Устройство, способ и система доставки текучей среды в дистилляционную колонну или реактор

(51) 01 19/26 (2006.01) 01 4/00 (2006.01) 01 3/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ нагрузки термосифонного ребойлера. Изобретение также относится к способу доставки нагретой текучей среды в дистилляционную колонну или реактор и системе, использующей устройство. Было бы желательно разработать более практичное средство для повышения нагрузки термосифонного ребойлера. Для этого предложено устройство доставки текучей среды для подачи смеси текучих сред в дистилляционную колонну или реактор. Устройство можно использовать для повышения тепловой нагрузки потока и/или устойчивости потока существующего термосифонного ребойлера,который подает нагретую текучую среду в колонну или реактор. Устройство включает встроенный эдуктор, который получает и увеличивает скорость дополнительной текучей среды, в которую нагретая текучая среда всасывается с образованием смеси текучих сред, далее поступающей в колонну или реактор. Также описаны способ и система,применяющие устройство, а также способ модернизации существующей системы устройством.(74) Тусупова Меруерт Кырыкбаевна Дюсенов Еркебулан Рамазанович(54) УСТРОЙСТВО, СПОСОБ И СИСТЕМА ДОСТАВКИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В ДИСТИЛЛЯЦИОННУЮ КОЛОННУ ИЛИ РЕАКТОР(57) Настоящее изобретение относится к устройству,используемому для повышения Настоящее изобретение относится к устройству,используемому для повышения нагрузки термосифонного ребойлера. Изобретение также относится к способу доставки нагретой текучей среды в дистилляционную колонну или реактор и системе, использующей устройство. Уровень техники Производительность существующих дистилляционных колонн может ограничиваться нагрузкой ребойлера, также именуемой тепловой нагрузкой ребойлера, или скоростью, с которой тепло передается из ребойлера в колонну. Существует ряд причин, по которым нагрузка ребойлера может быть недостаточной. Например,производительность термосифонного ребойлера может быть ограничена из-за загрязнения, размера ребойлера, нестабильности ребойлера, вызванной нестабильным/пульсационным или недостаточным потоком текучей среды или недостаточным вытесняющим давлением по всему ребойлеру и в ребойлерной канальной головке. Одной возможностью повышения тепловой нагрузки ребойлера была бы подача дополнительной нагретой текучей среды в колонну с помощью дополнительного теплообменника, в дополнение к нагретой текучей среде из ребойлера. Однако этот подход обычно требует добавления одного или более больших патрубков в дистилляционную колонну для подачи дополнительной нагретой текучей среды. К сожалению, это решение не всегда оказывается практичным для крупных существующих колонн из-за конструктивных или пространственных ограничений, или нормативных требований к сосудам, которые требуют сложной теплоизоляции корпуса колонны в области, где будет добавляться новый патрубок. Малые патрубки обычно непригодны, поскольку образующиеся скорости текучей среды и кинетическая энергия, как правило, слишком высоки, что приводит к чрезмерной эрозии патрубка и корпуса, а также к местным нарушениям скорости внутреннего потока текучей среды и профилей распределения внутри корпуса колонны. Известным из уровня техники является патент 3280010, который раскрывает использование приводимого паром насосного устройства такого,как инжектор,диффузор или эдуктор,расположенный в линии возврата нижних продуктов системы фракционирующая колона-термосифонный ребойлер, причем поток пара под давлением вводится в насосное устройство,сперва смешивается с поступающим нижним (кубовым) продуктом и вынуждает смесь проходить через ребойлер, террмосифонный ребойлер или линию обхода ребойлера и оттуда поступает обратно в нижнюю секцию колонны при увеличенной скорости и температуре. Было бы желательно разработать более практичное средство для повышения нагрузки термосифонного ребойлера. Сущность изобретения В одном варианте осуществления изобретение относится к устройству доставки текучей среды в 2 дистилляционную колонну или реактор,включающему канальную головку, включающую внутренний объем, канальную головку, выполненную с возможностью получения первой текучей среды из первого источника текучей среды и второй текучей среды из второго источника текучей среды и подачи смеси текучих сред в