CZ283129B6

CZ283129B6 - Zařízení pro tepelné štěpení směsi kapalných a plynných uhlovodíků

Info

Publication number: CZ283129B6
Application number: CZ94173A
Authority: CZ
Inventors: Peter Ing. Illyes
Original assignee: Ömv Aktiengesellschaft
Priority date: 1993-01-27
Filing date: 1994-01-25
Publication date: 1998-01-14
Also published as: HU9400231D0; ATA13793A; CZ17394A3; NO940252L; SI9400032A; EP0609191B1; SK279373B6; SK8194A3; FI940385A0; AT398428B; DK0609191T3; NO940252D0; FI115466B; NO306681B1; ES2121177T3; EP0609191A1; DE59406524D1; HUT69458A; HU214480B; FI940385A

Abstract

Zařízení pro tepelné štěpení směsi kapalných a plynných uhlovodíků, obsahující nejméně jedno potrubí (R.sub.3.n.) pro směs vyústěné do výměníku (W.sub.1.n.) tepla, které je popřípadě průtočně spojeno s dalším potrubím (R.sub.4.n.), vedeným z výměníku (W.sub.1.n.) tepla přes obtokové potrubí s uzavíracím orgánem (V.sub.1.n.) pro regulaci průtoku, a další potrubí (R.sub.4.n.) vedené z výměníku (W.sub.1.n.) tepla, do kterého je zaústěno nejméně jedno další potrubí (D.sub.1.n.) pro přehřátou vodní páru, které je na svém druhém konci vyústěno do dalšího výměníku (W.sub.2.n.) jehož výstupní potrubí (R.sub.5.n.) je vyústěno do následujícího výměníku (S) tepla, opatřeného popřípadě katalyzátorem, jehož výstupní potrubí (R.sub.6.n.) je vyústěno do chladícího a oddělovacího ústrojí (K+A). Před prvním výměníkem (W.sub.1.n.) tepla je ve směru proudění umístěn nejméně jeden odlučovač plynu pro oddělení plynných složek ze směsi, přičemž obtokové potrubí obsahuje plynové potrubí (Gŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro tepelné štěpení směsi kapalných a plynných uhlovodíků ve výměnících tepla.

Dosavadní stav techniky

Směsi uhlovodíků, vyskytující se v přírodě, zpravidla nemají požadované chemické složení, takže čistě destilační zpracování těchto ropných surovin není dostatečné. Po přihlédnutí ke všem požadavkům na konečný výsledek byly vyvinuty různé způsoby přeměny přírodních ropných produktů, mezi kterými jsou nejvýznamnějšími takové postupy, které využívají tepelné přeměny těchto látek s využitím katalyzátorů nebo i bez těchto katalytických přísad. Tyto tepelné přeměny probíhají při teplotách mezi 600 °C a 860 °C v závislosti na tom, jaké výchozí suroviny a výchozí surovinové směsi jsou k dispozici a jaké výsledné produkty mají být získány.

Pro co největší zhodnocení surovin se kromě kapalných nasycených nebo nenasycených uhlovodíků s rovným nebo odbočným řetězcem, popřípadě cyklických a aromatických uhlovodíků používají také plynné uhlovodíky. Tyto plynné uhlovodíky pocházejí převážně ze zpracovatelských zařízení následujících za štěpnými zařízeními, popřípadě výrobními zařízeními pro různé směsi produktů. Tyto plynné produkty jsou zpravidla zaváděny do přívodních potrubí, vedoucích do štěpných zařízení pro kapalné uhlovodíky. Tím se jednak podstatně rozšíří rozsah možných typů využití štěpného zařízení a jednak se dosáhne podstatného omezení délek potřebných potrubí, protože je možno vypustit paralelně vedená potrubí, která byla nutná pro přívod kapalných uhlovodíků a samostatně pro přívod plynných uhlovodíků.

Směsi uhlovodíků se musí zpravidla zahřívat v několika stupních až na teplotu tepelného štěpení. Průtočná množství směsi v jednotlivých stupních, to znamená v jednotlivých výměnících tepla, jsou značná, což platí zejména pro první stupeň, protože zde kromě jiného dochází k částečnému odpařování kapalných uhlovodíků. Při přebytku kapalných uhlovodíků ve směsi se část jejich množství převádí obtokovým potrubím z místa nacházejícího se před vstupem do výměníku tepla do potrubí vycházejícího z výměníku tepla, aby se odstranilo příliš výrazné ochlazení, při kterém teplota poklesne například pod rosný bod látky zajišťující výměnu tepla, například spalin. V tomto obtokovém potrubí však dochází k tomu, že směs produktů určená pro předehřátí na potřebnou teplotu, není zahřáta v potřebném rozsahu, protože výměníkem tepla je vedena jen malá část této směsi produktů.

