Способ снижения потребления энергии с использованием тепловой связи

Способ снижения потребления энергии с использованием тепловой связи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

В настоящей заявке испрашивается конвенционный приоритет по дате подачи временной патентной заявки США 61/763,326, поданной 11 февраля 2013 г. в соответствии со Сводом законом США 35, §119(e), содержание которой полностью вводится посредством отсылки в настоящую заявку.

Область техники

Заявленное изобретение относится к способу снижения потребления энергии в процессе перегонки с помощью тепловой связи. Варианты осуществления изобретения относятся к введению бокового ребойлера и парциального конденсатора в секцию предварительного фракционирования первой ректификационной колонны, что содействует равномерному распределению парожидкостных потоков между первой и второй ректификационными колоннами.

Предпосылки создания изобретения

Перегонка - это наиболее распространенный процесс разделения, используемый в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других перерабатывающих отраслях. Для нее необходимо большое количество энергии на стадиях нагрева и охлаждения, осуществляемых в ребойлере и конденсаторе, соответственно. Основными накладными расходами в перерабатывающих отраслях являются эксплуатационные затраты, которые складываются из стоимости сырья, энергии и рабочей силы. С точки зрения интересов экономики и общества желательно снизить стоимость потребляемой энергии.

Известны сложные перегонные конструкции, в которых обеспечивается существенное снижение капитальных расходов и затрат на энергию. Это достигается за счет применения таких средств, как, например ректификационные колонны с разделительной стенкой и колонны с тепловой связью.

Хотя в ректификационных колоннах с тепловой связью потребление энергии снижается на 20-30%, однако они имеют серьезные недостатки, которые делают их неэффективными для использования в коммерческих установках. Например, конструкции с тепловой связью реализуются путем установления двухстороннего потока пара/жидкости между двумя ректификационными колоннами перегонной установки. Один из недостатков тепловой связи заключается в неоднородности парожидкостных потоков в ректификационной колонне. Как показано на фигуре 1, через верхнюю и нижнюю части колонны проходит интенсивный парожидкостной поток, в то время как в части предварительного фракционирования и в основной части колонны поток имеет малую интенсивность. Интенсивный поток накладывает ограничение на емкость колонны, и во многих случаях существующие корпусы колонн не могут быть использованы.

Поэтому существует потребность в разработке и осуществлении установки с тепловой связью, которая имеет отличные характеристики энергосбережения, и в то же время в ректификационной колонне обеспечивается однородный парожидкостной поток.

Сущность изобретения

Один из вариантов осуществления изобретения относится к перегонной установке, содержащей первую ректификационную колонну и вторую ректификационную колонну, причем установка используется для разделения бензола, толуола и диметилбензолов с использованием тепловой связи. В одном из вариантов секция предварительного фракционирования первой ректификационной колонны содержит парциальный конденсатор и боковой ребойлер.

В одном из вариантов преимущества схемы тепловой связи по настоящему изобретению используются в процессе разделения бензола и толуола путем перегонки.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 - схема известного способа и соответствующей установки для перегонки;

фигура 2 - схема установки с тепловым процессом по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Один из вариантов осуществления изобретения относится к перегонной установке, содержащей первую ректификационную колонну и вторую ректификационную колонну, причем установка используется для разделения бензола, толуола и диметилбензолов с использованием тепловой связи. В одном из вариантов секция предварительного фракционирования первой ректификационной колонны содержит парциальный конденсатор.

В некоторых вариантах парциальный конденсатор работает с высокой температурой конденсации и может вырабатывать пар очень низкого давления. В одном из вариантов парциальный конденсатор, вырабатывающий пар, расположен сверху секции предварительного фракционирования. Этот пар подается в верхнюю секцию второй ректификационной колонны.

В некоторых вариантах к секции предварительного фракционирования первой ректификационной колонны присоединен боковой ребойлер. В некоторых вариантах в секцию предварительного фракционирования первой ректификационной колонны подается парообразная боковая фракция. Эта пароообразная боковая фракция подается в качестве исходного продукта для основной секции второй ректификационной колонны.

