СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ИЗ ВОДНОЙ ФАЗЫ
METHOD AND DEVICE FOR SEPARATION OF SOLID PARTICLES FROM WATER PHASE

Изобретение относится к способу отделения частиц, в частности частиц кокса, из водной фазы под действием силы тяжести в установке для получения углеводородов за счет расщепления содержащего углеводороды исходного сырья, а также к устройству для выполнения способа.
В рамках данного изобретения под названием «коксовые частицы» объединены частицы, которые мешают процессу или препятствуют ему, такие как кокс, смола, тяжелая нефть или аналогичные более длинноцепные углеводороды.
Установки для получения углеводородов посредством расщепления содержащего углеводороды исходного сырья называются также олефиновыми установками. В олефиновой установке подают содержащее углеводороды исходное сырье в жидкой или газообразной фазе в каталитический или термический процесс. При этом более длинноцепные углеводороды преобразуются в углеводороды с более короткой цепью. Из возникших так короткоцепных углеводородов затем отделяют в низкотемпературной части разложения желаемые олефиновые продукты.
Ниже приводится описание изобретения на примере этиленовой установки, однако оно в принципе пригодно для любой олефиновой установки, в которой необходимо отделять коксовые частицы из водной фазы под действием силы тяжести. В этиленовой установке подают газообразное исходное сырье в реакционную печь и термически расщепляют. При этом при расщеплении возникает главным образом этилен, который отделяют от других углеводородов в последующей части температурного разложения.
Содержащее углеводород исходное сырье смешивают в этиленовой установке с горячим паром и подают в реакционную печь. Смесь углеводородов и пара направляют в реакционной печи через расщепляющие трубы, которые нагревают снаружи. При этом смесь углеводородов и пара нагревают в течение долей секунды до температуры до 800ºС. При этих температурах длинноцепные углеводороды расщепляются в короткоцепные углеводороды. Для предотвращения нежелательной дальнейшей реакции короткоцепных углеводородов необходимо так называемый газ расщепления как можно быстрее снова охлаждать. Для охлаждения газ расщепления направляют из реакционной печи в закалочную колонну или в водопромывную колонну. В закалочной колонне газ расщепления одновременно охлаждается и промывается за счет контакта с водой.
В дальнейшем колонна, в которой газ расщепления охлаждается и промывается непосредственно после реакционной печи, называется водопромывной колонной.
Газ расщепления подают в водопромывную колонну снизу, и он проходит через водопромывную колонну снизу вверх, так что очищенный и охлажденный газ расщепления выходит из водопромывной колонны через верх колонны. Охлаждающую или промывочную воду подают через верх водопромывной колонны. Поэтому газ расщепления и охлаждающая вода проходят в противотоке, за счет чего достигается интенсивный обмен тепла и материала. Обычно водопромывная колонна содержит различные секции с несколькими каминными днищами, на которых собирается водная фаза и может быть удалена. В таком случае в каждую секцию подают охлаждающую воду сверху отдельно, при этом большее количество подают на нижнюю секцию.
В водопромывной колонне газ расщепления не только охлаждается, но также очищается от твердых частиц, таких как коксовые частицы. При термическом расщеплении в реакционной печи образуются твердые коксовые частицы, которые состоят из агломератов длинноцепных углеводородов. Эти твердые частицы вымываются из газа расщепления в водопромывной колонне с помощью охлаждающей воды.
Таким образом, согласно уровню техники, в отстойнике водопромывной колонны образуется водная фаза, которая имеет большую долю твердых коксовых частиц. Эту водную фазу с твердыми коксовыми частицами удаляют из отстойника непосредственно через дно колонны.
