Способ разделения жидких смесей и газонасыщенных жидкостей

Изобретение относится к разделениюразличного рода жидких смесей и газонасыщенных жидкостей с высокой чистотой разделения и может быть использовано в химической, нефтехимической, газонефтеперерабатывающей, азотной и других отраслях промышленности,Цель изобретения - повышение чистоты получаемых продуктов и снижениеэнергетических затрат на процесс разделения.На чертеже изображен аппарат для реализации способа.Аппарат состоит из корпуса 1, К кор.пусу присоединен штуцер 2 для входагазонасыщенной смеси (сырья), штуцер 3для выхода чистого тяжелого, более высококипяцего компонента, штуцер 4 для выхода готовых наиболее легких продуктовразделения или газовых фракций и штуцер 5 для выхода готовых промежуточных фракций.Рядом вертикальных чередующихся перегородок 6 и 7 аппарат разделен на промежуточные 8 и основные 9 секции.Перегородка 6 имеет отверстия с вставленными в них патрубками 10, соединенными с распылительными устройствами 11(соплами щелями, сужающимися отверстиями специальной формы и т.д.). Перегородка 7 имеет отверстия с вставленными в них приемными устройствами 12(камерами), соединенными с камерами 13смешения, которые соединены с сепарирующими устройствами 14. Между секциями,образуемыми чередующимися перегородками 6 и 7, установлены переточные трубы 15, проходящие сквозь предыдущуюпромежуточную секцию 8 и последующую(по ходу сырья) основную секцию 9.Сепарирующее устройство 14 представляет собой диффузор (или циклонный сепаратор, трубку или улитку), тангенциально соединенный с камерой 13 смешения.Основные и промежуточные секции аппарата разделены продольными перегородками 16.Способ реализуется следу ющим образом.В корпус 1 через штуцер 2 в первую основную секцию 9 подается газонасыщенная жидкость с давлением 0,5 -50,0 МПа. Через патрубки 10 и распылитель 11 струи жидкости через первуюпромежуточную секцию 8 - поступают вприемную камеру2 следующей основной секции 9. Г 1 ри прохождении жидкости через промежуточную секцию 8 захватывается газ, находящийся в пространстве секции 8, образуя в последней зонупониженного давления, Вследствие снижения давления газа в секции 8 газ из третьей основной секции 9 по переточной трубе 15 поступает в первую промежуточную секцию 8. Захваченный струями газонасыщенной жидкости газ вместе с жидкостью поступает в приемную камеру 12 второй основной секции 9, далее в камеру 13 смешения второй основной секции 9, где за счет контакта фаз с разными давлениями и интенсивного вихреобразования при вращении кинетической энергии частиц жидкости в потенциальную с одновременной ее передачей газу и при вырав.нивании давлений жидкости и газа проис ходит эффективное смешение и массообмен между газом и жидкостью. Одновременно начинаются процессы разгазирования жидкости за счет выделения наиболее легколетучих компонентов из жидкой фазы и конденсации наиболее тяжелых компонентов из газовой фазы в жидкую, которые продолжаются при поступлении далее газожидкостной смеси в камеру 13 смешения и заканчиваются в сепарирующем устройстве 14, где смесь разделяется 20 на газовую и жидкую фазу.)Кидкость с более низким давлением(на 0,1 - 0,5 МПа) поступает из второй основной секции 9 через патрубки 10 и распылитель 11 второй промежуточной секции 8 через вторую промежуточную сек цию 8 в приемную камеру 12 третьей основной секции 9. При этом смесь газовых компонентов из четвертой основной секции 9 по переточной трубе 15 поступает во вторую промежуточную секцию 8, а затем в третью основную секцик) 9.Аналогичным образом газонасыщеннаяжидкость и выделяемые газовые компоненты проходят через все секции аппарата.В результате многократного контактагазовых компонентов, выделяемых при разгазировании жидкости, с жидкостью газовая фаза обогащается легкими целевыми компонентами, а жидкость - тяжелыми высококипящими компонентами исходного сырья. Наиболее легкие целевые компо О ненты выводятся через штуцер 4, менеелегкие целевые компоненты при промежуточной фракции выводятся через штуцер 5.Полученная высококипящая жидкость выводится через штуцер 3.В каждой основной секции 9 жидкость 45 собирается внизу секции, а газ в верхней части секции, Перегородка 16 предназначена для обеспечения одинаковой равномерной подачи газа через каждый ряд распылителей при установке большого количества распылителей с целью увеличения производительности аппарата.Механизм подачи жидкостью газа, находящегося в секциях 8, и снижение давления жидкости на последних основных секциях вплоть до вакуума позволяет осуществить четкую, высококачественную и эффективную очистку тяжелых компонентов исходной смеси от более легких, или более летучих. При этом процесс разде 1326853зления возможен как с компонентами, обладающими близкими или равными температурами кипения, так и со смесями, ооладающими ретроградными явлениями, в отличие от известного способа ректификации за счет разницы температур кипения компонентов разделяемой смеси.При вылете струи жидкости из любого отверстия или сопла за границей зоны распыл а жидкости (или газа) образуется зона разрежения вплоть до вакуума. В эту зону разрежения, или зону пониженного давления, поступает газ или легкие газовые компоненты под давлением, имеющемся в четвертой основной секции 9, по переточной трубе 15 во вторую промежуточную секцию 8.Следует учитывать разрывный характер струи, выходящей из распылителя, увеличивающийся с удалением выходящей и расширяющейся струи жидкости (газа) от распылителя.Указанные особенности, характеризующие истечение газовых и жидких веществ из узких отверстий, щелей, сужающихся устройств и т.