W przemyśle przetwórstwa chemicznego (CPI) większość separacji odbywa się za pomocą kolumn destylacyjnych.A gdy reszta procesu opiera się na tych kolumnach, problematyczne stają się nieefektywności, wąskie gardła i przestoje.Aby utrzymać płynność procesów destylacji i reszty instalacji, elementy wewnętrzne kolumn są ulepszane i przerabiane, aby zoptymalizować wydajność i niezawodność kolumn.

„Niezależnie od tego, czy chodzi o rafinację, przetwarzanie chemiczne czy produkcję tworzyw sztucznych, większość separacji organicznych substancji chemicznych odbywa się poprzez destylację.Jednocześnie istnieje ciągła presja na przetwórców środków chemicznych, aby ich procesy były bardziej opłacalne” – mówi Izak Nieuwoudt, dyrektor techniczny w firmie Koch-Glitsch (Wichita, Kan.; www.koch-glitsch.com).„Ponieważ kolumny destylacyjne pochłaniają ogromne ilości energii, a ludzie nie chcą spędzać dużo czasu na naprawie sprzętu, obecnie na pierwszym planie stoi zwiększenie wydajności i niezawodności kolumn”.

Często po uruchomieniu procesu przetwórcy stwierdzają, że zużycie energii jest znacznie wyższe, niż się spodziewali, mówi Antonio Garcia, menedżer ds. rozwoju biznesu związanego z transferem masy w AMACS Process Tower Internals (Arlington, Teksas; www.amacs.com).„Aby uzyskać lepszą efektywność energetyczną, muszą zbadać możliwości poprawy wydajności przenoszenia masy” – mówi.„Ponadto przetwórcy często szukają sposobów na usunięcie wąskich gardeł w procesie, aby uzyskać lepszą separację i wymagania dotyczące wydajności, a zanieczyszczenie jest częstą przyczyną wąskich gardeł, dlatego ważne jest również znalezienie technologii, które pomogą w rozwiązaniu tych problemów”.

Wąskie gardła i przestoje spowodowane zanieczyszczeniem lub problemami mechanicznymi, takimi jak wibracje lub rozpadanie się mechanizmów w kolumnach, mogą stać się bardzo kosztowne.„Za każdym razem, gdy trzeba wyłączyć kolumnę destylacyjną, jest to bardzo kosztowne, ponieważ często powoduje wyłączenie jednostek poprzedzających i końcowych” – mówi Nieuwoudt.„A te nieplanowane przestoje powodują duże straty dziennie”.

Z tego powodu producenci elementów wewnętrznych kolumn opracowują produkty, które mają pomóc procesorom w zwiększeniu efektywności energetycznej i niezawodności.

Zastąpienie konwencjonalnych tac i opakowań nowszymi, zaawansowanymi rozwiązaniami jest często konieczne w przypadku przetwórcy, który poszukuje wyższej wydajności, pojemności i niezawodności, dlatego producenci stale starają się ulepszyć swoją ofertę.

Na przykład firma Raschig GmbH (Ludwigshafen, Niemcy; www.raschig.com) wypuściła niedawno Raschig Super-Ring Plus, nowe, wysokowydajne uszczelnienie losowe, które przewyższa wydajność poprzedniego pierścienia Raschig Ring.„Zoptymalizowana struktura Raschig Super-Ring Plus umożliwia dalszy wzrost wydajności przy stałej wydajności”, mówi Micheal Schultes, dyrektor techniczny w Raschig.„Produkt jest efektem rozwoju projektu opartego na wieloletnich badaniach.Celem było zachowanie wszystkich zalet Super-Ringu, ale poprawa wydajności i zmniejszenie spadku ciśnienia”.

Powstały produkt minimalizuje spadek ciśnienia poprzez ułożenie płaskich pasków sinusoidalnych w ekstremalnie otwartą strukturę, maksymalizuje wydajność poprzez preferencję przepływu folii w układach ciągłych pasków sinusoidalnych, zwiększa wydajność poprzez minimalizację tworzenia się kropel wewnątrz opakowania i zmniejsza skłonność do zanieczyszczania poprzez ograniczenie rozwoju kropelek i zapewnia niskie Spadek ciśnienia.Wrażliwość na zabrudzenie jest również zmniejszona poprzez wytwarzanie ciągłych warstw cieczy zwilżających cały element uszczelniający.

