Компактная распределительная тарелка для шельфовых газожидкостных контактных колонн - RU2702557C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к области шельфовых газожидкостных контактных колонн и, в частности, касается шельфовых установок, предназначенных для обработки газа, улавливания СО₂, дегидратации или дистилляции.

Шельфовые установки обработки газа и/или улавливания СО₂ посредством промывки аминами, содержат колонны для абсорбции и регенерации жидких или газообразных текучих сред. Эти колонны работают с потоком газ/жидкость в противоточном или прямоточном режиме и установлены на судах, плавучих баржах или шельфовых платформах, например, типа FPSO (от английского Floating Production, Storage and Offloading, что означает «платформа для производства, хранения и выгрузки») или типа FLNG (от английского Floating Liquefied Natural Gas, что означает «платформа для производства сжиженного природного газа»). На плавучих баржах могут быть также установлены дистилляционные колонны или дегидратационные колонны.

Как правило, колонны, используемые в этих шельфовых установках для обработки газа и/или улавливания СО₂ и/или дистилляции и/или дегидратации, работают на принципе массообмена и/или теплообмена между газом и жидкостью, которые циркулируют в колоннах. На фиг. 1 представлен частный пример колонны 1 для обработки газа, оборудованной распределительной тарелкой в верхней части колонны. Классически, такая колонна 1 обработки газа содержит несколько секций, заполненных контактором 3, при этом над каждой секцией 3 расположена распределительная тарелка 2. Газожидкостный контактор вводит в контакт газ G и жидкость L для обеспечения обменов.

Стандартные распределительные тарелки 2, используемые в колоннах абсорбции/регенерации или дистилляции, как правило, представляют собой коллекторно-распределительную тарелку, оборудованную трубами 4 (см. фиг. 2). Распределение жидкости происходит посредством прохождения жидкости через отверстия 5, расположенные на нижней части тарелки 2, а распределение газа происходит через трубы 4. Каждая труба 4 обеспечивает прохождение газа в противоточном или прямоточном режиме работы из нижней части колонны в верхнюю часть колонны 1 или из верхней части в нижнюю часть. Трубы 4 выступают с одной стороны тарелки и расположены перпендикулярно к этой стороне. Каждая труба 4 содержит несколько стенок, например, имеющих форму параллелепипеда или цилиндра, которые ограничивают внутренний объем, открытый с двух сторон тарелки 2. Чтобы избежать прохождения жидкости через трубы 4, выпускное или впускное отверстие для газа над тарелкой (в зависимости от противоточного или прямоточного режима работы) предпочтительно расположено ортогонально к продольному направлению трубы 4. Распределительная тарелка предназначена для равномерного распределения жидкости L на газожидкостном контакторе 3.

Тарелки, оборудованные трубами, могут быть разных типов, и трубы могут быть расположены в разных конфигурациях. Различные варианты распределительных тарелок раскрыты, например, в следующих патентных заявках и патентах: US633877B, US2004020238A, US149136A и US5752538A.

Рассматриваемые газожидкостные контактные колонны установлены на плавучих конструкциях, например, типа судна, платформы или баржи, которые подвергаются действию морского волнения. Поэтому оборудование, установленное на этих установках, и, в частности, распределительные тарелки вследствие морского волнения совершают движения практически с шестью степенями свободы («повороты относительно вертикальной оси, килевая качка, бортовая качка, вертикальное колебание, рыскание, горизонтальное колебание»).

Например, угол, соответствующий комбинации колебаний при килевой и бортовой качке, может составлять около +/- 5° с периодом от 10 до 20 с. При этом порядки величин продольного, поперечного и вертикального ускорений в колонне могут быть соответственно 0,33/1,28/0,33 м/с² на высоте 50 м над палубой.

В этих условиях может значительно нарушаться работа классических распределительных тарелок, оборудованных трубами. Действительно, работа этих распределительных тарелок в основном построена на гравитационном принципе, и на распределительной тарелке должен устанавливаться уровень жидкости однородной высоты “h”. Квадрат скорости прохождения жидкости через отверстия 5, находящиеся внизу тарелки 2, пропорционален высоте уровня жидкости (

Чтобы избежать этих проблем, были применены элементы, мало чувствительные к нарушению горизонтальности. Как правило, эти распределительные тарелки содержат коллектор и распределитель, соединенные одним или несколькими относительно длинными трубопроводами, чтобы распределитель оставался под загрузкой в любых условиях морского волнения. Как правило, эти распределительные тарелки мало чувствительны к морскому волнению и обеспечивают хорошее качество распределения, но являются очень громоздкими: в некоторых случаях их высота может достигать нескольких метров (US2004020238А).

