DE69012971T2

DE69012971T2 - Methode und vorrichtung zum einspeisen einer flüssigkeitszufuhr in einen dampf-/flüssigkeitstrennturm.

Info

Publication number: DE69012971T2
Application number: DE69012971T
Authority: DE
Inventors: Frank Silvey
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1995-02-02
Anticipated expiration: 2010-07-19
Also published as: US4950363A; WO1991001169A1; EP0434826B1; DE69012971D1; EP0434826A1; EP0434826A4; CA2035452A1; JPH04500779A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einspeisen einer Flüssigkeitszufuhr in einen Dampf-/ Flüssigkeitstrennturm bzw. eine Dampf/Flüssigkeits-Trennkolonne (nachfolgend als Dampf/Flüssigkeits-Trennkolonne bezeichnet).
Dampf/Flüssigkeits-Trennkolonnen, z.B. Destillationskolonnen, werden in der Chemieindustrie in großem Umfang verwendet. Diese Kolonne trennt ein Beschickungsmaterial effizient und effektiv in eine Anzahl gewünschter Fraktionen, wenn dieses Beschickungsmaterial bei Bedingungen von Temperatur und Druck in die Kolonne eingeführt wird, die im wesentlichen gleich oder geringer als die Bedingungen sind, die in der Kolonne vorherrschen. Wenn die Temperatur und der Druck des in die Kolonne eingeführten Beschickungsmaterials jedoch höher als innerhalb der Kolonne sind, tritt in der Kolonne ein umschlagender stabiler Zustand auf, der als Entspannen bekannt ist. Dieses Entspannen verdampft zumindest einen Teil der Beschickung und erzeugt mit sehr hoher Geschwindigkeit Dampf, z.B. 50 feet per second (15 m/s), dies verursacht das Mitreißen wesentlicher Mengen des flüssigen Anteils des Beschickungsmaterials mit dem Dampf und eine mangelhafte Verteilung des Dampfes. Dieses Mitreißen des flüssigen Anteils des Beschickungsmaterials und/oder die mangelhafte Verteilung des Dampfanteils der Beschickung verringern die Wirksamkeit der Trennkolonne.
Bisher bekannten Vorrichtungen zur Förderung einer gleichmaßigen Verteilung des Beschickungsmaterials zur Kolonne befaßten sich nicht mit dem Problem der Entspannung des Beschickungsmaterials. Statt dessen wurde der Schwerpunkt auf eine wirksame Verteilung des flüssigen Beschickungsmateriais gerichtet, das in die Kolonne eingespeist wird, wahrend das Phanomen der Entspannung dieses Anteils des flüssigen Beschickungsmaterials zu Dampf entweder vom Fachmann nicht erkannt oder nicht in Betracht gezogen wurde.
In US-A-3 057 756 wird ein Verteiler für die Zufuhr beschrieben, der den Schaum beseitigt.
Die grundlegende Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Minimierung der nachteiligen Wirkungen der Entspannung, die bei der Einführung einer Flüssigkeitszufuhr auftreten, die eine höhere Temperatur und/oder einen höheren Druck aufweist, als sie in der Trennkolonne vorliegen, in die diese Beschickung eingespeist wird.
Die vorliegende Erfindung besteht folglich in einer Flüssigkeits/Dampf-Trennkolonne, die einen entspannenden Beschickungseinlaß zum Einspeisen eines flüssigen Beschickungsstroms in die Flüssigkeits/Dampf-Trennkolonne umfaßt, wobei der Beschickungsstrom eine Temperatur und einen Druck aufweist, die höher als die in der Kolonne vorhandenen sind, der entspannende Beschickungseinlaß senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases und der Flüssigkeit innerhalb der Kolonne in der Kolonne befestigt ist und umfaßt:
