Компактная распределительная пластина для морских газожидкостных контактных колонн - RU2696693C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к области морских газожидкостных контактных колонн (на английском «шельфовых» (offshores), в частности, шельфовых установок для очистки газа, улавливания СО_2,дегидратации или дистилляции.

Шельфовые установки для очистки газа и/или улавливания СО₂промывкой аминами включают в себя абсорбционные колонны и колонны для регенерации текучих сред, жидких или газообразных. Эти последние функционируют с истечением газа/жидкости в противотоке или в совпадающих по направлению потоках и их устанавливают на кораблях, плавучих баржах или шельфовых платформах, например, типа FPSO (на английском Floating Production, Storage and Offloading, что означает «платформа для получения, хранения и разгрузки), или типа FLNG (на английском Floating liquefied Natural Gas), что означает платформа для сжиженного природного газа. На плавучих баржах могут быть установлены также дистилляционные колонны или дегидратационные колонны.

Колонны, используемые на этих шельфовых установках для очистки газа и/или улавливания СО₂и/или дистилляции и/или дегидратации, работают обычно по принципу массообмена и/или теплообмена между газом и жидкостью, которые циркулируют в колоннах. На фигуре 1 представлен частный случай колонны для очистки газа 1,снабженной распределительной пластиной в верхней части колонны. Обычно, эта колонна для очистки газа 1 содержит несколько секций, заполненных насадкой 3,при этом над каждой секцией 3 расположена распределительная пластина 2. Насадка для контактирования газа с жидкостью приводит в контакт газ G и жидкость L, чтобы обеспечить обменные процессы.

Стандартные распределители 2, используемые в абсорбционных\регенерационных или дистилляционных колоннах, обычно состоят из коллекторно/распределительной пластины, снабженной вентиляционными каналами 4 (смотри фигуру 2). Распределение жидкости осуществляется в результате прохождения жидкости через отверстия 5, расположенные в основании пластины 2, а распределение газа осуществляется через вентиляционные каналы 4. Каждый вентиляционный канал 4 обеспечивает проход газа, в зависимости от способа функционирования, в противотоке или в совпадающих направлениях, из нижней части колонны в верхнюю часть колонны 1, или из верхней части в нижнюю. Вентиляционные каналы 4 выступают с одной стороны пластины 2 и перпендикулярны ей. Каждый вентиляционный канал 4 образован несколькими стенками, например, параллелепипедными или цилиндрическими, которые ограничивают внутренний объем, который открыт с одной и с другой стороны пластины 2. Чтобы избежать того, что жидкость не проходит в вентиляционные каналы 4, отверстие для выброса или подачи газа над пластиной (в зависимости от способа функционирования в противотоке или в совпадающих направлениях) является, предпочтительно, ортогональным продольному направлению вентиляционного канала 4. Задачей распределительной пластины является гомогенное распределение жидкости L по насадке для осуществления контакта газ/жидкость.

Пластины, снабженные вентиляционными каналами, могут быть различных типов, и вентиляционные каналы могут быть расположены согласно разным конфигурациям. Различные варианты распределительных пластин описаны, в частности, в следующих заявках на патенты и в патентах: US6338774B, US2004020238A, US6149136A и US5752538А.

Рассматриваемые газожидкостные контактные колонны размещают на плавающих структурах, например, типа корабля, платформы или баржи, чувствительных к волнению. В результате этого, оборудование, устанавливаемое на этих установках, в частности, газожидкостные распределительные пластины, подвергаются волнообразным движениям, имеющим вплоть до шести степеней свободы («виляние, килевая качка, бортовая качка, тромбование, скачка на лошади»).

Для сведения, угол, связанный с комбинацией колебаний килевой и бортовой качки, может быть порядка +/-8” с периодом, изменяющимся в интервале от 10 до 20 с. Порядки величин продольного, поперечного и вертикального ускорений, встречающихся в таком случае в колонне, составляют, соответственно, порядка от 0,2 до 0,5 м/с², от 0,8 до 1,5 м/с² и от 0,2 до 0,5 м/с² на высоте 50 м над палубой.

В этих условиях функционирование обычных распределительных пластин, снабженных вентиляционными каналами (фигура 2)может быть сильно возмущено. В самом деле, так как функционирование этих распределителей является принципиально гравитационным, на распределительной пластине должен устанавливаться уровень жидкости равномерной высоты «h». Квадрат скорости прохождения жидкости через отверстия 5, расположенные в нижней части пластины 2 пропорционален высоте уровня жидкости (U_L²∞gh). Когда пластина 2 наклонена под воздействием волнения (фигура 3), высота уровня жидкости более не является равномерной по распределительной пластине (h₁>h₂), что вызывает неравновесность в распределении жидкости на входе в газожидкостное контактное устройство 3. Качество распределения и, следовательно, эффективность колонны подвергаются сильному воздействию. Это плохое распределение, если оно не подавляется, может существенным образом ухудшить характеристики колонны. Чтобы компенсировать эти воздействия, необходим значительный уровень жидкости, что означает увеличение неудобств и массы, что не подходит для шельфовых установок. Уровнем жидкости называют границу раздела между газом и жидкостью. Высота уровня жидкости соответствует уровню жидкости по отношению к верхней стороне пластины.

