Способ разделения жидких смесей и газонасыщенных жидкостей

 

Изобретение относится к разделению различного рода жидких смесей и газонасыщенных жидкостей с высокой чистотой разделения и позволяет повысить чистоту разделения высококипящего компонента , снизить энергетические затраты на процесс разделения, обеспечить возможность разделения веществ, разлагающихся при нагревании. Разделение осуществляют в ректификационной колонне путем многократного контактирования на каждой ступени разделения газового потока и конденсата в условиях противотока при снижении давления на каждой контактной ступени разделения Кроме того, вводят газовый поток, обладающий меньщим давлением , в жидкостной поток, обладающий больщим давлением. Гил. (Л с со кэ 05 00 СП со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sg 4 F 25 J 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3788296/23-26 (22) 30.08.84 (46) 30.07.87. Бюл. № 28 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа (72) М. С. Потапова и В. Ф. Потапов (53) 621.593 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 390339, кл. F 25 J 3/00, 1970. (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКИХ

СМЕСЕЙ И ГАЗОНАСЫЩЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ (57) Изобретение относится к разделению различного рода жидких смесей и газоÄÄSUÄÄ 1326853 А1 насыщенных жидкостей с высокой чистотой разделения и позволяет повысить чистоту разделения высококипящего компонента, снизить энергетические затраты на процесс разделения, обеспечить возможность разделения веществ, разлагающихся при нагревании. Разделение осуществляют в ректификационной колонне путвм многократного контактирования на каждой ступени разделения газового потока и конденсата в условиях противотока при снижении давления на каждой контактной ступени разделения. Кроме того, вводят газовый поток, обладающий меньшим давлением, в жидкостной поток, обладающий большим давлением. 1 ил.

1326853

Изобретение относится к разделению различного рода жидких смесей и газонасыщенных жидкостей с высокой чистотой разделения и может быть использовано в химической, нефтехимической, газонефтеперерабатывающей, азотной и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение чистоты получаемых продуктов и снижение энергетических затрат на процесс разделения.

На чертеже изображен аппарат для реализации способа.

Аппарат состоит из корпуса 1. К корпусу присоединен штуцер 2 для входа газонасыщенной смеси (сырья), штуцер 3 для выхода чистого тяжелого, более высококипя|цего компонента, штуцер 4 для выхода готовых наиболее легких продуктов разделения или газовых фракций и штуцер 5 для выхода готовых промежуточных фракций.

Рядом вертикальных чередующихся перегородок 6 и 7 аппарат разделен на промежуточные 8 и основные 9 секции.

Перегородка 6 имеет отверстия с вставленными в них патрубками 10, соединенными с распылительными устройствами 11 (соплами щелями, сужающимися отверстиями специальной формы и т.д.) . Перегородка 7 имеет отверстия с вставленными в них приемными устройствами 12 (камерами), соединенными с камерами 13 смешения, которые соединены с сепарирующими устройствами 14. Между секциями, образуемыми чередующимися перегородками 6 и 7, установлены переточные трубы 15, проходящие сквозь предыдущую промежуточную секцию 8 и последующую (по ходу сырья) основную секцию 9.

Сепарирующее устройство 14 представляет собой диффузор (или циклонный сепаратор, трубку или улитку), тангенциально соединенный с камерой 13 смешения.

Основные и промежуточные секции аппарата разделены продольными перегородками 16.

Способ реализуется следу ющим образом.

В корпус 1 через штуцер 2 в первую основную секцию 9 подается газонасыщенная жидкость с давлением 0,5—

50,0 МПа. Через патрубки 10 и распылитель 11 струи жидкости через первую промежуточную секцию 8 — поступают в приемную камеру 12 следующей основной секции 9. Г1ри прохождении жидкости через промежуточную секцию 8 захватывается газ, находящийся в пространстве секции 8, образуя в последней зону пониженного давления. Вследствие снижения давления газа в секции 8 газ из третьей основной секции 9 по переточной трубе 15 поступает в первую промежуточную секцию 8. Захваченный струями газонасыщенной жидкости газ вместе с жидкостью поступает в приемную камеру 12 второй основной секции 9, далее в камеру 13 смешения второй основной секции 9, где за счет контакта фаз с разными давлениями и интенсивного вихреобразования при вращении кинетической энергии частиц жидкости в потенциальную с одновременной ее передачей газу и при выравнивании давлений жидкости и газа проис10 ходит эффективное смешение и массообмен между газом и жидкостью. Одновременно начинаются процессы разгазирования жидкости за счет выделения наиболее легколетучих компонентов из жидкой фазы и конденсации наиболее тяжелых компонентов из газовой фазы в жидкую, которые продолжаются при поступлении далее газожидкостной смеси в камеру 13 смешения и заканчиваются в сепарирующем устройстве 14, где смесь разделяется

20 на газовую и жидкую фазу.

