ES2582027T3 - Sección de alimentación de una columna de separación - Google Patents

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Abstract

Un método de operación de una columna de contacto (1) que comprende las etapas de: - introducción de una alimentación (31, 32) que es líquida o por lo menos parcialmente líquida, hacia la columna de contacto mediante entradas de alimentación (11, 12) a una primera presión, y - operación de una sección de la columna de contacto a una segunda presión más baja que la primera presión, caracterizado por - permitir que la alimentación (31, 32) se vaporice, simultáneamente, parcial o totalmente, o se vaporice más, y entre en la columna de contacto desde las entradas de alimentación (11, 12) a través de un dispositivo de paso del flujo de alimentación (16) que tiene una serie de aberturas (15) en el interior de la columna, y - en el cual se mantiene la segunda presión tan baja que si se hace descender más la segunda presión, un caudal másico máximo en el interior de la columna procedente de las entradas de alimentación permanece constante y está, por lo tanto, en condición de estrangulación.

Description

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DESCRIPCION
Seccion de alimentacion de una columna de separacion Campo de la invencion
La presente invencion se refiere de forma general a metodos de operacion de columnas de separacion. En particular, esta se refiere a columnas de destilacion en las cuales la corriente de alimentacion esta en fase llquida, o es una mezcla de gas y llquido aguas arriba de la columna, pero donde la alimentacion se vaporiza o se vaporiza mas cuando esta ingresa en la columna. Columnas como tales contienen una seccion de la columna en la cual se dirige un flujo de alimentacion desde una o mas entradas. Hay una necesidad en el campo de mejorar la introduccion de la corriente de entrada a columnas como tales y de mejorar la distribucion de la alimentacion dentro de tales secciones.
Descripcion general de la tecnica
La evaporacion subita (flashing) es un fenomeno comun en columnas de destilacion en las cuales por lo menos una porcion de una corriente de alimentacion cambia de fase cuando se reduce la presion hasta la presion prevalente en el interior de la columna. La corriente de alimentacion resultante que ingresa a la columna es, entonces, una mezcla de gas / llquido. Con base en los requerimientos del proceso, se ha comprobado que es diflcil en la practica introducir de forma eficiente y efectiva una alimentacion como tal en una columna.
Cuando hay una seccion de separacion superior, por lo menos una seccion por encima de la ubicacion de la entrada de alimentacion, un requerimiento es que la porcion de gas de la corriente de alimentacion necesita ser distribuida uniformemente hacia la seccion de separacion superior. Un requerimiento relacionado es que idealmente no haya picos de velocidad locales en el flujo de gas. Cuando hay una seccion de separacion inferior, por lo menos una seccion por debajo de la ubicacion de la entrada de alimentacion, un requerimiento es que cualquier porcion de llquido de la corriente de alimentacion necesita ser recolectada y dirigida a la seccion de separacion inferior. La seccion de separacion inferior puede contener una ubicacion especlfica tal como una entrada a un distribuidor de llquido.
Otro factor que concierne a la eficiencia y efectividad de la introduccion de la corriente de alimentacion en las columnas es cualquier flujo de gas que sube desde una seccion de separacion inferior como resultado de cualquier actividad de separacion de la seccion inferior. El flujo de gas ascendente necesita pasar a traves de la seccion en la que se introduce la alimentacion y luego a la seccion de separacion superior.Para operar de forma ideal, la porcion de gas producida a partir de la corriente de alimentacion y el flujo de gas ascendente necesitan ser mezclados completamente para producir un gas uniforme unico que no tenga variaciones ya sea en composition o en temperatura a traves del area de seccion transversal de la seccion de separacion superior.
Actualmente, una practica de la industria es evitar grandes cantidades de evaporacion subita en el interior de las columnas mediante la reduction de la presion de las corrientes de alimentacion antes de introducir la alimentacion a la columna. Esto se logra con un dispositivo aguas arriba de la columna que reduce la presion de la corriente de alimentacion a la deseada en la columna misma. La corriente de alimentacion que sale del dispositivo aguas arriba y se desplaza hacia la columna, normalmente a traves de una tuberla, es una mezcla de gas / llquido que tiene una fraction de gas significativa. La gran cantidad de gas implica que, o bien la tuberla tiene que tener una diametro relativamente grande con el fin de mantener baja la velocidad del flujo de la mezcla de gas / llquido dentro de la tuberla o, en el caso en que el diametro de la tuberla es pequena, el flujo resultante tiene una velocidad indeseablemente alta dentro de la tuberla.
