Inom den kemiska processindustrin (KPI) görs majoriteten av separationerna via destillationskolonner.Och när resten av processen förlitar sig på dessa kolumner är ineffektivitet, flaskhalsar och avstängningar problematiska.I ett försök att hålla destillationsprocesserna - och resten av anläggningen - igång, justeras och omarbetas kolumnernas inre delar för att hjälpa till att optimera effektiviteten och tillförlitligheten hos kolonnerna.

"Oavsett om det är vid raffinering, kemisk bearbetning eller tillverkning av plast, sker det mesta av separationen mellan organiska kemikalier med destillation.Samtidigt finns det ett konstant tryck för kemiska processorer att göra sina processer mer kostnadseffektiva”, säger Izak Nieuwoudt, teknisk chef för Koch-Glitsch (Wichita, Kan.; www.koch-glitsch.com)."Eftersom destillationskolonner är en enorm energikonsument och eftersom folk inte vill lägga mycket tid på att fixa utrustning, är ökad effektivitet och tillförlitlighet av kolonnerna i framkant just nu."

Ofta efter att en process är igång, upptäcker processorer att energiförbrukningen är mycket högre än de förväntade sig, säger Antonio Garcia, affärsutvecklingschef för massöverföring på AMACS Process Tower Internals (Arlington, Tex.; www.amacs.com)."För att få bättre energieffektivitet måste de utforska sina alternativ för att förbättra massöverföringsprestanda", säger han."Dessutom letar processorer ofta efter sätt att eliminera flaskhalsar i processen för att få bättre separations- och kapacitetskrav och nedsmutsning är en vanlig orsak till flaskhalsar, så att hitta tekniker som hjälper till med dessa problem är också viktigt."

Flaskhalsar och stillestånd orsakade av nedsmutsning eller mekaniska problem, såsom vibrationer eller mekanismer i pelarna som går isär, kan bli mycket kostsamma."Det är väldigt dyrt varje gång du måste stänga av en destillationskolonn, eftersom det ofta resulterar i att uppströms- och nedströmsenheter också stängs", säger Nieuwoudt."Och dessa oplanerade avstängningar resulterar i stora förluster per dag."

Av denna anledning utvecklar tillverkare av pelarinterna produkter produkter utformade för att hjälpa processorer att öka energieffektiviteten och tillförlitligheten.

Att ersätta konventionella brickor och förpackningar med nyare, avancerade lösningar är ofta nödvändigt för en processor som söker högre effektivitet, kapacitet och tillförlitlighet, så tillverkare försöker ständigt förbättra sina erbjudanden.

Till exempel har Raschig GmbH (Ludwigshafen, Tyskland; www.raschig.com) nyligen släppt Raschig Super-Ring Plus, en ny, högpresterande slumpmässig packning som överträffar prestandan från den tidigare Raschig-ringen."Den optimerade strukturen hos Raschig Super-Ring Plus möjliggör ytterligare kapacitetsökning med konstant effektivitet", säger Micheal Schultes, teknisk direktör på Raschig.”Produkten är resultatet av designutveckling baserad på många års forskning.Målet var att behålla alla fördelarna med Super-Ringen, men förbättra kapaciteten och minska tryckfallet."

Den resulterande produkten minimerar tryckfallet genom att arrangera platta sinusformade remsor i en extremt öppen struktur, maximerar kapaciteten genom filmflödespreferens på kontinuerliga sinusformade remsor, ökar effektiviteten genom att minimera droppbildningar inuti packningen och minskar nedsmutsningstendensen genom att minska dropputvecklingen och erbjuda låg tryckfall.Nedsmutsningskänsligheten reduceras också genom att generera kontinuerliga vätskefilmer som väter hela packningselementet.

På samma sätt har AMACS gjort forskning för att förbättra sin SuperBlend-produkt."Forskning har visat att genom att ersätta befintlig slumpmässig packning med vår SuperBlend 2-PAC kan tornets effektivitet ökas med 20% eller kapaciteten med 15%", säger Moize Turkey, chef för applikationsteknik, hos AMACS.SuperBlend 2-PAC-tekniken är en blandning av högpresterande förpackningsstorlekar placerade i en enkelsäng."Vi blandar två storlekar av den bästa slumpmässiga metallgeometrin och, när den kombineras, uppnår den patenterade blandningen effektivitetsfördelarna med den mindre förpackningsstorleken, samtidigt som kapaciteten och tryckfallet för den större förpackningsstorleken bibehålls", säger han.Den blandade bädden rekommenderas för absorption och strippning, finkemisk destillation, raffinaderifraktionerare och eftermonteringsmöjligheter i alla mass- eller värmeöverföringstorn som begränsas av konventionell eller tredje generationens slumpmässig packning.