Другое решение этих проблем описано в патентах FR 2771018 A и FR 2771019 A и состоит в использовании двух распределительных тарелок (первичной и вторичной). Каждая распределительная тарелка разделена на несколько отсеков, в которых распределяется жидкость. Благодаря этим отсекам, жидкость лучше распределяется во время наклона колонны. Однако это решение остается громоздким, так как требует наличия двух распределительных тарелок. Кроме того, поскольку отсеки не сообщаются между собой, распределение жидкости в отсеках не является сбалансированным.

В патенте US 5132055 раскрыта распределительная тарелка, в которой трубы позволяет разделить на отсеки зону прохождения жидкости. Согласно этому документу, все трубы являются параллельными. Следовательно, все отсеки имеют разную площадь. Кроме того, параллельность труб не позволяет обеспечивать хорошую подачу и хорошее распределение жидкости по всей тарелке. Действительно, когда наклон является параллельным этим трубам, высота уровня жидкости существенно меняется между двумя краями тарелки.

В патентной заявке FR 2989595 A (UF 2013/277868 A) описана распределительная тарелка, на которой выполнены перфорированные перегородки, ограничивающие отсеки. Перфорированные перегородки позволяют ограничить плохое распределение жидкости.

Объектом изобретения является распределительная тарелка, содержащая по меньшей мере одну перфорированную перегородку, ограничивающую отсеки. Согласно изобретению, распределительная тарелка содержит по меньшей мере один распределительный отсек, внутри которого газ и жидкость могут проходить через тарелку, и по меньшей мере один удерживающий отсек, внутри которого жидкость не может проходить через тарелку. Удерживающий отсек находится на периферии тарелки. Присутствие по меньшей мере одного удерживающего отсека на периферии тарелки обеспечивает хорошее качество распределения и хорошее диспергирование жидкости даже при больших наклонах тарелки, связанных с волнением морской среды.

Устройство в соответствии с изобретением

Объектом изобретения является распределительная тарелка для колонны теплообмена и/или массообмена между газом и жидкостью, содержащая по меньшей мере одну перегородку, ограничивающую отсеки на верхней стороне упомянутой тарелки, при этом упомянутая перегородка содержит перфорационные отверстия для обеспечения перетекания части жидкости между упомянутыми отсеками, при этом упомянутая тарелка содержит по меньшей мере один распределительный отсек, содержащий по меньшей мере одно средство для прохождения жидкости через упомянутую тарелку и по меньшей мере одного средство для прохождения газа через упомянутую тарелку. Упомянутая тарелка содержит по меньшей мере один удерживающий отсек на периферии упомянутой тарелки, не содержащий никакого средства для прохождения жидкости через упомянутую тарелку.

Согласно изобретению, упомянутый удерживающий отсек не содержит никакого средства для прохождения газа через упомянутую тарелку.

Предпочтительно каждый отсек на периферии упомянутой тарелки является удерживающим отсеком.

Предпочтительно упомянутые средства для прохождения газа являются элементами распределения газа в виде трубы, выступающей из верхней стороны упомянутой тарелки.

Согласно варианту выполнения, упомянутая перегородка имеет высоту, превышающую или по существу равную высоте упомянутых труб.

Согласно отличительному признаку изобретения, перфорационные отверстия расположены в основании упомянутой перегородки.

Согласно аспекту изобретения, упомянутая тарелка содержит несколько секущих перегородок.

Предпочтительно упомянутые перегородки включают в себя два ряда перегородок, при этом перегородки каждого ряда параллельны между собой и являются секущими по отношению к перегородкам другого ряда.

Кроме того, перфорационные отверстия двух параллельных перегородок, ограничивающих один и тот же отсек, могут не быть расположенными в линию.

Предпочтительно размеры L_c1 и L_c2 упомянутого распределительного отсека составляют между 100 и 1000 мм.

Предпочтительно размеры L_c3 упомянутого удерживающего отсека составляют между 40 и 200 мм.

Согласно варианту выполнения изобретения, средства для прохождения жидкости являются отверстиями и/или трубами, выступающими из верхней стороны упомянутой тарелки.

