DE60223359T2

DE60223359T2 - Verfahren zur reduktion von mitgerissenen feststoffen und flüssigkeiten

Info

Publication number: DE60223359T2
Application number: DE60223359T
Authority: DE
Inventors: Jack League City CHOSNEK; David William Houston FORD; Michael B. Corpus Christi LAKIN
Original assignee: Celanese International Corp
Current assignee: Celanese International Corp
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2022-05-25
Also published as: US6599348B2; CZ301242B6; ES2295358T3; CA2447095A1; WO2002098538B1; KR100861809B1; MY126220A; CA2447095C; WO2002098538A1; EP1392413A1; CN100525881C; US20020189453A1; CN1529629A; DE60223359D1; ATE377444T1; JP2004528179A; TW536420B; KR20040008203A; CZ20033270A3; MXPA03010853A

Description

HINTERGRUND
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Processing-Sequenzen, Refining-Sequenzen und Stromerzeugungsindustrien, bei denen Trennvorrichtungen eingesetzt werden, in denen Nicht-Dämpfe und Dämpfe zu trennen sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Zyklon-/Vortex-Verfahren zur Trennung von Nicht-Dampf- und Dampfkomponenten in Destillations/Schnellverdampfungsverfahren und Verfahren, die von einer Verringerung eines Mitreißens von Flüssigkeiten und Feststoffen im Dampf Nutzen ziehen.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Bei vielen Destillations-/Schnellverdampfungsverfahren mit einem Mischphasen-Einsatzmaterial ist ein Mitreißen von Flüssigkeitströpfchen in dem von der Zuführungszone aufsteigenden Dampf sowohl hinsichtlich der Ökonomie als auch der Produktreinheit unerwünscht. Probleme in Bezug auf ein Mitreißen von flüssigen Materialien in Vakuum-Verdampfungsanlagen sind im Fachgebiet wohlbekannt, wie durch das U.S.-Patent Nr. 5,743,926 , Bannon et al., veranschaulicht ist. Wie bei Bannon et al. festgestellt wird, können Böden direkt oberhalb der Zuführungszone positioniert werden, um mitgerissene Tröpfchen aus Dampf beim Processing und Refining von Kohlenwasserstoffen zu entfernen. Bannon et al. stellen weiterhin fest, dass ein Abschnitt zur Verhinderung eines Mitreißens oder ein Waschöl-Abschnitt in Raffinerien eingeschlossen werden können, um Mitreißprobleme aufgrund eines Austretens von Flüssigkeitströpfchen aus einem Dampfstrom zu vermindern, wenn dieser zum Dampfauslass einer Vakuum-Verdampfungsanlage geleitet wird. Trotz der von Bannon et al. offenbarten Verfahren fehlen in der Industrie jedoch Verfahren zur Verminderung eines Mitreißens, die vom Kosten-Standpunkt her sowohl wirksam als auch effizient sind.
Ein weiteres Problem hinsichtlich sowohl der Wirtschaftlichkeit als auch der Produktreinheit besteht im Mitreißen im Dampf-Kopfprodukt von gelösten oder suspendierten Feststoffen wie einem Katalysator (Katalysatoren). Mitgerissene Feststoffe können für die Produktreinheit nachteilig sein, oder sie können die Stromabwärts-Einrichtungen verunreinigen. Darüber hinaus können mitgerissene Feststoffe sich als Verlust einer wertvollen Chemikalie wie eines Katalysators auswirken. In dieser Hinsicht offenbart das U.S.-Patent 6,153,792 , Leet et al., ein Verfahren zur Herstellung einer Carbonsäure in Gegenwart von festen Katalysatorteilchen, bei dem ein Entspannungsschritt eingesetzt wird, wobei Böden und eine Flüssigkeitswäsche eingesetzt werden. Bei dem von Leet et al. offenbarten Schritt der Flüssigkeitswäsche werden im Allgemeinen abgeriebene Katalysatorteilchen in nach oben strömenden Dämpfen im Flasher nach unten "ausgewaschen". Die U.S.-Patente Nr 4,247,486 , Brewster et al., und 4,287,369 , Harris et al., erwähnen den Verlust an Rhodiumkatalysator durch ein Mitreißen im Reaktor-Kopfprodukt und offenbaren die Verwendung von Entnebelungselementen zur Entfernung von mitgerissenen Flüssigkeitströpfchen zur Rückführung zum Reaktor. Trotz der Verfahren, die von Leet et al., Brewster et al. und Harris et al. beansprucht wurden, fehlen in der Industrie weiterhin Verfahren zur Verminderung eines Mitreißens von gelösten oder suspendierten Feststoffen und eines Verlusts an wertvollen Chemikalien wie Katalysatoren, die vom Kosten-Standpunkt her sowohl wirksam als auch effizient sind.
Die Verminderung der Menge an Katalysatorverlust durch ein Mitreißen ist in einer weiten Vielzahl von Industrien ein Problem, wie durch das U.S.-Patent Nr. 4,166,773 , Higley et al., das U.S.-Patent Nr. 4,163,701 , Strong, und das U.S.-Patent Nr. 4,871,879 , Laird, veranschaulicht wird. Keines dieser Verfahren erfüllt jedoch die Notwendigkeiten der Industrie.
Das U.S.-Patent Nr. 4,486,207 offenbart eine Vorrichtung zum Abtrennen von festen Teilchen von Dampf. Die Bildung eines Wirbels ist für das in D1 offenbarte Trennverfahren grundlegend.
