SK279373B6 - Zariadenie pre tepelné štiepenie zmesi kvapalných - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka zariadenia na tepelné štiepenie zmesi kvapalných a plynných uhľovodíkov vo výmenníkoch tepla.

Doterajší stav techniky

Zmesi uhľovodíkov, vyskytujúce sa v prírode, spravidla nemajú požadované chemické zloženie, preto čisto destilačné spracovanie týchto ropných surovín nie je dostatočné. Po prihliadnutí ku všetkým požiadavkám na konečný výsledok boli vyvinuté rôzne spôsoby premeny týchto látok s využitím katalyzátorov alebo i bez týchto katalytických prísad. Tieto tepelné premeny prebiehajú pri teplotách medzi 600 °C a 860 °C v závislosti od toho, aké východiskové suroviny a východiskové surovinové zmesi sú k dispozícii a aké výsledné produkty sa majú získať.

Pre čo najlepšie zhodnotenie surovín sa okrem kvapalných nasýtených alebo nenasýtených uhľovodíkov s rovným alebo odbočným reťazcom, prípadne cyklických a aromatických uhľovodíkov, používajú tiež plynné uhľovodíky. Tieto plynné uhľovodíky pochádzajú prevažne zo spracovateľských zariadení nasledujúcich za štiepnymi zariadeniami, prípadne výrobnými zariadeniami na rôzne zmesi produktov. Tieto plynné produkty sa spravidla privádzajú do prívodných potrubí, vedúcich do štiepnych zariadení na kvapalné uhľovodíky. Tým sa jednak podstatne rozšíri rozsah možných typov využitia štiepneho zariadenia a jednak sa dosiahne podstatné obmedzenie dĺžky potrebných potrubí, pretože je možné vypustiť paralelne vedené potrubia, ktoré by boli nutné na prívod kvapalných uhľovodíkov a samostatne na prívod plynných uhľovodíkov.

Zmesi uhľovodíkov sa musia spravidla zahrievať v niekoľkých stupňoch až na teplotu tepelného štiepenia. Prietočné množstvá zmesi v jednotlivých stupňoch, t. z. v jednotlivých výmenníkoch tepla, sú značné, čo platí najmä pre prvý stupeň, pretože tu okrem iného dochádza k častému odparovaniu kvapalných uhľovodíkov. Pri prebytku kvapalných uhľovodíkov v zmesi sa časť ich množstva vedie obtokovým potrubím z miesta nachádzajúceho sa pred vstupom do výmenníka tepla do potrubia vychádzajúceho z výmenníka tepla, aby sa odstránilo príliš výrazné ochladenie, pri ktorom teplota poklesne napríklad pod rosný bod látky zabezpečujúcej výmenu tepla, napríklad spalín. V tomto obtokovom potrubí však dochádza k tomu, že zmes produktov určená na predohriatie na potrebnú teplotu, nie je zahriata v potrebnom rozsahu, pretože výmenníkom tepla sa vedie len malá časť tejto zmesi produktov.

Podstata vynálezu

Nedostatky doteraz známych spracovateľských postupov sú odstránené zariadením na tepelné štiepenie zmesi kvapalných a plynných uhľovodíkov, obsahujúcim najmenej jedno potrubie na prívod zmesi, vyústené do výmenníka tepla, ktoré jc prípadne prietočne spojené s ďalším potrubím, vedeným z výmenníka tepla cez obtokové potrubie s uzatváracím orgánom na reguláciu prietoku, a ďalšie potrubie vedené z výmenníka tepla, do ktorého je zaústené najmenej jedno ďalšie potrubie na predohriatu vodnú paru, ktoré je na svojom konci vyústené do nasledujúceho výmenníka tepla, opatreného prípadne katalyzátorom, ktorého výstupné potrubie je vyústené do chladiaceho a oddeľovacieho ústrojenstva.

Podstata vynálezu spočíva v tom, že pred prvým výmenníkom tepla je v smere prúdenia umiestnený najmenej jeden odlučovač plynu na oddelenie plynných zložiek zo zmesi, pričom obtokové potrubie obsahuje plynové potrubie, do ktorého je zaradený uzatvárací orgán na reguláciu prietoku a ktoré vedie z odlučovača plynu do ďalšieho výmenníka tepla, najmä cez ďalšie potrubie.