Согласно версии выполнения изобретения, упомянутая тарелка содержит систему вторичного распределения, выступающую из нижней стороны упомянутой тарелки, для распределения упомянутой жидкости, поступающей из упомянутых средств для прохождения жидкости.

Упомянутая система вторичного распределения может содержать трубы и/или отражатели.

Объектом изобретения является также колонна теплообмена и/или массообмена между газом и жидкостью, в которой две текучие среды входят в контакт при помощи наполнителя. Упомянутая колонна содержит по меньшей мере одну распределительную тарелку в соответствии с изобретением для распределения упомянутых текучих сред на упомянутом наполнителе.

Объектом изобретения является также плавучая баржа, в частности, для сбора углеводородов, которая содержит по меньшей мере одну колонну в соответствии с изобретением.

Кроме того, объектом изобретения является применение колонны в соответствии с изобретением для способа обработки газа, улавливания СО₂, дистилляции или трансформации воздуха.

Краткое описание фигур

Другие отличительные признаки и преимущества способа в соответствии с изобретением будут более очевидны из нижеследующего описания не ограничительных примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 (уже описана) иллюстрирует частный пример колонны для обработки газа или улавливания СО₂, оснащенной распределительной тарелкой в верхней части колонны.

Фиг. 2 (уже описана) - известная распределительная тарелка.

Фиг. 3 (уже описана) - наклоненная известная распределительная тарелка.

Фиг. 4 - частичный вид распределительной тарелки в соответствии с изобретением.

Фиг. 5 - наклоненная распределительная тарелка в соответствии с изобретением.

Фиг. 6 - вид сверху распределительного отсека согласно примеру выполнения изобретения

Фиг. 7 - вариант выполнения распределительной тарелки в соответствии с изобретением.

Фиг. 8 - частичный вид распределительной тарелки согласно варианту выполнения изобретения.

Фиг. 9 - график сравнения между заявленной распределительной тарелкой и известной распределительной тарелкой.

Подробное описание изобретения

На фиг. 4 показана распределительная тарелка в соответствии с изобретением, в данном случае представлен изометрический вид в разрезе по диаметру тарелки. Другая часть являются симметричной и имеет перегородку на уровне плоскости разреза.

Изобретение относится к распределительной тарелке для колонны теплообмена и/или массообмена между газом и жидкостью, классически содержащей по меньшей мере одно средство 4 для прохождения газа (такое как труба) через тарелку 2 и по меньшей мере одно средство 5 для прохождения жидкости (такое как отверстие) через тарелку 2.

Кроме того, распределительная тарелка содержит по меньшей мере одну перегородку, позволяющую разделить на отсеки сторону тарелки, при этом перегородка 6 выполнена с перфорационными отверстиями 7 для обеспечения перетекания части жидкости между отсеками 8, 9, образованными перегородкой 6. Согласно примеру выполнения изобретения, распределительная тарелка содержит несколько перегородок 6. Распределительная тарелка 6 в соответствии с изобретением содержит по меньшей мере один распределительный отсек 8 и по меньшей мере один удерживающий отсек 9.

Каждый распределительный отсек 8 обеспечивает распределение текучих сред и содержит по меньшей мере одно средство 4 для прохождения газа и по меньшей мере одно и предпочтительно несколько средств 5 для прохождения жидкости. Предпочтительно каждый распределительный отсек 8 содержит единственную трубу 4 для прохождения газа и несколько отверстий 5 для прохождения жидкости. На фиг. 6 в верхней проекции представлен пример распределительного отсека 8. Показанный распределительный отсек содержит центральную газовую трубу 4, окруженную множеством отверстий 5 для прохождения жидкости.

Каждый удерживающий отсек 9 позволяет удерживать жидкость на верхней стороне (или поверхности) тарелки и не содержит никакого средства для прохождения жидкости через тарелку. Предпочтительно удерживающий отсек 9 не содержит также никакого средства для прохождения газа через тарелку. Перегородки 6 удерживающих отсеков 9 тоже выполнены перфорированными. Согласно изобретению, удерживающие отсеки 9 находятся на периферии тарелки 2, то есть удерживающие отсеки 9 образованы перегородками 6 и обечайкой колонны 1. Согласно варианту выполнения, на периферии обечайки можно расположить дополнительную перегородку для облечения установки распределительной тарелки и для обеспечения хорошей герметичности между удерживающими отсеками. Согласно аспекту изобретения, все отсеки на периферии тарелки 2 являются удерживающими отсеками 9, и другие отсеки, то есть центральные отсеки (не ограниченные обечайкой колонны 1) являются распределительными отсеками 8.