Podobnie firma AMACS prowadzi badania w celu ulepszenia swojego produktu SuperBlend.„Badania wykazały, że zastępując istniejące losowe opakowanie naszym SuperBlend 2-PAC, wydajność wieży można zwiększyć o 20%, a wydajność o 15%” – mówi Moize Turkey, menedżer ds. inżynierii zastosowań w firmie AMACS.Technologia SuperBlend 2-PAC to połączenie wysokiej jakości opakowań umieszczonych w jednym łóżku.„Łączymy dwa rozmiary o najlepszej metalowej geometrii losowej i po połączeniu opatentowana mieszanka osiąga korzyści w zakresie wydajności wynikające z mniejszego rozmiaru opakowania, zachowując jednocześnie wydajność i spadek ciśnienia jak większe opakowanie” – mówi.Mieszane złoże jest zalecane do absorpcji i odpędzania, dokładnej destylacji chemicznej, frakcjonatorów rafineryjnych i możliwości modernizacji dowolnej wieży wymiany masy lub ciepła, ograniczonej przez losowe pakowanie konwencjonalne lub trzeciej generacji.

Opracowywane są również ulepszenia elementów wewnętrznych, aby pomóc w rozwiązaniu takich problemów, jak zanieczyszczanie i trudne warunki.

„Niezawodność jest niezwykle ważna w codziennym życiu.Niezależnie od tego, jak dobrze urządzenie działa, jeśli nie jest w stanie wytrzymać warunków zanieczyszczania występujących w procesie, nie odniesie sukcesu” – mówi Mark Pilling, menedżer ds. technologii w USA w firmie Sulzer (Winterthur, Szwajcaria; www.sulzer. kom).„W ciągu ostatnich pięciu lat Sulzer spędził ogromną ilość czasu na opracowaniu kompletnej linii sprzętu odpornego na zanieczyszczenia”.Jeśli chodzi o tace, firma oferuje tace VG AF i tace przeciwporostowe, a także niedawno wprowadzone na rynek zawory UFM AF, które charakteryzują się zarówno wysoką wydajnością pod względem wydajności i efektywności, jak i wyjątkową odpornością na zanieczyszczenia.W zakresie opakowań firma wprowadziła przeciwporostowe szczeliwa kratowe Mellagrid AF, które nadają się do zastosowań w opakowaniach silnie zanieczyszczających, takich jak sekcje myjni wieżowych próżniowych.

Pilling dodaje, że w przypadku problemów z pienieniem Sulzer pracuje nad dwutorowym podejściem.„Podczas opracowywania sprzętu i projektów do zastosowań związanych ze spienianiem, współpracujemy również z naszymi klientami w celu określenia potencjalnych zastosowań spieniania” – mówi.„Kiedy już wiesz, że istnieje piana, możesz ją zaprojektować.Problemem są przypadki, w których klient będzie miał pienienie i nie będzie o tym wiedział.Widzimy wszelkiego rodzaju pienienie, takie jak pianki Marangoni, Ross i pianki w postaci cząstek, i współpracujemy z klientami, aby zidentyfikować takie sytuacje.

Natomiast do zastosowań, w których zanieczyszczenie i koksowanie mogą być bardzo poważne, Koch-Glitsch opracował uszczelnienie siatkowe Proflux do trudnych zastosowań, mówi Nieuwoudt (rysunek 1).Nowe, wysokowydajne uszczelnienie siatkowe do trudnych zastosowań łączy w sobie wydajność uszczelnienia strukturalnego z wytrzymałością i odpornością na zabrudzenie uszczelnienia siatkowego.Jest to zespół wytrzymałych arkuszy falistych przyspawanych do grubych prętów.Połączenie zespołu prętów spawanych i blach falistych o zwiększonej grubości materiału zapewnia solidną konstrukcję odporną na uszkodzenia spowodowane spękaniami wieży lub erozją.Szczeliny pomiędzy arkuszami zapewniają lepszą odporność na zabrudzenie.„Uszczelnienie zostało już zamontowane prawie 100 razy w instalacjach, w których występują bardzo poważne zanieczyszczenia, i naprawdę radzi sobie dobrze w porównaniu z produktami, które zastępuje.Dłuższa żywotność i niższy spadek ciśnienia skutkują niższymi kosztami operacyjnymi dla klienta” – mówi Nieuwoudt.

