NL1018672C2 - Stelsel voor het strippen en rectificeren van een fluïdummengsel. - Google Patents

Description

Stelsel voor het strippen en rectificeren van een fluïdummengsel.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een stelsel voor het strippen en rectificeren van een fluïdummengsel omvattende een warmtewisselaar met alzijdig 5 gesloten kanalen met eindinlaat en -uitlaat voor een stripsectie en een rectificeersectie waarbij tussen de inlaten van die strip- en rectificeersectie een compressor is aangebracht, waarbij die warmtewisselaar opgebouwd is uit een reeks aangrenzende platen waartussen afwisselend alzijdig gesloten kanalen voor die strip- of rectificeersectie begrensd zijn, en die kanalen zich in hoofdzaak verticaal uitstrekken, 10 en zodanig uitgevoerd zijn dat alle daarin aanwezige vloeistof zich naar de bodem van die sectie kan bewegen.

Een dergelijk stelsel is bekend uit US-5592832. Daarin wordt het zogenaamde Heat Integrated Distillation Column proces beschreven. Dit is een proces waarbij tussen de strip- en rectificeersectie een compressor aangebracht is. Bovendien vindt 15 directe warmtewisseling plaats tussen de rectificeer- en stripsectie, dat wil zeggen er is directe warmteoverdracht van de rectificeersectie naar de stripsectie in een vat-buizenwarmtewisselaar. Daardoor kunnen condensor en reboiler met verhoudingsgewijs kleine afmeting uitgevoerd worden. Op deze wijze kan het rendement van gebruikelijke distillatie verbeterd worden. Het opgewekte drukverschil 20 zoals beschreven in US-5592832 brengt een overeenkomstig verschil in bedrijfstemperatuur mee waardoor warmte direct van het rectificeerdeel naar het stripdeel overgebracht kan worden.

Een dergelijk stelsel wordt bijvoorbeeld gebruikt voor het scheiden van koolwaterstoffen met kookpunten die dicht bij elkaar liggen zoals bijvoorbeeld propaan 25 en propeen. Het mengsel wordt aan de bovenzijde van de stripsectie toegevoerd en daalt enerzijds neer door de stripsectie en wordt anderzijds door de compressor verpompt naar de inlaat van de rectificeersectie die zich aan de onderzijde van de verticaal opgestelde rectificeersectie bevindt. Eventueel kunnen in de verschillende secties pakkingen aanwezig zijn. Tijdens het bedrijf bevinden zich boven in de 30 stripsectie verhoudingsgewijs grote gas- en vloeistofstromen en aan de onderzijde weinig gas- en vloeistofstromen. Voor de rectificeersectie is het anders om. Aan de onderzijde, dat wil zeggen de inlaat, bevindt zich grote gas- en vloeistofstromen en aan de bovenzijde weinig gas- en vloeistofstromen.

1 fl 18672 2

Door deze opstelling is het mogelijk de verhoudingsgewijs hoogwaardige warmte van de rectificeersectie nuttig te gebruiken in de stripsectie. Dit in tegenstelling tot eerdere processen waarbij uitsluitend warmte in de condensor teruggewonnen werd die verhoudingsgewijs laagwaardig was en waarbij uitsluitend verhoudingsgewijs 5 hoogwaardige warmte aan de reboiler toegevoerd werd. Daardoor kan het rendement van het proces vergroot worden.

In het Amerikaanse octrooischrift 5592832 wordt een warmtewisselaar van het plaat-ribtype beschreven met twee groepen doorgangen voor rectificeren en strippen. Deze warmtewisselaar bestaat uit een aantal parallel naast elkaar opgestelde zich 10 verticaal uitstrekkende platen/ribben. In EP 0726085 A-l wordt eveneens een (HIDiC)-Heat Integrated Distallation Column-proces beschreven.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding in een stelsel te voorzien waarbij op zeer compacte wijze een warmtewisselaar verwezenlijkt kan worden. Door het compact uitvoeren kunnen de warmte en massa overdracht geoptimaliseerd worden.

15 Dit doel wordt bij een hierboven beschreven stelsel verwezenlijkt doordat de doorstroomdoorsnede van de kanalen van die sectie van het inlaateinde naar het uitlaateinde afheemt.

Rekening houdend met de stromen vloeistof en gas, die in een sectie op verschillende plaatsen in verschillende toestand aanwezig zijn, is volgens de uitvinding 20 de doorstroomdoorsnede van de kanalen van een of beide secties van de inlaat naar de uitlaat kleiner wordend uitgevoerd. Immers, naar de uitlaat toe neemt de gas- en vloeistofstroom af waardoor een kleiner volume noodzakelijk is. Door de kanalen van de rectificeer- en stripsectie naast elkaar te plaatsen kan op optimale wijze gebruik gemaakt worden van de ruimte tussen de platen. Daarbij is het wel noodzakelijk dat 25 maatregelen genomen worden voor afdichting van de secties ten opzichte van elkaar.