Podstata vynálezu

Nedostatky dosud známých zpracovatelských postupů jsou odstraněny zařízením pro tepelné štěpení směsi kapalných a plynných uhlovodíků, obsahujícím nejméně jedno potrubí pro přívod směsi, vyústěným do výměníku tepla, které je popřípadě průtočně spojeno s dalším potrubím, vedeným z výměníku tepla, přes obtokové potrubí s uzavíracím orgánem pro regulaci průtoku, a další potrubí vedené z výměníku tepla, do kterého je zaústěno nejméně jedno další potrubí pro přehřátou vodní páru, které je na svém druhém konci vyústěno do dalšího výměníku tepla, jehož výstupní potrubí je vyústěno do následujícího výměníku tepla, opatřeného popřípadě katalyzátorem, jehož výstupní potrubí je vyústěno do chladicího a oddělovacího ústrojí. Podstata vynálezu spočívá v tom, že před prvním výměníkem teplaje ve směru proudění umístěn nejméně jeden odlučovač plynu pro oddělení plynných složek ze směsi, přičemž obtokové potrubí obsahuje plynové potrubí, ve které je vřazen uzavírací orgán pro regulaci průtoku a které je

- 1 CZ 283129 B6 vedeno z odlučovače plynu do dalšího výměníku tepla, zejména přes další potrubí.

Tím, že před prvním výměníkem tepla může být opět alespoň částečně oddělen plynový podíl ze směsi výchozích produktů, je možno vypustit jedno ze zdvojených přívodních potrubí pro kapalné, popřípadě plynné výchozí produkty. Kromě toho vstupuje do prvního výměníku tepla směs, která může být v podstatě zcela zbavena plynných složek, takže v tomto prvním výměníku tepla může být teplo předáváno s výhodou pouze do kapalných látek, což může probíhat v důsledku vyššího měrného tepla kapalin oproti plynným látkám podstatně účinněji. Plyn může být veden z odlučovače plynu plynovým potrubím, které je vedeno buď do dalšího výměníku tepla, nebo již přímo do štěpné komory. Plynové potrubí tak slouží jako obtokové potrubí pro první výměník tepla, takže je tím možno regulovat teplotu látky zajišťující výměnu tepla, například spalin. Tím je na jedné straně dosaženo zvláště vysokého stupně předávání tepla, přičemž na druhé straně je odstraněno přílišné ochlazování například spalin, při kterém by mohlo dojít k poklesu teploty pod hodnotu rosného bodu spalin a tím ke vzniku korozivních procesů.

Jestliže je odlučovač plynu vytvořen ve formě gravitačního odlučovače, je možno dosáhnout bez velkých tlakových ztrát jednoduchého oddělení plynových složek ze směsi plynných a kapalných látek.

Zvláště účinného oddělení obou těchto plynných a kapalných složek směsi se dosahuje ve vírovém odlučovači, cyklonu.

Jestliže je plynové potrubí z odlučovače plynu zaústěno ve směru proudění před dalším potrubím pro vodní páru do potrubí vystupujícího z výměníku tepla, je možno již do následujícího výměníku tepla přivést směs sestávající z plynných uhlovodíků, kapalných uhlovodíků a vodní páry, takže je možno počítat se zvláště výhodným snížením parciálního tlaku páry ve výměníku tepla, při kterém se mohou kapalné uhlovodíky zvláště rychle odpařovat a je možno dosáhnout v tomto výměníku tepla dalšího vysokého pohlcování tepla.

Jestliže je plynové potrubí vyvedené z odlučovače plynu zaústěno do následujícího výměníku tepla, například do štěpné pece, zejména do výstupního potrubí dalšího výměníku tepla, je možno při velkém podílu plynné složky ve směsi dosáhnout i v dalším výměníku tepla dobrého převodu tepla bez nevýhodného ovlivňování plynných výchozích produktů.

