CC BY
23
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ НА УСТАНОВКЕ РАЗДЕЛЕНИЯ ЭТАНОЛАМИНОВ
М.И. ФАРАХОВ *, Е.А. ЛАПТЕВА**
* Инженерно-внедренческий центр «Инжехим»,
** Казанский государственный энергетический университет
Решена задача модернизации установки разделения этаноламинов путем замены устаревших ректификационных колонн на новые насадочные. Результатом модернизации является повышение качества продукции и снижение энергозатрат.
Большинство ректификационных установок, работающих в настоящее время в различных отраслях промышленности, проектировались в 60-80 гг. прошлого столетия. За прошедшие годы появились более эффективные типы контактных устройств, которые все чаще используются при модернизации ректификационных колонн. Среди них лидируют насадочные элементы как зарубежных, так и отечественных фирм, например, нерегулярные насадки HY-PAK, CASCADE-RINGS, «Инжехим», ГИПХ, ГИАП и др. и регулярные -INTALOX, Sulzer, Koch, «Инжехим», Norton, «Меллапак», «Ваку-Пак» [1-5]. Ректификационные колонны с новыми насадками чаще всего более эффективны по качеству разделения смесей, что дает возможность снизить флегмовые числа и уменьшить энергозатраты. Колонны с насадками, даже при одинаковой эффективности с барботажными тарелками имеют преимущества: более низкое гидравлическое сопротивление, что очень важно для вакуумных колонн, и меньшее время пребывания жидкости, что существенно влияет на разделение смесей, способных к разложению, образованию полимеров и изменению цветности.
В статье рассматривается модернизация вакуумных ректификационных колонн разделения этаноламинов на действующем производстве завода «Органические продукты» ОАО «Казаньоргсинтез».
Метод производства этаноламинов основан на взаимодействии окиси этилена и аммиака в присутствии воды в качестве катализатора. Готовыми продуктами производства являются моноэтаноламин технический, диэтаноламин чистый, триэтаноламин технический и кубовый остаток.
Для разделения смеси после реакторного блока используются несколько ректификационных колонн, основными из которых являются Кн-29, Кн-40, Кн-56 и Кн-92. Смесь этаноламинов поступает на колонну Кн-29.
До модернизации работающие колонны имели диаметры: Кн-29 - 1,0 м; Кн-40 - 1,6 м; Кн-56 - 1,6 м, Кн-92 - 1,6 м. В колоннах использовались различные типы массообменных тарелок. Прочностной ресурс колонн был ограничен. На основе использования математической модели процессов в насадочном слое [5] выполнены расчеты и рассмотрены технические решения по замене тарелок на регулярные и нерегулярные насадки «Инжехим». Как показали расчеты, новые колонны при заданной производительности от 1785 кг/ч до 2415 кг/ч (по исходному сырью) должны иметь размеры: Кн-29 - 0,5 м; Кн-40 - 1,2 м; Кн-56 - 1,0 м; Кн-92 - 0,6 м. Снижение размера колонн с использованием
высокоэффективных насадок обеспечивает значительное уменьшение
© М. И. Фарахов, Е.А. Лаптева Проблемы энергетики, 2008, № 7-8
энергозатрат на процесс разделения за счет уменьшения флегмовых чисел, и соответственно, греющего пара в кипятильниках колонн и расхода охлаждающей воды в дефлегматорах. Из теории и практики ректификации смесей известно, что повышение эффективности контактных устройств (числа теоретических тарелок) массообменных колонн дает возможность снизить расход флегмы и, соответственно, расход теплоносителя в кипятильниках при сохранении качества разделения смеси.
При выборе типа насадки для колонн учитывались следующие особенности процесса разделения этаноламинов:
1. Все колонны, кроме Кн-29, должны работать под разряжением (10-20 мм рт. ст.). Колонну Кн-29 в перспективе планируется также использовать в качестве вакуумной. Следовательно, используемая насадка должна обладать низким гидравлическим сопротивлением при достаточно высоких значениях фактора пара - до 2,6 м/с-(кг/м3)0'5.
2. Насадка должна обладать достаточно высокой разделяющей способностью. Минимальная высота, эквивалентная одной теоретической тарелке, заложенная в расчет высоты колонн, составляла 0,6 м.
3. Насадка должна обеспечивать требуемую степень разделения при очень низкой плотности орошения - менее 1 м/час.
4. Все колонны выполнены неразборными, следовательно конструкция насадки должна предусматривать монтаж через люки колонн.
С учетом вышесказанного было принято решение оснастить все колонны, кроме Кн-29, регулярной насадкой «Инжехим-ШК-14» [5] (рис. 1).
При выборе регулярной насадки учитывался положительный опыт использования рулонной
гофрированной насадки для процесса разделения этиленгликолей на заводе «Окиси этилена» ОАО
«Нижнекамскнефтехим» [6]. Как
теплофизические свойства
разделяемых смесей, так и режимные характеристики работы колонн (высокое значение фактора пара при низкой плотности орошения) этих процессов достаточно близки.
В табл. 1 приведены основные характеристики насадки «Инжехим ШК-14».