В одном из вариантов основная секция второй ректификационной колонны содержит ребойлер. В некоторых вариантах этот ребойлер представляет собой ребойлер, рекуперирующий отходящее тепло. Ребойлер основной секции второй ректификационной колонны работает на низкотемпературном тепле. Ребойлер снижает общее потребление пара и может работать на выпаре, полученном из пароконденсатов.

В некоторых вариантах парообразная боковая фракция секции предварительного фракционирования первой ректификационной колонны также подается в ребойлер основной секции второй ректификационной колонны. Таким образом, ребойлер стабилизирует работу второй ректификационной колонны путем сглаживания каких-либо колебаний расхода пара, подаваемого из первой ректификационной колонны.

В одном из вариантов дополнительное использование бокового ребойлера и парциального конденсатора в секции предварительного фракционирования содействует однородному распределению парожидкостных потоков в обеих ректификационных колоннах. Кроме того, введение в установку бокового ребойлера и парциального конденсатора позволяет повысить производительность установки и снизить потребление энергии.

В одном из вариантов преимущества схемы тепловой связи по настоящему изобретению используются в процессе разделения бензола и толуола путем перегонки.

Как показано на фигуре 2, поток ароматических углеводородов подается регулируемым образом в первую ректификационную колонну, которая в некоторых вариантах может быть сконструирована как толуольная колонна. Пары, выводимые из верха первой ректификационной колонны, частично конденсируются в парциальном конденсаторе. Сконденсированная жидкость собирается в приемном резервуаре головного продукта первой ректификационной колонны. Сконденсировавшаяся жидкость из верхнего резервуара первой ректификационной колонны возвращается в нее в качестве рефлюкса. Поток несконденсировавшегося пара из верхнего резервуара подается во вторую ректификационную колонну, которая в некоторых вариантах может быть сконструирована как бензольная колонна. Таким образом, давление в верхней части первой ректификационной колонны распространяется во вторую ректификационную колонну.

В некоторых вариантах первая ректификационная колонна содержит кубовый ребойлер. В некоторых вариантах этот ребойлер представляет собой паровой ребойлер, в котором в качестве нагревающей среды используется пар. Подача тепла в кубовый ребойлер первой ректификационной колонны регулируется путем управления температурой потока пара/конденсата по каскадной схеме с регулированием температуры нижней тарелки первой ректификационной колонны. Таким образом, обеспечивается регулирование температуры нижней части первой ректификационной колонны.

В некоторых вариантах боковой ребойлер первой ректификационной колонны представляет собой паровой ребойлер, в котором в качестве нагревающей среды используется пар. Подача тепла в боковой ребойлер первой ректификационной колонны регулируется путем управления расходом конденсата.

В одном из вариантов эффект тепловой связи в ректификационной колонне обеспечивается взаимодействием трех потоков:

a. Парообразная боковая фракция из секции предварительного фракционирования первой ректификационной колонны подается в нижнюю секцию второй ректификационной колонны. Расход этого потока регулируется.

b. Жидкость из нижней части второй ректификационной колонны подается обратно в секцию предварительного фракционирования первой ректификационной колонны. Расход этого потока регулируется по каскадной схеме с управлением уровнем кубового остатка второй ректификационной колонны.

c. Пар, выводимый из верха первой ректификационной колонны, подается из ее резервуара в верхнюю секцию второй ректификационной колонны.

В одном из вариантов для второй ректификационной колонны обеспечиваются два сырьевых потока. Первый сырьевой поток представляет собой поток пара из приемного резервуара головного продукта первой ректификационной колонны. Второй сырьевой поток, подаваемый во вторую ректификационную колонну, представляет собой поток пара из секции предварительного фракционирования первой ректификационной колонны. Давление во второй ректификационной колонне поддерживается путем регулирования давления в приемном резервуаре головного продукта второй ректификационной колонны. Жидкость из приемного резервуара головного продукта второй ректификационной колонны подается обратно в ее верхнюю часть в качестве рефлюкса. Расход этого потока регулируется по каскадной схеме с управлением уровнем в приемном резервуаре головного продукта второй ректификационной колонны.

