части оборудования и выходит через выпускную линию. Усеченно-коническая форма хорошо известна специалисту как минимизирующая осаждение на дно, что облегчает сток твердых частиц под действием силы тяжести к выпускной линии.
Сырье, входящее в устройство, может содержать соединения любого типа, полученные из потоков с процесса гидроконверсии, например, поступающие с установки с кипящим слоем H-OIL™, а также соединения любого типа, поступающие с процесса гидроконверсии в суспензии, процесса гидрообработки в неподвижном слое, движущемся слое, псевдоожиженном слое потоков с каталитического крекинга (FCC, от английского Fluid Catalytic Cracking), потоков с процессов термической конверсии, таких как коксование, висбрекинг, и с любого другого процесса разделения, как, например, деасфальтизация растворителем.
Твердые частицы могут представлять собой осажденные асфальтены, пыль катализатора на подложке или без подложки (обычно диаметром меньше 500 мкм) или частицы кокса, сульфидов металлов, таких как никель, ванадий, железо, молибден.
Фигура 1:
На фигуре 1 показана принципиальная схема изобретения.
Изобретение относится к устройству для нисходящего течения углеводородной жидкости (3), содержащей твердые частицы, внизу оборудования, которое может представлять собой, например, дистилляционную колонну, или разделительный резервуар, или буферную емкость. Оборудование имеет цилиндрическую верхнюю часть (1) диаметром D1, нижнюю усеченно-коническую часть (2), выпускную линию (5), находящуюся внизу оборудования, через которую выходит углеводородная жидкость, диаметром D2. Усеченно-коническая часть (2) (называемая также коническим дном) имеет угол наклона α относительно вертикальной стенки цилиндрической части, физически представимой осью z. В изобретении используется особая геометрия противовихревого дефлектора (4), выполненного частью внизу усеченно-конической части (2) и частью в выпускной линии (5).
Фигура 2:
На фигуре 2 показана принципиальная схема одного варианта осуществления, включающая боковые точки инжекции жидкости.
В одном варианте осуществления устройство может дополнительно содержать боковые точки инжекции рециркулирующей и/или подпиточной жидкости.
Во всем тексте под "точкой инжекции" обозначается любое средство, известное специалисту, позволяющее вводить жидкость от стенки оборудования внутрь, причем указанное средство питается от по меньшей мере одной линии переноса жидкости.
Чтобы еще больше уменьшить образование отложений на стенках и в нижней части оборудования, устройство может также содержать боковые точки инжекции для рециркулирующей и/или подпиточной жидкости: точки инжекции (8) в усеченно-конической части и точки инжекции (9) в цилиндрической части. Эти точки инжекции могут быть распределены на стенке горизонтальными слоями (10) в усеченно-конической части и горизонтальными слоями (11) в цилиндрической части. Выходящий поток жидкости выводится из оборудования по выпускной линии (6).
В первом варианте линия подпиточной жидкости (которая может представлять собой жидкий флюс) (12), подает подпиточную жидкость в боковые точки инжекции (8) и (9), находящиеся в усеченно-конической части и в цилиндрической части, чтобы уменьшить застойные зоны в оборудовании и ограничить осаждение твердых частиц на стенки. В качестве подпиточной жидкости подходит любая фракция с точкой кипения выше или равной точке кипения углеводородной жидкости (3), подаваемой в оборудование, например, поток, выходящий с каталитического крекинга (тяжелый рецикловый газойль, LCO (легкий рецикловый газойль), или любая другая фракция VGO (вакуумный дистиллят), AR (атмосферный остаток), VR (вакуумный остаток), DAO (деасфальтированное масло), ароматический экстракт. В этом варианте осуществления расход жидкости, выходящей по выпускной линии (6), равен сумме расхода углеводородной жидкости (3), циркулирующей в оборудовании, и расхода подпиточной жидкости, вводимой в подпиточную линию (12). Подпиточная жидкость, вводимая через подпиточную линию (12), позволяет уменьшить застойные зоны, создавая турбулентность в оборудовании, чтобы ограничить отложение твердых частиц на стенках. Введенная подпиточная жидкость может также играть роль флюса или обладать способностью растворять вещества с ограниченной растворимостью в жидкой фазе, когда выбранная жидкость представляет собой ароматическое основание.
