FI115466B - Nestemäisiä ja kaasumaisia hiilivetyjä sisältävän seoksen termisesti hajottava laitteisto - Google Patents

Description

115466

Nestemäisiä ja kaasumaisia hiilivetyjä sisältävän seoksen termisesti hajottava laitteisto

Keksintö koskee nestemäisiä ja kaasumaisia hiili-5 vetyjä sisältävän seoksen termisesti lämmönvaihtimissa hajottavaa laitteistoa.

Luonnossa esiintyvien hiilivetyseosten koostumukset eivät yleensä ole tarpeen mukaisia, joten raakaöljy-tuotteiden käsittely pelkästään tislaamalla ei riitä. Jot-10 ta tarpeet voitaisiin tyydyttää, on kehitelty luonnossa esiintyvien raakaöljytuotteiden erilaisia muuttamismene-telmiä, joista erityisen merkittäviä ovat katalysaattorien avulla tai ilman niitä tapahtuvat termisen muuttamisen menetelmät. Nämä termiset muutokset tapahtuvat 600 °C:n ja 15 860 °C:n välillä siitä riippuen, mikä on raaka-aineseos ja mitä lopputuoteseosta on tarkoitus saada.

Mahdollisimman suuren hyväksikäytön saavuttamiseksi käytetään nestemäisten tyydyttyneiden ja tyydyttymättö-mien suoraketjuisten, haarautuvaketjuisten, syklisten ja 20 aromaattisten hiilivetyjen lisäksi myös kaasumaisia hiilivetyjä. Nämä kaasumaiset hiilivedyt ovat yleensä peräisin : hajotuslaitoksia seuraavista käsittelylaitteista tai eri tuoteseosten tuotantolaitoksista. Nämä kaasumaiset tuot- * * j‘ ·. teet johdetaan yleensä hajotuslaitokseen johtaviin neste- • « .·*. 25 mäisten hiilivetyjen tulojohtoihin. Näin laajennetaan toi- • · ; saalta oleellisesti laitoksen käyttöaluetta ja vähennetään '!toisaalta putkijohtoja, sillä rinnakkaiset putkijohdot * kaasumaisille ja nestemäisille hiilivedyille voidaan välttää.

• · ·*·· ·’ 30 Hiilivetyseokset pitää yleensä kuumentaa termisen hajotuksen lämpötilaan monivaiheisesti. Yksittäisten vai-....j heiden eli lämmönvaihdinten, erityisesti ensimmäisen vai- .··*. heen, tuotantoteho on yleensä suunniteltu nestemäisten * hiilivetyjen osahöyrystymiseen riittäväksi. Nestemäisten ' ‘ 35 hiilivetyjen ylitarjontatilanteessa osa niistä johdetaan 115466 2 kiertotietä lämmönvaihtimen edestä sen taakse lämmönvaih-don väliaineen, esimerkiksi savukaasujen, liian voimakkaan, esimerkiksi kastepisteen alapuolelle jäähtymisen välttämiseksi. Kiertotien käyttö johtaa kuitenkin siihen, 5 että esilämmitykseen käytettävä tuoteseos ei kuumennu riittävästi, koska lämmönvaihtimen kautta kulkee liian pieni osa siitä.

Keksinnön mukainen nestemäisiä ja kaasumaisia hiilivetyjä sisältävän seoksen termisesti hajottava laitteis-10 to, jossa on ainakin yksi lämmönvaihtimeen johtava putki-johto, joka voi läpivirtaukseltaan säädettävän sulkulaitteen avulla liittyä kiertotiellä fluideja johtavasti läm-mönvaihtimesta lähtevään putkijohtoon, ja lämmönvaihtimes-ta lähtevä putkijohto, johon johtaa ainakin yksi tuliste-15 tun vesihöyryn johto, johtaa puolestaan toiseen lämmönvaihtimeen, jonka poistoputki johtaa viimeisenä olevaan lämmönvaihtimeen, jossa voi olla katalysaattori ja jonka poistoputki johtaa jäähdytys- ja erotuslaitteeseen, koostuu pääosin siitä, että virtaussuuntaan katsottuna lämmön-20 vaihtimen edessä on ainakin yksi kaasunerotin kaasumaisen osan erottamiseksi seoksesta, jolloin kiertotie johtaa : kaasujohdon, jossa on läpivirtaukseltaan säädettävä sulku- > · · laite, kaasunerottimesta erityisesti lämmönvaihtimesta |. lähtevän putkijohdon kautta johonkin toiseen lämmönvaihti- ,·*. 25 meen.

