RU2344875C1

RU2344875C1 - Unit of gas-steam-liquid flow preparation

Info

Publication number: RU2344875C1
Application number: RU2007121129/12A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Кузнецов (RU); Сергей Николаевич Кузнецов; Сергей Витальевич Ардамаков (RU); Сергей Витальевич Ардамаков; Виталий Васильевич Васильев (RU); Виталий Васильевич Васильев
Original assignee: Открытое акционерное общество "КуйбышевАзот"
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2009-01-27

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: unit for flow preparation comprises separator with pipelines for uneven flow supply and fluid drain, and heat exchanger. Injector chamber is installed in connection of separator with heat exchanger. Injector chamber is formed with two cross partitions to create tight internal cavity. Transit nozzles with openings to internozzle cavity are welded into partitions. At that bottom part of separator is connected by pipeline to internozzle cavity of injector chamber.

EFFECT: increase of target product output.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для подготовки неоднородного газопарожидкостного потока перед вводом в каталитический реактор или в машину подачи потока и может использоваться во всех технологических процессах с потоками «сложных» газопарожидкостных смесей и технологических линиях, включающих любой (по меньшей мере один) из двух указанных агрегатов, например, в линии подачи смеси в реактор гидрирования фенола при производстве капролактама.The invention relates to equipment for preparing an inhomogeneous gas-liquid flow before entering into a catalytic reactor or into a flow feed machine and can be used in all technological processes with flows of “complex” gas-liquid mixtures and technological lines, including any (at least one) of the two indicated units, for example, in a mixture feed line to a phenol hydrogenation reactor in the production of caprolactam.

Известны аналоги - узлы подготовки неоднородного газопарожидкостного циркуляционного потока перед подачей в трубчатые каталитические реакторы гидрирования фенола, описанные в работе Бадриана А.С., Кокоулина Ф.Г., Овчинникова В.И., Ручинского В.Р., Фурмана М.С., Чечика Е.И. Производство капролактама, М., Химия, 1977, стр.92, рис.25. Конструкции узлов подготовки потока аналогов включают: вертикальный испаритель фенола (С₆Н₆О), поступающего в процесс в жидком агрегатном состоянии, со штуцерами ввода фенола (сбоку корпуса) и водорода (Н₂ - снизу в днище), а также финишный теплообменник - перегреватель для окончательной температурной «доводки» газопарожидкостной смеси перед каталитическим реактором гидрирования. Указанные аппараты соединены трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой.Known analogues are the units for preparing an inhomogeneous gas-liquid circulation flow before feeding phenol hydrogenation tubular catalytic reactors described in the work of Badrian A.S., Kokoulin F.G., Ovchinnikov V.I., Ruchinsky V.R., Furman M.S. , Chechika E.I. Production of caprolactam, M., Chemistry, 1977, p. 92, Fig. 25. The designs of the analog flow preparation units include: a vertical phenol evaporator (С ₆ Н ₆ О), which enters the process in a liquid aggregate state, with phenol inlet fittings (on the side of the housing) and hydrogen (Н ₂ - in the bottom from the bottom), as well as a finish heat exchanger - superheater for the final temperature “refinement” of the gas-vapor mixture before the catalytic hydrogenation reactor. These devices are connected by pipelines with shut-off and control valves.