Чтобы избежать проблем этого типа, были применены распределительные элементы, малочувствительные к нарушениям горизонтальности. Эти распределительные элементы состоят обычно из коллектора и распределителя, соединенных одним или несколькими относительно длинными вертикальными трубопроводами, чтобы распределитель оставался нагруженным, каковы бы ни были встречающиеся условия волнения. Обычно, эти распределители малочувствительны к воздействиям волнения и создают хорошее качество распределения, но являются очень громоздкими: их высота в некоторых случаях может достигать нескольких метров (US 2004020238 A).

Другое решение этих проблем описано в патентах FR 2771018 А (US 6294053 B1) и FR 2771019 А (US 6395138 B1), оно заключается в использовании двух распределителей (первичного и вторичного). Каждый распределитель разделен на несколько отделений, в которых распределяется жидкость. Благодаря этим отделениям, жидкость лучше распределяется во время наклона колонны. Однако, это решение остается громоздким, так как оно нуждается в двух распределителях. Кроме того, так как отделения не сообщаются между собой, распределение жидкости в отделениях является неравновесным.

Патент US 5132055, что касается его, раскрывает распределительную пластину, в которой вентиляционные каналы позволяют разделить на отделения зону течения жидкости. Согласно этому документу, вентиляционные каналы в таком случае все являются параллельными. Все отделения обладают, таким образом, разной поверхностью. Кроме того, параллелизм вентиляционных каналов не позволяет обеспечить хорошую подачу и хорошее распределение жидкости на совокупности пластины. В самом деле, когда наклон пластины параллелен этим вентиляционным каналам, высота уровня жидкости заметно изменяется между двумя концами пластины.

В заявке на патент FR 2989595 А (US 2013/277868 А) описана распределительная пластина, на которой сформированы перфорированные перегородки, ограничивающие отделения. Перфорированные перегородки позволяют ограничить плохое распределение жидкости.

Изобретение касается распределительной пластины, содержащей по меньшей мере два уровня сбора и распределения жидкости. При больших расходах жидкости, часть жидкости верхнего уровня переходит на нижний уровень перед тем, как быть распределенной с пластины на слой насадки через по меньшей мере одно отверстие, имеющееся в основании нижнего уровня. Другая часть жидкости, находящейся на верхнем уровне, непосредственно распределяется по основанию нижнего уровня. Целью предлагаемого изобретения является улучшение гибкости функционирования в случае большого интервала изменения расхода жидкости, все еще сохраняя уменьшенную громоздкость.

УСТРОЙСТВО СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ

Таким образом, настоящее изобретение касается распределительной пластины для тепло и/или массообменной колонны между газом и жидкостью, содержащей средства для пропускания газа через указанную пластину. Указанная пластина содержит верхнюю пластинку и нижнюю пластинку, причем каждая из указанных пластинок содержит по меньшей мере два различных средства для прохождения указанной жидкости через указанную пластинку, при этом отверстия указанных средств указанной верхней пластинки расположены на разных сторонах, при этом по меньшей мере одно средство указанной верхней пластинки имеет наименее поднятую указанную сторону, сообщающуюся с одним из указанных средств для прохождения указанной жидкости от указанной нижней пластинки через подающий трубопровод.

Согласно предпочтительному способу осуществления изобретения, одно из указанных средств для прохождения указанной жидкости через указанную верхнюю пластинку может быть образовано вентиляционными каналами, выступающими из верхней поверхности указанной верхней пластинки.

Благоприятно, указанные средства указанных верхней и нижней пластинок, сообщающихся посредством трубопровода для прохождения указанной жидкости, могут быть образованы отверстиями указанных пластинок.

Предпочтительно, одно из указанных средств для прохождения указанной жидкости через указанную верхнюю пластинку может быть образовано отверстиями указанной верхней пластинки.

Согласно другому предпочтительному способу осуществления изобретения, указанные средства для пропускания газа могут представлять собой элементы для распределения газа цилиндрической, кубической или параллелепипедной формы.

Предпочтительно, указанные средства для пропускания газа могут представлять собой элементы для распределения газа в форме вентиляционной трубы, выступающей из верхней поверхности указанной нижней пластинки и проходящей через указанную верхнюю пластинку.

Согласно одному способу осуществления изобретения, полупространство, образованное над указанной первой пластинкой, называемое первым уровнем, может быть разделено на отделения при помощи по меньшей мере одной перегородки по прямой от верхней поверхности указанной первой пластинки, при этом указанные перегородки указанного первого уровня содержат по меньшей мере одно отверстие, чтобы дать возможность протекания части указанной жидкости между указанными отделениями указанного первого уровня, причем замкнутое пространство, находящееся между указанными первой и второй пластинками, называемое вторым уровнем, разделено на отделения посредством по меньшей мере одной перегородки.

Согласно одному способу осуществления изобретения, указанный первый уровень указанной пластины может содержать несколько секущих перегородок.

Предпочтительно, указанные перегородки указанного первого уровня могут состоять из двух серий перегородок, причем указанные перегородки каждой серии параллельны между собой и пересекаются с перегородками другой серии.

