Полочный экстрактор

Полезная модель относится к технике экстракции тяжелого нефтяного сырья, а именно к конструкции противоточных экстракционных колонн для сольвентной деасфальтизации (СДА) нефтяных остатков различными более легкими растворителями.
Основными элементами в данном случае являются внутренние устройства, конструкция которых должна обеспечивать стабильную работу при высокой удельной производительности экстрактора и скоростях легкой фазы растворителя, соответственно, при сохранении высокой эффективности экстракции и разделения фаз.
Для проведения процесса известны противоточные колонны с ситчатыми тарелками, которые относительно роторно-дисковых контакторов (РДК) отличаются меньшей стоимостью, более простым обслуживанием, возможностью минимизации обратного перемешивания и уноса компонентов сырья или асфальта, а также использования при высоких давлениях экстракции. Использование в конструкции ситчатых тарелок специальных вертикальных выступов/райзеров прямоугольной формы, расположенных посередине и по краям тарелок, для управления движением потока легкой фазы и организации последовательных зон перекрестного тока (Patent US 6,962,661 В2), переточных трубок для транспортировки части сплошной фазы с тарелки на тарелку через зоны перелива/подъема без значительного диспергирования на капли и соответствующего уноса/захвата фазы асфальта легкой фазой растворителя (Patent US 4,528,068), а также перегородок для разделения рядов отверстий в тарелках и наклонных пластин, способствующих сбору и коалесценции капель дисперсной фазы и направлению ее потока на отверстия в тарелке (Patent US 4,588,563), позволяет в широком диапазоне изменять расход контактирующих фаз и производительность экстрактора при стабильной работе колонны и добиться получения деасфальтизата (ДА) более высокого качества.
Однако, в случае использования нефтяных остатков с высоким содержанием асфальтенов в качестве тяжелой фазы, основным недостатком ситчатых тарелок является наличие склонных к закупорке/забивке отверстий, что в свою очередь приводит к необходимости частого обслуживания аппарата для их очистки от остатков рабочей среды и твердых отложений.
Наиболее предпочтительным для проведения процесса СДА является использование в качестве внутренних устройств чередующихся глухих тарелок-перегородок с сегментными вырезами или полочных контактных устройств. Аппараты с устройствами полочного типа могут быть приспособлены к различным условиям работы в широком диапазоне нагрузок по сплошной и дисперсной фазе. Преимуществом полочных колонных экстракторов по сравнению с ситчатыми экстракторами является отсутствие отверстий, склонных к забивке, что исключает необходимость частого останова аппарата. Помимо этого, в случае полочных устройств эффективность контакта фаз может быть улучшена за счет возможности увеличения количества установленных тарелок на единицу высоты контактной зоны аппарата.
Прототипом является колонный экстрактор с контактными устройствами полочного типа, имеющий перемычки/перегородки на свободных концах тарелок/полок, продолжающиеся вертикально вниз в направлении потока дисперсной фазы, с отверстиями различной геометрии, являющимися каналами для течения потока коалесцирующего слоя дисперсной фазы в горизонтальном направлении (Patent US 5,500,116). Такая модификация конструкции полочных устройств обеспечивает высокую эффективность контакта фаз при высокой удельной производительность экстрактора без эффектов затопления и/или исчезновения коалесцирующего слоя дисперсной фазы в колонне.
Недостатком данной конструкции является то, что она предполагает использование легкой поднимающейся фазы в качестве дисперсной при близких соотношениях расходов легкой и тяжелой фаз, в то время как процесс СДА, как привило, предполагает использование тяжелой нефтяной фазы в качестве дисперсной и проводится в большом избытке растворителя по отношению к исходному сырью. Помимо этого, данная конструкция предполагает строго горизонтальное расположение тарелок/полок в колонне, что может приводить к образованию застойных зон для тяжелой фазы образующегося асфальта и снижению общей эффективности контакта в случае процесса СДА и использования тяжелой нефтяной фазы в качестве дисперсной.
Задачей полезной модели является усовершенствование полочного экстрактора, позволяющее повысить его эффективность и упростить обслуживание контактных устройств при проведении процесса СДА нефтяных остатков и использовании тяжелой нефтяной фазы в качестве дисперсной.
Техническим результатом полезной модели является простота монтажа/демонтажа контактных устройств, минимизация застойных зон тяжелой фазы, повышение межфазной поверхности контакта и скорости экстракции.