Работа узлов подготовки (аналогов) заключается в том, что подогретый жидкий фенол (С₆Н₆О) с температурой 130÷140°С по передаточному трубопроводу вводится в испаритель. Туда же подается циркуляционный (реакционный) газ (упрощенно водород Н₂). Барботируя через слой жидкого кипящего фенола (С₆Н₆О), циркуляционный газ насыщается парами фенола и, частично захватывая с поверхности раздела фаз жидкокапельные фенольные фрагменты (со скоростью витания соответствующей или меньше скорости потока), устремляется по технологическому трубопроводу в финишный теплообменник. В финишном теплообменнике неоднородный газопарожидкостный поток подогревается до температуры 155°С (при двухстадийной схеме гидрирования на никель-хромовом катализаторе). При нагреве часть жидкокапельных фрагментов переходит в паровую фазу, и смесь направляется в каталитический реактор гидрирования, где в трубках, заполненных катализатором, реализуется требуемое химическое взаимодействие - гидрирование с образованием одного целевого продукта производства капролактама - циклогексанона (С₆Н₁₀О), или в смеси с циклогексанолом (С₆Н₁₂О) - побочным продуктом производства (перерабатываемом затем в циклогексанон). В различных вариантах схем гидрирования: в одностадийной (селективной) - сразу в циклогексанон (С₆Н₁₀О), или в двухстадийной (неселективной) - с получением смеси продуктов циклогексанона (С₆Н₁₀О) и циклогексанола (С₆Н₁₂О), при использовании различных типов катализатора в реакторе оптимальные температурные интервалы подготовки потока могут изменяться.The operation of the preparation units (analogues) consists in the fact that heated liquid phenol (C ₆ H ₆ O) with a temperature of 130 ÷ 140 ° C is introduced into the evaporator through the transfer pipe. Circulating (reaction) gas (simplified hydrogen H ₂ ) is supplied there. By sparging through a layer of liquid boiling phenol (C ₆ H ₆ O), the circulating gas is saturated with phenol vapor and, partially capturing liquid droplet phenolic fragments from the phase interface (with a soaring speed corresponding to or less than the flow rate), flows through the process pipe into the finish heat exchanger. In the final heat exchanger, an inhomogeneous gas-liquid flow is heated to a temperature of 155 ° C (with a two-stage hydrogenation scheme on a nickel-chromium catalyst). When heated, part of the liquid droplet fragments goes into the vapor phase, and the mixture is sent to a catalytic hydrogenation reactor, where the required chemical interaction is realized in tubes filled with the catalyst — hydrogenation to form one target product of caprolactam production — cyclohexanone (C ₆ H ₁₀ O), or mixtures with cyclohexanol (C ₆ H ₁₂ O), a by-product of production (then processed into cyclohexanone). In various versions of hydrogenation schemes: in one-stage (selective) - immediately in cyclohexanone (C ₆ H ₁₀ O), or in two-stage (non-selective) - to obtain a mixture of products of cyclohexanone (C ₆ H ₁₀ O) and cyclohexanol (C ₆ H ₁₂ O ), when using various types of catalyst in a reactor, the optimal temperature ranges for flow preparation can vary.

Недостатком конструкций-аналогов является низкая безопасность технологического процесса; низкий срок службы катализатора (из-за спекания его верхних слоев в трубках) частые остановы линии для замены и высокая трудоемкость замены спекшихся слоев. Указанные недостатки причинно обусловлены неполным переходом в паровую фазу - проскоком через финишный теплообменник и попаданием в трубки реактора жидко-капельных фрагментов фенола, особенно в переходные моменты времени существования неустановившихся режимов (пуска, повышения нагрузки и пр.). Попадание жидкофазного фенола в трубки реактора приводит к спеканию принимающих его верхних слоев катализатора. Резко увеличиваются гидравлические сопротивления этих трубок. Перераспределяются расчетно-равные потоки парогазовой смеси по отдельным трубкам и увеличивается давление в реакторе. При большом объеме проскока жидкой фазы возможно критическое локальное выделение тепла, приводящее к взрывному развитию процесса.The disadvantage of analog designs is the low process safety; low catalyst service life (due to sintering of its upper layers in the tubes); frequent shutdowns of the replacement line and high laboriousness of replacing the sintered layers. These shortcomings are causally caused by an incomplete transition to the vapor phase - a breakthrough through the finish heat exchanger and liquid phenol droplets falling into the reactor tubes, especially at transient times of the existence of transient conditions (start-up, increase in load, etc.). The ingress of liquid-phase phenol into the reactor tubes leads to sintering of the upper catalyst layers receiving it. The hydraulic resistances of these tubes sharply increase. The equal-equal flows of the gas-vapor mixture are redistributed through the individual tubes and the pressure in the reactor increases. With a large volume of slip of the liquid phase, critical local heat generation is possible, leading to explosive development of the process.