Tener una tuberla grande es indeseable debido a que requiere una mayor altura de la seccion de corriente de alimentacion de la columna. Esto aumenta la altura en conjunto necesaria para la columna, los cual impacta inversamente en el coste del diseno, costes de construction, costes de operacion y costes de mantenimiento. El trazado de una tuberla grande tambien es mas diflcil, requiere mayor cantidad de espacio y es mas caro. El inconveniente de tener tuberlas pequenas es el mayor riesgo de problemas de erosion debidos a la alta velocidad del flujo y a otras caracterlsticas de la mezcla de gas / llquido.
Normalmente, el dispositivo aguas arriba es un medio de control del flujo en forma de valvula de control. La valvula de control facilita la mayor parte de la reduccion de presion. La fraccion significativa de gas producida mediante esta etapa de reduccion de presion impone problemas adicionales en el diseno y dimensionamiento de valvulas como tales. Esto se debe a las condiciones de salida que son muy diferentes de las condiciones de entrada. Debido al flujo de dos fases (mezcla de gas / llquido), la ubicacion de la valvula aguas arriba de la columna, as! como de las tuberlas aguas abajo de la valvula, debe ser disenada con cuidado con el fin de evitar los problemas creados por la inestabilidad del flujo y la erosion.
Pueden encontrarse ejemplos y argumentos de la practica industrial actual en Distillation Operation de H. Kister (libro publicado por McGraw - Hill, ISBN 10-X) que incluye especlficamente la Figura 2.2j, la cual explica el uso de una entrada tangencial a la columna con el fin de satisfacer los requerimientos del proceso descritos anteriormente.
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El libro Packed Tower Design and Applications de R.F. Strigle Jr, (libro publicado por Gulf Publishing Co en 1994 [2a Edicion], ISBN 0-88415-179-4) da algunos ejemplos en las Figuras 10 - 15 y 10 - 16 para corrientes de alimentacion que producen mezclas de gas / llquido cuando la presion de la corriente de alimentacion se reduce a la de la columna. Un ejemplo utiliza una camara en la que toma lugar laevaporacion subita. En un segundo ejemplo, se ha proporcionado un canal circular a lo largo de las paredes de la columna y la alimentacion se dirige por encima y hacia ese canal. Se estan aplicando ambos ejemplos a columnas con diametro pequeno.
Algunos ejemplos especlficos en los que las condiciones descritas anteriormente concernientes a las corrientes de alimentacion con evaporation subita son particularmente prevalentes, se encuentran en refinerlas y plantas petroqulmicas; particularmente en columnas de destilacion atmosfericas y sometidas a presion, y especlficamente en columnas de destilacion al vaclo. De forma mas general, una ubicacion especlfica en algunas columnas de destilacion al vaclo es el retorno del recalentador a la columna, en el cual se introduce la mezcla de gas / llquido en la columna procedente de un recalentador, en la cual el recalentador sirve como un medio de vaporization.
La Patente US 4.950.363 describe un dispositivo de entrada de alimentacion con evaporacion subita utilizado en columnas de contacto vapor / llquido tales como columnas de destilacion, para disminuir la cantidad de arrastre de llquido y mala distribution de vapor que ocurre cuando una corriente de alimentacion de llquido se introduce en una columna a una condition de temperatura y / o presion mayor que la que existe en la columna.
Una persona con experiencia comun en la tecnica reconocera que las condiciones descritas anteriormente y los problemas asociados estan presentes en por lo menos cierto grado en todos los dispositivos de contacto en los que esta presente una alimentacion con evaporacion subita en el sistema.
Resumen de la invencion
Un objetivo de la presente invencion es facilitar la introduction y distribucion de una corriente de alimentacion con evaporacion subita a una columna con dispositivos de contacto.
Un objetivo de la presente invencion es, solo o en conjunto con una distribucion de la alimentacion mas uniforme, el uso del dispositivo de distribucion de la alimentacion para reducir la magnitud maxima de la velocidad local de por lo menos una portion del gas evaporado subitamente de la alimentacion a medida que este se introduce en una section de separation por encima de la ubicacion de la alimentacion.
Un objetivo adicional de la presente invencion es facilitar el mezclado ideal de manera uniforme del gas producido mediante evaporacion subita de una alimentacion con un gas que viene de una seccion de separacion por debajo de la seccion de entrada de la alimentacion.
Los objetivos de la presente invencion se logran mediante el metodo que se describe con mas detalle a continuacion.
La invencion esta caracterizada por las porciones caracterizadoras de las reivindicaciones independientes 1 y 6.
Breve descripcion de los dibujos
La Figura 1 es un esquema de una columna de destilacion.
La Figura 2A es una vista de arriba hacia abajo de una seccion de una columna con un dispositivo de distribucion de la alimentacion que incluye un plato de chimeneas.
La Figura 2B es una representation de una vista lateral de la seccion de la Figura 2A.