дистилляционную колонну или реактор где канальная головка включает эдуктор,способный получать вторую текучую среду из второго источника текучей среды и вводить вторую текучую среду во внутренний объем под более высоким давлением, чем давление первой текучей среды, так что первая текучая среда может всасываться во внутренний объем и смешиваться со второй текучей средой с образованием смеси текучих сред. В другом варианте осуществления изобретение относится к способу доставки нагретой текучей среды в дистилляционную колонну или реактор,включающему подачу первой текучей среды из дистилляционной колонны или реактора в ребойлер работу ребойлера по нагреванию первой текучей среды протекание второй текучей среды из второго источника текучей среды через эдуктор, придающий тем самым высокую скорость потока второй текучей среде приведение первой текучей среды и второй текучей среды в сообщение по текучей среде, так что высокая скорость потока второй текучей среды вызывает всасывающий эффект, приводящий к всасыванию первой текучей среды во вторую текучую среду с образованием смеси текучих сред,что приводит к доставке требуемой тепловой нагрузки в колонну или реактор и доставку смеси текучих сред в дистилляционную колонну или реактор. В еще одном варианте осуществления изобретение относится к способу повышения тепловой нагрузки ребойлера, включающему подачу первой текучей среды в ребойлер,имеющий канальную головку, включающую эдуктор в сообщении по текучей среде со вторым источником текучей среды работу ребойлера по нагреванию первой текучей среды протекание второй текучей среды из второго источника текучей среды через эдуктор, тем самым создавая всасывающий эффект, вызывающий всасывание первой текучей среды второй текучей средой с образованием смеси текучих сред, что приводит к требуемой тепловой нагрузке тем самым всасывающий эффект приводит к возросшему потоку и/или устойчивости потока первой текучей среды. В еще одном варианте осуществления изобретение относится к системе, включающей дистилляционную колонну или реактор термосифонный ребойлер для нагревания первой текучей среды, находящийся в сообщении по текучей среде с дистилляционной колонной или реактором и канальную головку, прикрепленную к одному концу термосифонного ребойлера и находящуюся в сообщении по текучей среде с дистилляционной колонной или реактором посредством возвратного патрубка, где канальная головка включает встроенный эдуктор для получения второй текучей среды из второго источника текучей среды и для увеличения скорости текучей среды и понижения давления второй текучей среды, так что первая текучая среда из термосифонного ребойлера всасывается во вторую текучую среду. Краткое описание чертежей На фиг.1 проиллюстрировано устройство доставки текучей среды в дистилляционную колонну согласно одному варианту осуществления. На фиг.2 проиллюстрирована система,включающая дистилляционную колонну, ребойлер для подачи нагретой текучей среды в дистилляционную колонну и устройство доставки текучей среды в дистилляционную колонну согласно одному варианту осуществления. Подробное описание Согласно одному варианту осуществления предлагается устройство доставки текучей среды,которое позволяет увеличить нагрузку термосифонного ребойлера, такого как, например,вертикальный термосифонный ребойлер. Как известно в области техники, канальная головка термосифонного ребойлера, например,вертикального термосифонного ребойлера, служит для доставки текучей среды, особенно нагретой текучей среды, также именуемой в настоящем документе как первая текучая среда, из ребойлера в дистилляционную колонну или реактор с помощью возвратного патрубка. Ребойлер может быть однопроходным или ребойлером рециркуляционного типа. Устройство доставки текучей среды по настоящему изобретению является канальной головкой для использования с термосифонным ребойлером, способной принимать дополнительную текучую среду, также именуемую в настоящем документе второй текучей средой, из вторичного источника, также именуемого в настоящем документе вторым источником текучей среды, и увеличивать скорость дополнительной текучей среды за счет использования встроенного эдуктора внутри канальной головки. В результате создается всасывающий эффект там, где нагретая текучая среда из термосифонного ребойлера входит в канальную головку, и нагретая текучая среда из ребойлера,таким