CZ299363B6

CZ299363B6 - Separace pevných cástic z kapalných procesních proudu v rafinérsko-petrochemickém prumyslu

Info

Publication number: CZ299363B6
Application number: CZ20070404A
Authority: CZ
Inventors: Kocián@Josef; Marcalík@Richard; Pospíšil@Jirí
Original assignee: Intecha, Spol. S R. O.
Priority date: 2007-06-12
Filing date: 2007-06-12
Publication date: 2008-07-02
Also published as: CZ2007404A3

Abstract

Separace pevných cástic spocívá v tom, že se kapalné procesní proudy obsahující tyto cástice filtrují pres svíckový filtr se spodní akumulacní cástí do dosažení predepsané tlakové ztráty filtru 200 až 300 kPa a na smes v dolní akumulacní cásti filtru obsahující odseparované cástice a zbytky procesní kapaliny se pusobí vytesnovacím médiem pri teplotách 50 až 200 .degree.C po dobu 10 až 60 minut, které vytlací z akumulovaného množství pevných cástecek volnou kapalinu, poté se pusobí proplachovacíkapalinou pri teplote 20 až 100 .degree.C po dobu3 až 10 hodin a z pevných cástecek se extrahují težší uhlovodíky C8+ zachycené na pevných cásteckách, následne se pusobí parou pri teplote 180 až 250.degree.C po dobu 5 až 10 hodin, pricemž se odstripují všechny zbylé uhlovodíky, a dále se ochlazuje inertním plynem z teploty 200 až na 20 .degree.Cpo dobu nekolika hodin, kdy se pevné cástecky vysuší na atmosférickou vlhkost a ochladí na okolní teplotu. Dále je popsáno zarízení pro separaci pevných cástic z procesních proudu v rafinérsko-petrochemickém prumyslu.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká separace pevných částic z kapalných procesních proudů v rafinérsko-petrochemickém průmyslu, zejména koksu z kapalných procesních proudů, v suché formě a bez obsahu nebezpečných uhlovodíků.

Jedná se o technologický postup spojený s odstraněním pevných částic, obvykle koksu, vznikajících v rafmérském a petrochemickém průmyslu karbonizací uhlovodíků při vyšších teplotách a které jsou obsaženy v procesní kapalině nebo kapalině použité při přímém chlazení plynů. Separace pevných částic představuje vleklý problém při výrobě etylenu nebo v obdobných rafinérsko-petrochemických procesech.

Dosavadní stav techniky

Při výrobě například etylenu krakováním vyšších uhlovodíků za přítomnosti vodní páry vzniká koks ve formě pevných částeček. Tento koks o velikosti částic v řádu mikrometrů až milimetrů přechází z plynu do kapaliny, která je používána k přímému chlazení plynu. Vzhledem k tomu, že tato kapalina (olej, voda, a jiná) přenášející teplo cirkuluje v uzavřeném okruhu, jsou částečky koksu rozneseny do všech zařízení (například - výměníků tepla) na její cestě. Koks zanáší teplo25 směnné plochy, působí erozivně na potrubí a zařízení a usazováním způsobuje až jejich neprůchodnost (podporovanou přítomností polymerujících uhlovodíků).

Proto se používají různé způsoby na odstranění koksu z cirkulující kapaliny. Hojně jsou používány hydro-cyklony a nebo různé separační způsoby.

Všechny tyto způsoby zachytí směs koksu a cirkulované kapaliny v určeném prostoru (košový filtr, zahušťovací usazovák, atd.), kterou je třeba ze zařízení odstranit. Před otevřením zařízení se obvykle koks proplachuje olejem, inertizuje párou a dusíkem. Nicméně výsledkem této procedury je suspenze, „mazlavé bláto“ a přinejlepším „vlhký“ koks obsahující zbytky uhlovodíků. Tyto uhlovodíky jsou velmi často karcinogeny (například benzo(a)pyren). Proto je třeba aby obsluha používala ochranné pomůcky a s „produktem“ se nakládalo jako s nebezpečným odpadem.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje separace pevných částic z kapalných procesních proudů v rafinérsko-petrochemickém průmyslu, vyznačující se tím, že se procesní kapalina obsahující tyto částice filtruje přes svíčkový filtr se spodní akumulační částí do dosažení předepsané tlakové ztráty filtru 200 až 300 kPa. Na směs v dolní akumulační části filtru obsahující odseparované částice a zbytky procesní kapaliny se působí vytěsňovacím médiem při teplotách 50 až 200 °C po dobu 10 až 60 minut, které vytlačí z akumulovaného množství pevných částeček volnou kapalinu.