В некоторых вариантах бензол высокой степени очистки (конечный продукт) отбирается как жидкая боковая фракция возле верхней части второй ректификационной колонны. Степень чистоты выходного бензола обеспечивается путем регулирования расхода этого бензола по каскадной схеме с дифференциальным регулятором температуры между двумя тарелками в верхней секции второй ректификационной колонны.

В некоторых вариантах толуол высокой степени очистки (конечный продукт) отбирается как жидкая боковая фракция второй ректификационной колонны возле ее нижней части. Степень чистоты выходного толуола обеспечивается путем регулирования расхода этого толуола по каскадной схеме с регулятором температуры для поддержания температуры тарелки, расположенной возле нижней тарелки второй ректификационной колонны.

В некоторых вариантах режим работы ребойлера второй ректификационной колонны регулируется путем регулирования расхода нагревающей среды, подаваемой в ребойлер.

Все аспекты настоящего изобретения относятся к способам повышения эффективности использования энергии в процессе перегонки с помощью тепловой связи. Специалистам в данной области техники после ознакомления с настоящим описанием будет понятно, что в вышеописанный способ могут быть внесены различные изменения без выхода за пределы объема настоящего изобретения. Примеры, используемые для объяснения теоретических или наблюдаемых эффектов или результатов, должны рассматриваться лишь как иллюстративные, никоим образом не ограничивающие объем изобретения, определяемый прилагаемой формулой.

1. Перегонная установка, содержащая:

первую ректификационную колонну, имеющую верхнюю секцию и нижнюю секцию, причем верхняя секция представляет собой секцию предварительного фракционирования;

вторую ректификационную колонну, имеющую верхнюю секцию и нижнюю секцию, причем нижняя секция представляет собой основную секцию второй ректификационной колонны;

первый приемный резервуар головного продукта, сообщающийся по текучей среде с секцией предварительного фракционирования первой ректификационной колонны и верхней секцией второй ректификационной колонны;

парциальный конденсатор, сообщающийся по текучей среде с секцией предварительного фракционирования первой ректификационной колонны и первым приемным резервуаром головного продукта;

боковой ребойлер, сообщающийся по текучей среде с секцией предварительного фракционирования первой ректификационной колонны;

линию подачи парообразной боковой фракции, сообщающуюся по текучей среде с секцией предварительного фракционирования первой ректификационной колонны и основной секцией и ребойлером второй ректификационной колонны, и

линию подачи жидкости из нижней части, сообщающуюся по текучей среде с основной секцией второй ректификационной колонны и секцией предварительного фракционирования первой дистилляционной колонны.

2. Перегонная установка по п. 1, дополнительно содержащая второй приемный резервуар головного продукта, сообщающийся по текучей среде со второй ректификационной колонной, причем жидкий продукт отводится рядом с верхом второй колонны в качестве жидкой боковой фракции.

3. Перегонная установка по п. 1, в которой линия подачи парообразной боковой фракции представляет собой подачу из секции предварительного фракционирования первой ректификационной колонны в основную секцию и ребойлер второй ректификационной колонны.

4. Перегонная установка по п. 1, в которой ребойлер второй ректификационной колонны сообщается по текучей среде с основной секцией второй ректификационной колонны, причем ребойлер второй ректификационной колонны работает на низкотемпературном тепле.

5. Перегонная установка по п. 1, в которой первый приемный резервуар головного продукта содержит первый выход и второй выход, причем первый выход подает сконденсированную жидкость обратно в первую ректификационную колонну, и второй выход подает несконденсированные пары во вторую ректификационную колонну.

6. Перегонная установка по п. 1, в которой линия подачи жидкости из нижней части представляет собой подачу из основной секции второй ректификационной колонны в секцию предварительного фракционирования первой ректификационной колонны.