Een dergelijke compacte warmtewisselaar kan op enige in de stand der techniek bekende wijze vervaardigd worden. Volgens een van voordeel zijnde uitvoering zijn de kanalen in de platen uitgespaard en in het bijzonder door etsen daarin aangebracht. Bovendien is het mogelijk de kanalen in een of meer platen aan te brengen en deze 30 platen op enigerlei in de stand der techniek bekende wijze met elkaar te verbinden. In het bijzonder wordt daartoe diffusion bonding gebruikt.

Compacte warmtewisselaars hebben een groter warmtewisselaaroppervlak per volume-eenheid dan buis/vatwarmtewisselaars. Daardoor kan de betreffende installatie 1 018672 1 3 compacter uitgevoerd worden en kunnen de temperatuursverschillen beperkt worden waardoor het drukverschil verkleind kan worden en zo een kleinere en minder kostbare compressor toegepast kan worden en het rendement toeneemt.

Volgens een verdere van voordeel zijnde uitvoering is het mogelijk hetzij de 5 platen hetzij hierboven beschreven toegevoegde delen te bekleden met bijvoorbeeld katalysatormateriaal of een dergelijke katalysatormateriaal of enige andere reactant in korrelvorm in de betreffende kanalen aan te brengen.

Compacte warmtewisselaars kunnen eenvoudig modulair opgebouwd worden waardoor gemakkelijk aan wijzigende omstandigheden aanpassingen aangebracht 10 kunnen worden. Bovendien is het mogelijk de verhouding tussen warmteoverdrachtsoppervlak en massaoverdrachtoppervlak, die voor een goed ontwerp kritisch is, op bijzonder eenvoudige wijze aan te passen door het aanpassen van de geometrie van de compacte warmtewisselaar. Dit geldt in het bijzonder voor de hierboven beschreven uitvoering waarbij tussen de parallelle platen zich bijvoorbeeld 15 golfVormig uitstrekkende ribben aangebracht zijn. Door aanpassing van het aantal en/of de afstand kan de verhouding tussen de warmteoverdracht en massaoverdracht beïnvloed worden.

Het hierboven beschreven stelsel kan voor het strippen - rectificeren op allerlei soorten stoffen toegepast worden. Een en ander is niet beperkt tot koolwaterstoffen of 20 propaan/propeen.

De compacte warmtewisselaar kan op velerlei wijze uitgevoerd worden. In het algemeen zal elk verticaal kanaal voorzien zijn van een vloeistofinlaat en gasuitlaat boven het warmtewisselende oppervlak en een gasinlaat en een vloeistofuitlaat onder het warmtewisselende oppervlak. Bovendien moeten deze inlaten en uitlaten van elk 25 kanaal zodanig aangebracht worden dat deze met overeenkomstige delen van andere kanalen verbonden kunnen worden met behulp van een kast of verdeelstuk. De scheiding tussen gas en vloeistofstroom hoeft niet noodzakelijkerwijs plaats te vinden in elk kanaal maar kan ook daarbuiten uitgevoerd worden. Het is slechts van belang dat het inkomende medium gelijkmatig over de verschillende kanalen verdeeld wordt zodat 30 in optimale warmtewisseling en massaoverdracht voorzien kan worden. Eventueel kunnen daartoe bijzondere maatregelen genomen worden. Dit geldt zowel bij de gasuitlaat en vloeistofinlaat als bij de gasinlaat en vloeistofuitlaat.

4 ΓΜ ft fi 7 9 4

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van in de tekening afgebeelde uitvoeringsvoorbeelden verduidelijkt worden. Daarbij tonen: fig. 1 de algemene werking van het HIDiC concept; fig. 2 een compacte warmtewisselaar uitgevoerd als plaat-ribben 5 warmtewisselaar; fig. 3 a en b de vorm van kanalen van een bijzondere compacte warmtewisselaar; en fig. 4 een alternatief voor de constructie.

In fig. 1 is schematisch een werkwijze voor het scheiden van twee componenten 10 getoond. Bij 1 wordt het te scheiden mengsel toegevoerd aan een stripsectie S. Het gasvormige produkt wordt via een leiding geleid naar compressor 2 en op niet nader afgebeelde wijze verdicht en toegevoerd naar rectificeersectie R. Het daar ontstane vloeistofprodukt wordt teruggevoerd aan leiding 1. Gas wordt naar condensor 3 gebracht.

15 Vloeistof die ontstaat in stripsectie S wordt aan een reboiler 4 toegevoerd en vervolgens gedeeltelijk als een bottomprodukt afgevoerd wordt. Met de pijlen 5 is de warmteoverdracht van de rectificeersectie naar de stripsectie aangegeven. Begrepen zal worden dat het van belang is deze warmteoverdracht zo efficiënt mogelijk plaats te laten vinden.