Koska raaka-aineseoksen kaasumainen osa erotetaan I ( t taas ensimmäisen lämmönvaihtimen edessä, ei tarvita eril-*** * lisiä johtoja nestemäisille ja kaasumaisille raaka-aineil le. Lämmönvaihtimeen menee lisäksi seos, joka voi olla : 30 jotakuinkin kaasuton, niin että haluttu lämmönvaihto nes- ·...·’ temäisiin aineisiin pääsee tapahtumaan, mikä nesteiden kaasuihin verrattuna suuren ominaislämmön ansiosta voi • t .···, tapahtua tehokkaasti. Kaasu voidaan johtaa pois kaasun- ♦ · ·’ erottimesta putkijohdolla, joka johtaa joko toiseen läm- ‘ * 35 mönvaihtimeen tai varsinaiseen hajotusuuniin. Kaasujohto • · · * » 115466 3 toimii siis ensimmäisen lämmönvaihtimen kiertotienä, jolla voidaan myös ohjata lämmönvaihdon väliaineen, esimerkiksi savukaasujen, lämpötilaa. Tällä tavalla voidaan toisaalta saavuttaa erityisen suuri lämmönvaihto ja voidaan 5 toisaalta välttää esimerkiksi savukaasujen liiallinen jäähtyminen ja kastepistelämpötilan alittuminen sekä näin syntyvä korroosio.

Jos kaasunerotin on painovoimaerotin, kaasumaisten osien erotus kaasu-nesteseoksesta voi tapahtua yksinker-10 taisesti paineen putoamatta paljoa.

Kaasun ja nesteen erityisen tehokas erotus voi tapahtua pyörre-erottimella.

Jos kaasunerottimesta lähtevä kaasujohto johtaa lämmönvaihtimesta lähtevään johtoon virtaussuunnassa kat-15 sottuna vesihöyryjohdon eteen, jo toiseen lämmönvaihtimeen voi tulla nestemäisten hiilivetyjen, kaasumaisten hiilivetyjen ja vesihöyryn muodostama seos, niin että höyryn vähentäminen lämmönvaihtimessa on otettu hyvin huomioon, jolloin nestemäiset hiilivedyt voivat höyrystyä erityisen 20 nopeasti ja tämä lämmönvaihdin saavuttaa hyvän lämmönpidä-tyksen.

• Jos kaasunerottimesta lähtevä kaasu johto johtaa viimeisenä olevaan lämmönvaihtimeen eli hajotusuuniin, erityisesti toisen lämmönvaihtimen poistoputkeen, toises- .·**. 25 sakin lämmönvaihtimessa voidaan saada lämpö siirtymään “! kaasumaisten raaka-aineiden haittaamatta, vaikka seokses- * » *,*” sa on erityisen suuri kaasumaisten aineiden osa.

’·* Jos kaasunerottimesta lähtevä kaasu johto johtaa vesihöyryjohtoon, voidaan saada aikaan vesihöyryn ja kaa-i 30 sumaisten aineiden seos, joka voidaan johtaa toisen läm- mönvaihtimen tulojohtoon.

Jos kaasunerottimesta lähtevä kaasu johto johtaa .···. höyryn tulistimeen, kaasu voidaan kuumentaa vesihöyryn mukana.

115466 4

Jos lämmönvaihtimen ohi johtaa lisäksi, erityisesti vielä läpivirtaukseltaan säädettävän sulkulaitteen käsittävä, kiertotie, joka haarautuu kaasunerottimesta lähtevästä ja lämmönvaihtimeen johtavasta putkijohdosta ja 5 johtaa ensi sijassa lämmönvaihtimesta lähtevään putkijohtoon kaasujohdon perään, nestemäisten hiilivetyjen sykäyk-senomaista ylitarjontaakin voidaan vaimentaa ja mahdollisesti ohjata lämmönvaihtimen painekuormituksen kasvamatta liian suureksi.

10 Lämmönvaihtimet voidaan rakentaa myös ryhmiksi.

Keksintöä valaistaan seuraavassa lähemmin piirustusten ja esimerkkien avulla.

Kuvio 1 esittää kaavamaisesti hajotusuunin, jonka eteen on kytketty kaksi lämmönvaihdinta, 15 kuviot 2 ja 3 esittävät kaavamaisesti kaasunerot- timen.