образом,всасывается и смешивается с дополнительной текучей средой. Возвратный патрубок из ребойлера в колонну или реактор можно использовать для доставки смеси текучих сред в колонну или реактор. Согласно настоящему изобретению колонна или реактор могут быть любым оборудованием, для которого известно обеспечение ребойлером, в том числе дистилляционными колоннами,регенераторами,испарителями,реакторами периодического действия, проточными реакторами с мешалкой и тому подобное. Примеры применяемых дистилляционных установок включают,без ограничения перечисленным,нефтестабилизационные установки, стабилизаторы нафты, колонны разделения нафты, деэтанизаторы,дебутанизаторы,депропанизаторы,депентанизаторы, регенераторы аминов, отпарные колонны кислой воды, колонны для гидрокрекинга,колонны для фракционирования смазочного масла и регенерационные колонны для стирола. В одном варианте осуществления канальная головка или устройство доставки текучей среды по настоящему изобретению задает границы внутреннего объема и внутренне сконструировано для работы в качестве эдуктора, в котором активная текучая среда является текучей средой из второго источника текучей среды. Как хорошо известно,эдуктор включает суживающуюся часть, в которой диаметр сужается, самую узкую горловинную часть и расширяющуюся или диффузорную часть. Активная текучая среда относится к текучей среде,принимаемой эдуктором, которая характеризуется увеличением скорости и понижением давления в суживающейся части эдуктора, и понижением скорости и увеличением давления в диффузорной части эдуктора. Канальную головку согласно настоящему изобретению можно рассматривать как соединение головка-эдуктор или головка-эжектор,имеющее встроенный эдуктор или включенный во внутренний объем канальной головки. Канальная головка сконструирована таким образом, чтобы обеспечивать эффект Вентури и благодаря этому увеличивать поток и устойчивость потока первичной текучей среды, поступающей из ребойлера. Внутренняя конструкция головки такова,что всасывание первичной текучей среды из ребойлера в активную текучую среду из второго источника текучей среды происходит в непосредственной близости от узкой части эдуктора. В диффузорной части давление смешанной текучей среды повышается. В одном варианте осуществления смесь текучих сред может быть возвращена в колонну посредством существующего возвратного патрубка на колонне. В одном варианте осуществления дополнительная текучая среда может быть нагретой текучей средой, подаваемой из дополнительного теплообменника,обычно дополнительного теплообменника с вынужденной циркуляцией. Дополнительная или вторая текучая среда может быть паром, жидкостью или двухфазной смесью пар-жидкость. В качестве альтернативы,дополнительная или вторая текучая среда может быть высоконапорным газом, например топочным газом или паром, или высоконапорной жидкостью,например потоком углеводородов. На фиг.1 устройство доставки текучей среды 10 в одном варианте осуществления является канальной головкой, также именуемой просто головкой вертикального термосифонного ребойлера 22. Головка включает кожух 2 головки,включающий внутренний объем 3. Головка может быть любой известной конструкции, например,3 головкой типа колпака или канальной головкой. Головка может быть неподвижной или плавающей. Кожух головки выполнен с возможностью получения первой текучей среды из источника первой текучей среды, например, с помощью фланца 14 для соединения с кожухом 20 вертикального термосифонного ребойлера. В одном варианте осуществления вертикальный термосифонный ребойлер 22 содержит множество теплообменных трубок 24. Кожух 2 головки выполнен с возможностью получения дополнительной или второй текучей среды из второго источника текучей среды, например, с помощью использования патрубка 7 и фланца 8 для соединения с каналом или трубой 16. Кожух 2 головки также выполнен с возможностью подачи текучей среды в дистилляционную колонну или реактор (не показан на фигуре), например, с помощью использования патрубка 12 и фланца 13 для соединения с возвратным патрубком 18. Вторая текучая среда из второго источника текучей среды вводится во внутренний объем 3 внутри кожуха 2 головки через сопло 4 Вентури,встроенное в кожух 2 головки. Внутренняя насадка 5 может быть предусмотрена для направления потока всасываемой текучей среды и служить в качестве внешних