Таблица 1
Технические характеристики насадки ГОК
№ п/п Характеристика насадки Единица измерения Численное значение
1 Удельная поверхность м2/м3 320
2 Свободный объем м3/м3 0.904
3 Эквивалентный диаметр м 0.0113
4 Гидравлическое сопротивление при факторе пара Р=2,6 Па/м 120
5 Высота, эквивалентная одной теоретической тарелке (ВЭТТ) м 05^0.6
В колонне Кн-29 предложено использовать нерегулярную насадку «Инжехим 2000» (рис. 2).
Рис. 1. Рулонная регулярная насадка ГОК
Технические характеристики насадок «Инжехим 2000» представлены в табл. 2.
Новые контактные устройства (насадки) экспериментально
исследованы на стендах. Аналогичные насадки успешно работают в ректификационных колоннах на ОАО «Нижнекамскнефтехим», заводе
«Этилен» ОАО «Казаньоргсинтез» в колонне щелочной очистки пирогаза и сепараторах масляного тумана (маслоуловителях) [4, 7, 8].
Таблица 2
Технические характеристики насадки «Инжехим 2000»
Номинальный размер, мм Удельный свободный объем, м3/м3 Удельная поверхность, м2/м3 Высота, эквивалентная теоретической тарелке (ВЭТТ), м
Толщина металла, мм
0,3 0,5 1,0
60 - 0,973 0,945 110 1,0 - 1,5
35 - 0,965 0,93 140 ,0 1, 1 ,5 0
24 - 0,945 0,89 220 ,6 0, 1 5 ,3 0
16 0,949 0,915 - 340 ,4 0, 1 5 ,1 0,
В течение 2004-2005 годов в производстве этаноламинов внедрены новые колонны с насадками. Результаты эксплуатации колонн подтвердили правильность расчетов и принятых технических решений. Сравнительная характеристика работы колонн до и после модернизации дана в табл. 3.
Таблица 3
Сравнительная характеристика работы колонн
К-29 К-40 К-56 К-92
Тарельчатая я а н ч О а с а На я а т а ч - ч е р а Т Насадочная яатачьлераТ я а н ч о а с а На я а т а ч л ч е р а Т я а н ч о а с а На
Диаметр колонн, м
1,0 0,5 1,6 1,2 1,6 1,0 1,6 0,6
Высота колонн, м
13,7 12,575 16,1 22,36 22,8 23,580 22,8 17,56
Расход питания м3/час
2,2-2,5 2,85 1-2,3 2,3-2,4 1-1,2 1,0-1,1 1,1 0,34-0,35
Расход флегмы, м3/час
1,4-1,8 0,3-0,33 1,2-1,5 0,15-0,2 0,1 0,64-0,78 0,9-1,0 0,1
Моноэтаноламин расход, м3/час
- - 1,1-1,2 1,1-1,16 - - - -
Диэтаноламин расход, м3/час
- - - - 0,65 0,65-0,75 - -
Триэтаноламин расход, м3/час
- - 1-1,2 - - - - 0,2-0,21
Тепловая нагрузка в кипятильниках колонн, Гкал/час
1,19 0,49 1,19 0,33 0,85 0,22 0,71 0,62
В целом эксплуатация новых насадочных колонн дает положительные результаты. Улучшилась цветность продуктов, а энергозатраты на разделение (по греющему пару) снизились на 2,28 Гкал/час или 18240 Гкал/год. Кроме этого, почти в три раза снизился расход охлаждающей воды в дефлегматорах колонн.
Summary
Modernization’s problems of division of ethanolamine are solve by replacement old rectification tower on new nozzle. The results of modernization is rise of quality produce and low power inputs.
Литература
1. Эффективные конструкции структурированных насадок для процессов тепломассообмена / Г.Б. Дмитриева, М.Г. Беренгартен, М.И. Клюшенкова, А.Г. Пушнов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2005. - №8. -. 15-17.
2. Сравнение тарельчатых и насадочных контактных устройств колонных аппаратов / Г.Б. Дмитриева, М.Г. Беренгартен, А.М. Каган и др. // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2007. - № 1. - С. 9-10.
3. Насадка ВАПУ ПАК для вакуумных колонн / Ю.Н. Лебедев, В.Г. Чекменов, Т.М. Зайцева и др. // Химия и технология топлив и масел. - 2004. - №1. - С. 48-52.
4. Повышение эффективности узла щелочной очистки пирогаза в производстве этилена / А.Г. Лаптев, М.И. Фарахов, В.А. Данилов и др. // Химическая промышленность. - 2001. - №10. - С. 24-33.
5. Х.Н. Ясавеев, А.Г. Лаптев, М.И. Фарахов. Модернизация установок переработки углеводородных смесей. - Казань: КГЭУ, 2004.
6. С.Г. Дьяконов, В.В. Елизаров, М.И. Фарахов. Реконструкция установки и моделирование процесса разделения водно-гликолевого раствора // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2003. - Т. 46. - Вып. 5. - С. 148-151.
7. А.Г. Лаптев, Н.Г. Минеев, П.А. Мальковский. Проектирование и модернизация аппаратов разделения в нефте- и газопереработке. - Казань: Печатный двор, 2002.
8. А.Г. Лаптев, М.И. Фарахов. Разделение гетерогенных систем в насадочных аппаратах. - Казань: КГЭУ, 2006.
Поступила 16.04.2008