Весьма предпочтительно, перегородки указанного второго уровня могут быть размещены симметрично перегородкам указанного первого уровня по отношению к указанной верхней пластинке.

Согласно одному способу осуществления изобретения, указанные отверстия двух параллельных перегородок указанного первого уровня, ограничивающих одно отделение, могут не быть на одной линии.

Предпочтительно, указанные отверстия могут быть расположены у основания указанных перегородок указанного первого уровня.

Благоприятно, указанные перегородки указанного первого уровня могут иметь высоту, больше или по существу равную высоте в указанном первом уровне указанных средств для распределения газа.

Согласно одному способу осуществления изобретения, размеры L_c1и L_c2 отделения указанного первого уровня могут находиться в интервале от 100 до 1000 нм.

Согласно одному способу осуществления изобретения, упомянутый первый уровень может содержать по меньшей мере одно отделение для удерживания, расположенное по периметру распределителя.

Кроме того, изобретение касается тепло- и/или массообменной колонны между газом и жидкостью, в которой две текучие среды приводят в контакт при помощи насадки. Указанная колонна содержит, по меньшей мере, одну распределительную пластину согласно изобретению для распределения указанных текучих сред по указанной насадке.

Изобретение касается также плавучей баржи, в частности, для добычи углеводородов, которая содержит по меньшей мере одну колонну согласно изобретению.

Кроме того, изобретение касается применения колонны согласно изобретению для процесса очистки газа, улавливания СО_2, дистилляции или превращения воздуха.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Другие характеристики и преимущества способа согласно изобретению проявятся при чтении следующего ниже описания не ограничивающих примеров осуществления со ссылкой на прилагаемые фигуры, описанные ниже.

Фигура 1, уже описанная, иллюстрирует частный случай колонны для очистки газа или улавливания СО_2,снабженной распределительной пластиной в верхней части колонны.

Фигура 2, уже описанная, иллюстрирует распределительную пластину согласно известному уровню техники.

Фигура 3, уже описанная, иллюстрирует наклонную распределительную пластину согласно известному уровню техники.

Фигура 4 иллюстрирует частный вид распределительной пластины согласно одному способу осуществления изобретения.

Фигура 5 иллюстрирует распределительную пластину в наклонном положении согласно одному способу осуществления изобретения.

Фигура 6 иллюстрирует функционирование распределительной пластины согласно одному способу осуществления изобретения в зависимости от расхода жидкости.

Фигура 7 представляет сравнительную кривую между распределительной пластиной согласно изобретению и распределительной пластиной согласно известному уровню техники.

Фигура 8 иллюстрирует вариант осуществления распределительной пластины согласно изобретению.

Фигура 9 иллюстрирует вариант осуществления распределительной пластины согласно изобретению.

Фигура 10 иллюстрирует вариант осуществления распределительной пластины согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение касается распределительной пластины для тепло и/или массообменной колонны между газом и жидкостью, содержащей по меньшей мере одно средство для распределения газа через пластину, верхнюю пластинку и нижнюю пластинку, причем каждая из пластинок содержит по меньшей мере два различных средства для прохождения жидкости через указанную пластину.

Согласно изобретению, отверстия средств верхней пластинки расположены на разных сторонах, и по меньшей мере одно средство верхней пластинки имеет наименее поднятую сторону, сообщающуюся с одним из средств для прохождения жидкости от нижней пластинки через подающий трубопровод.

Верхней пластинкой называют пластинку пластины согласно изобретению, расположенную на наиболее поднятой стороне, а нижней пластинкой - пластинку пластины согласно изобретению, расположенную на наименее поднятой стороне. Стороны оценивают когда пластина находится в не наклонном положении и вдоль вертикальной оси, пересекающей пластинки, образующие пластину.

Согласно изобретению, первое средство для прохождения жидкости, называемое впоследствии «средство с открытым верхом», верхней пластинки содержит отверстие, сторона которого больше стороны второго средства, называемого впоследствии « средством с открытым низом» верхней пластинки.

Согласно изобретению, средство с открытым низом для прохождения жидкости от верхней пластинки сообщается со средством для прохождения указанной жидкости от нижней пластинки через питающий трубопровод.

Согласно изобретению, средство для распределения газа через пластину пересекает одновременно верхнюю и нижнюю пластинки пластины.

Описанное таким образом изобретение включает в себя два уровня сбора и распределения жидкости:

- первый уровень, называемый впоследствии верхним уровнем, представляет собой полупространство, образованное над верхней пластинкой, в котором жидкость, поступающую из колонны очистки газа собирают, затем распределяют при помощи по меньшей мере двух средств для прохождения жидкости через верхнюю пластинку;

первое средство, с открытым верхом, обеспечивает проход жидкости, содержащейся на первом уровне, через верхнюю пластинку;

второе средство с открытым низом, продолжающееся трубопроводом вплоть до средства нижней пластинки для прохождения жидкости через нижнюю пластинку, обеспечивающее проход жидкости, содержащейся в верхнем уровне, под нижнюю пластинку. Таким образом, часть жидкости, содержащейся в верхнем уровне, проходит через совокупность пластины;

- второй уровень, называемый впоследствии нижним уровнем, представляет собой пространство, образованное между двумя пластинками, в котором жидкость, поступающая из верхнего уровня при помощи средства с открытым верхом, обеспечивающим проход жидкости, находящейся на верхнем уровне, через верхнюю пластинку, собирают и затем распределяют при помощи средства для прохождения жидкости через нижнюю пластинку. Согласно одному способу осуществления изобретения, нижний уровень пластины питается только жидкостью при помощи средства с открытым верхом, расположенного на верхнем уровне.

