ФРАКЦИОНИРУЮЩАЯ КОЛОННА
FRACTIONATING COLUMN

Изобретение относится к фракционирующим аппаратам и может быть использовано в различных отраслях промышленности для фракционирования многокомпонентных потоков за счет использования тепла конденсирующихся технологических потоков.
Максимальное использование тепла и холода многокомпонентных вскипающих и конденсирующихся (двухфазных) технологических потоков для фракционирования является важным условием обеспечения энергоэффективности технологий газоразделения и нефтепереработки.
Известна и широко используется для отпарки легких компонентов из многокомпонентных потоков отпарная колонна, испаритель которой нагревается теплоносителем, в качестве которого может быть использован охлаждающийся технологический поток [Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 1999. с. 497].
Недостатком известного аппарата является высокая температура теплоносителя на входе в аппарат и неполное использование тепла охлаждающегося потока теплоносителя из-за невозможности его охлаждения до температуры ниже температуры в испарителе с учетом перепада температуры на стенке греющей поверхности.
Наиболее близок по технической сущности к заявляемому изобретению фракционирующий абсорбер [RU 2530133, опубл. 10.10.2014 г., МПК B01D 53/14], включающий вертикальные абсорбционную (контактную) и отпарную массообменные секции, при этом последняя содержит по меньшей мере один тепломассообменный блок, оснащенный патрубками ввода и вывода теплоносителя. Данная конструкция фракционирующего аппарата более энергетически эффективна и позволяет снизить температуру теплоносителя на входе в аппарат, поскольку последний в аппарате охлаждается до температуры более низкой, чем максимальная температура нагреваемого (фракционируемого) потока из-за наличия градиента температуры по высоте отпарной секции.
Недостатками данного фракционирующего аппарата являются невозможность использования конденсирующегося (двухфазного) теплоносителя из-за трудности обеспечения равномерного течения газожидкостной смеси в трубном пространстве тепломассообменного блока по направлению снизу вверх и большая металлоемкость аппарата из-за большой площади теплообменной поверхности тепломассообменного блока вследствие необходимости использования однофазного теплоносителя и низкого коэффициента теплоотдачи со стороны потока однофазного теплоносителя.
Задачей изобретения является обеспечение возможности использования конденсирующегося (двухфазного) теплоносителя и уменьшение металлоемкости.
В качестве технического результата достигается возможность использования конденсирующегося (двухфазного) теплоносителя и уменьшение металлоемкости за счет оснащения фракционирующего аппарата вертикальной укрепляющей секцией, соединенной своей нижней частью с выходной частью горизонтальной отпарной секции с паровым пространством, оборудованной горизонтальным трубным пучком для прохождения двухфазного теплоносителя.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном фракционирующем аппарате, включающем отпарную секцию с патрубками ввода/вывода теплоносителя, особенностью является то, что аппарат оснащен вертикальной укрепляющей секцией, а отпарная секция выполнена горизонтальной с поверхностью раздела фаз, отделяющей паровое пространство от пространства для жидкости, в котором расположен горизонтальный трубный пучок с патрубками ввода/вывода двухфазного теплоносителя, низ пространства для жидкости со стороны патрубка ввода теплоносителя в трубный пучок оснащен патрубком вывода высококипящего продукта, а верх парового пространства со стороны патрубка вывода охлажденного теплоносителя из трубного пучка соединен с нижней частью укрепляющей секции, оснащенной патрубками ввода сырья и вывода низкокипящего продукта.
Укрепляющая секция оснащена по меньшей мере одним патрубком ввода сырья с ниже расположенным блоком насадочных или тарельчатых контактных устройств и выше расположенным блоком насадочных или тарельчатых контактных устройств и патрубком(ами) ввода острого орошения, или по меньшей мере одним пленочным контактным устройством с патрубками ввода и вывода хладоагента. Верх укрепляющей секции оснащен патрубком вывода низкокипящего продукта, а средняя часть может быть оснащена устройствами для ввода/вывода циркуляционного орошения и/или устройствами для вывода боковых погонов. Пространство для жидкости отпарной секции оборудовано направляющими перегородками, предпочтительно вертикальными, для предотвращения образования застойных зон.
Выполнение отпарной секции с паровым пространством и горизонтальным трубным пучком в пространстве для жидкости, соединенной с нижней частью укрепляющей секции, позволяет осуществить в укрепляющей секции массообмен между сырьем, например, углеводородным конденсатом, и парами, движущимися противотоком, поступающими в низ укрепляющей секции из парового пространства отпарной секции, где эти пары образуются за счет нагрева жидкого продукта, движущегося в межтрубном пространстве по направлению от места примыкания укрепляющей секции к патрубку вывода высококипящего продукта. При этом в отпарной секции также происходит тепломассообмен между противоточно движущимися паровой и жидкой фазами. Высококипящий продукт, например, деметанизированный конденсат, выводят из низа межтрубного пространства со стороны патрубка ввода теплоносителя в трубный пучок.
Теплоносителем является, например, газ входной сепарации, который движется в трубном пространстве отпарной секции в направлении, противоположном движению жидкости в межтрубном пространстве. При этом газ охлаждается, из него выпадает конденсат тяжелых углеводородов, образуя газо-жидкостную смесь, которую затем выводят из трубного пучка. Горизонтальное расположение труб в пучке принципиально важно, поскольку обеспечивает равномерность течения газо-жидкостной смеси и позволяет осуществить противоточный теплообмен между двумя двухфазными потоками. Уменьшение металлоемкости обеспечивается за счет высокого коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося потока, движущегося в трубном пространстве, к стенке теплообменной поверхности, что позволяет снизить площадь поверхности трубного пучка и уменьшить массу аппарата.
За счет массообмена в укрепляющей и отпарной секциях в сырье снижается концентрация легкокипящих компонентов, которые концентрируются в низкокипящем продукте, выводимом из верха укрепляющей секции, например, в газе стабилизации. Кроме того, предложенная колонна позволяет использовать в качестве теплоносителя поток с минимальной входной температурой, обеспечивающей приемлемую разность температур на стенке греющей поверхности, что позволяет эффективно использовать тепло имеющихся технологических потоков для фракционирования, а также выводить поток теплоносителя с максимально возможной температурой, что позволяет в максимальной степени рекуперировать тепло технологического потока, используемого в качестве теплоносителя.
Предлагаемая фракционирующая колонна, показанная на чертеже, состоит из укрепляющей секции 1 с по меньшей мере одним патрубком ввода сырья 2 и, например, патрубком ввода острого орошения 3 (условно показаны только линии ввода), блоков контактных устройств (условно показано два блока контактных устройств 4 и 5), отпарной секции 6 с поверхностью раздела фаз 7, горизонтальным трубным пучком 8, расположенным ниже поверхности раздела фаз, и вертикальными перегородками 9.
При работе фракционирующей колонны по линиям 2 и 3 подают сырье и острое орошение, соответственно, по линии 10 - одно- или двухфазный теплоноситель, по линии 11 выводят охлажденный двухфазный теплоноситель, по линии 12 выводят низкокипящий продукт, а по линии 13 -высококипящий продукт.
Таким образом, предложенная фракционирующая колонна имеет уменьшенную металлоемкость, обеспечивает возможность использования двухфазных теплоносителей и может быть использована в промышленности.