д., используются в предлагаемом аппарате. Конец распылителя расположен в промежуточной секции 8 от приемной камеры 12 так, чтобы эффективнее использовались эти особенности. При этом благодаря давлению, подталкивающему газ из четвертой основной секции 9 по переточной трубе 15 во вторую промежуточную секцию 8, в зону пониженного давления, находящуюся за границей зоны распыла жидкости из распылителя, проникновение газа в места разрыва жидкостной струи осуществляется частично во второй промежуточной секции 8, а частично в приемной камере 12, проникновение га. за в жидкостную струю и унос его струей через камеру 13 смещения и сепарирующее устройство 14 в третью основную секцию 9 происходит за счет использования кинетической энергии жидкостной струи и особенностей и свойств, имеющих место при истечении газов и жидкостей при распыле. При этом уровень жидкости в основных секциях аппарата поддерживается ниже входных концов пере- точных труб и сепарирующего устройства.Таким образом, захват газа дросселируемой жидкостью, проникновение его сначала по периметру газожидкостной струи, а затем и в ее объем осуществляется при смешении, контакте жидкости или газонасыщенной жидкой смеси, имеющей большое давление, с газом, имеющим более низкое давление, а массообмен осуществляется при выравнивании давлений в массообменном элементе, состоящем из промежуточной секции 8, приемной камеры 12, основной секции 9, камеры 13 смещения, сепарирующего устройства 14, патрубка 1 О и распылителя 11. Выравниванне давлений наиболее интенсивно осу ществляется в камере 13 смешения и прак тически заканчивается в сепарирующсм устройстве 14.Способ осуществим в ретроградной области.Пример 1. Проводят испытания предлагаемого способа разделения. При абсорбции трибутилфосфатом (ТБФ) кислых компонентов из природного газа ЛимансО кого месторождения (Саратовская обл.)состава, об.Я: СН 4 90,24; СгНб 2,96; СН 0,60; С 4 Н 1 о 0,31; СьНг 0,23; СО 0,6; Не 0,036; Нг 5 0,6; СОг 3,884, образуется газонасыщенная жидкость. Эту жидкость подвергают разделению.ТБФ в количестве 100 моль, содержащий 0,058 моль/моль ТБФ сероводорода, 0,03 моль/моль ТБФ диоксида углерода и 0,01 моль/моль ТБФ метана, при 45 С и 7,0 МПа подают на верх рек тификационного аппарата. В аппарате насыщенный раствор ТБФ пропускают через ректификационные устройства, в которых при проходе через сопла осуществляют снижение давления при движении жидкости с предыдущего устройства в последующие. При этом жидкостью осуществляют отсос газовой фазы из каждой последующей зоны разделения в предыдущую. В ректификационном устройстве осуществляют массообмен между фазами при ЗО их контакте, При снижении давления повысоте (длине) аппарата из жидкой фазы удаляют низкокипящие компоненты (СОг) . НЙ и СН 4 из каждой последующей зоны разделения в предыдущую. В результате осуществленного противоточноЗ 5 го движения фаз на каждом ректификационном устройстве устанавливают определенные давления и температуры, соответствующие концентрации определенных компонентов и их смесей, С верха аппарата выводят самый легколетучий ком понент - метан, с низа - ТБФ и вкачестве бокового погона смесь СОг и Нг 8.Давление внизу аппарата 1 Па, температура 20 С. Содержание легких компонентов (СОг + Нг 5) в ТБФ 0,000 моль/ моль. При разделении по известному ме тоду содержание низкокипящих компонентов во фракции ТБФ 0,14 моль/моль.Пример 2. Аналогичным образом осуществляют процесс разделения смеси, содержащей, моль. Я: СН 4 0,6; СьНг 0,4.Газонасыщенную смесь подают в ректи-фикационную колонну при 18 МПа и 20 СПри давлении внизу аппарата 0,03 МПа и температуре 10 С получают фракцию пентана чистотой 0,9999 моль/моль. По известному методу чистота фракции 0,8 моль/ 55 моль.Таким образом, предлагаемый способпозволяет повысить качество разделения высококипящего компонента с одновремен. Рогпко открытийоектная, 4 Корректо рПодписное обретений о делам и ская наб ие, г. Ужг, д. 4/5 ород, угп 5ным значительным сокращением энергетических затрат, улучшить степень очистки газов от вредных примесей без использования дорогостоящих и дефицитных растворителей и специальных очистительных сооружений, но с большей эффективностью и экономичностью. Кроме того, предлагаемый способ позволяет увеличить степень извлечения серы из газа и снизить затраты на переработку углеводородной части газа с получением широкой фракции углеводородов. Способ разделения жидких смесей и газонасыщенных жидкостей в массообменном аппарате методом ректификации с изменяющимся составом и давлением паровой и жидкой фаз на каждой ступени разделения массообмен ного аппарата, включающий многократное контактироваРедактор Т, Лазоренко ТеЗаказ 3267/33 ТиВНИИПИ Государственного ком113035, Москва, ЖПроизводственно.полиграфичес ние на каждой ступени разделения га зового потока и газонасыщенной жид.кости, обладающих разными давлениями в условиях противоточного движения газовой и жидкой фаз с выделением лег кого и тяжелого компонентов, отличаюи 4 ийся тем, что, с целью повышения чистоты получаемых продуктов и снижения энергозатрат, на каждой ступени разделения понижают давление жидкой фазы вы.со кого давления путем дроссели рова ния ее и смешения с газовой фазой низкого давления при одновременной подаче газовой фазы низкого давления с каждой последующей ступени разделения, имеющей более низкое давление, в каждую предыду щую ступень более высокого давления иподаче жидкой фазы с предыдущей ступени разделения в последующую, при этом на последней ступени разделения поддерживают давление ниже атмосферного и/или равного давлению упругости тяжелого компонента при температуре разделения.