Poté se působí proplachovací kapalinou (rozpouštědlem) při teplotě 20 až 100 °C po dobu 3 až 10 hodin a z pevných částeček se extrahují těžší uhlovodíky s počtem atomů uhlíku 8 a vyšším, zachycené na pevných částečkách. Následně se působí parou při teplotě 180 až 250 °C po dobu 5 až 10 hodin, přičemž se vytěsní (odstripují) všechny zbylé uhlovodíky.

Dále se pevné částečky postupně ochlazují z teploty 200 až na 20 °C působením inertního plynu po dobu několika hodin, kdy se pevné částečky vysuší na atmosférickou vlhkost a ochladí na okolní teplotu (pod 50 °C).

- 1 CZ 299363 B6

Vytěsňovacím médiem je látka vybraná ze skupiny tvořené topným plynem, zemním plynem, směsí lehkých uhlovodíků a benzinů.

Proplachovací kapalina je vybrána ze skupiny tvořené směsí uhlovodíků s bodem varu do 230 °C.

Před působením vodní parou se vytěsní proplachovací kapalina, obsahující extrahované vyšší uhlovodíky, plynem vybraným ze skupiny tvořené topným plynem nebo zemním plynem.

ío Inertní plyn je dusík.

Před filtrací procesní kapaliny se s výhodou působí na tuto kapalinu odstředivou silou a část kapaliny, vyhovující kvalitativně recykluj ící kapalině, se vrací do technologického procesu a druhá část, znečištěná procesní kapalina se podrobí filtraci.

Zařízení pro separaci pevných částic z procesních proudů v rafinérskopetrochemickém průmyslu, spočívá v tom, že obsahuje nejméně jeden svíčkový filtr, který sestává z filtrační nádoby, která je tvořena horní částí, střední částí s filtračními vložkami a spodní akumulační částí. Horní část je opatřena přívodem pro znečištěnou procesní kapalinu, filtrační vložky jsou válcovitého tvaru a ve vertikálním směru jsou otevřené ve vrchní i dolní části, přičemž vrchní část je určena pro vstup znečištěné kapaliny, a dolní část je určena pro výstup pevných částic do spodní akumulační části nádoby. Střední část nádoby je opatřena prvním vstupem/výstupem pro vstup vytěsňovacího média nebo výstup proplachovací kapaliny a odvodem čisté kapaliny, spodní akumulační část má kónický tvar a přechází do výpustního hrdla válcového tvaru, v němž je umístěn sítový distri25 butor košíkového tvaru pokrytý sítem s velikostí ok 50 až 500 pm připevněný na spodní víko výpustního hrdla pro sypké částice, které se otvírá pro vysypání suchých částic. Výpustní hrdlo pro sypké pevné částice je opatřeno druhým vstupem/výstupem pro vstup proplachovací kapaliny a pro výstup vytěsňovacího média a vodní páry. Částice mohou být rovněž odsáty bočním hrdlem, umístěným ve spodní akumulační části. Všechny přívody a výstupy z nádoby jsou opatřeny uzavíracími ventily.

Filtrační vložky jsou tvořeny svinutým profilovaným drátem uchyceným na nosné konstrukci v požadovaném odstupu 250 až 500 pm, které umožňují použití svíčkového filtru při teplotě až 300 °C a tlaku 0,3 až 3 MPa a tlakové diferenci 0,2 až 0,3 MPa.