DD-A-2003126 offenbart einen Zentrifugalabscheider in Form eines geschlossenen Zylinders, in dem ein Strom durch ein tangential gerichtetes Zufuhrrohr und in eine gekrümmte Führung eintritt. Zum Ziehen von flüssigen Tröpfchen nach unten und weg von einem aufsteigenden Dampfstrom werden Wirbelkräfte verwendet.
EP-A-1312879 ist ein Dokument gemäß Artikel 54(3) EPÜ. EP-A-1312879 offenbart einen Ölabscheider zur Verwendung in Gefriervorrichtungen und Klimaanlagenvorrichtungen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erfüllt mehrere Notwendigkeiten der Industrie: (1) eine Verminderung des Mitreißens von Flüssigkeiten und gelöster oder suspendierter Feststoffe in einem abgetrennten Dampf, (2) eine Verminderung der Menge an verlorenen wertvollen Chemikalien als Folge einer Verminderung des Mitreißens, (3) die Ermöglichung der Verwendung eines kleineren und weniger teuren Trennbehälters zur Verminderung eines Mitreißens, wo zuvor nur ein größerer und teurerer Behälter für denselben Zweck verwendet werden konnte, und (4) die Ermöglichung der Nachrüstung vorhandener Trennbehälter, um eine Verminderung des Mitreißens ohne die Notwendigkeit zum Bau eines vollständig neuen Behälters zu erreichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung macht ein Verfahren zur Verminderung eines Mitreißens von Nicht-Dampf-Komponenten in einem Dampfstrom, der aus einem Trennbehälter austritt, verfügbar, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Einführung eines Dampfes in einen Trennbehälter mit einer Innenfläche, wenigstens einem Einlass und wenigstens einem Dampfauslass, wobei der Strom durch den wenigstens einen Einlass eingeführt wird und tangential zur Innenfläche des Trennbehälters strömt, wobei der Strom einen Nicht-Dampf-Anteil und einen Dampfanteil umfasst und wobei die Geschwindigkeit des Stroms bei der Einführung des Stroms in den Trennbehälter vermindert wird,
Abtrennen eines Dampfstroms vom Strom im Trennbehälter, wobei der Dampfstrom innerhalb des Trennbehälters eine nicht gleichmäßige Dampfgeschwindigkeit hat, und
Austretenlassen des Dampfstroms aus dem Trennbehälter durch den wenigstens einen Dampfauslass.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Verfahren zur Verminderung eines Mitreißens von Feststoffen und Flüssigkeiten, die gemeinsam als "Nicht-Dampf bezeichnet werden, in einem aus einem Trennbehälter austretenden Dampfstrom bereitgestellt. Ein oder mehrere der folgenden Schritte können durchgeführt werden, um ein Mitreißen von Nicht-Dampf in einem aus einem Trennbehälter austretenden Dampfstrom zu vermindern, (1) eine Minimierung des Aufsteigens oder Kriechens des Stroms in Richtung des Dampfauslasses entlang der Innenfläche des Trennbehälters vom Punkt der Einführung des Stroms, (2) eine Verminderung der Menge des Nicht-Dampfes, sofern vorhanden, der durch den Dampfauslass aus dem Trennbehälter austritt, und (3) eine Maximierung des Dampfstroms tangential zur Innenfläche des Trennbehälters, hiernach als "tangentiale Kohärenz" bezeichnet.
Die Verfahren der Erfindung umfassen die Einführung eines Stroms in einen Trennbehälter mit einer Innenfläche, wenigstens einem Auslass und wenigstens einem Dampfauslass. Beim Strom kann es sich um eine beliebige Mischung aus Dampf und Nicht-Dampf handeln. Der hier verwendete Begriff "Dampf" bedeutet Dampf und/oder Gas. Der hier verwendete Begriff "Nicht-Dampf" bedeutet Flüssigkeiten, Feststoffe wie Katalysatoren und Mischungen von Flüssigkeiten und Feststoffen einschließlich Lösungen und Suspensionen. Gemäß den Verfahren der Erfindung enthält der Strom wenigstens einen Nicht-Dampf und wenigstens einen Dampf. Der Strom wird durch den Einlass (die Einlässe) in den Trennbehälter eingeführt, wobei die Geschwindigkeit des Stroms bei der Einführung in den Trennbehälter vermindert wird und wobei die tangentiale Kohärenz des Stroms maximiert wird. Durch eine Verminderung der Geschwindigkeit des eintretenden Stroms und eine Maximierung seiner tangentialen Kohärenz wird zur Minimierung der Tendenz des Stroms, sich entlang der Innenfläche des Trennbehälters in Richtung des Dampfauslasses zu bewegen, beigetragen und zu einer Verminderung des Mitreißens beigetragen.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Dampfstrom vom Strom im Trennbehälter getrennt und steigt innerhalb des Trennbehälters mit ungleichmäßigen Dampfgeschwindigkeiten auf. Der Dampfstrom verlässt das Trenngefäß durch den Dampfauslass (die Dampfauslässe) und bewegt sich mit den Dampfstrom-Auslassgeschwindigkeiten. Gemäß der vorliegenden Erfindung können die ungleichmäßigen Geschwindigkeiten, mit denen der Dampfstrom innerhalb des Trennbehälters strömt, verteilt sein, um eine Verminderung des Mitreißens von Nicht-Dampf und einen Verlust an wertvollen Nicht-Dampf-Komponenten wie Katalysatoren zu erleichtern. Die Verteilung von Dampfgeschwindigkeiten trägt zu einer Verminderung der Tendenz des Stroms zur Bewegung entlang der Innenfläche des Trennbehälters in Richtung des Dampfauslasses bei und minimiert auch die Wirbelfähigkeiten des aufsteigenden Dampfstroms, wodurch ein Mitreißen von Nicht-Dampf vermindert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Strom, wenn er in den Trennbehälter eingeführt wird, so entlang eines Pfads geführt, dass die tangentiale Kohärenz so maximiert wird, dass die Tendenz des Stroms, sich entlang der Innenfläche des Trennbehälters in Richtung des Dampfauslasses zu bewegen, minimiert wird, und so, dass die Menge an Nicht-Dampf, die mit dem Dampfstrom durch den Dampfauslass (die Dampfauslässe) austritt, minimiert wird.