Kuviossa 1 esitetyssä olefiinin tuotantolaitoksen kaaviossa yhdistyvät putkijohdot Rx ja R2, jotka johtavat nestemäiset hiilivedyt (bensiinin) ja 2 - 4 hiiliatomia 20 sisältävät kaasumaiset hiilivedyt putkijohtoon R3, joka puolestaan johtaa kaasunerottimeen G. Nestemäiset aineet : johdetaan sitten putkijohdon R3 kautta lämmönvaihtimeen W2.

Kaasunerottimesta G saatavat kaasumaiset aineet joutuvat kaasujohdon G: kautta, joka toimii lämmönvaihtimen W2 kier-.···, 25 totienä, lämmönvaihtimesta Wj lähtevään putkijohtoon R4.

Tähän putkijohtoon R4 johtaa myös höyryjohto Dj, joka joh-taa pois höyryn tulistimen D höyryn. Toinen lämmönvaihdin ' W2, johon putkijohto R4 johtaa, liittyy poistoputkella R5 hajotusuuniin S eli viimeisenä olevaan lämmönvaihtimeen.

: 30 Hajotusuunista S johtaa putkijohto R6 jäähdytys- ja erotus- laitteeseen K+A. Höyryn tulistin, jossa mahdollisesti tuo-tetaan höyryä, hajotusuuni S sekä lämmönvaihtimet W2 ja W2 .···, muodostuvat putkiryhmälämmönvaihtimista, joiden lämmön- ’·’ siirtoaineena toimii savukaasu. Kaasu johdossa G3 voi olla * ’ 35 läpivirtaukseltaan säädettävä venttiili Vj, joka suljetaan, • m < f 115466 5 kun halutaan, että koko tuoteseos johdetaan lämmönvaihtimeen W3 putkijohdon R3 kautta. Toinen kaasujohto G2 voi johtaa lämmönvaihtimen W2 poistoputkeen R5, tai kaasujohdon G3 tapaan suoraan hajotusuuniin S. Näissä kaasujohdoissa voi 5 olla läpivirtaukseltaan säädettävät venttiilit V2 ja V3.

Jos halutaan, että kaasua kuumennetaan vielä, se voidaan johdon G4 kautta johtaa höyryn tulistimeen D tai mahdollisesti höyryn kehittimeen.

Kaasujohtojen Gx - G4 lisäksi voi olla käytössä 10 kiertotie U3, joka haarautuu putkijohdosta R3 lämmönvaihtimen Wx edessä ja johtaa putkijohtoon R4 lämmönvaihtimen W3 taakse. Tässä kiertotiessä U3 on läpivirtaukseltaan säädettävä venttiili V4.

Lämmönvaihdinten W3 ja W2, höyryn tulistimen D sekä 15 hajotusuunin S läpi virtaa savukaasuja, jotka toimivat lämmönsiirtoaineena. Savukaasut virtaavat hajotusuunin S läpi nuolen Xx suuntaisesti, ja sitten nuolen X2 suuntaisesti suurpainetulistimeen HD, jossa voidaan tuottaa korkeapaineista höyryä, jota ei, kuten kuviossa 1 esitetään, 20 tarvitse johtaa prosessiin. Sen jälkeen savukaasu menee nuolen X3 suuntaisesti höyryn tulistimeen D, jonne johde- taan nuolen Z suuntaisesti myös prosessihöyryä. Höyryn * · « · tulistimesta D savukaasu menee nuolen X, suuntaisesti läm-• * * * • · mönvaihtimeen W2, josta se menee nuolen X5 suuntaisesti .···. 25 kattilan syöttöveden esilämmittimeen KV, jota ei myöskään • · "! välttämättä tarvita keksinnön mukaisessa menetelmässä.

Esilämmittimestä KV savukaasu virtaa nuolen X6 suuntaisesti • ♦ · ’·’ lämmönvaihtimeen W3, josta se johdetaan nuolen X7 suuntai sesti uuniin. Lämmönvaihdinten sijoittelu vastaa vaaditta-: 30 vaa lämpötehoa, jolloin hajotusuuni S vaatii savukaasujen suurinta lämpötilaa, kun taas lämmönvaihdin W3 vaatii huo-mattavasti alempilämpöisiä savukaasuja.