Způsob separace podle vynálezu spočívá ve filtraci znečištěné kapaliny a následném vyčištění pevných částic znečištěných uhlovodíky. Způsob je vhodné kombinovat s odstředěním znečištěné kapaliny v hydrocyklonech a zahuštěnou část podrobit procesu filtrace ve speciálních svíčkových filtrech, zařazených do proudu směsi, například koksu a cirkulační kapaliny odváděné ze spodku hydrocyklonů.

Způsob separace a zařízení pro jeho provádění podle vynálezu umožňuje získat oddělenou pevnou fázi, například koks na výstupu z filtrů, který je suchý a bez obsahu uhlovodíků, takže při manipulaci s ním není třeba aplikovat speciální bezpečnostní opatření.

Řešení přispívá k zvýšení bezpečnosti práce, k ochraně obsluhy a okolního prostředí od kontaminace uhlovodíky. Podstatně snižuje usazování pevných částeček v provozním zařízení, naopak při delším provozu dochází i k vymývání starších usazenin a snižuje tím provozní cenu separační jednotky.

Svíčkový filtr s akumulačním prostorem ve spodní části nádoby může být použit pro směs kapalina a pevná fáze, v kombinaci s hydrocyklony i samostatně.

Znečištěná procesní kapalina obsahující pevné částečky, je přiváděna do horní části filtru, kde se rozděluje a natéká do filtračních vložek. Tyto filtrační vložky nejsou v dolní části uzavřeny. Směs

-2CZ 299363 B6 procházející vnitřním prostorem filtračních vložek je rozdělována tak, že kapalina protéká přes filtrační vložky napříč, kdežto pevné částečky jsou zadrženy filtrační vložkou a působením gravitační síly postupují směrem dolů a jsou shromažďovány ve volném „akumulačním“ prostoru pod filtračními vložkami. Filtrace je provozována do doby zaplnění tohoto „akumulačního“ prostoru pevnými částicemi, do doby dosažení tlakové ztráty 200 až 300 kPa protékající procesní kapaliny. Poté je filtrační nádoba odstavena a podrobena prací proceduře.

Cílem této procedury je získat suchou a uhlovodíků prostou pevnou fázi. K tomu jsou používány pomocná média a energie. Pomocná média se mohou mírně lišit podle konkrétního případu:

io - Topný nebo obdobný plyn lze použít pro vytláčení kapaliny o tlaku mírně větším než je tlak v místě vracení tohoto proudu z praného filtru.

- Benzin ( aromatický řez, lehký uhlovodíkový řez či jiné rozpouštědlo uhlovodíků) s bodem varu do cca 200 °C lze použít pro extrakci těžších uhlovodíků zachycených na pevné fázi.

- Vodní pára (obvykle středotlaká) se používá pro odstripování/vytěsnění lehčích uhlovodíků zachycených na pevné fázi s teplotou přibližně nad koncem destilační křivky benzinu či jiného použitého rozpouštědla.

- Dusík či jiný „inertní“ plyn neobsahující uhlovodíky se používá pro vysušení a ochlazení pevné fáze před vysypáním suché pevné fáze z filtrační nádoby.

Veškeré kapalné a plynné výstupy jsou zaváděny zpět do procesu, takže provoz neprodukuje žádné jiné odpadní proudy, kromě již zmiňované suché pevné fáze.

Přehled obrázků

Obr. 1 znázorňuje svíčkový filtr.

Obr. 2 znázorňuje kombinaci hydrocyklonů se svíčkovými filtry s bočním hrdlem.