Rysunek 1. Szczeliwo siatkowe Proflux do ciężkich zastosowań to wysokowydajne uszczelnienie siatkowe do ciężkich zastosowań, które łączy w sobie wydajność uszczelnienia strukturalnego z wytrzymałością i odpornością na zabrudzenie szczeliwa siatkowego Koch-Glitsch

Jeśli chodzi o destylację, często występują również wyzwania specyficzne dla procesu, którym należy sprostać za pomocą specjalnych środków.

„Istnieje rynek rozwiązań szytych na miarę, dostosowanych do konkretnego procesu i potrzeb klienta” – mówi Christian Geipel, dyrektor zarządzający RVT Process Equipment (Steinwiesen, Niemcy; www.rvtpe.com).„Jest to szczególnie ważne w przypadku modernizacji istniejących zakładów, które są modyfikowane w celu spełnienia nowych wymagań.Wyzwania są różne i obejmują cele, takie jak dłuższe i bardziej przewidywalne długości serii w przypadku zastosowań związanych z zanieczyszczeniem, większa wydajność i niższy spadek ciśnienia lub szersze zakresy robocze zapewniające większą elastyczność.

Aby sprostać specyficznym potrzebom, firma RVT opracowała opakowanie strukturalne o dużej pojemności, SP-Line (rysunek 2).„Dzięki zmodyfikowanej geometrii kanału uzyskano niższy spadek ciśnienia i wyższą wydajność.”Co więcej, w przypadku bardzo małych ładunków cieczy, co stanowi kolejne wyzwanie specyficzne dla danego zastosowania, uszczelnienia te można łączyć z nowymi typami dystrybutorów cieczy.„Opracowano ulepszony dystrybutor dysz natryskowych, który łączy dysze natryskowe z płytami rozpryskowymi i jest z powodzeniem stosowany w zastosowaniach takich jak kolumny próżniowe w rafineriach” – mówi Geipel.„Redukuje porywanie, a tym samym zanieczyszczanie, w sekcjach uszczelnienia nad dystrybutorem, bez poświęcania jakości dystrybucji cieczy do sekcji uszczelnienia poniżej”.

Rysunek 2. Nowe uszczelnienie strukturalne o dużej wydajności, SP-Line firmy RVT, oferuje zmodyfikowaną geometrię kanału, niższy spadek ciśnienia i większą wydajność urządzeń procesowych RVT

Kolejnym nowym dystrybutorem cieczy firmy RVT (rysunek 3) jest dystrybutor rynnowy z płytami rozpryskowymi, który łączy w sobie niskie dawki cieczy z większym zakresem roboczym i solidną, odporną na zanieczyszczenia konstrukcją.

Rysunek 3. W przypadku bardzo małych ładunków cieczy, co stanowi kolejne wyzwanie specyficzne dla danego zastosowania, uszczelnienia można łączyć z nowymi typami dystrybutorów cieczy RVT Process Equipment