Förbättringar av interna delar utvecklas också för att hjälpa till med frågor som nedsmutsning och svåra förhållanden.

”Tillförlitlighet är oerhört viktigt för dagliga överväganden.Oavsett hur bra en enhet presterar, om den inte kan stå emot nedsmutsningsförhållandena i en process, kommer den inte att bli framgångsrik”, säger Mark Pilling, chef för teknologi USA med Sulzer (Winterthur, Schweiz; www.sulzer. se)."Sulzer har spenderat oerhört mycket tid under de senaste fem åren på att utveckla en komplett linje av nedsmutsningsbeständig utrustning."I brickor erbjuder företaget VG AF och antifouling-brickor, och nyligen lanserade UFM AF-ventiler, som är både högpresterande för kapacitet och effektivitet, samt extremt nedsmutsningsbeständiga.Inom förpackningar lanserade företaget Mellagrid AF antifouling gallerpackningar, som är lämpliga för mycket nedsmutsande packningsapplikationer, såsom vakuumtornstvättsektioner.

Pilling tillägger att Sulzer har arbetat med ett tvådelat tillvägagångssätt när det gäller skumproblem."Medan vi utvecklar utrustning och design för att hantera skumningstillämpningar, arbetar vi också med våra kunder för att fastställa potentiella skumningsapplikationer", säger han."När du vet att det finns skum kan du designa för det.Det är de fall där en kund har ett skummande tillstånd och inte känner till det som tenderar att skapa problem.Vi ser alla typer av skum, som Marangoni, Ross-skum och partikelskum och arbetar med kunder för att identifiera sådana situationer."

Och för applikationer där nedsmutsning och förkoksning kan vara mycket allvarlig, utvecklade Koch-Glitsch Proflux nätpackning för allvarliga tjänster, säger Nieuwoudt (Figur 1).Den nya högpresterande gallerpackningen för allvarliga tjänster kombinerar effektiviteten hos strukturerad packning med gallerpackningens robusthet och nedsmutsningsmotstånd.Det är en sammansättning av robusta korrugerade plåtar svetsade till tunga stänger.Kombinationen av svetsad stångenhet och korrugerade plåtar med ökad materialtjocklek ger en robust design som motstår skador från tornstörningar eller erosion.Mellanrummen mellan arken ger förbättrat nedsmutsningsmotstånd."Förpackningen har installerats nästan 100 gånger nu i mycket allvarliga nedsmutsningstjänster och fungerar verkligen bra jämfört med de produkter som den ersätter.Ju längre livslängd och det lägre tryckfallet ger det lägre driftskostnader för kunden”, säger Nieuwoudt.

Figur 1. Proflux gallerpackning för grova tjänster är en högpresterande gallerpackning för grova tjänster som kombinerar effektiviteten hos strukturerad packning med robustheten och motståndskraften mot nedsmutsning av gallerpackning Koch-Glitsch

När det gäller destillation finns det också ofta utmaningar specifika för en process som måste åtgärdas genom särskilda åtgärder.

"Det finns en marknad för skräddarsydda lösningar som är anpassade till den specifika processen och kundens behov", säger Christian Geipel, VD för RVT Process Equipment (Steinwiesen, Tyskland; www.rvtpe.com).”Detta gäller särskilt för ombyggnader av befintliga anläggningar som modifieras för att uppfylla nya krav.Utmaningarna är olika och inkluderar mål som längre och mer förutsägbara körlängder för nedsmutsningsapplikationer, högre kapacitet och lägre tryckfall eller bredare driftsområden för mer flexibilitet."