Pokud je plynové potrubí z odlučovače plynu napojeno na další potrubí pro vodní páruje možno dosáhnout vytvoření směsi vodní páry a plynných produktů, která se potom může přivádět do přívodního potrubí pro další výměník tepla.

V jiném výhodném provedení vynálezu je plynové potrubí z odlučovače plynu zaústěno do přehříváku páry, aby tak mohl být plyn dále zahříván společně s vodní párou.

Jestliže je zařízení v dalším výhodném provedení vynálezu opatřeno přídavným obtokovým potrubím kolem prvního výměníku tepla, které odbočuje z potrubí vedoucího do výměníku tepla, za odlučovačem plynu a které je zaústěno zejména do dalšího potrubí po zaústění do plynového potrubí, je možno i při nárazovém přebytku kapalných uhlovodíků bez přílišného tlakového zatížení výměníku tepla tyto výkyvy vyrovnávat a popřípadě ovládat.

Výměníky tepla mohou být uspořádány také do skupiny výměníků tepla.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení zobrazených na výkresech, kde znázorňuj í

-2CZ 283129 B6 obr. 1 schéma zapojení štěpné pece se dvěma předřazenými výměníky tepla, obr. 2 schematické zobrazení odlučovače plynu a obr. 3 boční pohled na odlučovač plynu.

Příklady provedení vynálezu

V blokovém schéma zařízení pro výrobu olefinu, zobrazeném na obr. 1, jsou vzájemně spojena potrubí Ri, R2, která přivádějí kapalné uhlovodíky (benzin), popřípadě plynné uhlovodíky se dvěma až čtyřmi atomy uhlíku do třetího potrubí R3, které je na druhém konci vyústěno do odlučovače G plynu. Kapalné produkty se potom vedou třetím potrubím R₃ do prvního výměníku Wi tepla. Plynné produkty jsou vedeny z odlučovače G plynu plynovým potrubím Gj, které slouží jako obtokové potrubí pro první výměník Wi tepla a do kterého je zaústěno čtvrté potrubí R4, vycházející z prvního výměníku Wi tepla. Do tohoto čtvrtého potrubí R₄ je zaústěno také první parní potrubí D_b které přivádí páru a přehříváku D páry. Další výměník W₇ tepla, do kterého je vyústěno čtvrté potrubí R4, je spojeno pátým výstupním potrubím R_s se štěpnou pecí S a za ní umístěným výměníkem tepla. Ze štěpné pece S je vedeno šesté potrubí Ré do chladicího a dělicího zařízení K+A. Přehřívák D páry, ve kterém je popřípadě vytvářena pára, štěpná pec S a také oba výměníky W_b W₇ tepla jsou vytvořeny jako výměníky tepla obsahující svazky trubek, přičemž látkou zajišťující výměnu tepla jsou spaliny. V plynovém potrubí Gj může být umístěn regulační ventil Vi, regulující průtok plynu, který je uzavřen v případě, kdy je žádoucí, aby celý objem plynové směsi byl veden třetím potrubím R₃ do prvního výměníku W] tepla. Druhé plynové potrubí G-> může být vedeno také do výstupního pátého potrubí Rs druhého výměníku W? tepla, popřípadě může být třetí plynové potrubí Gt zaústěno přímo do štěpné pece

S. V plynových potrubích G?. G₃ mohou být vřazeny regulační ventily V₇. V₃ pro regulaci průtoku.

Jestliže je požadováno, aby plyn byl ještě více zahřát, je možno jej čtvrtým plynovým potrubím G₄ přivést do přehříváku D páry nebo popřípadě do generátoru páry.

Přídavně k nejméně jednomu plynovému potrubí Gi až G₄ je možno uspořádat také další obtokové potrubí U₍, které odbočuje z třetího potrubí R₄ před prvním výměníkem W] tepla aje zaústěno do čtvrtého potrubí R₄ za prvním výměníkem Wi tepla. Toto obtokové potrubí Ui obsahuje čtvrtý ventil V₄ regulující průtok.