Podobnie GTC Technology US, LLC (Houston; www.gtctech.com) opracowuje nowe produkty, aby pomóc przetwórcom w poprawie wydajności kolumn destylacyjnych w oparciu o ich specyficzne potrzeby.Jedno z najnowszych rozwiązań obejmuje wysokowydajne tace GT-OPTIM, mówi Brad Fleming, dyrektor generalny działu technologii urządzeń procesowych w GTC.Setki instalacji przemysłowych oraz testy w Fractionation Research Inc. (FRI; Stillwater, Okla.; www.fri.org) wykazały, że taca o wysokiej wydajności osiąga znaczną poprawę wydajności i wydajności w porównaniu z tacami konwencjonalnymi.Tace z przepływem krzyżowym są dostosowywane do potrzeb użytkownika końcowego, aby osiągnąć wysoką wydajność dzięki połączeniu opatentowanych i zastrzeżonych urządzeń, które składają się na konstrukcję każdej tacy.„Możemy zapewnić zbiór technologii i funkcji, które można zastosować, aby osiągnąć określone cele” – zauważa Fleming.„Celem jednego procesora może być zwiększenie wydajności, innego zwiększenie wydajności, a jeszcze innego zminimalizowanie spadku ciśnienia, ograniczenie zanieczyszczenia lub wydłużenie czasu pracy.W naszym arsenale projektów sprzętu mamy wiele różnych broni, dzięki czemu jesteśmy w stanie skoncentrować się na docelowym celu klienta, jakim jest usprawnienie jego konkretnego procesu.

Tymczasem w ramach projektu AMACS zajęto się innym powszechnym wyzwaniem związanym z destylacją, przed którym stoją rafinerie ropy naftowej, zakłady petrochemiczne, gazownie i podobne obiekty.Często pionowy bęben lub separator z zainstalowanym sprzętem do usuwania mgły nie usuwa wolnej cieczy ze strumienia gazu procesowego.„Zamiast próbować zająć się objawami lub je naprawić, szukamy pierwotnej przyczyny, która zwykle dotyczy sprzętu do usuwania mgły w bębnie wybijającym” – mówi Garcia z AMACS.Aby rozwiązać ten problem, firma opracowała Maxswirl Cyclone, wysokowydajne i wydajne urządzenie do usuwania mgły, które wykorzystuje siły odśrodkowe w celu zapewnienia najnowocześniejszej wydajności separacji.

Rury Maxswirl Cyclone składają się z nieruchomego elementu wirowego, który wywiera siłę odśrodkową na parę zawierającą mgłę w celu oddzielenia porwanej cieczy od strumienia gazu.W tym cyklonie o przepływie osiowym powstająca siła odśrodkowa wypycha kropelki cieczy na zewnątrz, gdzie tworzą one warstwę cieczy na wewnętrznej ścianie cyklonu.Ciecz przepływa przez szczeliny w ściance rury i zbiera się na dnie cyklonu, a następnie jest odprowadzana grawitacyjnie.Suchy gaz gromadzi się w środku rury cyklonu i wychodzi przez cyklon.

Tymczasem DeDietrich (Mainz, Niemcy; www.dedietrich.com) koncentruje wysiłki na dostarczaniu kolumn i elementów wewnętrznych do procesów wysoce korozyjnych w temperaturach do 390°F, mówi Edgar Steffin, szef marketingu w DeDietrich.„Kolumny do DN1000 są wykonane ze szkła borokrzemowego QVF 3.3 lub stali emaliowanej włóknem szklanym DeDietrich.Większe kolumny do DN2400 są wykonane wyłącznie ze stali pokrytej szkłem DeDietrich.Materiały odporne na korozję wykonane są ze szkła borokrzemowego 3.3, SiC, PTFE lub tantalu” (rysunek 4).

Rysunek 4. DeDietrich koncentruje się na kolumnach i elementach wewnętrznych do procesów wysoce korozyjnych w temperaturach do 390°F.Kolumny do DN1000 wykonane są ze szkła borokrzemianowego QVF 3.3 lub stali emaliowanej DeDietrich.Większe kolumny do DN2400 są wykonane wyłącznie ze stali pokrytej szkłem DeDietrich.Materiały odporne na korozję wykonane są ze szkła borokrzemowego 3.3, SiC, PTFE lub tantalu DeDietrich

Dodaje, że większość procesów prowadzonych w podwyższonych temperaturach powyżej 300°F wymaga unikania PTFE.SiC ma wyższą odporność temperaturową i pozwala na projektowanie większych dystrybutorów i kolektorów, które są mniej wrażliwe na surowce zawierające ciała stałe lub mające tendencję do pienienia się, odgazowywania lub rzutowania.