Наиболее близким по технической сущности решением, принятым за прототип, является узел подготовки неоднородного газожидкостного циркуляционного потока перед подачей в реактор-колонну синтеза аммиака (NH₃), описанный работе Румянцева О.В. Оборудование цехов синтеза высокого давления в азотной промышленности. М., Химия, 1970, стр.39, рис.2.2. (в составе схемы агрегата синтеза аммиака с конденсационной колонной). На рис.2.2. стр.39 приведена схема агрегата синтеза аммиака, отличающаяся от приведенных в той же работе других схем (рис.2.1; 2.3 и др.) конструкцией узла подготовки и названная по основному аппарату этого узла - конденсационной колонной. Узел предреакторной подготовки циркуляционного потока в этой схеме включает сепаратор с трубопроводом ввода неоднородной смеси. Сепаратор размещен в нижней части корпусного аппарата, верхняя часть которого выполнена в виде финишного трубного теплообменника (верхним днищем сепаратора является трубная решетка теплообменника). Объединенный аппарат позиционирован под названием конденсационная колонна. От финишного теплообменника к реакционной колонне синтеза аммиака подведен трубопровод подачи отсепарированного нагретого газового потока. В нижней части сепаратора смонтирован трубопровод слива жидкого продукта.The closest in technical essence the solution adopted for the prototype is a unit for preparing an inhomogeneous gas-liquid circulation stream before feeding ammonia (NH ₃ ) synthesis column to the reactor, described by O. Rumyantsev. Equipment for high pressure synthesis workshops in the nitrogen industry. M., Chemistry, 1970, p. 39, Fig. 2.2. (as part of the ammonia synthesis unit scheme with a condensation column). In Fig.2.2. p. 39 is a diagram of the ammonia synthesis unit, which differs from the other schemes presented in the same work (Fig. 2.1; 2.3, etc.) by the design of the preparation unit and named by the main unit of this unit as a condensation column. The unit for pre-reactor preparation of the circulation flow in this scheme includes a separator with a non-uniform mixture inlet piping. The separator is located in the lower part of the casing, the upper part of which is made in the form of a finish pipe heat exchanger (the upper bottom of the separator is the heat exchanger tube sheet). The combined apparatus is positioned under the name of the condensation column. From the finish heat exchanger to the ammonia synthesis reaction column, a supply line for the separated heated gas stream is supplied. In the lower part of the separator, a liquid product discharge pipe is mounted.

Работа известной конструкции прототипа состоит в следующем. Циркуляционный газожидкостный поток попадает в нижнюю часть конденсационной колонны - в расширительную камеру сепаратора. Так как поперечное сечение камеры (сепаратора) в несколько раз больше сечения трубопровода, скорость смешанного газожидкостного потока резко уменьшается. Капельные фрагменты жидкой фазы, не поддерживаемые резко уменьшившимися скоростными (инерционными) силами, под действием сил тяжести падают вниз, собираются на нижнем днище и выводятся из корпуса колонны (сепаратора) по трубопроводу слива жидкой фазы (жидкого аммиака). Одновременно освободившийся от жидкой фазы отсепарированный газовый поток «уходит» вверх, попадает в трубное пространство финишного теплообменника, нагревается первичным, более горячим продуктом, «проходящим» по межтрубному пространству, и передается в реактор-колонну синтеза аммиака. Особенность, упрощающая конструкцию узла подготовки неоднородного циркуляционного потока агрегата синтеза аммиака, заключается в том, что выводимая здесь жидкая фаза - жидкий аммиак - является целевым (конечным) продуктом синтеза, который далее отводится на очистку и в складское хранилище.The work of the known design of the prototype is as follows. The circulating gas-liquid flow enters the lower part of the condensation column - into the expansion chamber of the separator. Since the cross-section of the chamber (separator) is several times larger than the cross-section of the pipeline, the speed of the mixed gas-liquid flow decreases sharply. Droplet fragments of the liquid phase, not supported by sharply reduced speed (inertial) forces, fall down under the action of gravity, collect on the bottom bottom and are discharged from the column body (separator) through the liquid phase discharge pipeline (liquid ammonia). At the same time, the separated gas stream freed from the liquid phase “goes up”, enters the tube space of the finish heat exchanger, is heated by the primary, hotter product, “passing” through the annulus, and is transferred to the ammonia synthesis column reactor. A feature that simplifies the design of the unit for preparing an inhomogeneous circulating stream of the ammonia synthesis unit is that the liquid phase that is discharged here - liquid ammonia - is the target (final) synthesis product, which is then taken away for purification and to the storage facility.