Ein Mitreißen von Nicht-Dampf und ein Verlust an wertvollem Nicht-Dampf wird minimiert, indem die Dampfstrom-Austrittsgeschwindigkeiten so geregelt werden, dass die tangentiale Kohärenz des Stroms aufrecht erhalten wird, so dass die Tendenz des Stroms, sich entlang der Innenfläche des Trennbehälters in Richtung des Dampfauslasses zu bewegen, minimiert wird, und so, dass die Menge an Nicht-Dampf, die mit dem Dampfstrom durch den Dampfauslass (die Dampfauslässe) aus dem Trennbehälter austritt, minimiert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Zyklon, der in der Industrie bekannt ist, auch in Kombination mit anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um Nicht-Dampf, der mit dem Dampfstrom aus dem Trennbehälter austritt, zu isolieren.
Die Verfahren der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung und in den folgenden Beispielen vollständiger erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht eines Trennbehälters mit zwei Einlässen,
2 ist eine Vorderansicht eines Trennbehälters mit zwei Einlässen,
3 ist eine Vorderansicht eines Trennbehälters mit zwei Einlässen und einem Verteilerboden,
4 ist eine geschnittene Draufsicht eines Trennbehälters mit zwei Einlässen und Einlassführungen,
5 ist eine geschnittene Seitenansicht, die entlang der Linie 5-5 von 4 genommen ist, eines Trennbehälters mit zwei Einlässen und Einlassführungen,
6 ist eine Vorderansicht einer alternativen Ausführungsform eines Trennbehälters mit zwei Einlässen, und
7 ist eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform eines Trennbehälters mit einer Mehrzahl von Einlässen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere 1 wird jetzt ein Trennbehälter (3) mit Doppeleinlässen (1) und (2) veranschaulicht. 2 zeigt eine Vorderansicht eines Trennbehälters (3) mit zwei Einlässen (1) und (2), einem Dampfauslass (6), einer Basis (4) und einem Auslass (5).
Ein Strom wird durch die Einlässe (1) und (2) in den Trennbehälter (3) eingeführt. Die Anzahl der verwendeten Einlässe, die Position des Einlasses (der Einlässe) und der Durchmesser des Einlasses (der Einlässe) können gemäß der Geometrie des Trennbehälters manipuliert werden, um die Geschwindigkeit des Stroms bei der Einführung in den Trennbehälter so zu vermindern, dass die Tendenz des Stroms, sich entlang der Innenfläche des Trennbehälters in Richtung des Dampfauslasses zu bewegen, vermindert wird und ein Mitreißen von Nicht-Dämpfen vermindert wird.
Der Durchmesser der Einlässe (1) und/oder (2) ist vorzugsweise so, dass die tangentiale Kohärenz des eintretenden Stroms maximiert wird. Obwohl die Einlässe (1) und (2) in 2 mit einer zylindrischen Geometrie dargestellt sind, erkennen die Fachleute, dass Einlässe mit einer von einer zylindrischen Geometrie verschiedenen Form auch verwendet werden können. Demgemäß kann zur Konstruktion des Einlasses (der Einlässe) eine weite Vielzahl von Geometrien verwendet werden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 6 veranschaulicht ist, kann die Position der Einlässe (1) und (2) so variiert werden, dass der Eintrittspunkt von Einlass (1) vom Eintrittspunkt von Einlass (2) vertikal versetzt ist. Die Fachleute erkennen, dass eine vertikale Versetzung zwischen den Einlässen (1) und (2) weit variiert werden kann und durch die Geometrie des Trennbehälters festgelegt wird, um die Geschwindigkeit des eintretenden Stroms zu vermindern und seine Tangentialgeschwindigkeit zu maximieren, wodurch eine Verminderung des Mitreißens erreicht wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 7 veranschaulicht ist, kann eine Mehrzahl von Einlässen (1), (2), (12) und (13) verwendet werden, um die Geschwindigkeit des eintretenden Stroms zu vermindern und seine tangentiale Kohärenz zu maximieren. Wie in 7 veranschaulicht ist, ergeben die Einlässe (1) und (2) einen tangentialen Eintritt in den Trennbehälter (3), während die Einlässe (12) und (13) einen senkrechten Eintritt ergeben. Die Fachleute erkennen, dass die Positionen der Einlässe (1), (2), (12) und (13) veranschaulichend sind und dass die Einlässe beliebig entlang dem äußeren Umfang des Trennbehälters positioniert werden können. Die Fachleute erkennen auch, dass die Anzahl der verwendeten Einlässe weithin variiert werden kann, wie durch die Geometrie des Trennbehälters und die Vorteile vom Kostenstandpunkt her festgelegt wird.