La Figura 3A es una vista de arriba hacia abajo de una seccion de una columna con un dispositivo de distribucion de la alimentacion ubicado en una seccion inferior de una columna de contacto.
La Figura 3B es una representacion de una vista lateral de la seccion de la Figura 3A.
Descripcion detallada de lasrealizaciones ejemplares
Hay numerosos tipos y variaciones de columnas con dispositivos de contacto. Algunas de las columnas con dispositivos de contacto estandares son columnas de destilacion, columnas de separacion y columnas de absorcion. Ademas de las columnas con un unico fin, muchas columnas de contacto son combinaciones de dos o mas procesos estandar (por ejemplo, destilacion y absorcion). Ademas, hay categorlas tales como columnas de relleno o columnas al vaclo. Una persona con experiencia comun en la tecnica reconocera la aplicabilidad para la presente invencion en todos los tipos y variaciones de dispositivos de contacto enumerados anteriormente ademas de aquellos no enumerados especlficamente pero reconocidos en la tecnica, en los cuales tales condiciones de alimentacion con evaporacion subita tienen, por lo menos, el potencial de existir.
La Figura 1 muestra una columna con dispositivos de contacto1 como una columna de destilacion al vaclo con una entrada de alimentacion principal 2 y dos salidas 3 y 4. Se proporciona una salida para cada producto a ser
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separado a partir de la alimentacion por las secciones de separacion, 5 proporcionada por encima y 6 proporcionada por debajo de la ubicacion de entrada de alimentacion principal. Ademas de la alimentacion principal 2, hay una entrada de alimentacion de retorno 7, el reflujo, ubicado por encima de la entrada de alimentacion principal y una entrada de alimentacion 8, el retorno de recalentamiento, ubicada en la seccion inferior de la columna. Por simplicidad se ha omitido el sistema que produce vaclo.
En las Figuras 2A y 2B se presenta con mas detalle una seccion de entrada de alimentacion. La Figura 2A muestra la pared lateral de una columna con dispositivos de contacto 10 que encierra la porcion interior de la columna con dispositivos de contacto, los dispositivos de entrada de alimentacion 11 y 12, un plato de chimeneas con paneles de suelo del plato 14 y una cantidad adecuada de chimeneas 13. Los dispositivos de entrada de alimentacion 11 y 12 ubicados fuera de la columna con dispositivos de contacto estan unidos a dispositivos de paso del flujo de alimentacion 16 dentro de la columna. Los dispositivos de paso del flujo de alimentacion 16 tienen un numero adecuado de aberturas 15 ubicadas en sus paredes exterior e interior, y estan ubicados por encima del suelo 14 del plato de chimeneas.
Una caracterlstica clave de los dispositivos de paso del flujo de alimentacion es que el flujo de corriente de alimentacion a traves de los orificios se realiza en condicion crltica (estrangulado). El flujo se estrangula en los orificios y esta estrangulacion fija el caudal maximo que puede lograrse a traves del orificio.
La alimentacion circula a traves de los dispositivos de entrada de la alimentacion con un caudal masico y a una primera presion. La columna de contacto se mantiene a una segunda presion, la cual es menor que la primera. Cuando la alimentacion sale del dispositivo de paso del flujo de alimentacion acoplado a la entrada de la alimentacion, con base en el diferencial de presion, la porcion de llquido de la alimentacion se expandira, vaporizara y la alimentacion entrara en la columna desde cada abertura y el flujo de alimentacion a traves de los orificios estara en condiciones crlticas (estrangulado).
Con base en el caudal masico en la entrada de la alimentacion, hay un punto en el que el diferencial entre la primera presion y la segunda presion en la columna ya no afecta a la cantidad de alimentacion que ingresa en la columna de contacto. Esto es debido a que no puede salir posiblemente mas alimentacion de las aberturas del dispositivo de paso del flujo de alimentacion debido al fenomeno de estrangulamiento. El punto en el que un descenso de la segunda presion no tiene un efecto sobre la cantidad de alimentacion que ingresa en la columna a traves de los orificios, se define como el punto crltico. Para todas las segundas presiones, desde el punto crltico a todas presiones por debajo del punto crltico, el flujo a traves de los orificios se considera que esta en condicion crltica o estrangulada.
Por lo tanto, el tamano de cada abertura en el dispositivo de paso del flujo de alimentacion y el area total de las aberturas en el dispositivo de paso del flujo de alimentacion deben ser tales que se logran las condiciones crlticas para el flujo a traves de los orificios. Estos tamanos variaran de una instalacion a otra y los tamanos se eligen para trabajar especlficamente con las condiciones de operacion de cada instalacion. La seleccion del tamano de cada abertura, el numero total de aberturas y el area total de aberturas puede ser elegida mediante calculos estandar o con la ayuda de herramientas tales como el software Computational Fluid Dynamics.