a) eine Zufuhrleitung, die mindestens eine Seitenöffnung, die in einem Winkel α von nicht mehr als etwa 30º unter oder über der horizontalen Ebene herausgeschnitten ist, wobei der Winkel α als Winkel zwischen der horizontalen Ebene und der Oberkante der Seitenöffnung definiert wird, und mindestens eine Öffnung in der Unterseite der Zufuhrleitung umfaßt, wobei die gesamte Querschnittsflache der Seitenöffnung ausreichend ist, um die lineare Geschwindigkeit des Beschickungsstroms auf nicht weniger als etwa 1 m/s (3 ft/sec) zu verringern, wobei die Zufuhrleitung senkrecht zur Strömung des Gases und der Flüssigkeit innerhalb der Kolonne gerichtet ist, und
b) eine Entspannungskammer, die wirksam mit der Zufuhrleitung verbunden ist, von dieser räumlich getrennt ist und diese umgibt und eine ausreichende Querschnittsfläche aufweist, um die lineare Geschwindigkeit des Dampfes, der durch Entspannen von mindestens einem Teil des Beschickungsstroms im entspannenden Beschickungseinlaß erzeugt wird, auf einen Wert zu verringern, der im wesentlichen der gleiche wie die Oberflächengeschwindigkeit des Dampfes in der Kolonne ist, wobei diese Entspannungskammer außerdem eine Oberfläche bietet, auf die der Beschickungsstrom auftrifft, wodurch die Trennung des Dampfes von der Flüssigkeit gefördert wird.
Die Erfindung besteht außerdem in einem Verfahren, wie es im Anspruch 3 definiert ist.
Die Dampf/Flüssigkeits-Trennkolonne, die mit dem erfindungsgemäßen entspannenden Beschickungseinlaß verwendet wird, kann jede herkömmliche allgemein bekannte Dampf/Flüssigkeits-Trennkolonne sein, die bisher verwendet wurde, um einen flüssigen Beschickungsstrom in eine Reihe unterschiedlicher Flüssigkeits- und Dampffraktionen zu trennen. Geeignete Trennkolonnen sind Destillations- und Gasabsorberkolonnen, die innerhalb eines Druckbereiches vom Vakuum bis zu sehr hohem Druck betrieben werden. Die Art des in die Kolonne eingespeisten Beschickungsstroms hängt von der Art des in der Kolonne zu trennenden Materials ab, und folglich ist dessen Art bei der vorliegenden Erfindung nicht kritisch, sofern die Temperatur und der Druck des Beschickungsstroms höher sind, als sie in der Kolonne vorhanden sind.
Der Betrieb der vorhandenen Dampf/Flüssigkeits-Kontaktkolonne, z.B. einer Destillationskolonne, wird durch Einführung des erfindungsgemäßen entspannenden Beschickungseinlasses am Einlaß der Kolonne modifiziert. Dieser entspannende Beschickungseinlaß wird normalerweise zwischen zwei Böden der Destillationskolonne angeordnet, damit der Dampf zum oberen Boden steigen und die Flüssigkeit zum unteren Boden sinken kann. Diese Vorrichtung wird in der gleichen vertikalen Höhe in der Kolonne angeordnet wie der herkömmliche Beschickungseinlaß in der Kolonne.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen konkreter beschrieben, welche zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht des entspannenden Beschickungseinlasses nach einem Beispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 1 und
Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in Fig.
Wie es in den Zeichnungen gezeigt ist, ist der entspannende Beschickungseinlaß 1 so in der Destillationskolonne 3 angeordnet, daß der in die Kolonne eingespeiste flüssige Beschickungsstrom durch diesen Einlaß strömt. Dieser entspannende Beschickungseinlaß 1 umfaßt eine Zufuhrleitung 5, die sich senkrecht zur Achse der Kolonne 3 vom Einlaß 6, der auf der Außenseite der Kolonne angeordnet ist, zur Entspannungskammer 7 erstreckt, die innerhalb der Kolonne angeordnet ist. Diese Zufuhrleitung ist so bemessen, daß sie die Strömungsmenge der in die Kolonne eingespeisten Beschickungsströme aufnimmt, ihr Querschnitt ist vorzugsweise kreisförmig.