В другом варианте часть углеводородной жидкости, выходящей из оборудования, можно вернуть для подачи в боковые точки инжекции (8) и (9). В этом варианте осуществления расход жидкости, выходящей по выпускной линии (6), равен расходу жидкости (3), циркулирующей в оборудовании. Жидкость, возвращаемая по линии рециркуляции (7), позволяет уменьшить застойные зоны в оборудовании, создавая турбулентность, чтобы уменьшить осаждение твердых частиц на стенках.
В последнем варианте жидкость, вводимая через боковые точки инжекции (8) и (9), может происходить как из линии рециркуляции (7), так и линии подпиточной жидкости (12). В этом варианте осуществления расход жидкости, выходящей из отводящей линии (6), равен сумме расхода углеводородной жидкости, циркулирующей в оборудовании, называемой загрязняющей жидкостью (3), и расхода подпиточной жидкости, вводимой в подпиточную линию (12). Жидкость, вводимая через подпиточную линию (12), и через линию рециркуляции (7), позволяет уменьшить застойные зоны, создавая турбулентность в оборудовании, чтобы уменьшить осаждение твердых частиц на стенках, а также может играть роль вышеупомянутого флюса.
Таким образом, жидкость, вводимая через боковые точки инжекции (8) и (9), может быть рециркулирующей жидкостью из оборудования и/или подпиточной жидкостью, то есть поступающей извне оборудования.
Определим долю инжектируемой жидкости, вводимой через боковые точки инжекции (8) и (9), как отношение суммы расхода жидкости в линии рециркуляции (7) и расхода жидкости в подпиточной линии (12), к расходу углеводородной жидкости, циркулирующей в оборудовании, или загрязненной жидкости (3).
Можно определить два типа инжекции жидкости (подпиточной или рециркулирующей):
- точки инжекции (8) в усеченно-конической части (2) оборудования,
- точки инжекции (9) в цилиндрической части (1) оборудования.
Точки инжекции (8), находящиеся в усеченно-конической части (2), наклонены относительно стенки конического дна на угол β1 в вертикальной плоскости (xz) и на угол β2 в горизонтальной плоскости (xy), где x означает горизонтальную ось, z вертикальную ось цилиндрической части, перпендикулярную горизонтальной плоскости (xy).
Точки инжекции (9), находящиеся в цилиндрической части (1), наклонены относительно стенки цилиндрического корпуса на угол θ1 в вертикальной плоскости (xz) и на угол θ2 в горизонтальной плоскости (xy).
Точки инжекции предпочтительно ориентированы в одном направлении вращения в горизонтальной плоскости (xy) и предпочтительно находятся в жидкостной части внизу колонны.
h
Размещение точек инжекции на стенке оборудования можно осуществить горизонтальными слоями (11) в плоскости (xy) в случае точек инжекции (9) в цилиндрической часть (1) и горизонтальными слоями (10) в случае точек инжекции (8) в усеченно-конической части (2). Каждый слой (10) точек инжекции в усеченно-конической части (2) и слой (11) в цилиндрической части (1) содержит соответственно N точек инжекции (8) или (9), находящихся на одинаковой высоте по оси (z). На фигуре 3 N равно 1. Каждый слой отделен от другого на высоту H. В пределах одного слоя каждая точка инжекции отделена от следующей на угол, равный 360/N, в плоскости (xy). Один слой точек инжекции может быть смещен по углу относительно другого слоя точек инжекции в плоскости (xy).
Число слоев в каждой из усеченно-конической или цилиндрический части предпочтительно составляет от 1 до 20, предпочтительно от 1 до 10 и предпочтительно от 1 до 6.
Скорость жидкости V, вводимой в боковые линии инжекции (8) и (9), предпочтительно составляет от 0,05 м/сек до 40 м/сек, предпочтительно от 0,1 м/сек до 30 м/сек и очень предпочтительно от 0,5 м/сек до 10 м/сек. Предпочтительно, диаметры линий инжекции рассчитываются в зависимости от расхода жидкости, который требуется ввести, чтобы получить желаемые скорости инжекции.
Сумма расхода жидкости, возвращаемой по линии рециркуляции (7), и расхода жидкости, вводимой по линии (12), деленная на расход углеводородной жидкости (3), циркулирующей в оборудовании, предпочтительно составляет от 1% до 400%, предпочтительно от 5% до 100%, очень предпочтительно от 10% до 60% и еще более предпочтительно от 20 до 50%.