Cuando el flujo de alimentacion esta en condicion crltica (estrangulado) los unicos medios para aumentar el caudal maximo son aumentar el area total de orificios o aumentar la primera presion.
Las corrientes de alimentacion 31 y 32 entran en sus respectivos dispositivos de entrada de alimentacion 11 y 12 afuera de la pared de la columna de contacto. En el ejemplo presente, los dispositivos de entrada de alimentacion 11 y 12 son tubos circulares que tienen diametros similares. Adicionalmente, los dispositivos de paso del flujo de alimentacion 16 son tubos circulares que tienen el mismo diametro que los dispositivos de entrada de alimentacion. Los dispositivos de entrada de alimentacion afuera de la pared de la columna y los dispositivos de paso del flujo de alimentacion adentro de la pared de la columna pueden ser continuos, como se muestra en la Figura 2A, o estos pueden estar separados y acoplados en, o cerca de, la pared de la columna (no mostrado). El dispositivo de distribucion de la alimentacion de la presente invencion comprende los dispositivos de paso del flujo de alimentacion 16 ubicados dentro de las paredes de la columna y sus respectivas aberturas 15.
El dispositivo de distribucion de la alimentacion puede ser utilizado en conjunto con un plato de chimeneas o, alternativamente, se pueden utilizar otros dispositivos conocidos por una persona experta en la tecnica. Dispositivos conocidos como tales pueden ser un canal en anillo, varias cajas de evaporacion subita ubicadas de forma adecuada, u otras geometrlas que permiten que el gas que viene de una seccion de separacion inferior pase a traves de la seccion de alimentacion y recolecte el llquido resultante del dispositivo de distribucion de la alimentacion y de la seccion de separacion superior (si una seccion como tal existe).
Los dispositivos de paso del flujo de alimentacion 16 mostrados en la Figura 2A son tubos rectos y paralelos. Aunque se muestran los dispositivos de paso del flujo de alimentacion como si fueran multiples tubos distintos, estos tambien pueden ser dos o mas ramas de un tubo unico conectado a una unica entrada de alimentacion o a medios de acoplamiento de la entrada de alimentacion. De forma similar, los dos tubos rectos distintos pueden comprender una o mas ramas. Son posibles numerosos disenos geometricos basados en el diseno de la columna de contacto,
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las propiedades del flujo de la alimentacion en particular, as! como la distribucion deseada de la alimentacion en la seccion de la columna.
El tamano y cantidad de orificios 15 se seleccionan de manera tal que se mantiene la corriente de alimentacion de entrada dentro del dispositivo de paso del flujo 16 sustancialmente en fase llquida. De forma alternativa, de manera tal que la corriente de alimentacion tiene una fraccion muy pequena de gas en la misma. La corriente de alimentacion, a medida que circula a traves de los orificios 15 hacia la seccion de entrada de la alimentacion, se vaporiza o vaporiza mas y, simultaneamente, esta en condiciones de estrangulamiento.
Como se muestra en la Figura 2B, a medida que la mezcla de gas / llquido sale de los orificios 15, esta produce una corriente de gas 34 como resultado de la vaporizacion subita (flashing) y una corriente de llquido 35. En esta realizacion particular, mediante el uso de dos dispositivos de paso de flujo como se muestra, es posible asegurar que la corriente de gas 34 producida por la vaporizacion subita y la corriente de gas 33 que llega a traves de las chimeneas se mezclan uniformemente en una corriente combinada de gas 36 con la ayuda del plato de chimeneas. Aunque se muestran dos dispositivos de paso del flujo, puede haber dispositivos de paso del flujo adicionales que son identicos a los dos mostrados, o varlan en longitud y / o diseno.
Los orificios 15 pueden ser, o bien orificios recortados de la superficie del (de los) dispositivo(s) de paso del flujo de alimentacion 16, o estos pueden ser boquillas unidas al (a los) dispositivo(s) de paso del flujo de alimentacion. En el caso en que hay orificios recortados de la superficie del (de los) dispositivo(s) de paso del flujo de alimentacion, estos pueden ser recortados mediante cualquier medio bien conocido, tal como una cortadora de plasma, una cortadora mecanica, una prensa mecanica o laser. En el caso en que los orificios son boquillas unidas al (a los) dispositivo(s) de paso del flujo de alimentacion, las boquillas puede ser de diseno simple o complejo, y puede ser fabricados integralmente con el dispositivo de paso del flujo de alimentacion. De forma alternativa, las boquillas pueden estar unidas / acopladas de forma permanente o desmontable al dispositivo de paso del flujo de alimentacion. Ejemplos de medios para unir las boquillas son soldadura, adhesion o provision de aberturas roscadas en el dispositivo de paso del flujo de alimentacion junto con correspondientes roscas sobre las boquillas.