Příklady provedení

Příklad 1

Obr. 1 znázorňuje svíčkový filtr, sestávající z nádoby I která je tvořena horní částí 2, střední částí

3 s filtračními vložkami 31 a spodní akumulační částí 4. Horní část 2 je opatřena přívodem 21 pro znečištěnou kapalinu. Filtrační vložky 31 jsou válcovitého tvaru a ve vertikálním směru jsou otevřené ve vrchní i dolní části. Vrchní část je určena pro vstup znečištěné kapaliny, a dolní část je určena pro výstup pevných částic do spodní akumulační části 4 filtrační nádoby 1. Střední část 3 filtrační nádoby 1 je opatřena prvním vstupem/výstupem 22 pro vstup vytěsňovacího média nebo výstup proplachovací kapaliny a odvodem 32 čisté kapaliny. Spodní akumulační část 4 má kónický tvar a přechází do výpustního hrdla 41 válcového tvaru, v němž je umístěn sítový distributor 42 košíkového tvaru s velikostí ok 500 pm připevněný na spodní víko 43 výpustního hrdla 41 pro sypké částice, které se otvírá pro vysypání suchých částic. Částice mohou být rovněž odsáty bočním hrdlem 44, jak je znázorněno na obr. 2. Výpustní hrdlo 41 pro sypké pevné částice je opatřeno druhým vstupem/výstupem 45 pro vstup proplachovací kapaliny a pro výstup vytěsňovacího média a vodní páry. Všechny přívody a výstupy filtrační nádoby 1 jsou opatřeny uzavíracími ventily.

Obr. 2 znázorňuje hydrocyklony 5, napojené na nádobu i svíčkového filtru s bočním hrdlem 44 pro odsátí částic.

-3 CZ 299363 B6

S výhodou je znečištěná procesní kapalina nejdříve odstředěna v hydrocyklonech 5 a její zahuštěná část je podrobena filtraci.

Znečištěná procesní kapalina se přívodem 2J_ přivádí do horní části 2 filtrační nádoby 1_. Protéká střední částí 3 s filtračními vložkami 31. Uvnitř filtračních vložek 31 se hromadí pevné částice, které propadají do spodní akumulační části 4. Čistá kapalina vytéká odvodem 32 ve střední části 3 filtrační nádoby f.

Po dosažení tlakové ztráty 200 až 300 kPa protékající znečištěné kapaliny je filtrační nádoba i i o odstavena a podrobena prací proceduře.

Během procesu vlastního čištění částeček koksu od zbytkové kapaliny a uhlovodíků je filtrační nádoba i oddělena od okolních zařízení a procesních proudů uzavřením ventilů na přívodech a výstupech z filtrační nádoby 1.

Vytlačení zbytkové procesní kapaliny se provádí vytěsňovacím médiem, například pomocí plynu nebo lehčí uhlovodíkovou směsí, například benzinem.

Po oddělení filtrační nádoby 1 od ostatních technologických zařízení je přiveden prvním vstu20 pem/výstupem 22 plyn (topný plyn, zemní plyn, apod.) do střední části 3 filtrační nádoby 1 a procesní kapalina je obvykle vytlačena zpět druhým vstupem/výstupem 45 ve spodní části 4 do procesního/výrobního zařízení. Je možné použít dusík či jiný plyn a kapalinu stejnou cestou vytlačit do slopu- sběrné jímky pro přepracování kapaliny podle uspořádání výrobní jednotky.

V některých případech je možno přivést lehčí uhlovodíkový řez druhým vstupem/výstupem 45 do spodní části 4 filtrační nádoby 1 a kapalinu ředit a vynášet současně s extrakcí těžších uhlovodíků. Tento postup není vhodný pro zbytkovou cirkulační kapalinu, která není mísitelná s uhlovodíky.

Těžší uhlovodíky zachycené na pevné fázi jsou extrahovány/vyprány proplachovací kapalinou, benzinem, přiváděnou druhým vstupem/výstupem 45 do spodní části 4 filtrační nádoby L Výstupní proud proplachovací kapaliny obsahující extrahované uhlovodíky je obvykle veden zpět do procesního/výrobního zařízení prvním vstupem/výstupem 22 ve střední části 3.

Tuto uhlovodíkovou kapalinu je výhodné po extrakci těžších uhlovodíků vytlačit zavedením plynu (topný plyn, zemní plyn, apod.) do prvního vstupu/výstupu 22 střední části 3 filtrační nádoby i obvykle zpět do procesního/výrobního zařízení. Pro vytlačení této kapaliny je možné použít i vodní páru zavedenou do horní části 2 filtrační nádoby i a po vytlačení kapaliny přímo pokračovat stripováním uhlovodíků.