Описанная таким образом распределительная пластина согласно изобретению позволяет части жидкости, находящейся на верхнем уровне, проходить через совокупность пластины через питающий трубопровод, соединяющий две пластинки, и другой части этой жидкости быть сначала распределенной на нижнем уровне указанной пластины перед тем, как быть распределенной под указанной пластиной.

Фигура 4 иллюстрирует распределительную пластину 2 согласно одному способу осуществления настоящего изобретения. На фигуре представлен изометрический вид пластины с разрезом по диаметру пластины. Другая часть пластины следует из симметрии с перегородкой на уровне плоскости разреза. На фигуре 4 изображена распределительная пластина 2, состоящая из верхней пластинки Р1 и нижней пластинки Р2,ограничивающих верхний уровень N1 и нижний уровень N. Средство 11 для прохождения жидкости с открытым верхом верхней пластинки Р1 содержит отверстие, сторона которого больше стороны отверстия второго средства 10 с открытым низом верхней пластинки. Средство 10 с низким отверстием для прохождения жидкости от верхней пластины Р1,сообщается со средством 12 для прохождения указанной жидкости от нижней пластины Р2 через питающий трубопровод 9. Средство для распределения газа 4 через пластину пересекает одновременно верхнюю Р1 и нижнюю Р2 пластинки пластины.

Такое, как описанное, настоящее изобретение обеспечивает хорошую гибкость распределительной пластины, которая может быть приспособлена к различным расходам. В самом деле, когда расход жидкости высокий, высота уровня жидкости в верхнем уровне N1 на пластине 2 (высота жидкости по отношению к основанию верхнего уровня N1 пластины, и, следовательно, по отношению к верхней пластинке Р1)большая и может быть над средством 11 для прохождения жидкости от верхней пластинки (режим, называемый номинальным; фигура 6а); часть жидкости верхнего уровня N1 распределяется в таком случае при помощи этого средства 11 в нижний уровень N2, а другая часть жидкости верхнего уровня N1 распределяется непосредственно под распределительной пластиной посредством трубопровода 9,проходящего через нижний уровень N2. В случае низкого расхода жидкости, уровень жидкости, находящейся в верхнем уровне N1, может быть ниже отверстия вентиляционного канала 11 (режим, называемый «turn-down» или на французском: режим низкого функционирования; фигура 6b; жидкость, содержащаяся в верхнем уровне N1, распределяется в таком случае непосредственно под распределительной пластиной посредством трубопровода 9, проходящего через нижний уровень N2; итак, в режиме turn-down нет жидкости, содержащейся в нижнем уровне N2 пластины. Таким образом, настоящее изобретение дает возможность поддерживать уровень жидкости, достаточно высокий для того, чтобы не ухудшить качество распределения жидкости под воздействием колебательного движения, связанного с волнением.

Итак, за счет своих двух уровней отверстий средств 10,11 для прохождения жидкости с верхнего уровня и существования нижнего уровня N2 сбора и распределения, выполняющего роль регулятора высоты уровня жидкости в случае высокого расхода жидкости, распределительная пластина согласно изобретению обеспечивает лучшую гибкость функционирования, чем известный уровень техники (в сравнении, например, с патентом FR 2989595 A (US 2013/277868 А), все еще предлагая минимум громоздкости (в сравнении, например, с заявками FR 2771018 А и FR 2771019, которые нуждаются в двух разных пластинах, первичной пластине и вторичной пластине). В самом деле, высота нижнего уровня распределительной пластины согласно изобретению может быть очень малой, порядка нескольких сантиметров.

Благоприятно, проход жидкости с верхнего уровня N1 через всю пластину (то есть без распределения в нижнем уровне N2)обеспечивается питающим трубопроводом 9, одним из концов которого является отверстие 10, просверленное в верхней пластинке Р1, а другой конец представляет собой отверстие 12, просверленное в нижней пластинке Р2. Предпочтительно, трубопроводы 9 будут иметь цилиндрическую форму, но они могут быть треугольного или квадратного сечений, отверстия 10 и 12 каждого трубопровода имеют в таком случае соответствующие формы. Кроме того, трубопроводы 9 могут быть одинакового размера или разных размеров, при этом отверстия 10 и 12 каждого трубопровода 9 имеют соответствующие размеры. Трубопроводы 9 могут иметь треугольный или квадратный зазор.

Предпочтительно, средство 5 для прохождения жидкости, содержащейся в нижнем уровне N2, через нижнюю пластинку Р2, и, следовательно, под распределительную пластину, представляет собой отверстия, просверленные на нижней пластинке Р2. Отверстия 5 могут иметь треугольный или квадратный зазор. Кроме того, отверстия 5 могут быть одинакового размера или разных размеров.