Недостатком узла подготовки газопарожидкостного потока, принятого за прототип, является пониженное содержание массовой доли паровой фазы в выводимом из узла подготовки готовом газопаровом потоке в случаях, когда паровая фаза (являясь парами отделяемой в узле жидкости) представляет необходимый реагент, подлежащий последующей переработке (т.е. сырцовый продукт, направляемый в реактор или машину подачи потока). Указанный недостаток узла подготовки неоднородного газопарожидкостного потока, известного из технологических схем агрегатов синтеза аммиака, обусловлен использованием в конструкции узла подготовки единственного гидродинамического эффекта - эффекта отделения жидкости от газообразной среды с последующим разделением технологических линий движения этих потоков и выведением жидкости. В технологических процессах, где образующаяся жидкая фаза является первичным фазовым состоянием или конденсатом сырцовой (подлежащей подаче в каталитический реактор или машину подачи потока) паровой фазы, например в технологии гидрирования фенола, требуется возвращение жидкой фазы обратно в первичную расходную емкость с последующим повторным введением ее в поток, направляемый в штатный испаритель (аппарат испарения). Таким образом, к первому недостатку прототипа (пониженная нагрузка узла по массе паровой фазы в выводимом потоке) добавляется другой - из-за необходимости защиты реактора или машины от попадания жидкости, узлом подготовки потока создается бесполезно циркулирующий контур жидкой фазы (сепаратор - первичная расходная емкость - испаритель- сепаратор).The disadvantage of the gas-liquid flow preparation unit adopted for the prototype is the low content of the mass fraction of the vapor phase in the finished gas-vapor stream output from the preparation unit in cases where the vapor phase (being vapor separated in the node of the liquid) represents the necessary reagent to be further processed (i.e. raw product sent to a reactor or flow feed machine). The indicated drawback of the preparation unit for an inhomogeneous gas-liquid flow known from the technological schemes of ammonia synthesis units is due to the use of the only hydrodynamic effect in the design of the preparation unit, the effect of separating the liquid from the gaseous medium with the subsequent separation of the technological lines of movement of these flows and the removal of liquid. In technological processes where the resulting liquid phase is the primary phase state or the condensate of the raw (to be fed to the catalytic reactor or flow feed machine) vapor phase, for example, in phenol hydrogenation technology, it is necessary to return the liquid phase back to the primary flow tank and then reintroducing it into flow directed to a standard evaporator (evaporation apparatus). Thus, to the first disadvantage of the prototype (reduced load of the unit by weight of the vapor phase in the output stream), another is added - because of the need to protect the reactor or machine from liquid ingress, the use of the flow preparation unit creates a useless circulating liquid phase circuit (separator - primary flow tank - evaporator-separator).

Целью изобретения является повышение удельной нагрузки узла по массе паровой фазы в готовом газопаровом потоке (увеличение массовой доли паровой фазы в потоке) при использовании в технологиях, где паровая масса - необходимый сырьевой компонент смеси, и исключение бесполезной циркуляции жидкости-сырца (источника паровой фазы).The aim of the invention is to increase the unit specific load by weight of the vapor phase in the finished gas-vapor stream (increasing the mass fraction of the vapor phase in the stream) when used in technologies where the vapor mass is the necessary raw material component of the mixture, and the useless circulation of the raw liquid (vapor phase source) is eliminated .