Das Verhältnis vom Nicht-Dampf zum Dampf im Eintrittsstrom ist vorzugsweise so, dass der Nicht-Dampf nicht so im Dampf verteilt ist, dass eine Beschleunigungskraft auf den Dampf angewandt werden muss, um eine Agglomeration des Nicht-Dampfes zu bilden. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die Geschwindigkeit des Stroms auf einen solchen Wert vermindert, dass sie keine Aufspaltung des Stroms bewirkt, wenn dieser die Wandung des Trennbehälters (3) berührt. Es ist bevorzugt, dass bei der Einführung in den Trennbehälter die Geschwindigkeit des Stroms auf einen Wert vermindert wird, der kleiner als der Wert ist, bei dem eine Aufspaltung der Teilchen aus Nicht-Dampf im Strom zum Mitreißen eines solchen Nicht-Dampfes führt.
Dampf wird vom Strom getrennt und tritt mit nicht gleichmäßigen Dampfgeschwindigkeiten, die durch die Konstruktion des Trennbehälters festgelegt sind, durch den Dampfauslass (6) aus dem Trennbehälter (3) aus. Dampf kann durch eine Druckverminderung beim Eintritt in den Trennbehälter oder andere, den Durchschnittsfachleuten bekannte Verfahren vom Strom abgetrennt werden. Zur Verminderung und Verteilung der ungleichmäßigen Dampfgeschwindigkeiten innerhalb des Trennbehälters (3) ist vorzugsweise ein Verteilungsboden (7) innerhalb des Trennbehälters angeordnet, wie in 3 veranschaulicht ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Verteilungsboden ein im Wesentlichen planarer Siebboden. Ein solcher Boden ist dem Fachmann wohlbekannt. Die Fachleute erkennen auch, dass Siebe, die nicht planar oder im Wesentlichen planar sind, auch verwendet werden können.
Der Verteilungsboden (7) verteilt die ungleichmäßige Geschwindigkeit des Dampfes innerhalb des Trennbehälters. Der Verteilungsboden (7) geht jedoch nicht so weit, dass er die ungleichmäßigen Geschwindigkeiten ausgleicht, weil an den perforierten und massiven Bereichen des Verteilungsbodens (7) lokale Bereiche mit verschiedenen Geschwindigkeiten vorliegen. Die Verteilung der ungleichmäßigen Dampfgeschwindigkeiten trägt zur Verminderung des Mitreißens bei, weil höhere Dampfgeschwindigkeiten die Neigung aufweisen, mehr Nicht-Dampf als niedrigere Dampfgeschwindigkeiten mitzuführen. Der Verteilungsboden (7) trägt auch dazu bei, die Tendenz des Stroms, sich entlang der Innenfläche des Trennbehälters (3) in Richtung des Dampfauslasses (6) zu bewegen, zu minimieren.
Gemäß der Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ein Boden (7), wenn er eingesetzt wird, innerhalb des Trennbehälters (3) angeordnet, und die Geschwindigkeit des Stroms wird so gehalten, dass der Strom den Boden (7) weder berührt noch flutet. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den Einlässen (1) und (2) und dem Boden (7) maximiert, wobei das Verteilungsvermögen des Bodens (7) beibehalten wird.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Boden (7) an einem Punkt, der die Wirbelkapazität des Dampfes minimiert und dazu führt, dass der Dampf innerhalb des Trennbehälters (3) nach oben geführt wird. In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Spülstrom aus Wasser, Flüssigkeit oder ein anderer Spülstrom zum Boden (7) geleitet, um die Verminderung des Mitreißens von Nicht-Dampf zu unterstützen.
Wenn der Dampf vom eintretenden Strom getrennt wird, sammelt sich Nicht-Dampf innerhalb des Trennbehälters (3) in der Basis (4), wo er auf einem Füllstand (9) gehalten wird, indem seine Abgabe durch den Auslass (5) geregelt wird. Die Fachleute erkennen, dass eine weite Vielzahl von Verfahren verwendet werden kann, um den Nicht-Dampf durch den Auslass (5) abzulassen, und dass der aufrecht erhaltene Füllstand (9) nach den Vorgaben durch die Geometrie des Trennbehälters variiert werden kann. Obwohl der Trennbehälter (3) so dargestellt ist, dass er eine einfache zylindrische Konstruktion hat, erkennen die Fachleute, dass Behälter mit anderen geometrischen Konfigurationen verwendet werden können.