.···, Kuviossa 2 kaavamaisesti esitetyssä kaasunerotti- messa G on lieriömäinen putki 1, joka toimii säiliönä.

* ’ 35 Tähän säiliöön johtaa putkijohto R3, jonka kautta neste- 115466 6 mäinen ja kaasumainen tuoteseos saapuu. Lieriömäisessä putkessa 1 tapahtuu virtausnopeuden äärimmäinen hidastuminen, ja samalla erottuvat kaasumaiset ja nestemäiset faasit. Nestefaasi johdetaan pois putkijohdon R3 kautta, 5 mutta kaasumainen faasi poistuu lieriömäisen putken 2 kautta, joka jatkuu kaasujohtona Gx, ja joutuu venttiilin V3 ollessa auki putkijohtoon R4.

Kuviossa 3 esitetty kaasunerotin on pyörre-erotin, jossa putkijohto R3 johtaa kartiomaiseen säiliöön 3 sitä 10 sivuavasti. Tuoteseos liikkuu kierukan muotoisesti säiliön seinämiä pitkin alaspäin ja hajoaa samalla. Nestefaasi imetään pois pohjassa olevalla putkijohdolla R3, ja kaasumainen faasi poistetaan kaasujohdon Gx kautta.

Esimerkki 1 15 Lämmönvaihtimeen W3 johdettiin sisäläpimitaltaan 80 mm:n putkijohdon R3 kautta 1 625 kg bensiiniä ja 750 kg 2-4 hiiliatomia sisältäviä kaasumaisia hiilivetyjä tuntia kohti. Käytössä oli kiertotie U3. Lämmönvaihtimeen W3 saapuvan tuoteseoksen lämpötila oli 60 °C. Sieltä poistu-20 van seoksen lämpötila oli noussut 250 °C:seen. 75 % seoksen nestemäisestä ja 15 % kaasumaisesta faasista johdettiin : kiertotietä U3, joten niitä ei lämmitetty. Sen jälkeen tuo- teseos joutui lämmönvaihtimeen W2 sisäläpimitaltaan 80 mm:n putkijohdon R4 kautta, jonne johdettiin 1 400 kg lämpöti- ,···, 25 laitaan 491 °C:ista vesihöyryä tunnissa. Siellä seos kuu- • · mennettiin 440 °C:seen. Kuumennettu tuoteseos johdettiin sisäläpimitaltaan 80 mm:n putkijohdon R5 kautta hajotusuu-’* ’ niin S. Hajotusuuni muodostui lämmönvaihtimesta, jossa seosta kuumennettiin edelleen. Putkijohdosta R6 tuli : 30 855 °C:ista seosta.

Esimerkki 2 Lämmönvaihtimeen W3 johdettiin sisäläpimitaltaan .··*. 80 mm:n putkijohdon R3 kautta 1 750 kg nestemäistä ja 750 kg kaasumaista tuotetta sisältävää seosta tunnissa.

* * 35 Käytössä oli kaasunerotin ja kaasujohto Gx. Lämmönvaihti- • * * » · 115466 7 meen wx saapuvan tuoteseoksen lämpötila oli 60 °C. Sieltä poistuvan seoksen lämpötila oli noussut 220 °C:seen. 15 % seoksen kaasumaisesta faasista ja ei yhtään nestemäisestä faasista johdettiin kaasujohdon Gi kautta, joten niitä ei 5 lämmitetty. Sen jälkeen tuoteseos joutui lämmönvaihtimeen W2 sisäläpimitaltaan 80 mm:n putkijohdon R4 kautta, jonne johdettiin 1 300 kg lämpötilaltaan 483 °C:ista vesihöyryä tunnissa. Lämmönvaihtimessa W2 seos kuumennettiin 450 °C:seen. Kuumennettu tuoteseos johdettiin sisäläpimi-10 taltaan 80 mm:n putkijohdon R5 kautta hajotusuuniin S. Ha-jotusuunissakin seosta kuumennettiin. Putkijohdosta R6 tuli 855 °C:ista seosta.

Esimerkkien 1 ja 2 vertailu osoittaa, että erottamalla kaasu lämmönvaihtimen W: edessä voidaan saavuttaa 15 hajotusuuniin johdettavan seoksen huomattavasti parempi kuumeneminen ja lämmönsiirtoaineen oleellinen jäähtyminen sen tullessa lämmönvaihtimesta W2, niin että hajotusuunin teho suurenee oleellisesti energian kulutuksen pysyessä ennallaan.