Указанная цель достигается тем, что в известном узле подготовки газопарожидкостного потока, включающем сепаратор с трубопроводами ввода неоднородного потока и слива жидкой фазы, соединенный с финишным теплообменником (перегревателем), согласно изобретению в соединение сепаратора с теплообменником введена инжекторная камера, образованная двумя поперечными перегородками, выделившими герметичную внутреннюю полость с пропущенными сквозь перегородки параллельно оси потока патрубками, где в стенках патрубков, внутри полости, выполнены отверстия, расположенные на расстояниях, приблизительно равных половине диаметра патрубков от края входной перегородки, причем межпатрубочное пространство герметичной внутренней полости инжекторной камеры соединено с трубопроводом слива жидкой фазы из сепаратора. Инжекторная камера выполнена в виде форкамеры финишного теплообменника, образованной удлинением теплообменных трубок и введением одной дополнительной перегородки. Инжекторная камера выполнена на суженной трубной перемычке соединения сепаратора и финишного теплообменника с диаметром, равным диаметру трубопровода.This goal is achieved by the fact that in the known unit for the preparation of a gas-liquid stream, including a separator with pipelines for introducing an inhomogeneous stream and draining the liquid phase, connected to a finishing heat exchanger (superheater), according to the invention, an injection chamber is formed in the connection of the separator with a heat exchanger, formed by two transverse baffles that separate a sealed internal cavity with pipes passed through the partitions parallel to the flow axis, where, in the walls of the pipes, inside the cavity, tverstiya located at distances approximately equal to half the diameter of the nozzle from the edge of the inlet baffle, wherein mezhpatrubochnoe space sealed internal cavity injection chamber connected to a discharge conduit of the liquid phase from the separator. The injection chamber is made in the form of a prechamber of the final heat exchanger, formed by lengthening the heat exchange tubes and the introduction of one additional partition. The injection chamber is made on a narrowed pipe jumper connecting the separator and the finish heat exchanger with a diameter equal to the diameter of the pipeline.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На Фиг.1 приведена схема узла подготовки газопарожидкостного потока с отдельной инжекторной камерой, введенной в суженную трубную перемычку между сепаратором и финишным теплообменником.Figure 1 shows a diagram of the unit for the preparation of gas-liquid flow with a separate injection chamber inserted into the narrowed pipe jumper between the separator and the finish heat exchanger.

На Фиг.2 приведена схема узла подготовки газопарожидкостного потока с инжекторной камерой, выполненной в виде форкамеры финишного теплообменника.Figure 2 shows a diagram of the unit for the preparation of gas-liquid flow with an injection chamber made in the form of a prechamber of the finishing heat exchanger.

На Фиг.3 изображено поперечное сечение отдельной инжекторной камеры.Figure 3 shows a cross section of a separate injection chamber.

На Фиг.4 изображено поперечное сечение форкамеры финишного теплообменника.Figure 4 shows a cross section of a prechamber of a finishing heat exchanger.

Запорно-регулирующая арматура на Фиг.1 и 2 для упрощения условно не показана.Shut-off and control valves in figure 1 and 2 for simplicity, conditionally not shown.

Обозначения:Designations:

«d» - внутренний диаметр патрубков;"D" is the inner diameter of the nozzles;

«L» - расстояние от осей отверстий в стенках патрубков до входной перегородки, равное 0,5«d»."L" - the distance from the axis of the holes in the walls of the pipes to the inlet partitions, equal to 0.5 "d".

Узел подготовки газопарожидкостного потока Фиг.1; 2 состоит (по «ходу» вводимой в узел смеси) из трубопровода ввода неоднородного потока 1 в сепаратор 2. Сепаратор 2 в верхней части соединен с трубопроводом 3 вывода «отбитого» - отсепарированного потока в инжекторную камеру 4. По варианту Фиг.1 и 3 инжекторная камера установлена отдельно. Выход потока из инжекторной камеры 4 фланцевым отводом 5 направлен в финишный теплообменник 6 (перегреватель). По варианту Фиг.2 и 4 инжекторная камера 4 выполнена в виде форкамеры финишного теплообменника 6 (перегревателя). Нижняя часть сепаратора 2 снабжена трубопроводом слива жидкой фазы 7, подключенным к инжекторной камере 4. Выходная часть финишного теплообменника 6 соединена с каталитическим реактором 8 трубной перемычкой 9. Инжекторная камера 4 в отдельном исполнении (Фиг.3) включает трубный корпус 10 с фланцами 11 (трубная «катушка»). Внутри корпуса размещены входная 12 и выходная 13 поперечные перегородки, образовавшие герметичную внутреннюю межпатрубочную полость 14. Сквозь перегородки 12 и 13 пропущены патрубки 15 с отверстиями 16 в стенках. Оси отверстий 16 расположены от плоскости входной перегородки 12 на расстоянии «L», равном 0,5«d», - половине внутреннего диаметра патрубков. Отверстия 16 соединяют пространство внутренней полости 14 с зонами внутри патрубков 15. Ограничивающий внутреннюю полость 14 с внешней стороны трубный корпус 10 соединен с трубопроводом слива жидкой фазы 7.The unit for the preparation of gas-liquid flow Figure 1; 2 consists (along the “path” of the mixture introduced into the assembly) from the non-uniform flow input line 1 to the separator 2. The separator 2 in the upper part is connected to the outlet pipe 3 of the “beat-off” - separated flow into the injection chamber 4. According to the embodiment of FIGS. 1 and 3 the injection chamber is installed separately. The output of the flow from the injection chamber 4 by the flange outlet 5 is directed to the finish heat exchanger 6 (superheater). In the embodiment of FIGS. 2 and 4, the injection chamber 4 is made in the form of a prechamber of the finish heat exchanger 6 (superheater). The lower part of the separator 2 is equipped with a liquid phase 7 discharge pipe connected to the injection chamber 4. The output part of the finishing heat exchanger 6 is connected to the catalytic reactor 8 by a pipe jumper 9. The injection chamber 4 in a separate version (Figure 3) includes a pipe housing 10 with flanges 11 ( pipe “coil”). Inside the housing there are inlet 12 and outlet 13 transverse partitions forming a sealed internal inter-tube cavity 14. Through the partitions 12 and 13, nozzles 15 with holes 16 in the walls are passed. The axis of the holes 16 are located from the plane of the inlet wall 12 at a distance "L" equal to 0.5 "d", half the inner diameter of the nozzles. Holes 16 connect the space of the inner cavity 14 with the zones inside the nozzles 15. The tube body 10 bounding the inner cavity 14 from the outside is connected to the discharge pipe of the liquid phase 7.