Перегородки 6 образуют отсеки 8, 9 для жидкости, которые служат барьером, когда тарелка наклоняется. Таким образом, даже при большом наклоне сохраняется относительно однородный уровень жидкости. Это позволяет гарантировать хорошее качество распределения жидкости на газожидкостном контакторе. Уровнем жидкости называют границу раздела между газом и жидкостью. Высота уровня жидкости соответствует уровню жидкости относительно верхней стороны тарелки. Кроме того, зоной потока жидкости называют зону, по которой циркулирует жидкость; речь идет о верхней стороне тарелки, на которой выступают перегородки 6. Кроме того, благодаря перфорационным отверстиям 7 перегородок 6, жидкость между протекать по всей стороне распределительной тарелки 2, обеспечивая таким образом хорошее радиальное диспергирование жидкости. Удерживающие отсеки 9 позволяют ослабить приливы и отливы жидкости во время колебаний и обеспечивают таким образом хорошее распределение жидкости.

На фиг. 5 показана распределительная тарелка в соответствии с изобретением в наклоненном положении. С каждой стороны (на периферии) распределительная тарелка 2 содержит удерживающий отсек 9, при этом центральные отсеки являются распределительными отсеками 8. По сравнению с фиг. 3 высота уровня меняется меньше, поэтому скорости выхода жидкости U_L1 и U_L2 различаются меньше. Следовательно, распределение является более однородным, чем при использовании известной распределительной тарелки.

Согласно варианту выполнения изобретения, средства для прохождения газа являются трубами 4. Согласно отличительному признаку изобретения, трубы могут иметь форму цилиндра, куба, параллелепипеда или любую аналогичную форму. Кроме того, шаг между трубами на тарелке может быть треугольным или квадратным шагом.

Согласно аспекту изобретения, средства для прохождения жидкости являются отверстиями 5, выполненными в тарелке 2. Отверстия 5 могут иметь треугольный или квадратный шаг. Предпочтительно тарелка 2 содержит отверстия 5 в количестве, превышающем количество труб 4. Кроме того, отверстия 5 могут иметь одинаковый размер или разный размер.

Согласно варианту выполнения изобретения, представленному на фиг. 4, перегородки распределены в два ряда (или набора) перегородок. В каждом ряду перегородки являются параллельными между собой, разделены равномерными промежутками длиной Lc и являются секущими по отношению к перегородкам другого ряда, которые разделены равномерными промежутками длиной L_c2. Таким образом, распределительные отсеки 8 имеют по существу форму параллелограмма, а в представленном примере - прямоугольника. Предпочтительно, согласно этому варианту выполнения, перегородки 6 имеют высоту, превышающую, меньшую или по существу равную высоте труб 4. Эта высота является достаточной для обеспечения хорошего качества распределения, и, кроме того, габарит распределительной тарелки в соответствии с изобретением остается идентичным габариту «классической» распределительной тарелки. Этот распределительный отсек 8 содержит только одну трубу 4. Согласно этому варианту выполнения, промежуток L_c1 и L_c2 можно выбирать по существу равным расстоянию, разделяющему две соседние трубы.

Предпочтительно площадь удерживающих отсеков 9 меньше площади распределительных отсеков 8, чтобы обеспечивать большую площадь распределения. Длина L_c3, которая соответствует длине секущих перегородок на краю тарелки, может быть, в частности, меньше длины L_c1 (см. фиг. 6).

Можно также определять длину L_c1 и/или длину L_c2 в зависимости от требуемых характеристик тарелки: показателя дисбаланса IQ (выражаемого в процентах) и угла максимального наклона θ, связанного с условиями морского волнения. Для количественного определения чувствительности тарелки к морской среде показатель дисбаланса IQ жидкости определяют как:

где: q_L,max: максимальный расход жидкости, выходящей из одного из отсеков распределителя, q_L,min: минимальный расход жидкости, выходящей из одного из отсеков распределителя, и q_{L,средний}: средний расход на выходе распределительной тарелки. Эти значения расхода зависят от U_L1,2: скорость жидкости, выходящей из отверстий, находящихся на краях распределительной тарелки, как показано на фиг. 3 (известное решение) и на фиг.5 (заявленное решение). Небольшое значение показателя дисбаланса жидкости указывает на слабую чувствительность распределения к воздействию морского волнения. Большое значение этого показателя IQ указывает на сильный дисбаланс распределения.