Výměníky Wi, W₇ tepla a také přehřívákem D páry a štěpnou pecí S proudí postupně spaliny, které tvoří látku zajišťující výměnu tepla. Spaliny procházejí ve směru šipky X, štěpnou pecí S a potom ve směru šipky X₇ do vysokotlakého přehříváku HD páry, ve kterém se produkuje vysokotlaká pára, která, jak je patrno z obr. 1, není přiváděna do procesu. Spaliny potom vstupují ve směru šipky X₃ do přehříváku D páry, do kterého je také ve směru šipky Z přiváděna provozní pára. Z přehříváku D páry vstupují spaliny ve směru šipky X₄ do druhého výměníku W-> tepla, ze kterého jsou potom spaliny přiváděny ve směru šipky X₅ do předehřívače KV napájecí vody pro kotel, který rovněž není nutný k provádění způsobu podle vynálezu. Z tohoto předehřívače KV napájecí vody vystupují spaliny ve směru šipky Xe do prvního výměníku W| tepla, ze kterého jsou potom tyto spaliny odváděny ve směru šipky X7 do komína. Uspořádání výměníků teplaje provedeno v závislosti na nutných tepelných potenciálech, přičemž štěpná pec S potřebuje nejvyšší teplotu spalin, zatímco první výměník W] tepla potřebuje spaliny s podstatně nižší teplotou.

Odlučovač G plynu, zobrazený schematicky na obr. 2, je opatřen válcovou trubkou 1, která slouží jako vnější zásobník. Do tohoto vnějšího zásobníku je zaústěno třetí potrubí R3, který se dopravuje směs produktů v kapalné a plynné formě. Ve válcové trubce 1 dochází k extrémnímu zpomalení rychlosti proudění této směsi, přičemž současně začíná oddělování plynné a kapalné

-3 CZ 283129 B6 fáze směsi. Kapalná fáze se odvádí vystupujícím třetím potrubím Rj, zatímco plynná fáze je odváděna druhou válcovou trubkou 2, která je prodloužena do prvního plynového potrubí G_t, a je tak přiváděna při otevřeném ventilu V] do čtvrtého potrubí R4.

Odlučovač plynu je v příkladném provedení podle obr. 3 opatřen cyklonem a třetí potrubí R₃ je zaústěno tangenciálně do jeho kuželové nádoby 3. Směs produktů se pohybuje po spirálové dráze podél vnější stěny kuželové nádoby 3 směrem dolů a dochází přitom k jejímu dělení. Kapalná fáze se odvádí třetím potrubím Ri procházejícím dnem kuželové nádoby 3, zatímco plynná fáze odchází plynovým potrubím G_t do odtahu.

Příklad 1

Potrubím R₃ majícím jmenovitou světlost 80 mm se přivádí 1625 kg kapalného benzinu za hodinu a 750 kg plynného uhlovodíku se dvěma až čtyřmi atomy uhlíku za hodinu do prvního výměníku W! tepla. Kolem něj je vedeno obtokové potrubí U_t. Směs produktů vstupujících do prvního výměníku W_t tepla má teplotu 60 °C, zatímco na výstupu se tato teplota zvýšila na 250 °C. V objemových množstvích 75 % kapalné fáze směsi a 15 % plynné fáze směsi byla vedena obtokovým potrubím Up Směs produktů pak byla vedena čtvrtým potrubím R4 s jmenovitou světlostí 80 mm, do kterého bylo přiváděno za hodinu 1400 kg vodní páry s teplotou 491 °C, do druhého výměníku W-> tepla. Směs produktů vstupující do druhého výměníku W? tepla byla potom přivedena pátým potrubím R_s s jmenovitou světlostí 80 mm do štěpné pece S. Tato štěpná pec S je vytvořena rovněž ve formě výměníku tepla a směs se v ní dále zahřívá. Ze šestého potrubí R* vystupuje směs s teplotou 865 °C.

Příklad 2

Třetím potrubím R₃ sjmenovitou světlostí 80 mm se přivádí směs produktů sestávající ze 1750 kg/h kapalné fáze a 750 kg/h plynné fáze do prvního výměníku Wj tepla. Do tohoto třetího potrubí R₃ byl vřazen odlučovač plynu s plynovým potrubím G], Směs produktů vstupující do prvního výměníku Wi tepla měla teplotu kolem 60 °C a při svém výstupu byla její teplota zvýšena na 220 °C. Plynovým potrubím G, bylo vedeno 15 % objemových plynné fáze, avšak žádný podíl kapalné fáze, která se tak neohřívala. Směs obou produktů byla potom vedena čtvrtým potrubím R4 s jmenovitou světlostí 80 mm, do kterého byla přiváděna vodní pára v množství 1300 kg za hodinu a teplotou 438 °C, do druhého výměníku W? tepla. Vstupující směs produktů byla ve druhém výměníku W-, tepla ohřátá na teplotu 450 °C a takto zahřátá směs produktů byla potom přiváděna pátým potrubím Rs s jmenovitou světlostí 80 mm do štěpné pece S. Ve štěpné peci S se tato směs dále zahřívala a ze šestého potrubí R6 vystupovala tato směs s teplotou 855 °C.