В варианте Фиг.2 и 4 инжекторная камера 4 выполнена в виде форкамеры одноходового (по трубному пространству) теплообменника 6, где патрубками 15 являются удлинения трубок трубчатки 17 теплообменника 6. В этом варианте входная перегородка 12 установлена перед трубной решеткой 18 теплообменника 6, с которой (в данном варианте) совпадает выходная перегородка 13 инжекторной камеры 4.In the embodiment of FIGS. 2 and 4, the injection chamber 4 is made in the form of a one-way prechamber (along the tube space) of the heat exchanger 6, where the nozzles 15 are the tube extensions 17 of the heat exchanger 6. In this embodiment, the inlet 12 is installed in front of the tube 18 of the heat exchanger 6, with which (in this embodiment) matches the output partition 13 of the injection chamber 4.

Работа предложенного узла подготовки газопарожидкостного потока состоит в следующем. По трубопроводу 1 в сепаратор 2 подается неоднородный газопарожидкостный поток, содержащий кроме газопаровой фазы, жидкокапельные фрагменты сырцовой жидкости (жидкости - источника паровой фазы). На входе в сепаратор 2, в результате резкого увеличения проходного сечения, скорость потока резко снижается. Жидкокапельные фрагменты, не поддерживаемые достаточными скоростными инерционными силами, выпадают в осадок - в низ корпуса сепаратора. «Отбитый» - отсепарированный от жидкости поток уходит в верх сепаратора 2 по трубопроводу 3, попадает на вход инжекторной камеры 4 и здесь делится на струи, которые поступают в патрубки 15 отдельно исполненной камеры 4 (Фиг.1; 3) или инжекторной камеры 4, выполненной в виде форкамеры теплообменника 6 (Фиг.2; 4). После прохождения струй через патрубки 15, по варианту Фиг.1; 3, струи объединяются в общий поток, и по фланцевому отводу 5 общий поток вводится в финишный теплообменник 6. Нагретая в теплообменнике 6 смесь по трубной перемычке 9 попадает в каталитический реактор 8. По варианту Фиг.2; 4 поступающий поток, разделившийся на струи, входящие в патрубки 15, проходит разделенным не только инжекторную камеру 4, но и финишный теплообменник 6 (без промежуточного объединения, как в вариантах Фиг.1; 3) и только после этого объединяется в трубной перемычке 9 перед входом в каталитический реактор 8. Число струй, на которые разбивается газопаровой поток, попавший в инжекторную камеру 4 (на входную перегородку 12), соответствует числу патрубков 15. Скорость движения потока в струях увеличивается, т.к. суммарное «живое» сечение патрубков 15 меньше сечения трубопровода 3. При высокоскоростном движении струй в патрубках 15 на длине «L»=0,5d - равной половине диаметра патрубка от входной перегородки, в пристеночных пространствах на внутренних поверхностях каждого патрубка возникают зоны «условных» разрежений (зоны с давлением ниже давлений на входе и выходе из патрубков). Выполненные в этих зонах, в стенках патрубков 15, отверстия 16 объединяют зоны «разрежения» всех патрубков 15 в одну общую условно вакууммирующую зону - внутреннюю полость 14. Через подсоединение полости 14 к трубопроводу 7 и далее к нижней части сепаратора 2 собранная в сепараторе 2 жидкая фаза поступает во внутреннюю полость 14, где «засасывается» в отверстия 16, диспергируется (измельчается и рассеивается) в струях потока патрубков 15, и затем после нагрева смеси в финишном теплообменнике 6 переходит в однородную паровую фазу.The work of the proposed unit for the preparation of gas-liquid flow is as follows. A non-uniform gas-vapor-liquid stream is supplied through the pipeline 1 to the separator 2, containing, in addition