Нагруженная твердыми коксовыми частицами водная фаза, которая удаляется со дна колонны, содержит основную часть охлаждающей воды, которая подается в колонну. Для повторного применения воды из отстойника колонны необходимо отделять твердые коксовые частицы. Это происходит, согласно уровню техники, в этиленовой установке с помощью гравитационного отделителя. В качестве первого гравитационного отделителя применяется, согласно уровню техники, огромный многоступенчатый чан-отстойник, называемый также декантатором. Многоступенчатый чан-отстойник, согласно уровню техники, имеет несколько углублений. Для обеспечения отсутствия твердых коксовых частиц в водной фазе, которую удаляют из чана-отстойника в точке, расположенной выше углублений, время пребывания водной фазы в чане-отстойнике должно быть достаточно большим. Лишь при большой длительности пребывания все коксовые частицы могут осаждаться под действием силы тяжести и собираться в углублениях. В этом многоступенчатом чане-отстойнике дополнительно отделяется водная фаза от фазы легких углеводородов, которая удаляется из точки выше точки удаления водной фазы. Поэтому многоступенчатые чаны-отстойники, согласно уровню техники, при большом количестве водной фазы должны иметь большие размеры по диаметру и длине. Из углублений чана-отстойника удаляют водную фазу, которая имеет значительно более высокую концентрацию коксовых частиц, чем при первоначальной подаче в чан-отстойник. Эту водную фазу с повышенной концентрацией подают в гравитационные отделители второй ступени. Гравитационные отделители второй ступени, согласно уровню техники, являются одним или несколькими резервуарами с конусообразным дном. Твердые коксовые частицы осаждаются под действием силы тяжести внизу в конусной части резервуара. Таким образом, в резервуарах с конусным дном образуется вверху легкая фаза и тяжелая фаза в нижней части конуса. При этом плотность тяжелой фазы в нижней части конуса можно дополнительно повышать за счет последовательного включения нескольких таких резервуаров. В конце тяжелую фазу удаляют из установки.
При этом отделение твердых коксовых частиц из водной фазы согласно уровню техники имеет несколько недостатков. Загруженная твердыми коксовыми частицами водная фаза из отстойника водопромывной колонны образуется в очень большом количестве, поскольку требуется большое количество охлаждающей воды для очистки и, прежде всего, для охлаждения газа расщепления. Поэтому первый гравитационный отделитель, который, согласно уровню техники, состоит из многоступенчатого чана-отстойника, должен выполняться очень большим. Лишь так можно обеспечивать достаточное время пребывания загруженной твердыми коксовыми частицами водной фазы. Лишь при достаточно длительном времени пребывания коксовые частицы могут осаждаться в углубления, и из чана-отстойника можно получать свободную от коксовых частиц водную фазу. Это обусловливает большие строительные расходы, поскольку при этом необходимо не только выполнять собственно чан-отстойник очень большим, но также располагать его еще под водопромывной колонной. То есть уже и без того высокую водопромывную колонну необходимо устанавливать на высоте в несколько десятков метров, чтобы отвод из дна водопромывной колонны находился выше большого чана-отстойника.
Поэтому в основу данного изобретения положена задача такого выполнения способа и устройства указанного в начале вида, что уменьшаются конструктивные затраты в олефиновой установке.
Поставленная задача решена относительно способа тем, что водную фазу удаляют из отстойника водопромывной колонны преобладающим образом из точки над дном колонны.
Согласно основной идее изобретения водную фазу из отстойника водопромывной колонны удаляют не через дно колонны, как в уровне техники, а преобладающим образом из точки, которая лежит выше дна колонны. Таким образом, за счет способа согласно изобретению вся зона отстойника водопромывной колонны, которая лежит ниже точки, из которой преобладающим образом удаляют водную фазу, может сама действовать в качестве гравитационного отделителя. Собственно гравитационный отделитель, в который направляют удаляемую водную фазу, может иметь тем самым меньшие размеры. Дополнительно к этому, водопромывная колонна больше не должна быть расположена над первым гравитационным отделителем, за счет чего значительно уменьшается конструктивная высота и связанные с ней высоты привязки частей установки, лежащих выше и ниже по потоку относительно водопромывной колонны.