Tým, že pred prvým výmenníkom tepla môže byť opäť, aspoň čiastočne oddelený plynový podiel zo zmesi východiskových produktov, je možné vypustiť jedno zo zdvojených prívodných potrubí pre kvapalné, prípadne plynné východiskové produkty. Okrem toho vstupuje do prvého výmenníka tepla zmes, ktorá môže byť v podstate celkom zbavená plynných zložiek, takže v tomto prvom výmenníku tepla sa môže teplo odovzdávať výhodne iba do kvapalných látok, čo môže prebiehať v dôsledku vyššieho merného tepla kvapalín oproti plynným látkam podstatne účinnejšie. Plyn sa môže viesť z odlučovača plynu plynovým potrubím, ktoré vedie buď do ďalšieho výmenníka tepla, alebo už priamo do štiepnej komory. Plynové potrubie tak slúži ako obtokové potrubie pre prvý výmenník tepla, takže ním je možné regulovať teplotu látky zabezpečujúcej výmenu tepla, napríklad spalín. Tým sa na jednej strane dosahuje zvlášť vysoký stupeň odovzdávania tepla, pričom na druhej strane sa odstraňuje prílišné ochladzovanie napríklad spalín, pri ktorom by mohlo dôjsť k poklesu teploty pod hodnotu rosného bodu spalín a tým ku vzniku korozívnych procesov.

Ak je odlučovač plynu vytvorený vo forme gravitačného odlučovača, je možné , bez veľkých tlakových strát, dosiahnuť jednoduché delenie plynových zložiek zo zmesi plynných a kvapalných látok.

Zvlášť účinné oddelenie oboch týchto plynných a kvapalných zložiek zmesi sa dosahuje vo vírovom odlučovači, cyklóne.

Ak je plynové potrubie z odlučovača plynu zaústené v smere prúdenia pred ďalším potrubím na vodnú paru do potrubia vystupujúceho z výmenníka tepla, je možné už do nasledujúceho výmenníka tepla priviesť zmes pozostávajúcu z plynných uhľovodíkov a vodnej pary. Takto je možné počítať so zvlášť výhodným znížením parciálneho tlaku pary vo výmenníku tepla, pri ktorom sa kvapalné uhľovodíky môžu zvlášť rýchlo odparovať a v tomto výmenníku tepla sa môže dosiahnuť ďalšie vysoké pohlcovanie tepla.

Ak je plynové potrubie vyvedené z odlučovača plynu zaústené do nasledujúceho výmenníka tepla, napríklad zo štiepnej pece, najmä do výstupného potrubia ďalšieho výmenníka tepla, môže sa , pri veľkom podiele plynnej zložky v zmesi, dosiahnuť aj v ďalšom výmenníku tepla dobrý prevod tepla bez nevýhodného ovplyvňovania východiskových produktov.

Ak je plynové potrubie z odlučovača plynu napojené na ďalšie potrubie na vodnú paru, je možné dosiahnuť vytvorenie zmesi vodnej pary a plynných produktov, ktorá sa potom môže privádzať do prívodného potrubia pre ďalší výmenník tepla.

V inom výhodnom vyhotovení vynálezu je plynové potrubie z odlučovača plynu zaústené do prehrievača pary, aby sa tak plyn mohol ďalej zahrievať spoločne s vodnou parou.

Ak je zariadenie v ďalšom výhodnom vyhotovení vynálezu opatrené prídavným obtokovým potrubím okolo prvého výmenníka tepla, ktoré odbočuje z potrubia vedúceho okolo prvého výmenníka tepla, ktoré odbočuje z potrubia vedúceho do výmenníka tepla, za odlučovačom plynu a ktoré je zaústené najmä do ďalšieho potrubia po zaústení do plynového potrubia, je možné aj pri nárazovom prebytku kvapalných uhľovodíkov bez prílišného tlakového zaťaženia výmenníka tepla tieto výkyvy vyrovnávať, prípadne ovládať.