Strukturalne wypełnienie Durapack firmy ze szkła borokrzemianowego 3.3 nadaje się do odpornych na korozję kolumn ze szkła 3.3 lub kolumn stalowych pokrytych szkłem, ponieważ ma taką samą odporność na korozję jak kolumna szklana i zachowuje stabilność termiczną w wyższych temperaturach w porównaniu z polimerami.Szkło borokrzemianowe 3.3 jest nieporowate, co znacznie ogranicza erozję i korozję w porównaniu z równoważnymi wypełnieniami ceramicznymi.

Natomiast wieże, które mają boczne nacięcia, ale są nieefektywne termicznie, twierdzi Fleming z GTC, mogą być dobrymi kandydatami do zastosowania technologii kolumn ze ścianami działowymi.„Wiele kolumn destylacyjnych zawiera produkt górny i dolny, a także produkt pobierany z boku, ale wiąże się to z dużą nieefektywnością cieplną.Technologia kolumn ze ściankami działowymi — polegająca na modernizacji tradycyjnej kolumny — to jeden ze sposobów na zwiększenie wydajności przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii lub zmniejszeniu zanieczyszczeń na plonie produktów” – mówi (rysunek 5).

Rysunek 5. Wieże z nacięciem bocznym, ale nieefektywne termicznie, mogą być dobrymi kandydatami do zastosowania technologii słupów ze ściankami działowymi GTC Technologies

Kolumna ze ścianką działową rozdziela wieloskładnikowy surowiec na trzy lub więcej oczyszczonych strumieni w jednej wieży, eliminując potrzebę stosowania drugiej kolumny.W projekcie zastosowano pionową ścianę, która dzieli środek kolumny na dwie części.Wsad jest przesyłany na jedną stronę kolumny, zwaną sekcją wstępnego frakcjonowania.Tam lekkie składniki przemieszczają się w górę kolumny, gdzie są oczyszczane, podczas gdy ciężkie składniki przemieszczają się w dół kolumny.Strumień cieczy ze szczytu kolumny i strumień pary z dołu kierowane są na odpowiednie strony przegrody.

Z przeciwnej strony ściany usuwa się produkt uboczny z obszaru, w którym występuje największe stężenie składników średniowrzących.Układ ten umożliwia wytwarzanie znacznie czystszego produktu pośredniego niż konwencjonalna kolumna z odciągiem bocznym o tym samym obciążeniu i przy większym natężeniu przepływu.

„Konwersja na słup ze ścianą działową jest badana, gdy chcemy wprowadzić znaczące ulepszenia, których nie można by dokonać w inny sposób w ramach ograniczeń tradycyjnej wieży, ale jeśli uda się przejść na technologię ze ścianą działową, zauważymy znaczny spadek w zużyciu energii” – mówi.„Ogólnie rzecz biorąc, następuje zmniejszenie całkowitego zużycia energii o 25–30% przy danej wydajności, radykalna poprawa wydajności i czystości produktów, a często także wzrost wydajności”.

Dodaje, że istnieje także możliwość wykorzystania słupa ze ścianką działową w miejsce tradycyjnego ciągu dwóch wież.„Możesz użyć kolumn ze ścianami działowymi, aby wykonać tę samą operację i wyprodukować te same produkty, ale robisz to w jednej fizycznej wieży w porównaniu do schematu z dwiema wieżami.W obszarze oddolnym znaczną redukcję wydatków kapitałowych można osiągnąć dzięki technologii kolumn ze ściankami działowymi.

Niniejsza publikacja zawiera tekst, grafikę, obrazy i inną treść (łącznie „Treść”), które służą wyłącznie celom informacyjnym.Niektóre artykuły zawierają wyłącznie osobiste rekomendacje autora.Opieranie się na jakichkolwiek informacjach zawartych w tej publikacji odbywa się wyłącznie na własne ryzyko.© 2019 Access Intelligence, LLC – Wszelkie prawa zastrzeżone.