20 Volgens de uitvinding kan dit verwezenlijkt worden met zogenaamde compacte warmtewisselaars.

Een voorbeeld daarvan is gegeven in fig. 2 waarbij een compacte warmtewisselaar in het geheel met 10 aangegeven is. Deze bestaat uit elkaar afwisselende kanalen 11 en 12. In elk van de kanalen zijn zich slingerend uitstrekkende 25 ribben 13 respectievelijk 14 aanwezig. Deze zijn zodanig aangébracht dat de kanalen zich steeds verticaal uitstrekken. Tussen kanalen 11 en 12 liggen steeds platen 15 respectievelijk 16. De dwarsdoorsnede van elk van de kanalen is in hoofdzaak constant. De verdeelstukken zijn niet in deze tekening opgenomen.

De verdeelstukken zijn niet in deze tekening opgenomen.

30 In fig. 3 a en b zijn platen 24 en 25 getoond die tegen elkaar liggend aangebracht worden en waarin kanalen 26 respectievelijk 27 aangebracht zijn. Zoals blijkt zijn deze kanalen toelopend/uitlopend uitgevoerd. Figuur 3 a betreft de stripsectie waarbij de dwarsdoorsnede naar de onderzijde toe verkleind wordt omdat daar een 4 ft 1 Dft7Ó 5 verhoudingsgewijs kleinere vloeistof- en gasstroom aanwezig is. Figuur 3 b toont een rectificeersectie waarbij de kanalen juist andersom uitgevoerd zijn. In plaats van conisch kunnen de kanalen eveneens getrapt of op andere wijze in dwarsdoorsnede afmeting variërend uitgevoerd zijn.

5 De kanalen kunnen eventueel gevuld zijn met een pakking welke een reactant of katalysator bevat.

hi fig. 4 a en b zijn varianten van het wijzigen van de dwarsdoorsnede van de kanalen getoond. Daarbij zijn de platen in tegenstelling tot fig. 3 niet parallel opgesteld. Dit is bij voorkeur een warmte wisselaar van het plate fin type, hi fig. 4a zijn de platen 10 hellend ten opzichte van elkaar (as in fig. 2) en in fig. 4 b zijn de platen getrapt uitgevoerd.

Hoewel de uitvinding hierboven beschreven is aan de hand van enkele uitvoeringen van een compacte warmtewisselaar zal begrepen worden door degene bekwaam in de stand der techniek dat verdere wijzigingen mogelijk zijn. Verwezen 15 wordt naar Compacte warmtewisselaars zoals beschreven in "Learning from experience with compact heat exchangers" door Prof. David Reay uitgegeven door het Centre for the Analysis and Dissemination of Demonstrated Energy Technologies. Bovendien wordt verwezen naar de publicatie "Compact heat exhangers": J.E. Hesselgreaves pergamon 2001 kunnen in vele verscheidene vormen aanwezig zijn. Dergelijke 20 varianten liggen binnen het bereik van de onderhavige uitvinding. Als voorbeeld kan een uitvoering genoemd worden waarbij twee parallelle platen in elkaar gewikkeld zijn en die met spirale configuratie aangegeven worden. Afhankelijk van het proces kan de compressor uitgevoerd zijn. Hetzelfde geldt voor de omvang en aanwezigheid van de condensor en/of reboiler 3 respectievelijk 4 zoals getoond in fig. 1.

25 Deze en verdere wijzigingen liggen voor de hand voor degene bekwaam in de stand der techniek na het lezen van de bovenstaande beschrijving en binnen het bereik van de bijgaande conclusies.

1018672

Claims (8)

1. Stelsel voor het strippen en rectificeren van een fluïdummengsel omvattende een 5 warmtewisselaar met alzijdig gesloten kanalen met eindinlaat en -uitlaat voor een stripsectie en een rectificeersectie waarbij tussen de inlaten van die strip- en rectificeersectie een compressor is aangebracht, waarbij die warmtewisselaar opgebouwd is uit een reeks aangrenzende platen waartussen afwisselend alzijdig gesloten kanalen voor die strip- of rectificeersectie begrensd zijn, en die kanalen zich in 10 hoofdzaak verticaal uitstrekken, en zodanig uitgevoerd zijn dat alle daarin aanwezige vloeistof zich naar de bodem van die sectie kan bewegen, met het kenmerk, dat de doorstroomdoorsnede van de kanalen van die sectie van het inlaateinde naar het uitlaateinde afneemt.

2. Stelsel volgens conclusie 1, waarbij die doorstroomdoorsnede geleidelijk wijzigt.

3. Stelsel volgens conclusie 1 of 2, waarbij die doorstroomdoorsnede trapsgewijs afneemt.

4. Stelsel volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij die kanalen uitsparingen in een plaat omvatten.

6. Stelsel volgens conclusie 5, waarbij die kanalen uit die plaat geëtst zijn.

7. Stelsel volgens een van de voorgaande conclusies waarbij de kanalen door op elkaar geplaatste plaatdelen begrensd worden, welke plaatdelen door diffusion bonding aan elkaar aangebracht zijn.

8. Stelsel volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het uitlaateinde van 30 die rectificeersectie met een condensor verbonden is.

9. Stelsel volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het uitlaateinde van die stripsectie met een reboiler verbonden is. 1n1»«79 1