Предпочтительно, водную фазу удаляют выше, особенно предпочтительно на высоте между половинной или полной номинальной шириной выпуска, зоны, где форма кожуха колонны изменяется с цилиндрической на коническую. Нижняя зона собственно цилиндрической закалочной колонны является конической с целью надежного обеспечения осаждения коксовых частиц до самой нижней точки закалочной колонны. Водную фазу предпочтительно удаляют выше перехода между цилиндрической и конической формой кожуха колонны. Особенно предпочтительно водную фазу удаляют на половинной до полной высоте номинальной ширины применяемой выпускной трубы над зоной перехода.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения изобретения водную фазу из отстойника водопромывной колонны направляют в первый гравитационный отделитель, который выполнен предпочтительно в виде многоступенчатого чана-отстойника. В этом варианте выполнения изобретения многоступенчатый чан-отстойник можно выполнять значительно меньшим, чем в уровне техники. Отстойник водопромывной колонны действует здесь аналогично первому углублению многоступенчатого чана-отстойника. Поэтому в этом варианте выполнения чан-отстойник можно уменьшать, по меньшей мере, на диаметр водопромывной колонны по сравнению с уровнем техники при одинаковой производительности отделения. Дополнительно к этому, многоступенчатый чан-отстойник может быть расположен рядом с отстойником водопромывной колонны, за счет чего уменьшается вся конструктивная высота. Также отпадает необходимость в постройках для стабильного расположения водопромывной колонны на высоте несколько десятков метров.
В другом варианте выполнения изобретения дополнительно удаляют тяжелую, загруженную коксовыми частицами водную фазу над дном водопромывной колонны и направляют во второй гравитационный отделитель. Аналогично тяжелой, загруженной коксовыми частицами водной фазе из углублений многоступенчатого чана-отстойника в этом варианте выполнения удаляют тяжелую водную фазу из отстойника водопромывной колонны для дальнейшей обработки.
При этом особенно предпочтительно удалять тяжелую, загруженную коксовыми частицами водную фазу из первого гравитационного отделителя, предпочтительно из углублений многоступенчатого чана-отстойника, и направлять во второй гравитационный отделитель. Таким образом, дальнейшей обработке подвергаются совместно тяжелая водная фаза из отстойника водопромывной колонны и тяжелая фаза из многоступенчатого чана-отстойника.
В устройстве, состоящем из водопромывной колонны и по меньшей мере одного гравитационного отделителя, при этом водопромывная колонна имеет выпуск, который имеет непосредственное соединение по потоку с первым гравитационным отделителем, поставленная задача решена тем, что выпуск расположен выше дна водопромывной колонны.
Предпочтительно, выпуск находится выше, особенно предпочтительно на высоте между половинной или полной номинальной шириной выпуска, зоны, где форма кожуха колонны изменяется с цилиндрической на коническую. Номинальная ширина выпуска соответствует номинальной ширине соединительной трубы между закалочной колонной и первым гравитационным отделителем.
Предпочтительно, первый гравитационный отделитель выполнен в виде многоступенчатого чана-отстойника. Многоступенчатый чан-отстойник имеет несколько углублений, в которых могут собираться тяжелые коксовые частицы. Дополнительно к этому, здесь разделяются водная фаза и фаза легких углеводородов. Водная фаза удаляется через выпуск на определенной высоте над углублениями, плавающая сверху фаза легких углеводородов отделяется через сливную перегородку.
В одном варианте выполнения изобретения водопромывная колонна имеет второй выпуск в дне колонны, который имеет прямое соединение по потоку со вторым гравитационным отделителем. Через выпуск в дне колонны можно направлять тяжелую, нагруженную коксовыми частицами водную фазу из отстойника колонны для дальнейшей обработки во второй гравитационный отделитель.