Pevná fáze je ohřívána za současného odstripování uhlovodíků. Výstupní proud je z filtrační nádoby obvykle veden zpět do procesního/výrobního zařízení.

Pevná fáze po odstripování uhlovodíků může obsahovat malý podíl vodní páry a kondenzátu.

Tato vlhkost je vynesena proudem dusíku nebo obdobného „inertního“ plynu do okolní atmosféry nebo do flórového systému za současného ochlazení obsahu filtrační nádoby 1 přes druhý vstup/výstup 45.

Po vychlazení pevné fáze a prověření toho, že filtrační nádoba 1 neobsahuje žádnou kapalinu, je buď otevřeno spodní víko 43 filtrační nádoby a pevná fáze vysypána do přistaveného kontejneru a neboje pevná fáze odsáta bočním hrdlem 44, například mobilním vysavačem.

Vnitřní spodní část 4 filtrační nádoby I je při otevření vizuálně zkontrolována, uzavřena a filtrační nádoba 1 je inertizována dusíkem nebo jiným plynem. Tím je svíčkový filtr přípraven pro opakování filtračního procesu znečištěné kapaliny.

-4CZ 299363 B6

Příklad 2

Odstranění koksových částic z proudu chladicího oleje při výrobě etylenu. Proud oleje (2000 t/h) prochází hydrocyklony. V hydrocyklonech se oddělí proud (30 t/h) se zvýšeným obsahem koksových částeček, který je veden do svíčkového filtru. Olej prochází svíčkovým filtrem a je vyveden odvodem 32 do jeho okruhu. Částice koksu zůstávají zachyceny ve svíčkovém filtru. Po dosažení zaplněnosti svíčkového filtru koksem, což je indikováno dosažením tlakové diference cca ío 0,3 MPa, je svíčkový filtr odstaven a proveden prací postup.

1. Do střední části 3 nádoby i je přiveden topný plyn (o tlaku cca 0.3 MPa) a olej je vytlačen do procesu. Po vytlačení oleje je topný plyn uzavřen.

2. Do spodní části 3 nádoby 1 svíčkového filtruje přiveden benzin, který ze zachyceného koksu extrahuje zbytky oleje. Praní benzinem se provádí cca 5 hodin s průtokem cca 10m³/h. Po kontrole toho, že zpět do procesu odváděný benzin již neobsahuje olej, je praní benzinem ukončeno.

3. Do střední části 3 nádoby i svíčkového filtruje přiveden topný plyn (o tlaku cca 0,3 MPa) a benzin je vytlačen do procesu. Poté je topný plyn uzavřen.

4. Do svíčkového filtruje přivedena přehřátá pára o teplotě nad 220 °C. Průtok páry je udržován kolem 500 kg/h. Obsah nádoby 1 je vyhřát na vyšší teploty (>180 °C) a poté jsou z vrstvy zachyceného koksu odstripovány uhlovodíky. Pára s uhlovodíky je odváděna do procesu. Stripování trvá cca 6 hodin. Poté je přívod páry uzavřen.

5. Svíčkový filtr s obsahem koksu je chlazen průtokem dusíku (cca 30Nm³/h) do doby, kdy teplota poklesne pod cca 50 °C. Poté je přívod dusíku uzavřen.

6. Obsah svíčkového filtruje takto připraven k vysypání. To se děje otevřením víka filtru. Koks je vysypán do přistaveného kontejneru.