• 1 · * · · • · · • » · • » • · 1 • · • I ·

« I I

• · · * · · • · · · • · • · • •ti» · (li

Claims (8)

1. 8 115466
2. 1. Nestemäisiä ja kaasumaisia hiilivetyjä sisältävän seoksen termisesti hajottava laitteisto, jossa on ai- 5 nakin yksi lämmönvaihtimeen (Wx) johtava putkijohto (R3), joka voi läpivirtaukseltaan säädettävän sulkulaitteen (V2) avulla liittyä kiertotiellä fluideja johtavasti lämmön-vaihtimesta lähtevään putkijohtoon (R4), ja lämmönvaihti-mesta (W2) lähtevä putkijohto (R4), johon johtaa ainakin 10 yksi tulistetun vesihöyryn johto (D1), johtaa puolestaan toiseen lämmönvaihtimeen (W2), jonka poistoputki (R5) johtaa viimeisenä olevaan lämmönvaihtimeen (S), jossa voi olla katalysaattori ja jonka poistoputki (R5) johtaa jäähdytys- ja erotuslaitteeseen (K+A), tunnettu sii-15 tä, että virtaussuuntaan katsottuna lämmönvaihtimen (Wx) edessä on ainakin yksi kaasunerotin kaasumaisen osan erottamiseksi seoksesta, jolloin kiertotie johtaa kaasujohdon (Gi), jossa on läpivirtaukseltaan säädettävä sulkulaite (VjJ, kaasunerottimesta (G) erityisesti putkijohdon (R4) 20 kautta johonkin toiseen lämmönvaihtimeen (W2, S, D).
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen nestemäisiä ja ; kaasumaisia hiilivetyjä sisältävän seoksen termisesti häjy. jottava laitteisto, tunnettu siitä, että kaasun- erotin (G) muodostuu painovoimaerottimesta. • · ...*# 25 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen nestemäisiä ja *1 kaasumaisia hiilivetyjä sisältävän seoksen termisesti ha- ·*” jottava laitteisto, tunnettu siitä, että kaasun- • · · ’·’ ’ erotin (G) muodostuu pyörre-erottimesta.
4. 4. Jonkin patenttivaatimuksista 1, 2 tai 3 mukainen i,| I 30 nestemäisiä ja kaasumaisia hiilivetyjä sisältävän seoksen •.y termisesti hajottava laitteisto, tunnettu siitä, että kaasunerottimesta (G) lähtevä kaasu johto (G^ johtaa ... lämmönvaihtimesta (Wx) lähtevään johtoon (R4) virtaussuun- nassa katsottuna vesihöyryjohdon (Dx) eteen. » \ t I . 115466 9
5. 5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen nestemäisiä ja kaasumaisia hiilivetyjä sisältävän seoksen termisesti hajottava laitteisto, tunnettu siitä, että kaasunerottimesta (G) lähtevä kaasujohto (G2) johtaa 5 viimeisenä olevaan lämmönvaihtimeen (S), erityisesti toisesta lämmönvaihtimesta (W2) lähtevään johtoon (R5).
6. 6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen nestemäisiä ja kaasumaisia hiilivetyjä sisältävän seoksen termisesti hajottava laitteisto, tunnettu siitä, 10 että kaasunerottimesta (G) lähtevä kaasujohto (G2) johtaa putkijohtoon (Dx).
7. 7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen nestemäisiä ja kaasumaisia hiilivetyjä sisältävän seoksen termisesti hajottava laitteisto, tunnettu siitä, 15 että kaasunerottimesta (G) lähtevä kaasujohto (G4) johtaa höyryn tulostimeen (D).
8. 8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen nestemäisiä ja kaasumaisia hiilivetyjä sisältävän seoksen termisesti hajottava laitteisto, tunnettu siitä, 20 että siinä on lisäksi lämmönvaihtimen (Wx) ohi johtava kiertotie (υ2), joka haarautuu kaasunerottimesta (G) lähte-: västä ja lämmönvaihtimeen (Wx) johtavasta putkijohdosta (R3) ja johtaa ensi sijassa putkijohtoon (R4) kaasu johdon (Gi) perään. • · • · • · I • · • · I I I « · a • a · 1 $ I I 1 * I ( • · « • ♦ a • ♦ » • 1 · · • · » • · a a • · « a • · % * · • · 10 115466