Характеристические расстояния L_c1, L_c2 тарелки необходимо оптимизировать таким образом, чтобы минимизировать показатель дисбаланса. В зависимости от характеристик тарелки и от условий работы (максимальный угол наклона θ, связанный с условиями морской среды) можно определить оптимальную длину L_c1 и L_c2 при помощи комбинации следующих формул:

где:

c_f: коэффициент трения в отверстии

h₀: высота при сбалансированном (θ=0°) уровне жидкости в отсеке распределительной тарелки,

h_max: максимальная высота уровня жидкости в отсеке распределительной тарелки,

h_min: минимальная высота уровня жидкости в отсеке распределительной тарелки,

U_L1, U_L2: скорость жидкости в отверстии, и

знак ∝ обозначает пропорциональность.

Таким образом, можно определить значения длины L_c1, L_c2 в зависимости от геометрии тарелки и от морских условий, чтобы соблюдать заданный показатель дисбаланса. Например, чтобы получить показатель дисбаланса IQ<10%, необходимо, чтобы Δh≤50мм, поэтому значения длины L_c1, L_c2 должны отвечать следующему отношению:

Согласно варианту выполнения изобретения, каждая перегородка 6 содержит только одно перфорационное отверстие 7. В альтернативном варианте, как показано на фиг. 4, каждая перегородка 6 содержит два перфорационных отверстия 7. Эти перфорационные отверстия позволяют текучей среде проходить между отсеками 8, 9, что обеспечивает хорошее радиальное распределение жидкости на всей распределительной тарелке. Перфорационные отверстия 7 могут быть круглыми, вытянутыми, прямоугольными… Вместе с тем, площадь перфорационных отверстий 7 предпочтительно остается небольшой по сравнению с площадью перегородок, чтобы перегородки 6 продолжали выполнять свою главную роль: ограничение количества текучей среды, проходящей по тарелке, чтобы обеспечивать хорошую однородность высоты жидкости на тарелке. Кроме того, согласно этому варианту выполнения, чтобы препятствовать линейному потоку текучей среды и обеспечивать хорошее радиальное диспергирование жидкости, перфорационные отверстия 7 двух параллельных стенок распределительного отсека 8 не находятся на одной линии (не являются коаксиальными), то есть прямая, которая проходит через центры перфорационных отверстий двух параллельных перегородок, не является параллельной относительно одной из перегородок отсека 8. Предпочтительно перфорационные отверстия 7 расположены в нижней части перегородок 6, то есть вблизи распределительной тарелки, чтобы облегчать перетекание жидкости; перфорационные отверстия 7 остаются ниже высоты уровня жидкости.

Число отсеков (и, следовательно, число перегородок) может зависеть от диаметра тарелки. Предпочтительно тарелка большого размера имеет больше отсеков, чем тарелка меньшего размера.

В версии предпочтительного варианта выполнения изобретения можно изменить следующие признаки:

- перегородки могут образовать отсеки, соответственно содержащие несколько труб для прохождения газа,

- в этом варианте выполнения отсеки имеют треугольную форму, и можно расположить три ряда перегородок, причем перегородки одного ряда параллельны между собой и являются секущими относительно перегородок других рядов,

- отсеки имеют шестиугольную форму (например, типа пчелиных сот),

- перфорационные отверстия на двух расположенных друг против друга сторонах расположены в линию,

- каждая перегородка содержит несколько перфорационных отверстий.

Кроме того, согласно версии выполнения, показанной на фиг. 7, распределительная тарелка 2 может содержать систему 10 вторичного распределения жидкости. Система 10 вторичного распределения жидкости выступает из нижней стороны тарелки и служит для распределения в наполнителе жидкости, поступающей из средств прохождения жидкости. Система 10 вторичного распределения повышает качество распределения жидкости, направляя распределение жидкости на наполнитель. Например, система 10 вторичного распределения может направлять жидкость в сторону периферии наполнителя под удерживающими отсеками 9. В этом случае высота уровня жидкости H_liq соответствует высоте жидкости над тарелкой, к которой добавлена высота системы 10 вторичного распределения. Как показано на фигуре, система 10 вторичного распределения может содержать отражатели 12, которые направляют распределение жидкости. В альтернативном варианте система вторичного распределения может содержать набор оросителей (набор трубок, расположенных параллельно и имеющих отверстия), трубы, выступающие на нижней части распределительной тарелки, и/или набор перфорированных трубок, расположенных параллельно под распределительной тарелкой.