Průmyslová využitelnost

Separaci pevných částic z kapalných procesních proudů podle vynálezu lze využít v rafinérskopetrochemickém průmyslu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

40 1. Separace pevných částic z kapalných procesních proudů v rafinérsko-petrochemickém průmyslu, vyznačující se tím, že se procesní kapalina obsahující tyto částice filtruje přes svíčkový filtr se spodní akumulační částí do dosažení předepsané tlakové ztráty filtru 200 až 300 kPa a na směs v dolní akumulační části filtru obsahující odseparované částice a zbytky procesní kapaliny se působí vytěsňovacím médiem při teplotách 50 až 200 °C po dobu 10 až

45 60 minut, které vytlačí z akumulovaného množství pevných částeček volnou kapalinu, poté se působí proplachovací kapalinou při teplotě 20 až 100 °C po dobu 3 až 10 hodin a zpěvných částeček se extrahují těžší uhlovodíky s počtem atomů uhlíku 8 a vyšším, zachycené na pevných částečkách, následně se působí parou při teplotě 180 až 250 °C po dobu 5 až 10 hodin, přičemž se odstripují všechny zbylé uhlovodíky, a dále se postupně ochlazuje z teploty 200 až na 20 °C

50 působením inertního plynu po dobu několika hodin, kdy se pevné částečky vysuší na atmosférickou vlhkost a ochladí na okolní teplotu.

-5CZ 299363 B6
2. Separace podle nároku 1, vyznačující se tím, že vytěsňovacím médiem je látka vybraná ze skupiny tvořené topným plynem, zemním plynem, směsí lehkých uhlovodíků a benzinů.

5
3. Separace podle nároku 1, vyznačující se tím, že se proplachovací kapalina vybere ze skupiny tvořené směsí uhlovodíků s bodem varu do 230 °C.
4. Separace podle nároku 1, vyznačující se tím, že se před působením vodní parou vytěsní proplachovací kapalina, obsahující extrahované vyšší uhlovodíky, plynem vybraným ze ío skupiny tvořené topným plynem nebo zemním plynem.
5. Separace podle nároku 1, vyznačující se tím, že inertní plyn je dusík.
6. Separace podle nároku laž5, vyznačující se tím, že se před filtrací procesní

15 kapaliny působí na tuto kapalinu odstředivou silou a část procesní kapaliny, vyhovující kvalitativně procesní kapalině, se vrací do technologického procesu a druhá část, znečištěná kapalina se podrobí filtraci.
7. Zařízení pro separaci pevných částic z procesních proudů v rafinérsko-petrochemickém

20 průmyslu, vyznačující se tím, že obsahuje nejméně jeden svíčkový filtr, který sestává z filtrační nádoby (1), kteráje tvořena horní částí (2), střední částí (3) s filtračními vložkami (31) a spodní akumulační částí (4), horní část (2) je opatřena přívodem (21) pro znečištěnou procesní kapalinu, filtrační vložky (31) jsou válcovitého tvaru a ve vertikálním směru jsou otevřené ve vrchní i dolní části, přičemž vrchní část je určena pro vstup znečištěné procesní kapaliny, a dolní

25 část je určena pro výstup pevných částic do spodní akumulační části (4) nádoby (1), střední část (3) nádoby (1) je opatřena prvním vstupem/výstupem (22) pro vstup vytěsňovacího média nebo výstup proplachovací kapaliny a odvodem (32) čisté kapaliny, spodní akumulační část (4) má kónický tvar a přechází do výpustního hrdla (41) válcového tvaru, v němž je umístěn sítový distributor (42) košíkového tvaru; pokrytý sítem s velikostí ok 50 až 500 pm a připevněný na

30 spodní víko (43) výpustního hrdla (41) pro sypké částice, výpustní hrdlo (41) pro sypké pevné částice je opatřeno druhým vstupem/výstupem (45) pro vstup proplachovací kapaliny a pro výstup vytěsňovacího média a vodní páry, přičemž všechny přívody a výstupy z nádoby (1) jsou opatřeny uzavíratelnými ventily.

35 8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že filtrační vložky (31) jsou tvořeny svinutým profilovaným drátem uchyceným na nosné konstrukci v požadovaném odstupu 250 až 500 pm, které umožňují použití svíčkového filtru při teplotě až 300 °C a tlaku 0,3 až 3 MPa a tlakové diferenci 0,2 až 0,3 MPa.

40 9. Zařízení podle nároků 7a 8, vyznačující se tím, že spodní akumulační část (4) je opatřena bočním hrdlem (44).