El tamano, tipo y ubicacion de los orificios se eligen en base a, por lo menos, las caracterlsticas de entrada de la alimentacion, caracterlsticas del entorno dentro de la seccion de entrada de la columna de contacto, la distribucion de la alimentacion deseada, o una combinacion de los mismos. Con el fin de minimizar los costes de operacion y mantenimiento, es deseable mantener el flujo, que es sustancialmente llquido en las entradas de alimentacion, afuera de la columna de contacto. Las condiciones para mantener ese flujo sustancialmente en fase llquida se basan en la alimentacion misma as! como en cualesquiera procesos que han tomado parte aguas arriba de la columna de contacto. La seleccion de las dimensiones y ubicacion apropiados para los orificios en el (los) dispositivo(s) de paso del flujo de alimentacion hacen posible la vaporizacion de la alimentacion en las ubicaciones deseadas dentro de la seccion de la columna de contacto.
Las Figuras 2A y 2B muestran una implementacion especlfica de un juego de dispositivos de paso del flujo de alimentacion en una porcion central de una columna de contacto. En la Figura 2B se muestra, por debajo de las entradas de alimentacion 11 y 12, una seccion de separacion inferior con un distribuidor de llquido 21 y un medio de separacion 22, es decir, una cama de relleno. Esta seccion de separacion inferior emite una corriente de gas 33. Cuando la entrada de alimentacion a una columna de contacto esta ubicada en una posicion vertical tal que tiene una corriente de gas subiendo a traves de la misma, como se muestra, entonces es ventajosa la adicion de un plato de chimeneas 14 y chimeneas 13. La corriente de gas 33 circula a traves de las chimeneas 13 y eventualmente hacia la seccion de separacion superior. Por encima de la seccion de entrada de la alimentacion hay una seccion de separacion superior con medios de separacion 20 (cama de relleno).
Numerosas geometrlas y disenos de platos de chimeneas son aptos para ser utilizados con los dispositivos de paso del flujo de alimentacion de la presente invencion, como se expuso anteriormente. El proposito de los platos de chimeneas es doble. En primer lugar, para permitir un mezclado y distribucion uniforme de las corrientes de gas ascendentes con la corriente de gas de alimentacion introducida procedente de los dispositivos de paso del flujo de alimentacion. En segundo lugar, para capturar y desviar cualquier porcion de llquido de las corrientes de alimentacion y llquido que cae de la seccion de separacion superior hacia, por ejemplo, un distribuidor de llquido ubicado sobre la parte superior de la seccion de separacion por debajo del plato de chimeneas. Las Figuras 2A y 2B muestran una realizacion de un plato de chimeneas utilizado en conjunto con los dispositivos de paso del flujo de alimentacion.
Las chimeneas 13 de la presente realizacion estan definidas por paredes laterales formadas por la porcion vertical del plato de chimeneas 14. Pueden estar unidas unas tapas de chimenea horizontales, mostradas en la Figura 2B, a una o mas de las porciones laterales que definen la chimenea 13. Las tapas de chimenea pueden cubrir una porcion de, o toda la abertura superior de la chimenea. De forma alternativa, como se muestra en la Figura 2B, las tapas de chimenea pueden extenderse mas alla de los llmites de la abertura superior de la chimenea.
El numero de chimeneas, sus dimensiones, ubicacion y construction pueden variar en base a las propiedades del flujo de la corriente de gas 33 y las corrientes de gas 34. Preferiblemente, la geometrla del plato de chimeneas y la ubicacion de las chimeneas refleja la geometrla del (de los) dispositivo(s) de paso del flujo de alimentacion. En las
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Figuras 2A y 2B, se pueden ver las chimeneas dispuestas en filas paralelas a los dispositivos de paso del flujo de alimentacion rectos. Adicionalmente, se puede ver que aunque la fila central consiste en una serie de chimeneas 13 conformadas y separadas de forma identica, las filas superior e inferior consisten en una serie de chimeneas conformadas y separadas de forma diferente que se adaptan tanto a la geometrla de los dispositivos de paso del flujo de alimentacion (sus bordes interiores estan alineados en una llnea recta paralela a los dispositivos de paso del flujo de alimentacion) como a la geometrla de la columna del dispositivo de contacto.
En la practica, la seleccion del numero de chimeneas, sus dimensiones y ubicacion se determinan mejor a traves de analisis computacional, utilizando, por ejemplo: las dimensiones de la columna, parametros de los dispositivos de paso del flujo de alimentacion, caracterlsticas de flujo de la corriente de gas 33 y caracterlsticas de flujo de la corriente de gas 34. Se puede utilizar un programa de ordenador para optimizar el diseno, o se pueden simular uno o mas casos discretos para determinar el diseno mas apropiado.