Согласно одному способу осуществления изобретения, две пластинки Р1 и Р2 являются горизонтальными, параллельны между собой и отстоят друг от друга на расстояние h. В этом случае длина трубопровода равна расстоянию h между двумя пластинками Р1 и Р2. Согласно одному способу осуществления настоящего изобретения, расстояние h между пластинками Р1, Р2 пластины находится в интервале от 30 до 500 мм, предпочтительно, от 50 до 200 мм.

Согласно одной характеристике изобретения, средства распределения газа 4 могут быть цилиндрическими, кубическими, параллелепипедными или любой аналогичной формы. Согласно одному способу осуществления изобретения, средства для пропускания газа представляют собой вентиляционные каналы 4. Кроме того, шаг вентиляционных каналов на пластине может быть треугольным или квадратным.

Согласно одному способу осуществления настоящего изобретения, средства 11 с открытым верхом для прохождения жидкости, содержащейся в верхнем уровне N1, в нижний уровень N2, могут быть разной высоты и/или могут содержать боковые отверстия на разных высотах для того, чтобы придать распределительной пластине гибкость. Согласно одному способу осуществления настоящего изобретения, отверстия средства 11 с открытым верхом для прохождения жидкости, содержащейся в верхнем уровне N1, в нижний уровень N2 могут представлять собой щели или отверстия.

Высота средств 11 с открытым верхом для прохождения жидкости, содержащейся в верхнем уровне N1, в нижний уровень N2, благоприятно, ниже высоты вентиляционных каналов для пропускания газа 4.

Согласно одному способу осуществления настоящего изобретения, средства 11 для прохождения жидкости могут иметь различные формы: цилиндрическую, кубическую, параллелепипедную или любую аналогичную форму.

Предпочтительно, средства 11 для прохождения жидкости, содержащейся в верхнем уровне N1, в нижний уровень N2 представляют собой вентиляционные каналы.

Согласно одному способу осуществления настоящего изобретения, верхний уровень N1 разделен на отделения, помещая по меньшей мере одну перегородку 6, на верхнюю поверхность верхней пластинки Р1, а нижний уровень N2 разделен на отделения, помещая по меньшей мере одну перегородку 8 на верхнюю поверхность нижней пластинки Р2. Перегородки 6 верхнего уровня N1 образуют отделения 13, 14 жидкости, которые служат «барьером», когда пластина наклонена. Перегородки 8 нижнего уровня N2 образуют отделения 15, 16 жидкости, которые дают возможность блокировать боковое движение жидкости и обеспечить таким образом, что отделение остается загруженным, когда пластина наклонена в случае высокого расхода жидкости. Кроме того, перегородки верхнего уровня содержат по меньшей мере одно отверстие 7, чтобы обеспечить течение жидкости между отделениями 13, 14 верхнего уровня N1,что обеспечивает хорошее радиальное распределение жидкости во всей совокупности верхнего уровня N1 распределительной пластины. Отверстия 7 могут быть круглыми, овальными, прямоугольными и.т.д. В то же время, отверстия 7 могут, предпочтительно, оставаться маленькими по отношению к поверхности перегородок верхнего уровня, и это для того, чтобы перегородки 6 верхнего уровня N1 продолжали выполнять их основную роль: ограничивать количество жидкости, вытекающей на верхний уровень пластины, чтобы гарантировать хорошую равномерность высоты жидкости на верхнем уровне пластины. Таким образом, поддерживают относительно равномерный уровень жидкости даже при значительном наклоне. Хорошее качество распределения жидкости на контакте газ/жидкость благодаря этому гарантируется.

Согласно одному способу осуществления настоящего изобретения, перегородки 8 нижнего уровня N2 размещены симметрично перегородкам 6 верхнего уровня N1 по отношению к верхней пластинке Р1. Число отделений в двух уровнях в таком случае одинаково и отделения нижнего уровня 15, 16 имеют такие же боковые пределы, что отделения 13, 14 верхнего уровня N1.

Фигура 5 иллюстрирует распределительную пластину в наклонном положении, содержащую два уровня N1, N2 для сбора и распределения жидкости, каждый из которых состоит из четырех отделений одинаковых размеров, при этом отделения 13, 14 верхнего уровня N1 могут сообщаться посредством отверстий 7, находящихся в перегородках 6 отделений. По сравнению с фигурой 3, высота уровня жидкости изменяется меньше, следовательно, скорости выхода жидкости U_L1 и U_L2 отличаются мало. Следовательно, распределение является более равномерным, чем с распределительной пластиной согласно известному уровню техники.

Согласно одному способу осуществления настоящего изобретения, вентиляционный канал для пропускания газа через всю пластину размещен в некоторых отделениях. Согласно другому способу осуществления настоящего изобретения, вентиляционный канал для пропускания газа через всю пластину размещен в каждом отделении верхнего уровня N1 и продолжается в нижний уровень N2 вплоть до основания нижней пластинки Р1 пластины.

Согласно одному предпочтительному способу осуществления изобретения, по меньшей мере одно средство 11 с открытым верхом для прохождения жидкости через верхнюю пластинку Р1 размещено в каждом отделении верхнего уровня N1.

