Bis zu 30 % mehr Leistung

Markus Fischer, Loris Tonon

Von den Einbauten in Destillationskolonnen, die in der Mineralöl- und der petrochemischen Industrie für Trennanwendungen weit verbreitet sind, hängen in starkem Maße die maximale Kolonnenkapazität sowie die Produktreinheit ab. Bei Hochdruckdestillationsanwendungen, bei denen der Einsatz strukturierter Packungen technisch keinen Sinn hat, setzt man Sieb- oder Ventilböden ein. In jeder einzelnen Trennstufe fließt die Flüssigkeit, die eine bestimmte Fraktion der zu trennenden Produkte enthält, über den Trennboden, während Dampf durch die Ventile nach oben steigt. In der aktiven Zone (Sprudelschicht) des Trennbodens treten die flüssige und die gasförmige Phase in Kontakt miteinander, und die Konzentrationen des erwünschten Produkts in der Gasphase und in der flüssigen Phase gleichen sich an. Dadurch steigt im Dampf die Konzentration des leichter flüchtigen Produkts auf seinem Weg nach oben durch die Trennstufen (für die Fraktionierung von Ethylen und Ethan können es 150 und mehr Trennstufen sein). Für die einwandfreie Funktion der Trennböden muss die gesamte flüssige Phase durch die Ablaufschächte nach unten ablaufen, es darf also keinerlei Flüssigkeit durch die Ventile tropfen.

Der bewährte MVGT-Boden vereinigt V-Grids mit einem Hochleistungsablaufschacht und ist die Lösung von Sulzer Chemtech für hohe Wirkungsgrade und Kapazität in einem breit gefächerten Einsatzbereich. Da keine beweglichen Teile vorhanden sind, unterliegen diese Böden keinem mechanischen Verschleiß und sind sehr widerstandsfähig gegenüber Rückständen. Sulzer Chemtech hat nun die Böden der bestehenden V-Grid-Reihe verbessert und die VGPlus-Ausführung zu einem der leistungsfähigsten Trennböden gemacht. Die zweiphasige Simulation der Flüssigkeitsströmung auf dem Boden konnte in Zusammenarbeit mit Sulzer Innotec drastisch verbessert werden und ermöglichte die eingehende Untersuchung komplexer Phänomene in der Sprudelschicht wie Strömung und das Mitreißen von Flüssigkeit. Durch die gezielte Auslegung und Positionierung von Leitblechen auf der Bodenplatte konnten Geschwindigkeitsunterschiede im Flüssigkeitsstrom ausgeglichen werden.

Die Resultate einer Pilotanlage ergaben eine sehr gute Übereinstimmung mit den CFD-Studien. Das Umlenksystem verteilt den aus dem Ablaufschacht kommenden Flüssigkeitsstrom so, dass die gesamte Ventilfläche gleichmäßig mit Flüssigkeit bedeckt ist, und führt somit zu einer Erhöhung der Bodenkapazität und des Wirkungsgrads.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der VGPlus-Trennböden sind die besonderen Ablaufschächte. Sie maximieren die Sprudelschicht und erhöhen die Ablaufkapazität. Im Zusammenspiel mit den V-Grid-Ventilen und deren Eigenschaft, die Menge der mitgerissenen Flüssigkeit zu reduzieren, hat VGPlus seine besonderen Fähigkeiten im Umgang mit Dampf und Flüssigkeit unter Beweis gestellt.

Aufgrund der hohen Leistungsfähigkeit der VGPlus-Trennböden wurden sie für FRI-Tests ausgewählt (Fractionation Research, Inc.). Das FRI hat seinen Sitz in Oklahoma (USA) und ist ein Non-Profit-Forschungskonsortium, das von seinen Mitgliedern finanziert wird, zu denen die größten Mineralöl- und petrochemischen Konzerne der Welt gehören. Im Kategorie-1-Pogramm des FRI werden in seinen großtechnischen Testanlagen Kolonneneinbauten zur Leistungsvalidierung ausgewählt. In diesen Tests erreichte der VGPlus die beste Leistung, die jemals bei einem am FRI getesteten Trennboden ermittelt worden ist, und zwar sowohl hinsichtlich des Wirkungsgrads als auch der Kapazität.

Die VGPlus-Trennböden verfügen über die zum Erreichen einer großen Kapazität und eines hohen Wirkungsgrads erforderlichen Konstruktionsmerkmale. Dies ist nicht nur bei der Konstruktion neuer Kolonnen von Nutzen, sondern insbesondere auch bei der Überholung älterer Kolonnen von unschätzbarem Wert. Im Vergleich zu herkömmlichen Siebböden kann eine Kapazitätssteigerung von bis zu 30 % erreicht werden – ohne dass dabei der Kolonnendurchmesser verändert werden muss.

In einer großen amerikanischen Ölraffinerie wurde ein vorhandener Depropanizer teilweise mit VGPlus-Trennböden neu ausgerüstet. Die geforderte Erhöhung der Zulaufkapazität um 20 % bedingte eine Erhöhung des Rücklaufverhältnisses vom Kondensator zum Kolonnenkopf und damit der internen Lasten um ebenfalls 20 %.

Die vorhandene Kolonne (Durchmesser 3,2 m) konnte nach dem Austausch von 44 herkömmlichen 2-flutigen Trennböden im unteren Abschnitt gegen neue VGPlus-Böden wieder verwendet werden. Seit der Überholung arbeitet die Kolonne mit einer um über 25 % höheren Kapazität, wobei die Reinheit der Produkte dennoch innerhalb der Spezifikationen liegt. Außerdem ist die endgültige Kapazität der Böden noch nicht erreicht, da noch kein zusätzlicher Zulauf vorhanden ist.

cav 424