)Кидкость с более низким давлением (на 0,1 — 0,5 МПа) поступает из второй основной секции 9 через патрубки 10 и распылитель 11 второй промежуточной сек. ции 8 через вторую промежуточную секцию 8 в приемную камеру 12 третьей основной секции 9. При этом смесь газовых компонентов из четвертой основной секции 9 по переточной трубе 15 поступает во вторую промежуточную секцию 8, а затем в третью основную секцик) 9.

Аналогичным образом газонасыщенная жидкость и выделяемые газовые компоненты проходят через все секции аппарата.

В результате многократного контакта газовых компонентов, выделяемых при разгазировании жидкости, с жидкостью газовая фаза обогащается легкими целевыми компонентами, а жидкость — тяжелыми высококипящими компонентами исходного сырья. Наиболее легкие целевые компо40 ненты выводятся через штуцер 4, менее легкие целевые компоненты при промежуточной фракции выводятся через штуцер 5.

Полученная высококипящая жидкость выводится через штуцер 3.

В каждой основной секции 9 жидкость

45 собирается внизу секции, а газ в верхней части секции, Перегородка 16 предназначена для обеспечения одинаковой равномерной подачи газа через каждый ряд распылителей при установке большого количества распылителей с целью увеличения производительности аппарата.

Механизм подачи жидкостью газа, находящегося в секциях 8, и снижение давления жидкости на последних основных секциях вплоть до вакуума позволяет осуществить четкую, высококачественную и эффективную очистку тяжелых компонентов исходной смеси от более легких, или более летучих. При этом процесс разде1326853 з ления возможен как с компонентами, обладающими близкими или равными температурами кипения, так и со смесями, ооладающими ретроградными явлениями, в отличие от известного способа ректификации за счет разницы температур кипения компонентов разделяемой смеси.

При вылете струи жидкости из любого отверстия или сопла за границей зоны распыл а жидкости (или газа) образуется зона разрежения вплоть до вакуума. В эту зону разрежения, или зону пониженного давления, поступает газ или легкие газовые компоненты под .давлением, имеющемся в четвертой основной секции 9, по переточной трубе 15 во вторую промежуточную секцию 8.

Следует учитывать разрывный характер струи, выходящей из распылителя, увеличивающийся с удалением выходящей и расширяющейся струи жидкости (газа) от распылителя.

Указанные особенности, характеризующие истечение газовых и жидких веществ из узких отверстий, щелей, сужающихся устройств и т.д., используются в предлагаемом аппарате. Конец распылителя расположен в промежуточной секции 8 от приемной камеры 12 так, чтобы эффективнее использовались эти особенности. При этом благодаря давлению, подталкивающему газ из четвертой основной секции 9 по переточной трубе 15 во вторую промежуточную секцию 8, в зону пониженного давления, находящуюся за границей зоны распыла жидкости из распылителя, проникновение газа в места разрыва жидкостной струи осуществляется частично во второй промежуточной секции 8, а частично в приемной камере 12, проникновение газа в жидкостную струю и унос его струей через камеру 13 смещения и сепарирующее устройство 14 в третью основную секцию 9 происходит за счет использования кинетической энергии жидкостной струи и особенностей и свойств, имеющих место при истечении газов и жидкостей при распыле. При этом уровень жидкости в основных секциях аппарата поддерживается ниже входных концов переточных труб и сепарирующего устройства.

Таким образом, захват газа дросселируемой жидкостью, проникновение его сначала по периметру газожидкостной струи, а затем и в ее объем осуществляется при смешении, контакте жидкости или газонасыщенной жидкой смеси, имеющей большое давление, с газом, имеющим более низкое давление, а массообмен осуществляется при выравнивании давлений в массообменном элементе, состоящем из промежуточной секции 8, приемной камеры 12, основной секции 9, камеры 13 смешения, сепарирующего устройства 14, патрубка 10 и распылителя 11. Выравниванне давлений наиболее интенсивно осуществляется в камере 13 смешения и прак тически заканчивается в сепарирующсм устройстве 14.