Углы β1 и θ1 относительно стенки усеченно-конической части и стенки цилиндрической части, соответственно, составляют от 5° до 175°, предпочтительно от 10° до 150°, очень предпочтительно от 15° до 120°, более предпочтительно от 15° до 90° и еще более предпочтительно от 20° до 60°.
Углы β2 и θ2 относительно диаметра по оси y цилиндрической части составляют от 90° до 270°, предпочтительно от 90° до 180°. Очень предпочтительно, углы β2 и θ2 равны 90°.
Число точек инжекции N на стенке оборудования, в каждом горизонтальным слое (11) в цилиндрической части (1) и в каждом горизонтальном слое (10) в усеченно-конической части (2) составляет от 1 до 30, предпочтительно от 2 до 20, очень предпочтительно от 2 до 10, более предпочтительно от 2 до 6. Каждый слой, находящийся в пределах одной части или в разных частях, может иметь разное число точек инжекции N.
Высота между двумя горизонтальными слоями предпочтительно составляет от 0,01 м до 10 м, предпочтительно от 0,05 м до 5 м и очень предпочтительно от 0,1 м до 1 м.
Угол, разделяющий точки инжекции по окружности одного и того же слоя, составляет от 0° до 180°, предпочтительно от 5° до 120°, очень предпочтительно от 10° до 90°. Предпочтительно, этот угол равен 360/N, где N означает число точек инжекции на слой.
Угловое смещение одного слоя относительно другого может составлять от 0° до 180°, предпочтительно от 5° до 120°, очень предпочтительно от 10° до 90°.
Фигура 3
Фигура 3 показывает детальную геометрию противовихревого дефлектора (4).
Фигуре 3A показывает изометрическую проекцию, а фигура 3B вид сверху предлагаемой изобретением системы (4) ограничения турбулентности, или противовихревого дефлектора. В примере с фигуры 3 противовихревой дефлектор (4) состоит из двух лопаток (13), которые образуют систему, содержащую четыре лопасти, прикрепленные к стенке. Лопатки расположены симметрично относительно оси колонны, и каждая лопатка отделена на угол δ.
Фигура 3A показывает устройство для нисходящего течения углеводородной жидкости, содержащей твердые частицы, в частности, взвешенные твердые частицы, внизу оборудования, содержащего цилиндрическую верхнюю часть (1) диаметром D1, нижнюю усеченно-коническую часть (2) с углом наклона α от 5° до 85° к вертикальной оси (z) указанной цилиндрической верхней части, выпускную линию (5) диаметром D2, которая содержит систему ограничения турбулентности, называемую противовихревым дефлектором (4), содержащую по меньшей мере одну плоскую лопатку (13), расположенную коаксиально с выпускной линией, симметричную относительно вертикальной оси z, причем указанная лопатка имеет трапецеидальную верхнюю часть, которая находится в усеченно-конической части (2) колонны, и прямоугольную нижнюю часть, и указанная лопатка имеет по центру вырез, симметричный относительно вертикальной оси z, на части ее ширины и на части ее высоты, больше или равной высоте трапецеидальной части. Указанная лопатка предпочтительно прикреплена, например, путем сварки или приклеивания, к стенке на по меньшей мере части ее внешних краев.
Предпочтительно, как показано на фигуре 3A, указанная лопатка имеет вырез как в трапецеидальной верхней части на высоту a, так и в прямоугольной нижней части по меньшей мере на высоту b.
Очень предпочтительно, указанная лопатка имеет вырез по всей ее длине и, таким образом, образует две лопасти, по меньшей мере частично прикрепленные к стенке оборудования.
Предпочтительно, вырез в трапецеидальной части лопатки имеет такую же форму, что и вырез в прямоугольной части лопатки, и находится с ним на одной линии.
В одном варианте осуществления, какой показан на фигуре 3A, в каждой лопатке вырезано центральное прямоугольное отверстие шириной (d) и длиной больше a, симметричное относительно оси z, выполненное в центре указанной лопатки.