to the gas-vapor phase, liquid-droplet fragments of a raw liquid (liquid - a source of vapor phase). At the entrance to the separator 2, as a result of a sharp increase in the bore, the flow rate decreases sharply. Liquid droplet fragments not supported by sufficient high-speed inertial forces precipitate - at the bottom of the separator body. “Beat off” - the flow separated from the liquid goes to the top of the separator 2 through the pipeline 3, enters the inlet of the injection chamber 4 and is divided into jets, which enter the nozzles 15 of the separately executed chamber 4 (Figure 1; 3) or the injection chamber 4, made in the form of a prechamber of the heat exchanger 6 (Figure 2; 4). After the passage of the jets through the nozzles 15, according to the variant of Figure 1; 3, the jets are combined into a common stream, and through the flange outlet 5, the total stream is introduced into the finish heat exchanger 6. The mixture heated in the heat exchanger 6 passes through the pipe jumper 9 into the catalytic reactor 8. According to the variant of FIG. 2; 4, the incoming stream, divided into the jets entering the nozzles 15, is divided not only by the injection chamber 4, but also by the final heat exchanger 6 (without intermediate combination, as in the variants of Figs. 1, 3) and only after that it is combined in the pipe jumper 9 before the entrance to the catalytic reactor 8. The number of jets into which the gas-vapor stream falls into the injection chamber 4 (to the inlet baffle 12) corresponds to the number of nozzles 15. The speed of the stream in the jets increases, because the total "live" section of the nozzles 15 is less than the section of the pipeline 3. With high-speed movement of the jets in the nozzles 15 at a length of "L" = 0.5d - equal to half the diameter of the nozzle from the inlet partition, zones of "conditional" arise in the wall spaces on the inner surfaces of each nozzle rarefaction (zones with a pressure below the pressure at the inlet and outlet of the nozzles). The holes 16 made in these zones, in the walls of the nozzles 15, combine the “rarefaction” zones of all the nozzles 15 into one common conditionally evacuating zone — the inner cavity 14. Through the connection of the cavity 14 to the pipeline 7 and then to the lower part of the separator 2, the liquid collected in the separator 2 the phase enters the internal cavity 14, where it is “sucked” into the openings 16, dispersed (crushed and dispersed) in the jets of the nozzle stream 15, and then after heating the mixture in the finish heat exchanger 6, it enters a homogeneous vapor phase.

На Фиг.1 и 2 показано наиболее выгодное для схемы гидрирования фенола место установки введенной инжекторной камеры. Принципиально, место установки инжекторной камеры в последовательности (чередовании) позиций, показанных на Фиг.1 и 2, может быть изменено. То есть камера 4 может быть установлена на трубопроводе 1 до сепаратора 2. Но подключение внутренней полости 14 к нижней части сепаратора 2 трубопроводом 7 в любом случае остается.Figures 1 and 2 show the most favorable installation site for the introduced injection chamber for the phenol hydrogenation scheme. Fundamentally, the installation location of the injection chamber in the sequence (alternation) of positions shown in Figs. 1 and 2 can be changed. That is, the chamber 4 can be installed on the pipeline 1 to the separator 2. But the connection of the inner cavity 14 to the bottom of the separator 2 by the pipeline 7 remains in any case.