Кроме того, согласно версии выполнения, показанной на фиг. 8, средства прохождения жидкости дополнительно к отверстиям 5 содержат трубы 11 для жидкости, имеющие по меньшей мере одно перфорационное отверстие (или по меньшей мере один ряд перфорационных отверстий), при этом трубы 11 для жидкости выступают из верхней стороны упомянутой тарелки 2. Это решение обеспечивает хорошую гибкость распределительной тарелки, которую можно адаптировать к разным значениям расхода. Действительно, если расход жидкости является небольшим, высота уровня жидкости в распределительном отсеке 8 на тарелке 2 (высота жидкости относительно уровня тарелки) является небольшой, и только отверстия 5 позволяют жидкости проходить через тарелку. Если расход жидкости является более значительным, высота уровня жидкости увеличивается, и радиальные отверстия труб 11 для жидкости позволяют жидкости проходить через тарелку. Предпочтительно высота труб 11 для прохождения жидкости меньше высоты труб 4 для прохождения газа.

Альтернативно версии выполнения, показанной на фиг.8, средства прохождения жидкости могут содержать только трубы 11 для жидкости, которые могут иметь разную высоту и/или которые могут содержать перфорационные отверстия на разной высоте, чтобы сделать распределительную тарелку более гибкой.

Согласно варианту выполнения, размеры тарелки и ее компонентов отвечают следующим интервалам:

- шаг Р труб 4 составляет между 50 и 500 мм, предпочтительно между 100 и 300 мм,

- распределительная тарелка 2 имеет высоту, заключенную между 100 и 2000 мм, предпочтительно между 600 и 1000 мм,

- диаметр тарелки 2 составляет между 300 и 10000 мм,

- если элементы 4 имеют цилиндрическую форму, диаметр d_c составляет между 50 и 500 мм,

- высота труб 4 составляет между 300 и 2000 мм, предпочтительно между 400 и 700 мм,

- минимальное расстояние труб 4 до края составляет между 50 и 400 мм, предпочтительно между 100 и 200 мм,

- высота перегородок 6 составляет между 100 и 2000мм, предпочтительно между 700 и 1000 мм,

- диаметр d_or перфорационных отверстий 7 составляет между 5 и 100 мм, предпочтительно между 30 и 50 мм,

- расстояния L_c1 и L_c2 распределительных отсеков 8 составляют между 100 и 1000 мм и предпочтительно соответствуют следующему отношению:

- расстояние L_c3 удерживающих отсеков 9 составляет между 40 и 200 мм.

Эти различные версии выполнения распределительной тарелки в соответствии с изобретением можно комбинировать между собой, в частности, версии выполнения, представленные на фиг. 7 и 8; например, трубы 11 можно объединить с отражателями 12.

Объектом изобретения является также колонна 1 для массообмена и/или теплообмена между двумя текучими средами, в которой две среды входят в контакт при помощи газожидкостного контактора 3, при этом колонна 1 содержит по меньшей мере первый вход для жидкой текучей среды, по меньшей мере второй вход для газообразной текучей среды, по меньшей мере первый выход для газообразной текучей среды и по меньшей мере второй выход для жидкой текучей среды. Кроме того, колонна 1 содержит описанную выше распределительную тарелку 2 для обеспечения распределения текучих сред на контакторе 3.

Предпочтительно колонна является колонной для промывки аминами, но при этом она адаптирована для любого типа растворителя.

Предпочтительно газожидкостный контактор 3 представляет собой слой структурированного или насыпного наполнителя.

Объектом изобретения является также шельфовая плавучая баржа, в частности, типа FPSO или FLNG, в частности, для производства и обработки углеводородов. Баржа содержит вышеупомянутую колонну массообмена и/или теплообмена между газом и жидкостью. Колонна может входить в состав установки обработки газа и/или улавливания СО₂ для очистки производимых газов (или дымов).

Колонну в соответствии с изобретением можно применять в рамках способов обработки газа, улавливания СО₂, дистилляции или трансформации воздуха.