Предпочтительно, система содержит по меньшей мере две лопатки, предпочтительно 2-8 и очень предпочтительно 2 лопатки, расположенные, как показано на фигурах 3A и 3B, с постоянным угловым шагом, что позволяет диссипировать угловые количества движения. Таким образом, каждая лопатка отделена от следующей на угол δ фигура 3B). Когда число лопаток равно 2, очень предпочтительно, чтобы лопатки были расположены ортогонально (δ=90°).
Детальная геометрия лопаток (13) представлена на фигуре 4.
Фигура 4:
Лопатки (13) установлены в нижнюю часть колонны с цилиндрической частью (1) диаметром D1 и усеченно-конической частью (2) с углом α, заканчивающейся в выпускную линию (5) диаметром D2. Высота H усеченно-конической части (2) зависит от выбранных значений D1, D2 и α.
Геометрия лопаток (13) является симметричной относительно оси z. На фигуре 4A лопатка имеет три разные части:
- первая, трапецеидальная, часть высотой (a), которая находится в усеченно-конической части (2) колонны. Высота (a) простирается от низа усеченно-конической части (2) до верхней части лопатки (13). В этой части лопатка (13) расширяется внутрь усеченно-конической части (2) под углом β. На фигуре 4 в центре лопатки (13) выполнено прямоугольное отверстие шириной (d), симметричное относительно оси z.
- вторая часть высотой (b) внутри выпускной линии (5). Высота (b) простирается от низа конической части (2) до начала третьей части высотой (c). В этой части высотой (b) имеется отверстие шириной (d), находящееся на одной линии с отверстием первой части высотой (a);
- третья часть высотой (c), находящаяся внутри линии (5). Высота (c) простирается от конца второй части высотой (b) до нижней части лопатки (13). В этой третьей части лопатка является цеьной, то есть в центре лопатки не имеется никаких отверстий;
Диаметр D1 цилиндрической части (1) оборудования, обеспечивающего течение жидкости, содержащей твердые частицы, предпочтительно составляет от 0,1 м до 30 м, предпочтительно от 0,5 м до 20 м и очень предпочтительно от 1 м до 10 м.
Отношение диаметра D1 цилиндрической части (1) к диаметру D2 выпускной линии (5) внизу усеченно-конической части (D1/D2) предпочтительно составляет от 1,1 до 1000, предпочтительно от 2 до 500 и предпочтительно от 3 до 100.
Угол α представляет собой угол наклона усеченно-конической части к вертикальной стенке (ось z) цилиндрической части и составляет от 5° до 85°, предпочтительно от 10° до 70°, очень предпочтительно от 15° до 60° и еще более предпочтительно от 30° до 50°.
Число лопаток (13) предпочтительно составляет от 1 до 8, предпочтительно от 2 до 8 и очень предпочтительно равно 2.
Высота (a) предпочтительно составляет от 0 до 10*D2, предпочтительно от 0,5*D2 до 5*D2, очень предпочтительно от 0,5*D2 до 2*D2.
Высота (b), соответствующая имеющей вырез прямоугольной нижней части лопатки, предпочтительно составляет от 0 до 4*D2, предпочтительно от 0 до 2*D2 и очень предпочтительно от 0,1*D2 до D2.
Высота (c), соответствующая сплошной (т.е. не имеющей выреза) прямоугольной нижней части лопатки предпочтительно составляет от 0 до 4*D2, предпочтительно от 0 до 2*D2 и очень предпочтительно от 0 до D2.
Как показано на фигуре 4B, лопатка предпочтительно не имеет части высотой (c) и, таким образом, вырезана по центру на всей ее высоте.
Угол β наклона плоской лопатки (13) в ее трапецеидальной части, которая соответствует расширению лопатки (13) в усеченно-конической части (2), строго больше 0 и меньше или равен α, предпочтительно равен α.
Аналогично, устройство согласно изобретению может быть адаптировано к оборудованию с полусферическим или эллиптическим дном или с любой другой формой вращения, если выбрать профиль, подходящий к локальной форме дна вокруг выпускной линии, в частности, угол, подходящий для верхней части лопатки.
Система ограничения турбулентности предпочтительно по меньшей мере частично прикреплена к стенке линии диаметром D2 путем сварки, приклеивания или любым другим способом.
Преимущества изобретения
Часть высотой (a) системы ограничения турбулентности в усеченно-конической части (2) позволяет уменьшить застойные зоны и, таким образом, осаждение твердых частиц на дне оборудования.