Благодаря предложенному решению - введению инжекторной камеры с внутренней межпатрубочной полостью на расстоянии, равном половине диаметра патрубка от входной перегородки, присоединенной трубопроводом к нижней части сепаратора с патрубками и выполненными отверстиями, реализован дополнительный (к сепарационному) гидродинамический эффект условного вакуум-всасывания. Данный эффект создает вторичное - дополнительное перед каталитическим реактором (или машиной подачи потока) введение и диспергирование (измельчение и рассеивание) в потоке жидкой сырцовой фазы. Выделенная в сепараторе из условия обеспечения безопасности и предотвращения разрушения оборудования жидкая сырцовая фаза не возвращается снова в исходную емкость, что вызывало бы бесполезную циркуляцию исходного сырья, а направляется в предкаталитический поток. Причем по варианту Фиг.2 и 4 направляется фактически в конечную предреакторную (предмашинную) «точку» (позицию) в финишный теплообменник, где осуществляется заключительный нагрев смеси. Так как жидкая фаза, вводимая через отверстия в патрубках, диспергируется, распыляется в струях, контактная поверхность ее многократно возрастает, увеличивая интенсивность теплообмена, обеспечивая полноту перехода распыленных микрокапель в паровое состояние. Тем самым увеличена массовая доля паровой фазы в потоке или (другими словами) повышена удельная нагрузка узла подготовки по массе паровой фазы в готовой газопаровой смеси, направляемой в каталитический реактор (машину подачи потока).Thanks to the proposed solution - the introduction of an injection chamber with an internal inter-pipe cavity at a distance equal to half the diameter of the pipe from the inlet baffle, connected by a pipe to the bottom of the separator with pipes and holes made, an additional (to the separation) hydrodynamic effect of conditional vacuum absorption is realized. This effect creates a secondary — additional introduction and dispersion (grinding and dispersion) in the liquid raw phase stream in front of the catalytic reactor (or flow feed machine). The liquid raw phase separated in the separator from the conditions of ensuring safety and preventing the destruction of equipment does not return again to the original tank, which would cause useless circulation of the feedstock, but is sent to the pre-catalytic stream. Moreover, according to the embodiment of FIGS. 2 and 4, it is actually sent to the final prereactor (pre-machine) “point” (position) in the final heat exchanger, where the mixture is finally heated. Since the liquid phase introduced through the holes in the nozzles is dispersed, sprayed in the jets, its contact surface increases many times, increasing the heat transfer rate, ensuring the completeness of the transition of the sprayed droplets to the vapor state. Thereby, the mass fraction of the vapor phase in the stream is increased or (in other words) the specific load of the preparation unit by the mass of the vapor phase in the finished gas-vapor mixture sent to the catalytic reactor (flow feed machine) is increased.

В настоящее время дооборудуется существующая установка гидрирования фенола путем использования предложенного узела подготовки газопарожидкостной смеси перед каталитическим трубчатым реактором гидрирования.Currently, the existing phenol hydrogenation unit is being equipped by using the proposed unit for preparing a gas-liquid mixture in front of a catalytic tubular hydrogenation reactor.

В первом приближении можно условно считать, что повышение массовой доли паровой фазы фенола в циркуляционном газе (водороде) перед реактором гидрирования фенола создает эквивалентное увеличение выработки целевого продукта, что экономически очень выгодно, т.к. затраты на изготовление и монтаж инжекторной камеры незначительны.As a first approximation, we can arbitrarily assume that an increase in the mass fraction of the phenol vapor phase in the circulating gas (hydrogen) in front of the phenol hydrogenation reactor creates an equivalent increase in the production of the target product, which is economically very profitable, because the costs of manufacturing and installing the injection chamber are negligible.

Claims

1. The gas-liquid-liquid flow preparation unit, including a separator with pipelines for introducing an inhomogeneous flow and draining the liquid phase, connected to a finish heat exchanger (superheater), characterized in that an injection chamber is formed in the connection of the separator with the heat exchanger, formed by two transverse baffles that separate the sealed internal cavity with pipes passed through the partitions parallel to the axis of the flow, where holes located at distances of approx. relatively equal to half the diameter of the nozzles from the edge of the inlet baffle, and the inter-tube space of the sealed inner cavity of the injection chamber is connected to the pipeline for draining the liquid phase from the separator.

2. The gas-vapor-liquid flow preparation unit according to claim 1, characterized in that the injection chamber is made in the form of a prechamber of the finish heat exchanger, formed by lengthening the heat exchanger tubes and introducing one additional partition.

3. The gas-liquid flow preparation unit according to claim 1, characterized in that the injection chamber is made on a narrowed pipe jumper of a connection with a diameter equal to the diameter of the pipeline.