Согласно одному предпочтительному способу осуществления изобретения, каждое отделение 13, 14 верхнего уровня N1 содержит по меньшей мере одно, предпочтительно, несколько средств 10 для прохождения жидкости, содержащейся в верхнем уровне N1, продолжающихся трубопроводом 9, проходящим через нижний уровень N2, при этом указанный трубопровод приводит к средству 12 для прохождения жидкости через нижнюю пластинку Р2.

Согласно способу осуществления изобретения, изображенному на фигуре 4, перегородки 6,8 уровня сбора и распределения N1, N2 распределены по двум сериям (или совокупностям) перегородок. В каждой серии перегородки параллельны между собой, отстоят друг от друга на одинаковое расстояние длиной L_c1и пересекаются с перегородками другой серии, которые разделены одинаковым расстоянием длиной L_c2. Таким образом, отделения сбора и распределения верхнего уровня 13, 14, отделения сбора и распределения нижнего уровня 15, 16 имеют по существу форму параллелограмма и согласно изображенному примеру прямоугольнуюформу. Благоприятно, согласно этому способу осуществления, перегородки 6 имеют высоту больше, меньше или по существу равную высоте вентиляционных каналов 4 в верхнем уровне. Эта высота достаточна для того, чтобы обеспечить хорошее качество распределения, все еще ограничивая громоздкость. Каждое отделение распределения 13, 14 верхнего уровня N1 и симметричное ему отделение 15, 16 в нижнем уровне N2 содержат один и одинаковый вентиляционный канал для газа 4. Согласно этому способу осуществления, можно выбрать расстояние L_c1 и L_c2 по существу равным расстоянию, разделяющему два соседних вентиляционных канала.

Согласно одному способу осуществления изобретения, рассчитывают максимальное расстояние L_{ci_max} (в мм) с i, принимающим значения 1 или 2, между двумя последовательными перегородками согласно формуле типа:

где θ максимальный угол наклона, создаваемый морскими условиями. Весьма предпочтительно, размеры L_c1 и L_c2 одного отделения находятся в интервале от 100 до 1000 нм.

Согласно одному способу осуществления изобретения, каждая перегородка 6 верхнего уровня N1 содержит единственное отверстие 7. Кроме того, согласно этому способу реализации, чтобы предотвратить линейное течение жидкости и чтобы обеспечить хорошее радиальное диспергирование жидкости в верхнем уровне N1, отверстия 7 двух параллельных перегородок отделения распределения 13 верхнего уровня, предпочтительно, не выравнены в ряд (или не являются коаксиальными), это означает, что прямая, которая проходит через центры отверстий двух параллельных перегородок верхнего уровня N1, не параллельна перегородкам отделения 13 верхнего уровня N1. Благоприятно, отверстия 7 размещены в нижней части перегородок 6 верхнего уровня N1 таким образом, чтобы всегда быть расположенными ниже высоты уровня жидкости.

Число отделений на уровне сбора и распределения (и, следовательно, число перегородок на уровне распределения) может быть зависящим от диаметра пластины. Предпочтительно, пластина большого размера разделена на большее число отделений, чем пластина меньшего размера.

Согласно одному варианту способа осуществления изобретения, можно использовать по меньшей мере одну из следующих характеристик:

- отделения 13, 14 верхнего уровня N1 и симметричные им отделения 15, 16 в нижнем уровне N2 могут содержать несколько вентиляционных каналов для пропускания газа 4;

- отделения верхнего уровня N1 и, следовательно, отделения нижнего уровня N2 имеют треугольную форму; для этого способа осуществления можно расположить три серии перегородок в каждом уровне, при этом перегородки одной серии будут параллельными между собой и пересекающимися с перегородками других серий;

- отделения верхнего уровня N1 и, следовательно, отделения нижнего уровня N2 имеют шестиугольную форму (например, типа ячейки улья);

- отверстия 7 двух сторон, расположенных напротив, отделения 13, 14 верхнего уровня N1 выровнены в ряд;

- каждая перегородка 6 верхнего уровня N1 содержит несколько отверстий 7.

Кроме того, согласно одному варианту осуществления изобретения, распределительная пластина 2 может содержать систему вторичного распределения жидкости (фигура 8). Система вторичного распределения выступает из нижней поверхности пластины и служит для распределения на насадке жидкости, прибывающей из средств для прохождения жидкости. Система вторичного распределения улучшает качество распределения жидкости, ориентируя распределение жидкости на насадке. Согласно частному способу осуществления изобретения, система вторичного распределения может содержать дефлекторы 17, которые ориентируют распределение жидкости. Альтернативно, система вторичного распределения может содержать систему разбрызгивателей (систему из нескольких трубопроводов, расположенных параллельно и снабженных отверстиями), вентиляционные каналы, выступающие из нижней части распределительной пластины, и/или систему перфорированных трубопроводов, расположенных параллельно под распределительной пластиной.