сужающихся и расширяющихся(диффузорных) секций эдуктора. Диаметр сопла сужается к части узкого или уменьшенного диаметра, так что вторая текучая среда,протекающая через сопло, увеличивает скорость и уменьшает давление. По мере того, как вторая текучая среда с пониженным давлением вводится во внутренний объем 3 внутри кожуха 2 головки,низкое давление или сосущая сила во внутреннем объеме вызывает всасывание текучей среды из ребойлера во вторую текучую среду, текущую во внутреннем объеме головки, где первая и вторая текучие среды вследствие этого смешиваются внутри зоны смешивания 9. В диффузорной части 6 эдуктора давление смеси текучих сред увеличивается. Смесь текучих сред возвращается в дистилляционную колонну или реактор через возвратный патрубок 18. Специалисту будет очевидно проектировать размеры эдуктора в зависимости от обстоятельств конкретного варианта применения. Факторы, которые могут повлиять на конструктивное исполнение, включают конкретные размеры оборудования, соотношение давления между второй и первой текучими средами, скорость поступления второй текучей среды, процент парообразования второй текучей среды, условия,включающие температуру, и физические и термические свойства обоих текучих сред,например, плотности текучих сред, вязкости текучих сред и теплоемкости текучих сред. В одном варианте осуществления первая и/или вторая текучая среда является однофазной жидкостью в другом варианте осуществления первая и/или вторая текучая среда является двухфазной текучей средой, включающей жидкость и пар. Вторая текучая среда может быть жидкостью,газом или их сочетанием. 4 Предпочтительно давление в головке снижается в процессе работы. Скорость поступления,устойчивость потока и нагрузка ребойлера повышаются благодаря всасывающему эффекту,образованному за счет протекания второй текучей среды через эдуктор. В одном варианте осуществления предлагается способ модернизации существующего ребойлера устройством доставки текучей среды по настоящему изобретению для увеличения нагрузки ребойлера. Существующую традиционную канальную головку существующего ребойлера отсоединяют от корпуса ребойлера и возвратного патрубка,и существующую канальную головку снимают и заменяют устройством доставки текучей среды или канальной головкой по настоящему изобретению. Один вариант осуществления системы,применяющей устройство доставки текучей среды по настоящему изобретению, проиллюстрирован на фиг.2. Вертикальный термосифонный ребойлер 22 нагревает поток жидкости, подаваемый из дистилляционной колонны. Устройство доставки текучей среды или канальную головку 10, имеющие встроенный эдуктор, как описано ранее в данном документе, надежно закрепляют наверху ребойлера. Вторую текучую среду 26 подают в устройство 10 доставки текучей среды из второго источника текучей среды 36. Второй источник текучей среды,показанный на фигуре, является дополнительным теплообменником. Работа устройства 10 доставки текучей среды описана выше и приводит к доставке смеси текучих сред 28 требуемой температуры в дистилляционную колонну через возвратный патрубок (не показан). Текучая среда разделяется на пар 30 и жидкость 32 внутри колонны. В одном варианте осуществления жидкий продукт 33 удаляется из колонны как показано. Кроме того, устройство доставки текучей среды по настоящему изобретению хорошо подходит для осуществления процессов дистилляции повышенной производительности, происходящих на морских установках, поскольку система дистилляционная колонна- термосифонный ребойлер или система реактор-термосифонный ребойлер на морской платформе, например, может быть дооснащена без существенного увеличения веса или размеров системы. Очевидно, что устройство доставки текучей среды по настоящему изобретению может быть модифицировано для использования в большом числе других вариантов применения, не описанных в настоящем документе. В каждом случае устройство доставки текучей среды можно использовать для увеличения потока и/или устойчивости потока смеси текучих сред. Например,в одном варианте осуществления, вместо доставки текучей среды в дистилляционный колонный реактор, устройство можно приспособить для работы в качестве устройства доставки смеси горючего и окислителя в двигатель внутреннего сгорания. В этом случае жидкое топливо может засасываться в высокоскоростной поток окислителя,например воздуха, и топливно-воздушная смесь может подаваться в двигатель. В качестве другого примера устройство доставки текучей среды можетбыть приспособлено для смешивания текучих сред для доставки в организм человека. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство доставки текучей среды в дистилляционную колонну или реактор,включающее канальную головку, имеющую внутренний объем, упомянутая канальная головка выполнена с возможностью получения первой текучей среды из первого источника текучей среды и второй текучей среды из второго источника текучей среды и подачи смеси текучих сред в дистилляционную колонну или реактор причем канальная головка включает эдуктор,выполненный с возможностью получения второй текучей среды из второго источника текучей среды и ввода второй текучей среды во внутренний объем под более высоким давлением, чем давление первой текучей среды, так что первая текучая среда может всасываться во внутренний объем и смешиваться со второй текучей средой с образованием смеси текучих сред. 2. Устройство по п.1, в котором первый источник текучей среды является вертикальным термосифонным ребойлером. 3. Устройство по п.1, в котором второй источник текучей среды является дополнительным теплообменником. 4. Устройство по п.1, в котором смесь текучих сред подается в дистилляционную колонну или реактор через возвратный патрубок. 5. Способ доставки нагретой текучей среды в дистилляционную колонну или реактор,включающий этапы, на которых подают первую текучую среду из дистилляционной колонны или реактора в ребойлер обеспечивают функционирование ребойлера для нагревания первой текучей среды обеспечивают протекание второй текучей среды из второго источника текучей среды через эдуктор,тем самым передают высокую скорость потока второй текучей среде приводят первую текучую среду и вторую текучую среду в сообщение по текучей среде, так что высокая скорость потока второй текучей среды вызывает всасывающий эффект, приводящий к всасыванию первой текучей среды во вторую текучую среду с образованием смеси текучих сред,что приводит к доставке требуемой тепловой нагрузки в колонну или реактор и доставляют смесь текучих сред в дистилляционную колонну или реактор. 6. Способ по п.5, в котором ребойлер является вертикальным термосифонным ребойлером. 7. Способ по п. 5, в котором ребойлер включает в себя канальную головку и эдуктор, встроенный в канальную головку. 8. Способ по п.5, в котором вторую текучую среду выбирают из жидкости, газа или их сочетания. 9. Способ повышения тепловой нагрузки ребойлера, включающий в себя этапы, на которых подают первую текучую среду в ребойлер,имеющий канальную головку, включающую в себя эдуктор в сообщении по текучей среде со вторым источником текучей среды обеспечивают функционирование ребойлера для нагревания первой текучей среды обеспечивают протекание второй текучей среды из второго источника текучей среды через эдуктор,тем самым создают всасывающий эффект,вызывающий всасывание первой текучей среды второй текучей средой с образованием смеси текучих сред, что приводит к требуемой тепловой нагрузке тем самым всасывающий эффект приводит к увеличению потока и/или устойчивости потока первой текучей среды. 10. Способ модернизации существующего вертикального термосифонного ребойлера,включающий замену существующей канальной головки существующего вертикального термосифонного ребойлера устройством по п.1. 11. Система, содержащая дистилляционную колонну или реактор термосифонный ребойлер для нагревания первой текучей среды, находящийся в сообщении по текучей среде с дистилляционной колонной или реактором и канальную головку, прикрепленную к одному концу термосифонного ребойлера и находящуюся в сообщении по текучей среде с дистилляционной колонной или реактором посредством возвратного патрубка, причем канальная головка включает в себя встроенный эдуктор для приема второй текучей среды из второго источника текучей среды и для увеличения скорости текучей среды и понижения давления второй текучей среды, так что первая текучая среда из термосифонного ребойлера всасывается во вторую текучую среду. 12. Система по п.11, также включающая второй источник текучей среды, находящийся в сообщении по текучей среде с эдуктором. 13. Система по п.11, в которой текучую среду выбирают из жидкости, газа или их сочетания. 14. Система по п.11, в которой система размещена на морской платформе.