2.9.3. Технология Линас

Группа высокопрофессиональных исследователей и инженеров, объединенных в компании Линас-Техно, нашли совершенно новое решение в согласовании процессов тепломассообмена и разработали новую промышленную ректификационную технологию под названием "технология Линас". Она основана на пленочной ректификации. 

Как известно, традиционная пленочная колонна имеет несколько серьезных достоинств:

• простота конструкции;

• низкое сопротивление парогазовому потоку;

• очень хорошая разделительная способность;

• низкая высота теоретической тарелки (приблизительно равная 5 мм) при условии скорости парогазового потока не более 0,01 м/c.

При повышении скорости парогазового потока внутри колонны до реальных промышленных скоростей в 1,5–2,0 м/с наблюдается эффект "размазывания" пленки по вертикали, что приводит к непропорционально резкому увеличению высоты колонны. В технологии Линас эта основная проблема пленочной ректификации решена благодаря значительному повышению интенсивности процессов тепломассообмена в радиальном направлении по сечению колонны. Новая организация процесса приводит к тому, что весь получаемый с верхней части колонны дистиллят является конечным, т.е. отсутствует классический возврат флегмы в голову колонны.

Первая промышленная нефтеперерабатывающая установка производительностью по сырью 8000 т/г, основанная на технологии этой компании, находится в городе Миассе во временной эксплуатации. На установке получен стандартный прямогонный бензин, товарное дизельное топливо и топочный мазут. Высота ректификационной колонны – всего 1,5 метра, и в процессе работы в колонне содержится не более 1,5 кг разделяемых продуктов. Следует отметить, что аналогичные ректификационные колонны имеют высоту не менее 10 метров.

Суть данной технологии, как уже упоминалось выше, основана на пленочной дистилляции. Процессы тепло- и массообмена протекают на стенках трубки, оптимальный диаметр которых составляет от 6 до 25 мм. Образующиеся пары конденсируются на тонкой пленке жидкости. Тепло, выделившееся от их конденсации, вызывает испарение части жидкости, которая преимущественно содержит летучие компоненты. Этот процесс повторяется многократно и непрерывно по всей высоте колонны. Для нормального протекания данного процесса необходимо строго дозированное количество тепла, расходуемого для испарения жидкости на следующую ступень разделения.

Если летучий компонент будет иметь более высокую температуру испарения, чем малолетучий, то при конденсации выделится больше тепла, чем это необходимо. Избыток тепла вызовет испарение лишнего количества малолетучего компонента, который также перейдет на следующую ступень. В результате увеличатся циклы испарения-конденсации, то есть рост фактической высоты теоретической ступени испарения.

При недостаточном количестве тепла для испарения летучего компонента из смеси, часть его будет уходить вниз с потоком флегмы. В результате получаем неполноту циклов испарения-конденсации, сокращение их высоты и рост количества циклов относительно теоретически необходимого количества ступеней разделения.

В технологии Линас применяется метод термостабилизации трубок. Стенки массообменной трубки нагреты до температуры, которая выше температуры кипения (конденсации) летучего компонента, но ниже температуры кипения (конденсации) малолетучего. Температура нагрева стенок трубок всегда поддерживается постоянной. Таким образом, создаются условия, которые способствуют на каждой ступени испарению летучего компонента и конденсацию малолетучего.

Интенсивность тепло- и массообмена в колонне характеризуют векторы скорости – вертикальная и горизонтальная составляющие. Вертикальная составляющая определяется, в основном, гидродинамикой потоков и количеством теоретических ступеней разделения. Горизонтальная – складывается из интенсивности массообмена и скорости теплообмена между паром и пленкой жидкости.

Степень влияния на вертикальную составляющую ограничена экономикой процесса (производительностью, стоимостью колонны и т.п.). Используя принцип термостабильной стенки, влияют на горизонтальную составляющую, именно она дает увеличение интенсивности процесса ректификации.

Традиционные ректификационные колонны имеют прямоугольный профиль распределения флегмы. Чтобы в верхней части колонны получить паровой поток чистого вещества, необходимо задавать большой поток острого орошения, который обеспечит фазовое равновесие по всей высоте колонны. Расплатой за это будет перегрузка колонны в ее верхних частях.

Количество и состав флегмы в колонне Линас постоянно меняется по высоте и прямо зависит от исходной смеси и физических свойств разделяемых компонентов. Флегма сама образуется в необходимом количестве в каждом сечении колонны. В этом случае отпадает необходимость привычного возврата флегмы наверх колонны.

Пленочная колонна Линас за счет термостабилизации стенок позволяет увеличить интенсивность протекания тепло- и массообмена, дает возможность форсирования режима колонны. При этом сохраняются ее достоинства – низкая высота теоретической ступени и малое гидравлическое сопротивление.

Конструктивно колонна Линас представляет аппарат сходный с вертикально расположенным кожухотрубным теплообменником. В межтрубном пространстве находится устройство, регулирующее процесс массообмена внутри трубок.

Применение технологии Линас, по сравнению с существующей технологией ректификации, реализуемой в тарельчатых и насадочных колоннах, имеет следующие преимущества:

• значительное снижение габаритных показателей колонн, металлоемкости (высота колонн уменьшается в 3–10 раз по сравнению с традиционными тарельчатыми и насадочными колоннами при одинаковом диаметре обечайки);

• быстрый выход на рабочий режим благодаря малому содержанию разделяемых веществ в колонне;

• малое время нахождения жидкой фазы в зоне проведения ректификационного процесса (от 2 до 60 секунд);

• повышенная эксплуатационная надежность при полном отсутствии условий отложения загрязнений на внутренних полостях колонны;

• минимальная потребность в средствах автоматизации для управления процессом.

Технологические преимущества уменьшают затраты на каждом этапе работ от изготовления до эксплуатации колонн за счет следующих расходов:

• изготовление колонного оборудования (1,5 – 2 раза);

• монтаж колонного оборудования (2 – 3 раза);

• затраты на техобслуживание колонного оборудования и ремонт (1,5 – 5 раз);

• энергетические затраты на работу (10 – 15 %).

Ректификационные колонны по технологии Линас могут применятся в атмосферно-вакуумной перегонке нефти [96].