Кроме того, согласно одному варианту осуществления изобретения, верхний уровень N1 распределительной пластины 2 содержит по меньшей мере одно отделение удерживания 18 (фигура 9). Отделение удерживания образовано перегородками 6, размещенными в верхнем уровне, и не содержит никакого другого средства для прохождения жидкости. Предпочтительно, отделение удерживания 18 не содержит никакого средства для пропускания газа через пластину. Перегородки 6 отделений удерживания 18 тоже перфорированы. Согласно изобретению, отделения удерживания 18 расположены на периферии верхнего уровня N1 пластины 2. Согласно одному аспекту изобретения, все отделения, расположенные на периферии верхнего уровня N1 пластины 2, представляют собой отделения удерживания, а другие отделения представляют собой отделения распределения 13, 14. Отделение удерживания позволяет уменьшить накопление и понижение жидкости во время колебаний, индуцируемых движениями платформы, навязываемыми морской средой, и обеспечить таким образом хорошее качество распределения жидкости.

Для всех способов осуществления изобретения размеры пластины и ее компонентов могут изменяться в следующих интервалах:

- шаг Р вентиляционных каналов для газа 4 находится в интервале от 50 до 500 мм, предпочтительно, от 100 до 300 мм,

- распределительная пластина 2 имеет высоту, находящуюся в интервале от 100 до 2000 мм, предпочтительно, от 600 до 1000 мм,

- диаметр пластины 2 находится в интервале от 300 до 10000 мм,

- если форма элементов 4 цилиндрическая, диаметр d_c находится в интервале от 50 до 500 мм,

- высота вентиляционных каналов 4 находится в интервале от 300 до 2000 мм, предпочтительно, от 400 до 700 мм,

- минимальное расстояние от края вентиляционных каналов 4 находится в интервале от 50 до 400 мм, предпочтительно, от 100 до 200 нм,

- высота перегородок 16 находится в интервале от 100 до 2000 мм, предпочтительно, от 700 до 1000 мм,

- диаметр d_отв отверстий 7 находится в интервале от 5 до 100 мм, предпочтительно, от 30 до 50 мм,

- ширина отделения удерживания Z находится в интервале от 40 до 300 мм.

Эти разные варианты осуществления распределительной пластины согласно изобретению могут быть скомбинированы между собой, в частности, варианты осуществления, представленные на фигурах 5 и 8; например, вентиляционные каналы 11 могут быть соединены с дефлекторами 12.

Согласно частному способу осуществления настоящего изобретения, распределительная пластина содержит третью пластинку (фигура 10), называемую промежуточной пластинкой РI, размещенную между верхней Р1 и нижней Р2 пластинками и равным образом содержащую два разных средства для прохождения жидкости. В этом случае, средства для прохождения жидкости с открытым верхом (11) могут выступать не только из верхней пластинки Р1, но также из промежуточной пластинки РI, и некоторые питающие трубопроводы 9 могут распределять жидкость начиная с верхней пластинки Р1 вплоть до нижней пластинки Р2, а другие трубопроводы 9 могут распределять жидкость начиная с промежуточной пластинки РI вплоть до нижней пластинки Р2.

Изобретение касается также колонны 1 для массо- и/или теплообмена между двумя текучими средами, в которой две текучие среды приводят в контакт при помощи контактного устройства газ/жидкость 3, при этом колонна 1 содержит по меньшей мере один первый вход для жидкой текучей среды, по меньшей мере один второй вход для газообразной текучей среды, по меньшей мере один первый выход для газообразной текучей среды и по меньшей мере один второй выход для жидкой текучей среды. Колонна 1 содержит, кроме того, распределительную пластину 2, такую, как описанная выше, чтобы обеспечить распределение текучих сред по контактному устройству 3.

Колонна 1 представляет собой, благоприятно, колонну для промывки аминами, но она приспособлена для растворителей любого типа.

Благоприятно, контактное устройство газ/жидкость представляет собой слой насадки, структурированной или внавалку.

Кроме того, изобретение касается плавучей прибрежной баржи, в частности, типа FPSO или FLNG, в частности, для добычи и очистки углеводородов. Баржа содержит колонну для массо- и/или теплообмена между газом и жидкостью, такую, как описанная выше. Колонна может являться частью установки для очистки газа и/или улавливания СО₂ для очистки производимых газов (или дымовых газов).

Колонна согласно изобретению может быть использована в процессах очистки газа, улавливания CO₂, дистилляции или превращения воздуха.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР

Чтобы проиллюстрировать преимущества настоящего изобретения, предлагают сравнить результаты, полученные при помощи изобретения (способ осуществления фигуры 4), с результатами, полученными с распределительной пластиной согласно известному уровню техники, такой, как описанная в заявке на патент FR 2989595 А (US 2013/277868 А). Свойства пластин согласно изобретению и согласно известному уровню техники описаны ниже:

СВОЙСТВА ПЛАСТИНЫ СОГЛАСНО ИЗВЕСТНОМУ УРОВНЮ ТЕХНИКИ

- Число уровней распределения: 1

- Число отделений: 120

- Диаметр распределительной пластины: 4000 мм

- Диаметр вентиляционных каналов для газа: 100 мм

- Высота вентиляционных каналов для газа: 600 мм

- Число вентиляционных каналов для газа: 120

- Длина отделений распределения L_c1 x L_c2: 300×300 мм

- Отверстие перегородки: около 1%

- Расход жидкости в номинальном режиме: 100м³/м²/ч

- Расход жидкости в режиме «turn-down»:40м³/м²/ч

СВОЙСТВА ПЛАСТИНЫ СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ

- Число уровней распределения: 2

- Число отделений на уровень распределения: 120

- Диаметр распределительной пластины: 4000 мм

- Диаметр вентиляционных каналов для газа: 100 мм

- Высота вентиляционных каналов для газа: 600 мм

- Число вентиляционных каналов для газа: 120

- Длина отделений распределения L_c1×L_c2: 300×300 мм

- Отверстие перегородки: около 1%

- Расход жидкости в номинальном режиме: 100м³/м²/ч

- Расход жидкости в режиме «turn-down»:40м³/м²/ч

Используют численное приближение типа CFD (на английском Computation Fluid Dynamics, которое может быть переведено как численная механика жидкости), которое заключается в исследовании движений жидкости численным решением уравнений сохранения массы и баланса количества движения (уравнения Навье-Стокса). Используемое численное приближение является приближением типа связности границы раздела (VOF для Volume of Fluid: объем жидкости), описанным в Hirt & Nichols, JCP 39, 201-225 (1981).Этот метод, хорошо известный специалистам в данной области, хорошо приспособлен для моделирования изменения топологии границы раздела, встречающегося в распределителе, подвергающемся движениям зыби (отрыв, восстановление границы раздела, образование бушующей волны …). Эволюция двухфазного течения описывается уравнениями сохранения массы, сохранения количества движения и уравнением переноса степени присутствия. Расчеты были осуществлены с применением коммерческого программного продукта Fluent 14,5®(ANSYS,Etat-Unis).

Для системы оценочных расчетов CFD представленных ниже, угол, связанный с моделируемым движением бортовой качки составляет +/-5° с периодом 15 с. Свойства текучих сред следующие: ρ_L=1000кг/м³, μ_L=1сП, ρ_G=1,2кг/м³, μ_G=0,018сП. В расчетах принимают во внимание расстояние до точки вращения шельфовой платформы высотой 50 м. Это расстояние соответствует распределителям, расположенным в верхней части колонны, подвергающимся наиболее сильным ускорениям. Наконец, капиллярные эффекты предполагаются пренебрежимо малыми.

Напоминают, что эффективность распределения предлагаемой системы сравнима с эффективностью распределительной пластины согласно известному уровню техники в случае, когда платформа подвержена движениям зыби. Чтобы количественно оценить чувствительность платформы к морской среде, можно вычислить коэффициент неравновесности IQ (выраженный в процентах), определяемый формулой типа:

c: q_L,max: максимальный расход жидкости, выходящей из отделений распределителя, q_L,min: минимальный расход жидкости, выходящей из отделений распределителя, и q_L,moyen средний расход жидкости, выходящей из распределителя. Малая величина коэффициента неравновесности жидкости указывает на низкую чувствительность распределения к воздействиям волнения. Наоборот, большая величина этого индекса IQ указывает на сильную неравновесность распределения.

Фигура 7 сравнивает для двух распределительных пластин эволюцию индекса распределения IQ, усредненного по периоду колебания в зависимости от расхода жидкости (qL), нормализованного на расход жидкости в номинальном режиме (q_LN). Таким образом, большое отношение q_L/q_LN означает, что близки к функционированию в номинальном режиме (расходы жидкости в оптимальном режиме функционирования, около 80% времени работы установки) и малое отношение q_L/q_LN указывает на преимущественное функционирование в режиме turn-down (низкие расходы жидкости).

Для распределительной пластины согласно известному уровню техники FR 2989595 A (US 2013/277868 A), средний индекс неравновесности (сплошная кривая) значительно увеличивается с уменьшением расхода жидкости, что указывает на низкую гибкость. В самом деле, качество распределения заметно ухудшается (IQ=29%) при работе в режиме turn-down.

Распределительная пластина согласно настоящему изобретению (пунктирная кривая) предлагает хорошее качество распределения, которое остается стабильным с уменьшением расхода растворителя, что указывает на очень хорошую гибкость. В самом деле, средний индекс неравновесности остается меньше 10% при функционировании в режиме turn-down. Этот пример показывает, что заявляемое устройство позволяет улучшить эффективность распределения и гибкость функционирования в плавучей среде. Можно также отметить, что при 100% номинального расхода средний индекс неравновесности является наилучшим с распределителем согласно изобретению. Это достигается благодаря большей высоте уровня жидкости при номинальном расходе в новом распределителе.

Реферат

Изобретениекасается распределительной пластины (2) для тепло- и/или массообменной колонны между газом и жидкостью, содержащей средства (4) для пропускания газа через пластину. Согласно изобретению пластина содержит верхнюю пластинку (Р1) и нижнюю пластинку (Р2), причем каждая из пластинок содержит по меньшей мере два различных средства для прохождения жидкости, при этом отверстия средств (10, 11) верхней пластинки (Р1) расположены на разных сторонах, при этом по меньшей мере одно средство (10) верхней пластинки (Р1) имеет наименее поднятую сторону, сообщающуюся с одним из средств (12) указанной нижней пластинки через подающий трубопровод (9). Изобретение касается также тепло- и/или массообменной колонны между газом и жидкостью, снабженной такой распределительной пластиной (2), плавучей баржи, содержащей такую колонну, и применения колонны. 5 н. и 19 з.п. ф-лы, 10 ил.

Формула