För att möta specifika behov har RVT utvecklat en strukturerad packning med hög kapacitet, SP-Line (Figur 2)."På grund av modifierad kanalgeometri uppnås lägre tryckfall och högre kapacitet."Vidare, för mycket låga vätskebelastningar, en annan applikationsspecifik utmaning, kan dessa packningar kombineras med nya typer av vätskefördelare."En förbättrad sprutmunstyckesfördelare som kombinerar sprutmunstycken med stänkplattor har utvecklats och används framgångsrikt i applikationer som raffinaderivakuumkolonner", säger Geipel."Det minskar medryckning och därför nedsmutsning i förpackningssektionerna ovanför fördelaren utan att offra vätskedistributionskvaliteten till förpackningssektionen nedan."

Figur 2. En ny strukturerad packning med hög kapacitet, SP-Line från RVT, erbjuder modifierad kanalgeometri, lägre tryckfall och högre kapacitet RVT Process Equipment

En annan ny vätskefördelare från RVT (Figur 3) är en trågfördelare med stänkplattor som kombinerar låga vätskehastigheter med ett högre driftsområde och en robust, nedsmutsningsbeständig design.

Figur 3. För mycket låga vätskebelastningar, en annan applikationsspecifik utmaning, kan packningar kombineras med nya typer av vätskefördelare RVT Process Equipment

På samma sätt utvecklar GTC Technology US, LLC (Houston; www.gtctech.com) nya produkter för att hjälpa processorer att förbättra prestanda för destillationskolonner baserat på deras specifika behov.En av de senaste utvecklingarna inkluderar GT-OPTIM högpresterande brickor, säger Brad Fleming, general manager för GTC:s division Process Equipment Technology.Hundratals industriella installationer plus tester vid Fractionation Research Inc. (FRI; Stillwater, Okla.; www.fri.org) har visat att den högpresterande brickan uppnår betydande effektivitet och kapacitetsförbättringar jämfört med konventionella brickor.Korsflödesbrickorna är anpassade efter slutanvändarens behov för att uppnå hög effektivitet via en kombination av patenterade och egenutvecklade enheter som utgör varje brickdesign."Vi kan tillhandahålla en samling tekniker och funktioner som kan användas för att tillgodose specifika mål", konstaterar Fleming."En processors mål kan vara att öka effektiviteten, medan en annan vill öka kapaciteten och ytterligare en annan vill minimera tryckfallet, mildra nedsmutsning eller förlänga körtiden.Vi har många olika vapen i vår arsenal för design av utrustning, så vi kan fokusera på kundens mål för deras specifika processförbättring.”

Samtidigt har AMACS tagit itu med en annan gemensam destillationsutmaning som petroleumraffinaderier, petrokemiska anläggningar, gasanläggningar och liknande anläggningar står inför.Ofta misslyckas en vertikal knockouttrumma eller separator med dim-elimineringsutrustning installerad med att avlägsna fri vätska från en processgasström."Istället för att försöka åtgärda eller reparera symtom letar vi efter grundorsaken, som vanligtvis involverar dim-elimineringsutrustningen i knockouttrumman", säger AMACS:s Garcia.För att komma till rätta med problemet utvecklade företaget Maxswirl Cyclone, en högkapacitets, högeffektiv dim-elimineringsanordning som använder centrifugalkrafter för att ge toppmodern separationsprestanda.

Maxswirl Cyclone-rören består av ett fast virvelelement, som applicerar centrifugalkraft på dimladdad ånga för att separera medbringad vätska från gasflödet.I denna axialflödescyklon trycker den resulterande centrifugalkraften vätskedroppar utåt, där de skapar en vätskefilm på cyklonens innervägg.Vätskan passerar genom slitsar i rörväggen och samlas upp i botten av cyklonlådan och dräneras av gravitationen.Den torra gasen koncentreras i mitten av cyklonröret och kommer ut genom cyklonen.

Samtidigt fokuserar DeDietrich (Mainz, Tyskland; www.dedietrich.com) ansträngningar på att tillhandahålla kolonner och inre delar för mycket korrosiva processer vid temperaturer upp till 390°F, säger Edgar Steffin, marknadschef på DeDietrich."Kolumner upp till DN1000 är gjorda av QVF borosilikatglas 3.3 eller DeDietrich glasfodrat stål.Större pelare upp till DN2400 är endast gjorda av DeDietrich glasfodrat stål.De korrosionsbeständiga materialen är gjorda av borosilikatglas 3.3, SiC, PTFE eller Tantal” (Figur 4).