Заявленный технический результат достигается тем, что в полочном экстракторе для сольвентной деасфальтизации тяжелого нефтяного сырья, содержащем распределители потоков сплошной и дисперсной фазы и контактные устройства, выполненные в виде чередующихся боковых и центральных полок, представляющих собой тарелки-перегородки в форме дисков с сегментными вырезами в центре и по краям, контактные устройства выполнены в виде съемных и разборных элементов насадок, установленных в корпусе экстракционной колонны, при этом внутренние края боковых полок выполнены скругленными, а центральные полки имеют округлую выпуклую форму со стороны стекания пленки дисперсной фазы, причем поверхности боковых и центральных полок снабжены выпуклыми элементами полусферической формы, по краям полок имеются отверстия, расположенные на одной линии, а кромки полок выполнены гребенчатами, при этом распределители входящих потоков представляют собой полутрубу с боковыми перфорированными стенками, соединенными с краями центральной полки.
Общий вид элементов полочных контактных устройств без и с распределительным устройством изображен на фигурах 1 и 2, фронтальный разрез элемента с верхним распределительным устройством представлен на фигуре 3.
С целью исключения застойных зон тяжелой дисперсной фазы в конструкцию боковых полок 2 добавлены скругления по внутренним краям элемента насадки, а центральные полки 1 имеют округлую выпуклую форму со стороны стекания пленки дисперсной фазы. Для увеличения удельной площади поверхности межфазного контакта на поверхности полок добавлены выпуклые шарообразные элементы 5, по краям в линию сделаны отверстия 4, а прямолинейные кромки полок заменены на гребенчатые кромки 3, способствующие разбивке стекающего потока тяжелой фазы на более мелкие капли и увеличению степени ее дисперсности в сплошной фазе растворителя. Распределители входящих потоков тяжелой и легкой фаз могут быть выполнены в данном случае в виде полутрубы с боковыми перфорированными стенками 6, соединенными с краями центральной полки элемента контактных устройств. На каждой боковой стенке распределителя сделана перфорация с отверстиями 7 различного диаметра, обеспечивающая разбивку входящего потока на мелкие струи/капли и его более равномерное распределение по сечению аппарата. Данная конструкция делает беспрепятственным вход сырья и растворителя в экстракционную колонну, закрывая входные отверстия от основного потока в колонне и препятствуя его попаданию во внутреннюю полость распределителя. Использование распределителей потока позволяет не только увеличить поверхность и эффективность контакта фаз, но и минимизировать эффект уноса входящего сырья восходящим потоком растворителя, имеющим более высокую скорость в аппарате. Для фиксации массообменных устройств относительно друг друга в осевом направлении на каждой детали (элементе) могут быть предусмотрены пазы 8 и соответствующие им шлицы 9.
Таким образом, совокупность существенных признаков, изложенных в формуле полезной модели, способствует достижению желаемого технического результата.
На фиг. 4 представлено расположения сборки контактных устройств в корпусе 14 аппарата относительно штуцера ввода исходного сырья (тяжелой фазы), подаваемого в верхнюю часть колонны. Для установки и закрепления внутренних устройств на необходимой высоте внутри экстракционного аппарата могут быть предусмотрены опоры 10, представляющие собой трубы с различными технологическими отверстиями и вырезами. Элемент полочных контактных устройств 12 с распределительным устройством, выполненным в виде полутрубы с перфорацией на боковых стенках для диспергирования потока, должен располагаться в корпусе 14 аппарата таким образом, чтобы верхняя круглая часть полутрубы находилась напротив штуцера 11 ввода исходного тяжелого нефтяного сырья. Нижерасположенные элементы контактных устройств 13 соединяются с верхним элементом 12 и между собой с помощью шлицов и пазов, расположенных с противоположных сторон на корпусе элементов.
В результате такой организации процесса обеспечивается эффективный контакт растворителя, выступающего в качестве сплошной фазы и заполняющего аппарат, и тяжелого нефтяного сырья, выступающего в качестве дисперсной фазы и распределяющегося в растворителе в виде капель и/или струй. В результате экстракции восходящий поток растворителя постепенно растворяет и насыщается более легкими масляными компонентами сырья, образуя раствор ДА, в то время как нерастворимые более тяжелые асфальтеновые или смолисто-асфальтеновые компоненты в результате коагуляции осаждаются из раствора и под действием силы тяжести спускаются по полочным устройствам в нижнюю часть аппарата, накапливаясь в сепарационном пространстве или отстойной зоне асфальта, расположенной ниже штуцера ввода растворителя.