Особенно предпочтительно, что второй гравитационный отделитель имеет по меньшей мере одно прямое соединение по потоку с первым гравитационным отделителем. За счет этого можно совместно подвергать обработке тяжелые, нагруженные коксовыми частицами водные фазы.
С помощью данного изобретения обеспечивается, в частности, уменьшение строительных затрат в олефиновой установке. За счет данного изобретения отпадает необходимость расположения водопромывной колонны на высоте нескольких десятков метров. Дополнительно к этому, многоступенчатый чан-отстойник при одинаковой разделительной производительности может иметь значительно меньшие размеры, чем в уровне техники.
Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основании сравнения одного варианта выполнения изобретения с уровнем техники со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - водопромывная колонна с гравитационными отделителями согласно уровню техники;
фиг.2 - вариант выполнения изобретения.
На фиг.1 показана водопромывная колонна 1 с первым гравитационным отделителем 2 и вторым гравитационным отделителем 3 согласно уровню техники. Первый гравитационный отделитель выполнен в виде многоступенчатого чана-отстойника 2. Газ S расщепления направляется через подвод 4 в водопромывную колонну. За счет протекающей сверху вниз охлаждающей воды (не изображена) газ расщепления охлаждается и очищается от тяжелых коксовых частиц. В отстойнике колонны образуется нагруженная коксовыми частицами водная фаза. Она полностью направляется через выпуск 5 в дне В колонны в многоступенчатый чан-отстойник 2. Многоступенчатый чан-отстойник 2 имеет несколько углублений 6, выпуск 7 для водной фазы и сливную перегородку 8 для отделения фазы легких углеводородов. Многоступенчатый чан-отстойник 2 имеет такие большие размеры, что различные фазы могут разделяться под действием силы тяжести. Тяжелые коксовые частицы собираются в углублениях 6, так что здесь образуется тяжелая, нагруженная коксовыми частицами водная фаза. Фаза легких углеводородов плавает сверху и перетекает через сливную перегородку 8 в отдельную часть многоступенчатого чана-отстойника 2. Очищенную водную фазу можно удалять через выпуск 7 из многоступенчатого чана-отстойника 2 и подавать обратно в водопромывную колонну 1 в качестве охлаждающей воды. Тяжелая, нагруженная коксовыми частицами водная фаза из углублений 6 многоступенчатого чана-отстойника направляется во второй гравитационный отделитель 3. Гравитационный отделитель 3 состоит из простого резервуара с коническим дном. С головки гравитационного отделителя 3 можно удалять водную фазу, а с конического дна можно удалять еще более густую, тяжелую, нагруженную коксовыми частицами водную фазу.
Согласно уровню техники удаление водной фазы из отстойника водопромывной колонны 1 происходит через дно В колонны. Водопромывная колонна 1 находится над многоступенчатым чаном-отстойником 2.
На фиг.2 показан вариант выполнения изобретения. В противоположность уровню техники, водная фаза удаляется преобладающим образом из точки над дном В колонны через выпуск А. Выполненный в виде многоступенчатого чана-отстойника 2 гравитационный отделитель 2 находится не ниже, а рядом с водопромывной колонной 1. При этом отстойник водопромывной колонны 1 действует уже в качестве части первого гравитационного отделителя 2. Таким образом, через выпуск 5 в дне В колонны уже удаляется тяжелая, нагруженная коксовыми частицами водная фаза и направляется во второй гравитационный отделитель 3. Эта тяжелая водная фаза вместе с тяжелой, нагруженной коксовыми частицами водной фазой из углублений 6 многоступенчатого чана-отстойника 2 подвергается дальнейшей обработке. В этом варианте выполнения изобретения нет необходимости в регулировании подаваемого в многоступенчатый чан-отстойник 2 количества, как в уровне техники. Многоступенчатый чан-отстойник 2 и отстойник закалочной колонны 1 образуют сообщающуюся жидкостную систему, в которой устанавливается одинаковый уровень водной фазы.