Способ осуществим в ретроградной области.

Пример 1. Проводят испытания предлагаемого способа разделения. При абсорбции трибутилфосфатом (ТБФ) кислых компонентов из природного газа Лиманского месторождения (Саратовская onë.) состава, об.Я: СН 90,24; СгН 2,96;

С Н 0,60; CiHio 0,31; CqHig 0,23; СО 0,6;

Не 0,036; НгЯ 0,6; СОг 3,884, образуется газонасыщенная жидкость. Эту жидкость подвергают разделению.

ТБФ в количестве 100 моль, содержащий 0,058 моль/моль ТБФ сероводорода, 0,03 моль/моль ТБФ диоксида углерода и 0 01 моль/моль ТБФ метана, при

45 С и 7 0 МПа подают íà верх рек20 тификационного аппарата. В аппарате насыщенный раствор ТБФ пропускают через ректификационные устройства, в которых при проходе через сопла осуществляют снижение давления при движении жидкости с предыдущего устройства в последующие. При этом жидкостью осуществляют отсос газовой фазы из каждой последующей зоны разделения в предыдущую. В ректификационном устройстве осуществляют массообмен между фазами при

30 их контакте. При снижении давления по высоте (длине) аппарата из жидкой фазы удаляют низкокипящие компоненты (СОг) . НгЬ и СН4 из каждой последующей зоны разделения в предыдущую. В результате осуществленного противоточно3> го движения фаз на каждом ректификационном устройстве устанавливают определенные давления и температуры, соответствующие концентрации определенных компонентов и их смесей. С верха аппарата выводят самый легколетучий ком40 понент — метан, с низа — ТБФ и в качестве бокового погона смесь СОг и H S.

Давление внизу аппарата 1 Па, температура 20 С. Содержание легких компонентов (СОг + Нг$) в ТБФ 0,0001 моль/ моль. При разделении по известному ме4 тоду содержание низкокипящих компонентов во фракции ТБФ 0,14 моль/моль.

Пример 2. Аналогичным образом осуществляют процесс разделения смеси, содержащей, моль. Я: СН4 0,6; С Н|г 0,4.

Газонасыщенную смесь подают в ректи фикационную колонну при 18 МПа и 20 С

При давлении внизу аппарата 0,03 МПа и температуре 10 С получают фракцию пентана чистотой 0,9999 моль/моль. По известному методу чистота фракции 0,8 моль/

55 моль.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить качество разделения высококипящего компонента с одновремен1326853

Формула изобретения

Составитель A. Никитин

Редактор Т. Лазоренко Техред И. Верее Корректор Е. Рошко

Заказ 3267/33 Тираж 475 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 ным значительным сокращением энергетических затрат, улучшить степень очистки газов от вредных примесей без использования дорогостоящих и дефицитных растворителей и специальных очистительных сооружений, но с большей эффективностью и экономичностью.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет увеличить степень извлечения серы из газа и снизить затраты на переработку углеводородной части газа с получением широкой фракции углеводородов.

Способ разделения жидких смесей и газонасыщенных жидкостей в массообменном аппарате методом ректификации с изменяющимся составом и давлением паровой и жидкой фаз на каждой ступени разделения массообмен ного аппарата, включающий многократное контактирование на каждой ступени разделения га. зового потока и газонасыщенной жидкости, обладающих разными давлениями в условиях противоточного движения газовой и жидкой фаз с выделением легкого и тяжелого компонентов, отличающийся тем, что, с целью повышения чистоты получаемых продуктов и снижения энергозатрат, на каждой ступени разделения понижают давление жидкой фазы высокого давления путем дросселирования ее и смешения с газовой фазой низкого давления при одновременной подаче газовой фазы низкого давления с каждой последующей ступени разделения, имеющей более низкое давление, в каждую предыду15 щую ступень более высокого давления и подаче жидкой фазы с предыдущей ступени разделения в последующую, при этом на последней ступени разделения поддерживают давление ниже атмосферного и/или равного давлению упругости тяжелого компонента при температуре разделения.