Výmenníky tepla môžu byť tiež usporiadané do skupiny výmenníkov tepla.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude bližšie vysvetlený pomocou príkladov uskutočnenia zobrazených na výkresoch, kde znázorňujú obr. 1 schému zapojenia štiepnej pece s dvomi predradenými výmenníkmi tepla, obr. 2 schematické zobrazenie odlučovača plynu a obr. 3 bočný pohľad na odlučovač plynu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

V blokovej schéme zariadenia na výrobu olefínu, zobrazenom na obr. 1, sú vzájomne spojené potrubia R₁₍ R₂, ktoré privádzajú kvapalné uhľovodíky (benzín), prípadne plynné uhľovodíky s dvomi až štyrmi atómami uhlíka do tretieho potrubia R₃, ktoré je na druhom konci vyústené do odlučovača G plynu. Kvapalné produkty sa potom vedú tretím potrubím R₃ do prvého výmenníka W! tepla. Plynné produkty sa vedú z odlučovača G plynu plynovým potrubím Gi, ktoré slúži ako obtokové potrubie pre prvý výmenník Wj tepla a do ktorého je zaústené štvrté potrubie R₄, vychádzajúce z prvého výmenníka W[ tepla. Do tohto štvrtého potrubia R4 je zaústené tiež prvé parné potrubie Dj, ktoré privádza paru z prehrievača D pary. Ďalší výmenník W₂ tepla, do ktorého je vyústené štvrté potrubie R4, je prostredníctvom piateho výstupného potrubia R₅ spojený so štiepnou pecou S a za ňou umiestneným výmenníkom tepla. Zo štiepnej pece S vedie šieste potrubie R<; do chladiaceho a deliaceho zariadenia K+A. Prehrievač D pary, v ktorom sa prípadne vytvára para, štiepna pec S a tiež oba výmenníky W_b W₂ tepla sú vytvorené ako výmenníky tepla obsahujúce zväzky rúrok, pričom látkou zabezpečujúcou výmenu tepla sú spaliny. V plynovom potrubí Gi môže byť umiestnený regulačný ventil V_b regulujúci prietok plynu, ktorýje uzatvorený v prípade, kedy je žiaduce, aby celý objem plynovej zmesi bol vedený tretím potrubím R₃ do prvého výmenníka VVj tepla. Druhé plynové potrubie G₂ môže viesť tiež do výstupného piateho potrubia R₅ druhého výmenníka tepla W₂, prípadne môže byť tretie plynové potrubie G₃ zaústené priamo do štiepnej pece S. Do plynových potrubí G₂, G₃ môžu byť vradené regulačné ventily V₂, V₃ na reguláciu prietoku.

Ak sa požaduje, aby plyn bol ešte viac zahriaty, je možné ho štvrtým plynovým potrubím G₄ priviesť do prehrievača D pary alebo prípadne do generátora pary.

Prídavné k najmenej jednému plynovému potrubiu G₂ až G₄ je možné usporiadať tiež ďalšie obtokové potrubie , ktoré odbočuje z tretieho potrubia R₃ pred prvým výmenníkom W! tepla a je zaústené do štvrtého potrubia R4 za prvým výmenníkom W₂ tepla. Toto obtokové potrubie U₂ obsahuje štvrtý ventil V₄ regulujúci prietok.

Výmenníkmi W₂, W₂ tepla a tiež prehrievačom D pary a štiepnou pecou S prúdia postupne spaliny, ktoré tvoria látku zabezpečujúcu výmenu tepla. Spaliny prechádzajú v smere šípky X₂ štiepnou pecou S a potom v smere šípky X₂ do vysokotlakovového prehrievača HD pary, v ktorom sa produkuje vysokotlaková para, ktorá ako je vidieť z obr. 1, sa neprivádza do procesu. Spaliny potom vstupujú v smere šípky X₃ do prehrievača D pary, do ktorého sa tiež v smere šípky Z privádza prevádzková para. Z prehrievača D pary vstupujú spaliny v smere šípky X₄ do druhého výmenníka W₂ tepla, z ktorého sa potom spaliny privádzajú v smere šípky X₅ do prehrievača KV napájacej vody pre kotol, ktorý tiež nie je nutný na uskutočnenie spôsobu podľa vynálezu. Z tohto prehrievača KV napájacej vody vystupujú spaliny v smere šípky X_ó do prvého výmenníka W, tepla, z ktorého sa potom odvádzajú v smere šípky X₇ do komína. Výmenníky tepla sa usporiadajú v závislosti noda nutných tepelných potenciálov, pričom štiepna pec S potrebuje najvyššiu teplotu spalín, zatiaľ čo prvý výmenník W₂ tepla potrebuje spaliny s podstatne nižšou teplotou.