Jak ukazuje srovnání příkladů 1 a 2, je možno odlučováním plynu ještě před prvním výměníkem W] tepla dosáhnout podstatně lepšího zahřátí směsi přiváděné do štěpné pece S a dále podstatně lepšího ochlazení látky zajišťující výměnu tepla na výstupu z prvního výměníku Wj tepla z prvního výměníku Wj tepla, takže je možno výrazně zvýšit účinek štěpné pece S při stejných energetických nárocích.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro tepelné štěpení směsi kapalných a plynných uhlovodíků, obsahující nejméně jedno potrubí (R₃) pro směs vyústěné do výměníku (Wi) tepla, které je popřípadě průtočně spojeno s dalším potrubím (R4), vedeným z výměníku (WJ tepla, přes obtokové potrubí s uzavíracím orgánem (Vi) pro regulaci průtoku, a další potrubí (RJ vedené z výměníku (W_t) tepla, do kterého je zaústěno nejméně jedno další potrubí (DJ pro přehřátou vodní páru, které je na svém druhém konci vyústěno do dalšího výměníku (W₂) tepla, jehož výstupní potrubí (R₅) je vyústěno do následujícího výměníku (S) tepla, opatřeného popřípadě katalyzátorem, jehož výstupní potrubí (R^) je vyústěno do chladicího a oddělovacího ústrojí (K.+A), vyznačující se tím, že před prvním výměníkem (Wi) tepla je ve směru proudění umístěn nejméně jeden odlučovač plynu pro oddělení plynných složek ze směsi, přičemž obtokové potrubí obsahuje plynové potrubí (Gi), ve kterém je vřazen uzavírací orgán (VJ pro regulaci průtoku a které je vedeno z odlučovače (G) plynu do dalšího výměníku (W₂, S, D) tepla, zejména přes další potrubí (R4).
2. Zařízení pro tepelné štěpení směsi kapalných a plynných uhlovodíků podle nároku 1, vyznačující se tím, že odlučovačem (G) plynu je gravitační odlučovač.
3. Zařízení pro tepelné štěpení směsi kapalných a plynných uhlovodíků podle nároku 1, vyznačující se tím, že odlučovačem (G) plynu je cyklón.
4. Zařízení pro tepelné štěpení směsi kapalných a plynných uhlovodíků podle nejméně jednoho z nároků laž3, vyznačující se tím, že plynové potrubí (G1) z odlučovače (G) plynuje ve směru proudění před dalším potrubím (Di) pro vodní páru zaústěno do potrubí (R4) vystupujícího z výměníku (Wj) tepla.
5. Zařízení pro tepelné štěpení směsi kapalných a plynných uhlovodíků podle nejméně jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že plynové potrubí (G₂) vyvedené z odlučovače (G) plynuje zaústěno do následujícího výměníku (S) tepla, zejména do výstupního potrubí (R5) dalšího výměníku (W₂) tepla.
6. Zařízení pro tepelné štěpení směsi kapalných a plynných uhlovodíků podle nejméně jednoho z nároků laž5, vyznačující se tím, že plynové potrubí (G₂) z odlučovače plynu je napojeno na další potrubí (Dj).
7. Zařízení pro tepelné štěpení směsi kapalných a plynných uhlovodíků podle nejméně jednoho z nároků laž6, vyznačující se tím, že plynové potrubí (G₄) z odlučovače (G) plynuje zaústěno do přehříváku (D) páry.
8. Zařízení pro tepelné štěpení směsi kapalných a plynných uhlovodíků podle nejméně jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že je opatřeno přídavným obtokovým potrubím (UJ kolem prvního výměníku (Wi) tepla, které odbočuje z potrubí (R₃), vedoucího do výměníku (WJ tepla, za odlučovačem (G) plynu a které je zaústěno zejména do dalšího potrubí (Ri) po zaústění do plynového potrubí (GJ.