Figur 4. DeDietrich fokuserar på kolonner och inre delar för mycket korrosiva processer vid temperaturer upp till 390°F.Kolumner upp till DN1000 är gjorda av QVF borosilikatglas 3.3 eller DeDietrich glasfodrat stål.Större pelare upp till DN2400 är endast gjorda av DeDietrich glasfodrat stål.De korrosionsbeständiga materialen är gjorda av borosilikatglas 3.3, SiC, PTFE eller tantal DeDietrich

Han tillägger att de flesta processer vid förhöjda temperaturer över 300°F kräver att man undviker PTFE.SiC har en högre temperaturbeständighet och tillåter konstruktion av större fördelare och uppsamlare som är mindre känsliga för foder som innehåller fasta ämnen eller de som tenderar att skumma, avgasa eller explodera.

Företagets Durapack strukturerade packning i borosilikatglas 3.3 är lämplig för korrosionsbeständigt glas 3.3 eller glasfodrade stålpelare, eftersom den har samma korrosionsbeständighet som glaskolonnen och håller sin termiska stabilitet vid högre temperaturer jämfört med polymerer.Borosilikatglas 3.3 är icke-poröst, vilket avsevärt minskar erosion och korrosion jämfört med motsvarande keramiska packningar.

Och torn som har en sidoskärning, men som är termiskt ineffektiva, säger GTC:s Fleming, kan vara bra kandidater för skiljeväggskolonnteknik."Många destillationskolonner har en topp- och bottenprodukt, såväl som en sidodragningsprodukt, men med detta följer en hel del termisk ineffektivitet.Skiljeväggskolonnteknologi – där man förnyar den traditionella kolonnen – är ett sätt att öka kapaciteten samtidigt som man minskar energiförbrukningen eller minskar produkternas föroreningar”, säger han (Figur 5).

Figur 5. Torn som har en sidoskärning, men som är termiskt ineffektiva, kan vara goda kandidater för skiljeväggskolonnteknologi GTC Technologies

Skiljeväggskolonnen separerar en multikomponentmatning i tre eller flera renade strömmar inom ett enda torn, vilket eliminerar behovet av en andra kolonn.Designen använder en vertikal vägg för att dela mitten av kolonnen i två sektioner.Inmatningen skickas till ena sidan av kolonnen, som kallas förfraktioneringssektionen.Där färdas de lätta komponenterna upp i kolonnen, där de renas, medan de tunga komponenterna färdas ner i kolonnen.Vätskeflödet från kolonnens topp och ångflödet från botten leds till sina respektive sidor av skiljeväggen.

Från den motsatta sidan av väggen avlägsnas sidoprodukten från det område där de medelkokande komponenterna är mest koncentrerade.Detta arrangemang är kapabelt att producera en mycket renare mellanprodukt än en konventionell sidodragskolonn med samma belastning och med högre flödeshastighet.

"Omvandlingen till en skiljeväggspelare undersöks när du tittar på att göra betydande förbättringar som du inte skulle kunna göra annars inom ramen för ett traditionellt torn, men om du kan konvertera till skiljeväggsteknik kommer du att se en betydande minskning i energiförbrukning”, säger han."Generellt finns det en 25 till 30% minskning av den totala energiförbrukningen för en given genomströmning, dramatiskt förbättrad avkastning och renhet av produkter och ofta en ökning av genomströmningen också."

Han tillägger att det också finns möjlighet att använda en skiljeväggspelare för att ersätta en traditionell tvåtornssekvens."Du kan använda skiljeväggskolonner för att utföra samma operation och producera samma produkter, men du gör det i ett fysiskt torn i jämförelse med ett tvåtornsschema.På gräsrotsområdet kan en avsevärd minskning av kapitalutgifter uppnås med skiljeväggskolonnteknologi."

Denna publikation innehåller text, grafik, bilder och annat innehåll (sammantaget "Innehåll"), som endast är för informationsändamål.Vissa artiklar innehåller endast författarens personliga rekommendationer.LITEN PÅ ALLA INFORMATION SOM LEVERERAS I DENNA PUBLIKATION ÄR ENDAST PÅ DIN EGEN RISK.© 2019 Access Intelligence, LLC – Med ensamrätt.