Demgemäß kann eine weite Vielzahl von Geometrien zur Konstruktion des Trennbehälters verwendet werden, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, einer Verjüngung oder Aufweitung der Basis (4) in Bezug auf den Rest des Trennbehälters (3). Der Füllstand (9) in der Basis (4) des Trennbehälters (3) wird vorzugsweise auf einer Höhe gehalten, die eine kontrollierte Freisetzung des Nicht-Dampfes aus dem Trennbehälter (3) ergibt und die Menge des vom Strom mitgerissenen Nicht-Dampfes in der Basis (4) minimiert. Vorzugsweise sind (nicht dargestellte) Umlenkplatten in der Basis (4) eingeschlossen, um den rotierenden Strom des Nicht-Dampfes in der Basis (4) zu minimieren, wodurch gewährleistet wird, dass das Mitreißen von Nicht-Dampf in der Basis durch den eintretenden Strom minimiert wird. Umlenkplatten und Merkmale, die dieselben Wirkungen wie Umlenkplatten haben, sind den Durchschnittsfachleuten wohlbekannt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt, dass das Mitreißen von Nicht-Dampf in der Basis (4) durch den eintretenden Strom so minimiert wird, dass dies zur Minimierung der Menge an Nicht-Dampf, die mit dem Dampfstrom austritt, beiträgt. Diese Aufgaben der Erfindung werden vorzugsweise durch eine oder eine Kombination der folgenden Maßnahmen bewerkstelligt: Positionierung der Einlässe (1) und (2), Beibehaltung des Füllstandes des Nicht-Dampfes in der Basis (4), Regelung der Geschwindigkeit des eintretenden Stroms, Verteilung der ungleichmäßigen Dampfgeschwindigkeiten innerhalb des Trennbehälters (3) und Regulierung der Geschwindigkeit des austretenden Dampfes. Die Fachleute erkennen, dass die Positionierung der Einlässe (1) und (2), der in der Basis (4) aufrecht erhaltene Füllstand des Nicht-Dampfes, die Regelung der Geschwindigkeit des eintretenden Stroms, die Verteilung der ungleichmäßigen Dampfgeschwindigkeiten innerhalb des Trennbehälters und die Regulierung der Geschwindigkeit des austretenden Dampfes jeweils einem weiten Bereich von Einstellungen unterzogen werden und jeweils unabhängig von den anderen so eingestellt werden können, dass die am meisten bevorzugte Leistung, die durch die Geometrie des Trennbehälters bestimmt wird, erreicht wird.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform, die in den 4 und 5 veranschaulicht ist, können Einlassführungen (8) innerhalb des Trennbehälters angeordnet sein, um die tangentiale Kohärenz des Stroms zu maximieren. Die Einlassführung(en) (8) haben eine erste Rippe (10), die sich senkrecht zur Innenfläche des Behälters (3) erstreckt, und eine zweite Rippe (11), die sich senkrecht zur ersten Rippe (10) und konzentrisch in Bezug auf die Innenfläche des Behälters (3) erstreckt. Wie in 4 dargestellt ist, können die Einlassführungen (8) gekrümmt und entlang und an der Innenfläche des Trennbehälters (3) so konturiert sein, dass sie den Eingangspunkt der Einlässe (1) und (2) bedecken. Vorzugsweise erstreckt sich die zweite Rippe (11) über die gesamte Länge der Führung(en). Die erste Rippe (10) der Führung(en) 8 erstreckt sich vorzugsweise um einen Abstand, der etwa derselbe wie der Durchmesser der Einlässe (1) und/oder (2) ist, von der Innenfläche des Trennbehälters (3) weg. Vorzugsweise umschreibt (umschrei ben) die Einlassführung(en) (8) einen Bogen von etwa 60 bis 120°. Am meisten bevorzugt umschreibt (umschreiben) die Einlassführungen) (8) einen Bogen von etwa 90 bis 120°. Die Durchschnittsfachleute erkennen, dass die Geometrie und die Konfiguration der Einlassführung(en) (8) gemäß der Vorgaben durch die Konstruktion des Trennbehälters variiert werden können.
Die Durchschnittsfachleute erkennen, dass die Verlängerung der Führung(en) (8) nach außen in den Trennbehälter für die am meisten bevorzugte Leistung, die durch die Geometrie des Trennbehälters festgelegt ist, weithin variiert werden kann. Die Durchschnittsfachleute erkennen auch, dass die Führungen) (8) nicht gekrümmt zu sein braucht (brauchen) und dass die Führungen) (8) nach den Vorgaben durch die Konstruktion des Trennbehälters (3) in einer Vielzahl von Positionen, Konfigurationen und Winkeln einschließlich einer leichten Neigung angeordnet sein kann (können), um die maximale Verringerung eines Mitreißens zu erreichen.
Weil Oberflächengeschwindigkeiten für das Mitreißen verantwortlich sind, sobald ein spezielles Tröpfchen oder eine spezielle Teilchengrößenverteilung gebildet ist, kann ein Dampfauslass (6) mit einem größeren Durchmesser, der zu einer Verminderung der Geschwindigkeit des austretenden Dampfes beiträgt, auch zur Verminderung eines Mitreißens von Nicht-Dampf verwendet werden.