Odlučovač G plynu, zobrazený schematicky na obr. 2, je opatrený valcovou rúrkou 1, ktorá slúži ako vonkajší zásobník. Do tohto vonkajšieho zásobníka je zaústené tretie potrubie R₃, ktorým sa dopravuje zmes produktov v kvapalnej a plynnej forme. Vo valcovej rúrke 1 dochádza k extrémnemu spomaleniu rýchlosti prúdenia tejto zmesi, pričom súčasne začína oddeľovanie plynnej a kvapalnej fázy zmesi. Kvapalná fáza sa odvádza vystopujúcim tretím potrubím R₃, zatiaľ čo plynná fáza sa odvádza druhou valcovou rúrkou 2, ktorá je predĺžená do prvého plynového potrubia G₂ a tak sa privádza pri otvorenom ventile V₂ štvrtého potrubia R₄.

Odlučovač plynu je v príkladnom vyhotovení podľa obr. 3 opatrený cyklónom a tretie potrubie R₃ je zaústené tangenciálne do jeho kužeľovej nádoby 3. Zmes produktov sa pohybuje po špirálovej dráhe pozdĺž vonkajšej steny kužeľovej nádoby 3 smerom nadol a pritom dochádza k jej deleniu. Kvapalná fáza sa odvádza tretím potrubím R₃ prechádzajúcim dnom kužeľovej nádoby 3, zatiaľ čo plynná fáza odchádza plynovým potrubím G₂ do odťahu.

Príklad 1

Potrubím R₃ s menovitou svetlosťou 80 mm sa privádza 1 625 kg kvapalného benzínu za hodinu a 750 kg plynného uhľovodíka s dvomi až štyrmi atómami uhlíka za hodinu do prvého výmenníka W, tepla. Okolo neho vedie obtokové potrubie U_b Zmes produktov vystupujúcich do prvého výmenníka W₂ tepla má teplotu 60 °C, pričom na výstupe sa táto teplota zvýšila na 250 “C. Zmes sa v objemových množstvách 75 % kvapalnej fázy a 15 % plynnej fázy viedla obtokovým potrubím U_b Zmes produktov sa potom viedla štvrtým potrubím R4 s menovitou svetlosťou 80 mm, do ktorého sa privádzalo za hodinu 1 400 kg vodnej pary s teplotou 491 °C, do druhého výmenníka W₂ tepla.

Zmes produktov vstupujúcich do druhého výmenníka W₂ tepla sa potom piatym potrubím R₅ s menovitou svetlosťou 80 mm priviedla do štiepnej pece S. Táto štiepna pec S je vytvorená tiež vo forme výmenníka tepla a zmes sa v nej ďalej zahrieva. Zo šiesteho potrubia R_ň vystupuje zmes s teplotou 865 °C.

Príklad 2

Tretím potrubím R₃ s menovitou svetlosťou 80 mm sa privádza zmes produktov pozostávajúca z 1750 kg/hod. kvapalnej fázy a 750 kg/hod. plynnej fázy do prvého výmenníka W₂ tepla. Do tohto tretieho potrubia R₃ bol vradený odlučovač plynu s plynovým potrubím G_b Zmes produktov vstupujúca do prvého výmenníka W₂ tepla mala teplotu okolo 60 °C a pri svojom výstupe mala teplotu zvýšenú na 220 °C. Plynovým potrubím G₂ sa viedlo 15 objemových % plynnej fázy, ale žiadny podiel kvapalnej fázy, ktorá sa tak neohrievala. Zmes oboch produktov sa potom viedla štvrtým potrubím R4 s menovitou svetlosťou 80 mm, do ktorého sa privádzala vodná para v množstve 1300 kg za hodinu a teplotou 438 °C, do druhého výmenníka W₂ tepla. Vstupujúca zmes produktov sa v druhom výmenníku W, tepla ohriala na teplotu 450 °C a takto zahriata zmes produktov sa potom privádzala piatym potrubím R₅ s menovitou svetlosťou 80 mm do štiepnej pece. V štiepnej peci S sa táto zmes ďalej zahrievala a zo šiesteho potrubia R₆ vystupovala táto zmes s teplotou 855 °C.