Un aspecto de las chimeneas es facilitar una mezcla sustancialmente mas homogenea entre las dos corrientes de gas 33 y 34 que la que se lograrla sin el plato de chimeneas. El plato de chimeneas puede estar disenado en conjunto con los dispositivos de paso del flujo de alimentacion, o de forma separada. Un metodo de diseno del sistema es la utilizacion del programa Computational Fluid Dynamics para simular las interacciones del plato de chimenea, dispositivos de paso del flujo de alimentacion y columna de separacion para determinar el diseno optimo del sistema y sus partes.
Es ventajoso para la mezcla homogenea que las caracterlsticas del flujo, por ejemplo, velocidad y densidad de ambos flujos sean cercanos uno al otro. Por lo tanto, si se conocen las caracterlsticas del flujo de la corriente de gas 34, a partir del diseno de los dispositivos de paso del flujo de alimentacion, entonces se pueden disenar la altura, ubicacion y area abierta para facilitar la mezcla homogenea.
Como se muestra en la Figura 2B, el area de chimenea es menor que el area de la columna. Por lo tanto, el flujo que sale de las chimeneas tiene una velocidad y densidad mayores que la del flujo 33 en la parte inferior, porcion abierta de la seccion de columna. Adicionalmente, las tapas de chimenea y la altura de las paredes verticales del plato de chimenea 14 se extienden mas alla de las aberturas en los dispositivos de paso del flujo de alimentacion. A medida que aumenta el flujo 34 en la seccion de columna, este se dispersara de forma tal que la velocidad, densidad y distribucion local disminuiran a medida que aumenta la distancia desde las aberturas. La ubicacion de la parte superior de las paredes verticales de las chimeneas y las tapas de chimenea deberlan disenarse de forma tal que las caracterlsticas de flujo del flujo que sale de las chimeneas y las caracterlsticas de flujo locales del flujo procedente de los dispositivos de paso del flujo de alimentacion sean cercanas unas a otras de forma tal que se pueda formar una mezcla sustancialmente homogenea.
Se pueden utilizar otras geometrlas de chimenea para lograr las caracterlsticas de flujo deseadas para el flujo que sale de las chimeneas. En vez de que las paredes de las chimeneas sean verticales, estas pueden estar dispuestas a un angulo para dirigir el flujo 33 hacia una abertura superior mas estrecha comparada con las aberturas inferiores. Esto se puede utilizar para aumentar la densidad y velocidad locales del flujo a medida que este sale de las chimeneas. De forma alternativa, las paredes de la chimenea y / o la porcion de plato inferior pueden tener una o mas aberturas o pueden estar dispuestas de manera tal que se permite que el flujo 33 salga de la chimenea desde multiples ubicaciones. Esto puede utilizarse para mantener en un menor valor el cambio en las caracterlsticas de flujo entre el flujo 33 y el flujo que sale de las chimeneas.
La porcion inferior del plato de chimeneas 14 puede ser, por ejemplo, horizontal, como se muestra en la Figura 2B, puede estar inclinada hacia una direccion, o puede tomar la forma de una piramide invertida. En cualquier caso, pueden estar dispuestas una o mas aberturas para permitir que el flujo de llquido 35 salga del plato de chimeneas. En el caso en que la parte inferior del plato este inclinado o en forma de piramide invertida, la abertura para el flujo de llquido esta ubicada preferiblemente en el punto o area en el cual se inclina el plato.
En una realization, hay un ciclo de fluido en el cual se toma una corriente desde la columna, se calienta la corriente y luego se reintroduce la corriente en la columna. La seccion en la cual se reintroduce la corriente se muestra en las Figuras 3A y 3B. Esta corriente reintroducida tambien es considerada como una alimentacion. La corriente tomada de la columna esta a menudo en su punto de burbuja, lo que significa que cualquier calor adicional ocasionara vaporization (flashing) que tomara parte cuando la corriente sea reintroducida en la columna.
La Figura 3A muestra la pared lateral de una columna con dispositivos de contacto 40 que encierra la porcion interior de una columna con dispositivos de contacto. La columna 40 tiene un dispositivo de entrada de alimentacion 42. La corriente de entrada de alimentacion es reintroducida a la columna despues de que ha sido calentada en un ciclo descrito anteriormente. El dispositivo de paso del flujo de alimentacion 46 tiene un numero adecuado de aberturas 45, ubicadas en la pared exterior 41 del dispositivo de paso del flujo de alimentacion 46. Se muestra el dispositivo de paso del flujo de alimentacion como dos arcos de tubo circulares que estan ubicados por encima del colector inferior de la columna. La corriente hacia el ciclo se toma a partir de la salida 43. La corriente de alimentacion desde dicho ciclo ingresa en el dispositivo de entrada de alimentacion 42. Por encima de la seccion de entrada de alimentacion hay una seccion de separacion superior con medios de separacion 47 (cama de relleno).