Der Durchmesser des Dampfauslasses beeinflusst die Geschwindigkeit des austretenden Dampfes. Vom Standpunkt der Konstruktion eines beliebigen Trennbehälters aus ist gemäß der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Trennung zwischen dem Einlass (den Einlässen) und dem Dampfauslass maximiert. Die Durchschnittsfachleute erkennen, dass die Anzahl der verwendeten Dampfauslässe, ihre Position, ihr Durchmesser und ihre geometrische Konfiguration nach den Vorgaben durch die Geometrie des Trennbehälters und die Vorteile von einem Kosten-Standpunkt her so eingestellt und variiert werden können, dass eine maximale Verminderung eines Mitreißens erreicht wird.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird der Dampfauslass (6) einem (nicht veranschaulichten) Zyklon zugeführt, der den Durchschnittsfachleuten wohlbekannt ist. Wie im Fachgebiet üblich, sammelt der Zyklon Flüssigkeiten und Feststoffe, die vom austretenden Dampfstrom mitgerissen werden. Die vom Zyklon gesammelten Flüssigkeiten oder Feststoffe können gemäß der speziell eingesetzten Refining- oder Processing-Sequenz zurückgeführt oder gelagert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Verminderung eines Mitreißens durch eines oder mehrere der folgenden Verfahren bewerkstelligt werden: (1) eine Verminderung der Geschwindigkeit des eintretenden Stroms durch die Einstellung der Anzahl der verwendeten Einlässe, der Position des Einlasses (der Einlässe) und des Durchmessers des Einlasses (der Einlässe), (2) eine Maximierung der Tangentialkohärenz des eintretenden Stroms durch eine Verminderung seiner Geschwindigkeit und/oder seine Führung entlang eines Pfades, wenn er in den Trennbehälter eingeführt wird, (3) eine Minimierung der Tendenz des Stroms, sich an der Innenfläche des Trennbehälters entlang in Richtung des Dampfauslasses zu bewegen, indem seine Geschwindigkeit verringert wird und/oder er entlang eines Pfades geleitet wird, wenn er in den Trennbehälter eingeführt wird, und/oder durch eine Verteilung von Dampfgeschwindigkeiten innerhalb des Trennbehälters, und (4) eine Verminderung von Dampfstrom-Austrittsgeschwindigkeiten durch die Einstellung der Anzahl der Auslässe, die Position des Auslasses (der Auslässe) und des Durchmessers des Auslasses (der Auslässe).
Die vorliegende Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele ausführlicher beschrieben. Die Beispiele sind für die Verfahren der vorliegenden Erfindung nur veranschaulichend und dürfen nicht als einschränkend aufgefasst werden.
BEISPIELE
Bei Gas/Flüssigkeits-Verfahren ist ein Mitreißen von Flüssigkeit in Form von Sprühnebeln und Nebeln die Folge einer Tröpfchenbildung, die durch einen oder mehrere von mehreren Mechanismen wie einem Rühren, einer Kondensation und Druckänderungen erzeugt werden, die mit einem Schnellverdampfen einhergehen. Bei solchen Verfahren besteht ein größerer beitragender Faktor zum Mitreißen von Flüssigkeiten in der Tropfengröße und -verteilung. Tröpfchen, die in Anwendungen mit hoher Turbulenz oder Geschwindigkeit wie in Zerstäubern, beim Abschrecken, Schnellverdampfen und Destillieren erzeugt werden, weisen üblicherweise eine Funktion der Energie pro Masseneinheit auf.
Die Größe des Trennbehälters hängt von den eingesetzten Verfahren und Einrichtungen sowie von den physikalischen Eigenschaften der eingesetzten Flüssigkeiten, Dämpfe, Gase und Feststoffe ab. Die folgenden Beispiele beziehen sich auf die Anwendung des Verfahrens der Erfindung auf einen kommerziellen Flasher. Ein maßstäblich verkleinertes Modell eines kommerziellen Flashers wurde hergestellt, um die in den Beispielen diskutierten Tests durchzuführen. Bei einem Flasher wie dem vorliegenden kommerziellen Flasher wird Energie der Flüssigkeit mittels Hochgeschwindigkeits-Entspannungsdampf zugeführt. Die maßstabsgerechte Verkleinerung der Dampfraten als Funktion der kinetischen Energie und der Flüssigkeitsraten als Funktion der Masse wurden wie folgt für die Modell-Flasheinheit abgeschätzt.
Für die Gasphase wurde die maßstabsgerechte Änderung der kinetischen Energie durch die bei der Destillation verwendete Definition für den Kapazitätsfaktor ausgedrückt, die eine enge Beziehung zur Souders-Brown-Korrelation für Entnebler aufweist. Die maßstabsgerechte Verkleinerung der Flüssigphase beruhte auf Äquivalenzmassen-Verhältnissen zwischen der kommerziellen und der Modelleinheit. Die Tropfengröße hängt von den physikalischen Eigenschaften des Systems ab. Bei einem Gas/Flüssigkeits-System hängt die Tropfengröße auch von der Energie pro Masseneinheit unter Bedingungen eines turbulenten Stroms ab. Das Mitreißen ist eine exponentielle Funktion der Oberflächengeschwindigkeit.
Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeiten des eintretenden Stroms, der üblicherweise für den Betrieb in einem Trennbehälter verwendet wird, suchte die vorliegende Erfindung nach einem Verfahren zur Erniedrigung der Einlassgeschwindigkeiten und Verteilung der Dampfgeschwindigkeiten, so dass: (1) eine tangentiale Kohärenz des Einlassstroms erzeugt und beibehalten wurde, (2) ein Kriechen des Einlassstroms entlang der Innenfläche des Trennbehälters in Richtung des Dampfauslasses vermindert wurde, (3) die Menge an Nicht-Dampf aus dem eintretenden Strom, die mit dem Dampfstrom austrat, vermindert wurde und (4) die Menge an Nicht-Dampf, die vom eintretenden Strom aus der Basis des Trennbehälters mitgerissen wurde, minimiert wurde.
Im Modell-Flasher wurde ein Dampfverteilungsboden mit Löchern mit einem Durchmesser von 12,7 mm (0,5 inch) und einem Lochbereich von 13,5 verwendet. Der an die Wandung des Behälters angrenzende Bereich wies bis zu einem Abstand von etwa 4,45 mm (1,75 inch) von der Wandung keine Löcher auf. Der Boden hatte 519 Löcher mit einem Durchmesser von 12,7 mm (1/2 inch) mit einer dreieckigen Teilung von 27,9 mm (1,1 inch).