Die Entspannungskammer 7 ist von der Zufuhrleitung 5 getrennt und umgibt diese und ist durch eine Vielzahl von Seitenschlitzen 9 in dieser Leitung 5 damit verbunden. Diese Seitenschlitze 9 weisen eine ausreichende Querschnittsfläche auf, damit die lineare Geschwindigkeit des Beschickungsstroms auf nicht weniger als 3 ft/sec (1 m/s), vorzugsweise 3 bis 7 ft/sec (1 bis 2 m/s) verringert wird, wodurch das Mitreißen von Flüssigkeit in dem in der Kolonne aufsteigenden Dampf minimiert wird. Die Schlitze 9 sind in einem solchen Winkel in die Zufuhrleitung geschnitten, daß das Auftreffen des Hauptteils des flüssigen Anteils der Beschickung auf den Seitenwänden der die Zufuhrleitung umgebenden Entspannungskammer gefördert wird, wodurch die Menge der sich durch die Destillationskolonne nach oben bewegenden Flüssigkeit minimiert wird, falls diese überhaupt vorhanden ist. Dies minimiert wiederum das Mitreißen von Flüssigkeit im Dampf. Somit ist der Winkel der Leitungsöffnungen (der hier als Winkel α bezeichnet wird und als Winkel zwischen der waagrechten Achse und der Oberkante jeder Öffnung definiert wird - siehe Fig. 2) nicht größer als etwa 30º über oder unter der waagrechten Achse.
Die Zufuhrleitung enthält ebenfalls zwei Ablauflöcher 13, diese ermöglichen das Ablassen der Flüssigkeit von der Zufuhrleitung in die Entspannungskammer 7 beim Abschalten.
Die Querschnittsfläche der Entspannungskammer 7 ist so gewählt, daß die lineare Geschwindigkeit des durch das Entspannen erzeugten Dampfes auf einen Wert verringert wird, der die Oberflächengeschwindigkeit des Dampfes innerhalb der Kolonne erreicht, wodurch der Dampf und die Flüssigkeit im wesentlichen vollständig getrennt werden, die sich aus der Entspannung des Beschickungsstromes ergeben. Die Verringerung der Geschwindigkeit des Dampfes auf diesen Wert verringert die Menge des flüssigen Anteils der Beschickung, die mit dem Dampf mitgerissen wird.
Wie es aus Fig. 2 am besten ersichtlich ist, umfaßt die Entspannungskammer 7 einen halbkreisförmigen unteren Abschnitt 8 und zwei Seitenwände 10, die an diesen unteren Abschnitt angebracht sind und in zwei Randabschnitten 15 enden, die die Festigkeit der Struktur liefern und verhindern, daß die Flüssigkeit an der Innenwand der Vorrichtung nach oben wandert. Die Entspannungskammer 7 enthält einen Bodenschlitz 11, der das Austreten der Flüssigkeit aus dem entspannenden Beschickungseinlaß und den Eintritt in einen der unteren Böden der Destillationskolonne ermöglicht. Die Seitenplatte 17 verschließt den vom Einlaß 6 entfernten Endabschnitt der Leitung 5 und der Kammer 7.
Bei einem Beispiel des Betriebs dieser Kolonne wird der Beschickungsstrom durch den Einlaß 6 der Zufuhrleitung von außen in die Destillationskolonne eingespeist und wird in waagrechter Richtung entlang der Länge der Zufuhrleitung in die Destillationskolonne geführt. Die Seitenschlitze 9 verringern die lineare Geschwindigkeit des Beschickungsstroms, der sowohl Flüssigkeit als auch Dampf umfaßt, auf etwa 3 ft/sec (1 m/s/) und zwingen die Beschickung zum Auftreffen auf die Seitenwände 10, dies fördert das Heraustrennen des Dampfes aus der Flüssigkeit. Der Dampfanteil des Beschickungsstroms entweicht nach oben und wird zu den oberen Böden der Destillationskolonne befördert. Der flüssige Anteil des Beschickungsstroms wird durch den Bodenschlitz 11 der Entspannungskammer 7 zum Boden befördert, der direkt unter dem entspannenden Beschickungseinlaß liegt. Die Entspannungskammer weist eine solche Querschnittsfläche auf, daß die lineare Geschwindigkeit des Dampfanteils des Beschickungsstroms auf einen Wert verringert wird, der sich der Oberflächengeschwindigkeit des Dampfes in der Kolonne nähert.