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
El tamano y numero de orificios 45 ha sido seleccionado de manera tal que se mantiene la corriente de alimentacion de entrada dentro del dispositivo de paso del flujo 46 sustancialmente en fase llquida. Aunque la alimentacion esta preferiblemente en una fase llquida, esta puede tener alternativamente una pequena fraccion de gas en esta. A medida que la corriente de alimentacion circula a traves de los orificios 45 hacia la seccion de entrada de la alimentacion, esta simultaneamentese vaporiza o vaporiza mas y esta en condiciones de estrangulamiento. A medida que la mezcla de gas / llquido sale de las aberturas45, esta produce una corriente de gas 49 como resultado de la vaporizacion subita (flashing) y una corriente de llquido 48. En esta realizacion particular, mediante el uso del dispositivo de paso de flujo, es posible asegurar que la corriente de gas 49 producida por la vaporizacion subita se distribuye sustancialmente de manera uniforme hacia la seccion de separacion superior.
Dado que no hay, o virtualmente no hay, una corriente ascendente por debajo del dispositivo de paso del flujo de alimentacion, no hay necesidad de una chimenea y platos, como se describio en el ejemplo anterior. Sin embargo, puede utilizarse en su lugar un deflector circular 50 por debajo del dispositivo de paso del flujo de alimentacion para desviar el llquido de drenaje directamente al colector a lo largo de las paredes de la columna. Este deflector puede ser beneficioso para las boquillas de medicion de nivel y tambien para mantener un nivel de llquido mas estable en el colector.
Un ejemplo especlfico para la Figura 3A tiene un dispositivo de entrada de alimentacion 42, el cual es un tubo circular que tiene un diametro nominal de 15,25 cm. El dispositivo de paso del flujo de alimentacion 46 es tambien un tubo circular con un diametro nominal de 10,16 mm. El dispositivo de contacto 40 tiene un diametro de 1,8 m. La forma de los orificios 45 es redonda y estos tienen, todos, el mismo diametro de 14 mm. El numero total de orificios es de 34, ubicados como se muestra en la Figura 3B.
Se introduce una corriente de hidrocarburo en el dispositivo de contacto 40 a traves del dispositivo de entrada de alimentacion 42. La corriente de hidrocarburo tiene puntos de la curva de destilacion de acuerdo con la norma ASTM D86 segun la siguiente tabla:
Vol - % destilado
0 10 30 50 70 90 100
A Temp °C
390 399 405 410 415 423 434
Adicionalmente, la corriente de hidrocarburo tiene una gravedad API de 36,96. Esta information caracteriza completamente la corriente.
La presion en el dispositivo de entrada de alimentacion se ajusta por medio de una valvula de control aguas arriba, en la entrada del ciclo de calentamiento con el fin de obtener una presion de 20 kPa (a) en la entrada al dispositivo de paso del flujo 46. La temperatura de la corriente esta a 281,2 °C despues del ciclo de calentamiento mientras que la temperatura antes del ciclo y al dejar la columna de contacto esta en su punto de burbuja de 263 °C. Cuando el flujo de la corriente de hidrocarburo a traves de los orificios es de 952 kg/h la calda de presion es de 10,7 kPa y la presion en el dispositivo de contacto es de 9,3 kPa(a). Cuando se disminuye mas la presion en el dispositivo de contacto no hay incremento en el flujo a traves de los orificios, lo cual significa que el flujo ha alcanzado las condiciones de estrangulamiento, es decir, una reduction de presion aguas abajo no tiene efecto sobre el caudal. En la practica, la columna de contacto se hace funcionar a una presion de 1,7 kPa (a) y el flujo de hidrocarburo a traves de los orificios esta en condiciones de estrangulamiento.
En cualquier seccion de una columna con dispositivos de contacto en la cual hay una entrada de alimentacion que introduce una alimentacion en el sistema, existe el potencial de una distribution no uniforme de la portion de gas de la alimentacion hacia la seccion por encima de la entrada de alimentacion. Adicionalmente, existe el potencial de que las velocidades locales de la porcion de gas de la alimentacion sean, o bien perjudiciales o bien no ideas para dicha seccion superior. La colocation de un dispositivo de distribucion de la alimentacion que permite que la vaporizacion subita de la alimentacion tome lugar en ubicaciones deseadas en el interior de la seccion de entrada de la alimentacion hace posible que las columnas con dispositivos de contacto operen de forma mas eficiente.