Ein Acrylkunststoff-Zyklon von 36,8 cm (14-1/2 inch) wurde konstruiert und bei einigen Testläufen mit dem Auslass des Flashers durch ein Rohr verbunden. Der Auslass des Zyklons wurde mit einer Entnebelungs/Schaufel-Anordnung durch ein Rohr verbunden, die in einem Acryl-Kunststoffgehäuse enthalten war. Diese Einrichtung ermöglichte die Beobachtung der Wirksamkeit der Verfahren der Erfindung, weil im Unterteil des Zyklons alle messbaren mitgerissenen Stoffe aufgefangen wurden.
Bei einigen Testläufen wurde der Boden mit 5,68 l (1,5 gallons)/min (gpm) Wasser gespült (in Tabelle I als "Spülung mit 1,5 gpm" bezeichnet).
Bei einigen Testläufen wurde Salz zur Simulation von Feststoffen wie Katalysatoren verwendet, die im Nicht-Dampf im eintretenden Strom gelöst oder suspendiert waren (in Tabelle I als "Salz" bezeichnet).
Wenn der Strom in zwei Einlassröhren aufgespalten wurde, wies jedes einen Nenndurchmesser von 12,1 cm (4-3/4 inch) auf. Wenn die Einlässe vergrößert wurden, wurde ein Acryl-Kunststoffrohr mit einem Nenndurchmesser von 6 inch verwendet (in Tabelle I als "geteilter Einlass 6" bezeichnet).
Wenn Führungen getestet wurden, wurden gekrümmte, konturierte Führungen zwischen 60 und 120° verwendet (in Tabelle I als "Führungen" bezeichnet).
Die Hauptbeobachtungen aus den Versuchen, die mit dem Modell-Trennbehälter gemacht wurden, waren wie folgt:

• Wenn Gasgeschwindigkeiten des eintretenden Stroms vergrößert wurden, schien der Durchbruchpunkt für ein erhöhtes Mitreißen in beiden Fällen, dem Flasher mit und dem Flasher ohne Boden, etwa 22,7 m³ (800 tatsächliche Kubikfuß) pro Minute (acfm) zu betragen, obwohl der Anstieg nur dann proportional war, wenn der Boden vorhanden war, offenbar, weil Flüssigkeit die Unterseite des Bodens benetzte.
• Ein gespülter Boden verminderte ein Mitreißen von Salz (das zur Simulierung von gelösten Feststoffen wie Katalysatoren verwendet wurde) um etwa 80% im Vergleich zum grundlegenden Fall (keine Böden), obwohl das gesamte Mitreißen von Flüssigkeit sich nicht verminderte, sondern verstärkte.
• Mit zwei Einlässen mit einem Nenndurchmesser von 12,1 cm (4-3/4 inch) wurde das Mitreißen signifikant verringert. Durch die Ergänzung um einen nicht gespülten Verteilerboden verminderte sich das Mitreißen auf etwa null (bis zu einer vorgegebenen Gasgeschwindigkeit).
• Bei zwei Einlässen mit einem Nenndurchmesser von 12,1 cm (4-3/4 inch) und einem Boden gab es eine plötzliche, drastische Erhöhung des Mitreißens bei etwa 35,7 m³min^–1 (1260 acfm), wenn der Flüssigkeitsdurchsatz von etwa 197 auf 227 l/min (52 bis 60 gpm) erhöht wurde. Es wurde beobachtet, dass der Boden bei diesem Punkt geflutet zu werden schien. Weiterhin wurde beobachtet, dass die Ergänzung um ein Spülen des Bodens zu einem Fluten des Bodens bei niedrigeren Gasgeschwindigkeiten führte.
• Bei zwei vergrößerten Einlässen (Nenndurchmesser 6 inch) konnte kein messbares Mitreißen bis zur höchsten Kombination von Flüssigkeits- und Gasraten im untersuchten Bereich und einschließlich dieser festgestellt werden. Wenn ein Boden vorhanden war, gab es kein sichtbares Mitreißen, und darüber hinaus war weniger Spritzen vorhanden.
• Fließführungen über dem Einlass waren dazu wirksam, ein Mitreißen bei höheren Geschwindigkeiten zu stoppen. Eine 90°-Führung schien besser als eine 120°-Führung zu funktionieren.

Tabelle I: Ergebnisse von Versuchen mit der Modelleinheit
Die Zahl 1,5, wenn ein Boden vorhanden ist, bezieht sich auf einer Spülrate oder ein Spülen mit etwa 5,68 l/min (1,5 gpm).
Die Bezeichnung "6 inch" neben "Einlass" bezieht sich auf (einen) vergrößerten) Einlass (Einlässe).

Die Bezeichnung "einfach" oder eine fehlende Bezeichnung neben "Einlass" bezieht sich auf einen Prüfbehälter, bei dem nur ein Einlass verwendet wird.