Сравнительный пример

Чтобы отметить преимущества настоящего изобретения, можно сравнить результаты, полученные при помощи изобретения (вариант выполнения на фиг. 4), и результаты, полученные при помощи известной распределительной тарелки, описанной в патентной заявке FR 2989595 А (US 2013/277868 А). Для этого применяют цифровой метод CFD (от английского Computational Fluid Dynamics, что можно перевести как вычислительная гидродинамика), который состоит в исследовании движений текучей среды посредством компьютерного решения уравнений сохранения массы и количества движения (уравнения Навье-Стокса).

Применяемый цифровой метод представляет собой метод мониторинга границы раздела (VOF от Volume of Fluid: объем текучей среды), описанный в Hirt & Nichols, JCP 39, 201-225 (1981). Этот метод, хорошо известный специалисту в данной области, адаптирован для моделирования изменения топологии границы раздела в распределителе, подвергающемся воздействию движений морского волнения (отлив, обратный прилив, образование бурной волны…). Изменение двухфазного потока описано в виде уравнений сохранения массы, сохранения количества движения и в виде уравнения переноса массы.

Вычисления были осуществлены при помощи выпускаемого в продажу программного обеспечения Fluent 14.5 ® (ANSYS, США).

Для всех представленных ниже вычислений CFD угол, соответствующий моделируемому движению бортовой качки, составляет +/-5° с периодом 15 с. Свойствами текучей среды являются: ρ_L= 1000 кг/м3, μ_L = 1 сП, ρ_G = 1,2 кг/м3, μ_G = 0,0018 сП. Высота уровня жидкости на рассматриваемом распределителе равна 400 мм. При вычислениях было принято в расчет расстояние 50 м до точки циркуляции шельфовой платформы. Это расстояние соответствует распределительным тарелкам, расположенным в верхней части колонны и подверженным наиболее сильным ускорениям. Наконец, было предположено, что капиллярные эффекты являются ничтожными.

Следует напомнить, что эффективность распределения предложенной системы сравнили с эффективностью известной распределительной тарелки в случае, когда тарелка подвергается действию морского волнения. Чувствительность тарелки к морской среде количественно определили в виде показателя дисбаланса, рассчитанного при помощи уравнения (1).

Пример 1: Свойства известной тарелки

- Диаметр распределительной тарелки: 4000 мм

- Диаметр газовых труб: 100 мм

- Высота газовых труб: 600 мм

- Число труб: 120

- Длина отсеков L_c1×L_c2: 300×300 мм

- Раскрыв перегородки: приблизительно 1%

- Плотность точек орошения: 84 точки/м² (число точек орошения, поделенное на общую площадь распределительной тарелки)

- Скорость орошения: 100 м³/м²/час

Пример 2: Свойства распределительной тарелки в соответствии с изобретением (фиг. 4):

- Диаметр распределительной тарелки: 4000 мм

- Диаметр газовых труб: 100 мм

- Высота газовых труб: 600 мм

- Число труб: 120

- Длина отсеков L_c1×L_c2: 300×300 мм

- Раскрыв перегородки: приблизительно 1%

- Плотность точек орошения: 84 точки/м²

- Скорость орошения: 100 м³/м²/час

На фиг. 9 представлено сравнение показателя дисбаланса IQ в зависимости от времени, полученного на двух распределительных тарелках. В случае распределительной тарелки, известной из FR 2989595 А (US 2013/277868 А), на кривой АА средний показатель дисбаланса за период колебания тарелки составляет 10%. При применении заявленной распределительной тарелки кривая INV показывает улучшение характеристики; действительно, средний показатель дисбаланса составляет 5,8%. Этот пример показывает, что устройство в соответствии с изобретением позволяет повысить эффективность распределения на распределительной тарелке в плавучей среде.

Реферат

Изобретение может быть использовано при обработке газа, улавливании СО, дистилляции или трансформации воздуха на плавучих баржах, предназначенных для сбора углеводородов на шельфовых установках. Распределительная тарелка 2 содержит по меньшей мере одну перегородку 6, ограничивающую отсеки 8, 9. Внутри распределительного отсека 8 предусмотрены средства 5 для прохождения жидкости через тарелку 2. Внутри удерживающего отсека 9, находящегося на периферии тарелки 2, жидкость не может проходить через неё. Распределительный отсек 8 также снабжен средством 4 для прохождения газа. Указанная тарелка размещена в колонне теплообмена и/или массообмена между газом и жидкостью. Обеспечивается хорошее распределение и диспергирование жидкости даже при больших наклонах тарелки, связанных с волнением морской воды. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

Формула