Ako ukazuje porovnanie príkladov 1 a 2, je možné odlučovaním plynu ešte pred prvým výmenníkom W] tepla dosiahnuť podstatne lepšie zahriatie zmesi privádzanej do štiepnej pece S a ďalej podstatne lepšie ochladenie látky zabezpečujúcej výmenu tepla na výstupe z prvého výmenníka W, tepla , takže je možné výrazne zvýšiť účinok štiepnej pece S pri rovnakých energetických nárokoch.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zariadenie na tepelné štiepenie zmesi kvapalných a plynných uhľovodíkov, obsahujúce najmenej jedno potrubie (R₃) na zmes vyústené do výmenníka (Wj) tepla, ktoré je prípadne prietočne spojené s ďalším potrubím (R4), vedeným z výmenníka (W T tepla, cez obtokové potrubie s uzatváracim orgánom (V_r) na reguláciu prietoku, a ďalšie potrubie (R4) vedené z výmenníka (W,) tepla, do ktorého je zaústené najmenej jedno ďalšie potrubie (DJ na prehriatu vodnú paru, ktoré je na svojom druhom konci vyústené do ďalšieho výmenníka (S) tepla, opatreného prípadne katalyzátorom, výstupné potrubie fR₆) ktoré je vyústené do chladiaceho a oddeľovacieho ústrojenstva (K+A), vyznačujúce sa tým, že pred prvým výmenníkom (W|) tepla je v smere prúdenia umiestnený najmenej jeden odlučovač plynu na oddelenie plynných zložiek zo zmesi, pričom obtokové potrubie obsahuje plynové potrubie (G,), do ktorého je zaradený uzatvárací orgán (V J na reguláciu prietoku a ktoré vedie z odlučovača (G) plynu do ďalšieho výmenníka (W₂, S, D) tepla, najmä prostredníctvom ďalšieho potrubia (R4).
2. 2. Zariadenie na tepelné štiepenie zmesi kvapalných a plynných uhľovodíkov podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že odlučovačom (G) plynu je gravitačný odlučovač.
3. 3. Zariadenie na tepelné štiepenie zmesi kvapalných a plynných uhľovodíkov podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že odlučovačom (G) plynu je cyklón.
4. 4. Zariadenie na tepelné štiepenie zmesi kvapalných a plynných uhľovodíkov podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že plynové potrubie (G^ z odlučovača (G) plynu je v smere prúdenia pred ďalším potrubím (D J na vodnú paru zaústené do potrubia (R₄) vystupujúceho z výmenníka (W)) tepla.
5. 5. Zariadenie na tepelné štiepenie zmesi kvapalných a plynných uhľovodíkov podľa najmenej jedného z nárokov laž4, vyznačujúce sa tým, že plynové potrubie (G₂) vyvedené z odlučovača (G) plynu je zaústené do nasledujúceho výmenníka (S) tepla, najmä do výstupného potrubia (R₅) ďalšieho výmenníka (W₂) tepla.
6. 6. Zariadenie na tepelné štiepenie zmesi kvapalných a plynných uhľovodíkov podľa najmenej jedného z nárokov laž 5, vyznačujúce sa tým, že plynové potrubie (G₂) z odlučovača plynu je napojené na ďalšie potrubie (Dri·
7. 7. Zariadenie na tepelné štiepenie zmesí kvapalných a plynných uhľovodíkov podľa najmenej jedného z nárokov laž 6, vyznačujúce sa tým, že plynové potrubie (G₄) z odlučovača (G) plynu je zaústené do prehrievača (D) pary.
8. 8. Zariadenie na tepelné štiepenie zmesi kvapalných a plynných uhľovodíkov podľa najmenej jedného z nárokov laž 6, vyznačujúce sa tým, že je opatrené prídavným obtokovým potrubím (U,) okolo prvého výmenníka (W]) tepla, ktoré odbočuje z potrubia (R₃), vedúceho do výmenníka (WJ tepla, za odlučovačom (G) plynu a ktoré je zaústené najmä do ďalšieho potrubia (R4) po zaústení do plynového potrubia (G]).