Versuch Nr.	Gallons/min (gpm)	Tatsächliche Kubikfuß/min (acfm)	Mitreißen lb/min	Kommentar
1	52	765	0,001	Keine Böden
2	35	784	0,002	Keine Böden
3	35	557	0,001	Keine Böden
4	35	896	0,010	Keine Böden
5	35	387	0,000	Keine Böden
6	59	857	0,006	Keine Böden
7	52	830	0,001	Keine Böden – Salz
8	52	910	0,001	Keine Böden – Salz
9	52	928	0,064	1 Boden
10	52	690	Mehr als 0,000	1 Boden
11	52	917	0,283	1 Boden
12	52	985	0,425	1 Boden
13	52	870	0,170	1 Boden – Salz
14	52	987	0,243	1 Boden – Salz
15	52	987	0,447	1 Boden – Salz – Spülung mit 1,5 gpm
16	52	830	0,061	1 Boden – Salz – Spülung mit 1,5 gpm
17	52	618	0,002	1 Boden – Salz – Spülung mit 1,5 gpm
18	60	1080	0,000	1 Boden – aufgeteilter Einlass
19	60	1118	2,124	1 Boden – aufgeteilter Einlass – Spülung mit 1,5 gpm
20	60	829	0,152	1 Boden –aufgeteilter Einlass – Spülung mit 1,5 gpm
21	60	924	Mehr als 0,000	Keine Böden – aufgeteilter Einlass
22	60	802	Mehr als 0,000	Keine Böden – aufgeteilter Einlass
23	60	1126	0,002	Keine Böden – aufgeteilter Einlass
24	60	886	0,013	Keine Böden
25	60	777	0,003	Keine Böden
26	60	998	0,017	Keine Böden
27	60	1063	0,026	Keine Böden
28	60	920	0,008	Keine Böden
29	52	1087	0,022	Keine Böden
30	52	980	0,000	1 Boden – aufgeteilter Einlass
31	52	1192	0,000	1 Boden – aufgeteilter Einlass
32	52	1295	0,000	1 Boden – aufgeteilter Einlass
33	60	1267	3,398	1 Boden – aufgeteilter Einlass
34	69	1212	0,000	1 Boden – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
35	76	1213	0,000	1 Boden – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
36	84	1260	0,000	1 Boden – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
37	76	1308	0,000	1 Boden – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
38	77	1398	0,000	1 Boden – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
39	84	1389	0,000	1 Boden – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
40	76	1390	0,000	Keine Böden – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
41	84	1414	0,000	Keine Böden – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
42	78	1204	0,000	90°-Führungen – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
43	79	1471	0,000	90°-Führungen – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
44	79	1466	0,000	90°-Führungen – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
45	81	1300	0,000	120°-Führungen – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
46	91	1440	0,000	120°-Führungen – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
47	84	1167	0,000	Weiter Auslass – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
48	99	1165	0,000	Weiter Auslass – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
49	98	1402	0,002	Weiter Auslass – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
50	74	1076	0,018	Weiter Auslass – aufgeteilter Einlass 15,2 cm (6'')
51	69	1076	0,013	Weiter Auslass – ein Einlass 15,2 cm (6'')
52	85	1071	0,021	Weiter Auslass – ein Einlass 15,2 cm (6'')
53	74	1277	0,060	Weiter Auslass – ein Einlass 15,2 cm (6'')
54	86	1253	0,168	Weiter Auslass – ein Einlass 15,2 cm (6'')

Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl Tests an einem Modell-Trennbehälter durchgeführt wurden, der einen tangentialen Eintritt des Stroms in den Trennbehälter ergab, das Verfahren der Erfindung auch auf Behälter anwendbar ist, bei denen der tatsächliche Einlass des Stroms in den Behälter tangential ist. Ein tangentialer Einlass stellt weder einen Schwerpunkt noch die Aufgabe der Erfindung dar, sondern eine Aufgabe besteht vielmehr in der Maximierung der tangentialen Kohärenz, sobald der Strom in den Behälter eingeführt worden ist.

Claims

Verfahren zur Verminderung eines Mitreißens von Nicht-Dampf-Komponenten in einem Dampfstrom, der aus einem Trennbehälter austritt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Einführung eines Dampfes in einen Trennbehälter mit einer Innenfläche, wenigstens einem Einlass und wenigstens einem Dampfauslass, wobei der Strom durch den wenigstens einen Einlass eingeführt wird und tangential zur Innenfläche des Trennbehälters strömt, wobei der Strom einen Nicht-Dampf-Anteil und einen Dampfanteil umfasst und wobei die Geschwindigkeit des Stroms bei der Einführung des Stroms in den Trennbehälter vermindert wird, Abtrennen eines Dampfstroms vom Strom im Trennbehälter, wobei der Dampfstrom innerhalb des Trennbehälters eine nicht gleichmäßige Dampfgeschwindigkeit hat, und Austretenlassen des Dampfstroms aus dem Trennbehälter durch den wenigstens einen Dampfauslass.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Nicht-Dampf-Anteil des Stroms wenigstens einen Feststoff umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Feststoff im Nicht-Dampf-Anteil gelöst oder suspendiert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend die Gewinnung wenigstens eines Teils des Nicht-Dampf-Anteils des Stroms, der aus dem Trennbehälter austritt, durch den wenigstens einen Dampfauslass mit dem Dampfstrom.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Trennbehälter eine gekrümmte erste Innenfläche und eine zweite Innenfläche senkrecht zur ersten gekrümmten Innenfläche hat, um Dampfgeschwindigkeiten innerhalb des Trennbehälters zu verteilen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strom durch wenigstens zwei Einlässe in den Trennbehälter eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Trennbehälter eine Längsachse hat und der Strom durch zwei Einlässe, die sich an verschiedenen Punkten entlang der Längsachse des Trennbehälters befinden, in den Trennbehälter eingeführt wird.