Claims

1. Flüssigkeits/Dampf-Trennkolonne (3), die einen entspannenden Beschickungseinlaß (6) zur Einführung eines flüssigen Beschickungsstroms in die Flüssigkeits/Dampf- Trennkolonne (3) umfaßt, wobei der Beschickungsstrom eine Temperatur und einen Druck aufweist, die höher als die in der Kolonne (3) vorhandenen sind, der entspannende Beschickungseinlaß (6) senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases und der Flüssigkeit innerhalb der Kolonne (3) in der Kolonne (3) befestigt ist und umfaßt:

a) eine Zufuhrleitung (5), die mindestens eine Seitenöffnung (9), die in einem Winkel α von nicht mehr als etwa 30º unter oder über der horizontalen Ebene herausgeschnitten ist, wobei der Winkel α als Winkel zwischen der horizontalen Ebene und der Oberkante der Seitenöffnung (9) definiert wird, und mindestens eine Öffnung (13) in der Unterseite der Zufuhrleitung (5) umfaßt, wobei die gesamte Querschnittsfläche der Seitenöffnung (9> ausreichend ist, um die lineare Geschwindigkeit des Beschickungsstroms auf nicht weniger als etwa 1 m/s (3 ft/sec) zu verringern, wobei die Zufuhrleitung (5) senkrecht zur Strömung des Gases und der Flüssigkeit innerhalb der Kolonne (3) gerichtet ist, und

b) eine Entspannungskammer (7), die wirksam mit der Zufuhrleitung (5) verbunden ist, von dieser räumlich getrennt ist und diese umgibt und eine ausreichende Querschnittsfläche aufweist, um die lineare Geschwindigkeit des Dampfes, der durch Entspannen von mindestens einem Teil des Beschickungsstroms im entspannenden Beschickungseinlaß (6) erzeugt wird, auf einen Wert zu verringern, der im wesentlichen der gleiche wie die Oberflächengeschwindigkeit des Dampfes in der Kolonne (3) ist, wobei diese Entspannungskammer (7) außerdem eine Oberfläche bietet, auf die der Beschickungsstrom auftrifft, wodurch die Trennung des Dampfes von der Flüssigkeit gefördert wird.

2. Trennkolonne nach Anspruch 1, wobei die gesamte Querschnittsfläche der Seitenöffnung der Zufuhrleitung ausreichend ist, um die lineare Geschwindigkeit des Beschickungsstroms auf 1 bis 2 m/s (3 bis 7 ft/sec) zu verringern.

3. Verfahren zur Einführung eines flüssigen Beschickungsstroms in eine Flüssigkeits/Dampf-Trennkolonne nach Anspruch 1, wobei der Beschickungsstrom eine Temperatur und einen Druck aufweist, die höher als die in der Kolonne vorhandenen sind, das Verfahren das Einspeisen des Beschickungsstroms durch den entspannenden Beschickungseinlaß in die Kolonne umfaßt, wodurch zumindest ein Teil des Beschickungsstroms in Dampf umgewandelt wird, und der entspannende Beschickungseinlaß die lineare Geschwindigkeit des Dampfes auf im wesentlichen die Oberflächengeschwindigkeit des Dampfes innerhalb der Kolonne verringert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Zufuhrleitung die lineare Geschwindigkeit des Beschickungsstroms auf 1 bis 2 m/s (3 bis 7 ft/sec) verringert.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Dampf den entspannenden Beschickungseinlaß verläßt und nach oben zu den oberen Böden der Kolonne geleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Flüssigkeit zu einem Boden geleitet wird, der direkt unter dem entspannenden Beschickungseinlaß liegt.