Adicionalmente, el diseno de un dispositivo de paso del flujo de alimentacion de acuerdo con la presente invention permite que la alimentacion en la entrada de alimentacion se mantenga en una fase llquida o sustancialmente llquida antes de entrar en la columna de contacto. Esto reduce la complejidad del sistema de destilacion as! como los efectos perjudiciales de la fase gaseosa, o de una fase con alto porcentaje de gas, que circula en los tubos y entradas que conducen a la columna de contacto. Sin embargo, debe reconocerse a aquellas personas con experiencia comun en la tecnica que el presente dispositivo tambien puede utilizarse cuando la alimentacion tiene mas vapor en la misma, pero sin obtener todas las ventajas de la reduccion de efectos perjudiciales de la alimentacion que se obtienen cuando la alimentacion es sustancialmente llquida. Una persona con experiencia comun en la tecnica tambien reconocera las ventajas adicionales de la presente invencion y las diversas geometrlas de los dispositivos de paso del flujo de alimentacion no descritos en este documento pero que no se apartan del alcance de la presente invencion.

Claims (6)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo de operacion de una columna de contacto (1) que comprende las etapas de:
    - introduccion de una alimentacion (31, 32) que es liquida o por lo menos parcialmente liquida, hacia la columna de contacto mediante entradas de alimentacion (11, 12) a una primera presion, y
    - operacion de una seccion de la columna de contacto a una segunda presion mas baja que la primera presion, caracterizado por
    - permitir que la alimentacion (31, 32) se vaporice, simultaneamente, parcial o totalmente, o se vaporice mas, y entre en la columna de contacto desde las entradas de alimentacion (11, 12) a traves de un dispositivo de paso del flujo de alimentacion (16) que tiene una serie de aberturas (15) en el interior de la columna, y
    - en el cual se mantiene la segunda presion tan baja que si se hace descender mas la segunda presion, un caudal masico maximo en el interior de la columna procedente de las entradas de alimentacion permanece constante y esta, por lo tanto, en condicion de estrangulacion.
  2. 2. El metodo de operacion de una columna de contacto (1) segun la reivindicacion 1, que comprende ademas:
    - la reorientacion de una porcion de liquido de la alimentacion (35) a traves del dispositivo de recoleccion de liquido (13, 14) ubicado por lo menos parcialmente por debajo del dispositivo de paso del flujo de alimentacion 16, y
    - la reorientacion de por lo menos una porcion de una corriente de gas (33) desde abajo del dispositivo de recoleccion de liquido (13, 14) hacia un punto por encima del dispositivo de paso del flujo de alimentacion.
  3. 3. El metodo de operacion de una columna de contacto (1) segun la reivindicacion 1, en el cual la alimentacion a traves de todas y cada una de las aberturas del dispositivo de paso del flujo de alimentacion (16) esta en condiciones de estrangulamiento.
  4. 4. El metodo de operacion de una columna de contacto (1) segun la reivindicacion 1, en el cual el dispositivo de paso del flujo de alimentacion (16) comprende dos o mas pasos del flujo de alimentacion (16, 16) organizados en serie o en paralelo o tanto en paralelo como en serie.
  5. 5. El metodo de operacion de una columna de contacto (1) segun la reivindicacion 1, en el cual la columna de contacto es una columna de destilacion o una columna de absorcion.
  6. 6. Un metodo de operacion de una columna de contacto (1) que comprende las etapas de:
    - introduccion de una alimentacion calentada (31) que es Kquida o por lo menos parcialmente liquida, hacia la columna de contacto mediante entradas de alimentacion (42) a una primera presion, y
    - operacion de una seccion de la columna de contacto a una segunda presion mas baja que la primera presion, caracterizado por
    - permitir que la alimentacion (31) se vaporice, simultaneamente, parcial o totalmente, o se vaporice mas, y entre en la columna de contacto desde la entrada de alimentacion (42) a traves de un dispositivo de paso del flujo de alimentacion (46) que tiene una serie de aberturas (45) en el interior de la columna,
    - en el cual el dispositivo de paso del flujo de alimentacion (46) comprende dos arcos de tubo circulares que tienen una serie de aberturas (45) ubicadas en una pared exterior (41) del dispositivo de paso del flujo de alimentacion (46), y el numero total de aberturas esta configurado de forma tal que el flujo calentado, a medida que circula a traves de todas las series de aberturas (45), simultaneamente se vaporice parcial o totalmente, y
    - en el cual se mantiene la segunda presion tan baja que si se hace descender mas la segunda presion, un caudal masico maximo en el interior de la columna procedente de las entradas de alimentacion permanece constante y esta, por lo tanto, en condicion de estrangulacion.
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