Центральный вырез лопатки позволяет твердым частицам, присутствующим в центре колонны, течь к зонам высоких скоростей линии (5), не давая возможности этим твердым частицам прикрепляться к стенке (как это имеет место в случае с классическим противовихревым дефлектором).
Примеры
CFD-моделирование (Computational Fluid Dynamics) течения жидкости в колонне газо-жидкостного разделения проводили с помощью программы Fluent, которая использует метод Эйлера для жидкой фазы (http://www.afs.enea.it/project/neptunius/docs/ fluent/html/th/node319.htm#sec-multiphase-eulerian). Моделирование проводилось в предположении, что твердые частицы не влияют на течение жидкости. Это предположение оправдано, в частности, для течений, называемых разбавленными, с низкими концентрациями твердых частиц.
Скорости жидкости вблизи стенки усеченно-конического дна используются как критерий для определения зон, благоприятных для отложения осадка, называемых застойными зонами. Считается, что все зоны, в которых скорость жидкости выше 10 см/сек, не являются застойными зонами, наоборот, все зоны, где скорости жидкости ниже 10 см/сек, считаются застойными зонами (зоны, где могут легко скапливаться твердые частицы).
В таблице 1 указаны условия моделирования, а также размеры колонны газожидкостного разделения, для вариантов осуществления, в которых имеются точки боковой инжекции жидкости. Было промоделировано три варианта:
- первый вариант моделирования: устройство без противовихревого дефлектора,
- второй вариант моделирования: устройство с противовихревым дефлектором согласно уровню техники, содержащим 2 цельные лопатки, расположенные под прямым углом, только в усеченно-конической части оборудования,
- третий вариант моделирования: устройство с противовихревым дефлектором согласно изобретению
Таблица 1
<b>Размеры оборудование</b>
Диаметр D1 (м)
1,2
Диаметр D2 (м)
0,25
Угол α
45°
Число слоев 7
1
Число слоев 8
1
Число точек инжекции на слой
2
Угол β1 и θ1
0°
Угол β2 и θ2
90°
<b>Рабочие условия</b>
Плотность жидкости (кг/м<sup>3</sup>)
990
Расход чистой жидкости (кг/сек)
9,8
Доля рециркулирующей жидкости
30%
<b>Геометрия противовихревого дефлектора согласно уровню техники (сравнение)</b>
Число лопаток
2
δ
90°
a (мм)
300
b (мм)
0
c (мм)
0
d (мм)
0
β
45°
<b>Геометрия противовихревого дефлектора согласно изобретению</b>
Число лопаток
2
δ
90°
a (мм)
55
b (мм)
100
c (мм)
0
d (мм)
120
β
45°
фигуре 5
На  показаны застойные зоны для трех вариантов моделирования.
фигуре 6
На  показаны векторы скоростей жидкости в плоскости (xy) в выпускной линии (5) для трех вариантов моделирования.
Как показано в таблице 2, в случаях с противовихревым дефлектором (сравнительный с классическим противовихревым дефлектором и согласно изобретению с противовихревым дефлектором по изобретению) скорости жидкости в плоскости (xy) в линии (5) меньше, чем в сравнительном случае без противовихревого дефлектора. Кроме того, при наличии противовихревого дефлектора больше нет эффекта вращения жидкости.
Таблица 2
Без противовихревого дефлектора
Со сравнительным противовихревым дефлектором
С противовихревым дефлектором согласно изобретению
Средняя танценциальная скорость жидкости в плоскости (xy) в линии (5) (см/сек)
8
1
1
Далее, если сравнить устройство с классически противовихревым дефлектором и устройство с противовихревым дефлектором согласно изобретению, то, как видно из таблицы 3, в случае классического противовихревого дефлектора застойные зоны больше.
Таблица 3
Без противовихревого дефлектора
Со сравнительным противовихревым дефлектором
С противовихревым дефлектором согласно изобретению
Доля застойных зон на поверхности усеченно-конического дна (2)
16%
28%
16%
Таким образом, геометрия, предложенная в изобретении, позволяет подавлять вихревые эффекты, минимизируя застойные зоны, в частности, сохраняя преимущество введения жидкости выше по потоку от выпускной трубы. Только устройство согласно изобретению позволяет снизить тангенциальную скорость жидкости, минимизируя застой твердых частиц.