Распределительная пластина для газожидкостной контактной колонны с системой вторичного распределения - RU2644918C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

Настоящее изобретение относится к области газожидкостных контактных колонн, в особенности, для установок обработки газа, улавливания СО₂, либо дистилляции.

Установки для обработки газа и/или улавливания СО₂ путем мойки в аминах и/или дистилляции содержат колонны для массо- или теплообмена между газом и жидкостью, речь может идти, например, о колонне для поглощения и регенерации сред, жидких или газообразных. Эти колонны работают в противоточном или прямоточном режиме потока.

Колонны, используемые в этих установках для обработки газа и/или улавливания СО₂ и/или дистилляции, и/или дегидратации, работают по принципу массо- и/или теплообмена между газом и средой, которые циркулируют в колоннах. Фиг.1 представляет особый случай головки колонны для обработки газа (1), снабженной распределительной пластиной. Классически эта колонна для обработки газа (1) содержит несколько секций (3), заполненных газожидкостным контактным устройством, при этом распределительная пластина (2) расположена над каждой секцией (3). Газожидкостное контактное устройство осуществляет контакт газа (G) с жидкостью (L) для осуществления обменов.

Например, стандартные распределители (2), используемые в абсорбционно/регенерационных либо также дистилляционных колоннах, обычно образованы пластиной коллектора-распределителя, снабженной трубами (4) или камерами для прохода газа (см. фиг. 2). Распределение жидкости осуществляется проходом жидкости в отверстия (5), выполненные в нижней части пластины (2), а распределение газа осуществляется камерами (4). Каждая камера (4) обеспечивает проход газа в соответствии с прямоточным или противоточным режимом работы от нижней части колонны к верхней части колонны (1), либо от верхней части к нижней части. Камеры (4) выступают из пластины (2) и перпендикулярны последней. Каждая камера (4) образована множеством стенок, например, параллелепипедных или цилиндрических, которые ограничивают внутренний объем, открытый в обеих сторонах пластины (2). Для исключения прохода жидкости в камеры (4) входное или выходное отверстие для газа сверху пластины (в зависимости от противоточного или прямоточного режима работы) предпочтительно закрыто крышкой (называемой также скосом). Распределительная пластина предназначена для гомогенного распределения жидкости (L) в газожидкостном распределительном устройстве (3).

Для оптимизации обменов между газом и жидкостью известны многочисленные распределительные пластины. Эти пластины распределителей/коллекторов делятся, в основном, на две категории:

- распределительно-коллекторные системы, описанные в заявках на патент GB1169878A, US4808350A, US4427605A, US4839108A, FR2203659. Для этого типа систем с трубами распределение жидкости осуществляется через отверстия в пластине или через трубы для прохода жидкости, снабженные отверстиями или прорезями (см. пример на фиг.2), а распределение газа осуществляется трубами для прохода газа или камерами. Распределение жидкости отверстиями, выполненными в пластине, или с помощью труб для прохода жидкости, не позволяет получить гомогенное распределение жидкости в газожидкостном контактном устройстве без увеличения количества отверстий или труб, что делает пластину сложной, тяжелой (вследствие большого количества труб для прохода жидкости);

- системы с распределительными камерами, питаемые соответствующим питанием (коллекторная система на входе или промежуточное питание), описанные в заявках на патент US4909967, US4816191, US4981265, DE2752391, WO8802647, FR2569129, или распределитель/коллектор с камерами для прохода газа, такие как описаны в заявках на патент US4689183, US513055, US4432913. Эти типы распределителей часто имеют системы распределения, расположенные на камерах прохода газа.

Во всяком случае, системы распределения жидкости, требующие соответствующего питания, часто имеют значительные габаритные размеры вследствие размещения коллектора на входе этих распределителей. Кроме того, такие системы распределения жидкости не позволяют обеспечить равномерное распределение жидкости в газожидкостном контактном устройстве. Кроме того, форма некоторых газовых камер вызывает значительные потери нагрузки, что ограничивает эффективность колонны.

Наиболее часто описанные в известном уровне техники системы не позволяют получить достаточную гибкость распределительной пластины. Под гибкостью распределительной системы подразумевают ее способность гарантировать хорошее распределение системы, как для малых расходов потока сред (жидкости или газа), так и для более значительных потоков сред. Распределительная пластина с большой гибкостью обеспечивает ее использование при изменении операционных условий (в частности, расходов) массовых и/или тепловых обменов между средами с целью улучшения эффективности обменов или адаптации к используемым средам. Действительно, эти операционные условия могут быть весьма различными: например, степень жидкостного орошения (расход жидкости, приведенный к поверхности колонны) может изменяться от 5 до 120 м³/м²/ч, кинетические факторы газа (корень из инерции газа, отнесенной к наружной скорости газа) могут изменяться от 0,5 до 4 Па^1/2

и отношение между номинальным расходом и уменьшенным расходом (минимальным рабочим расходом в колонне) изменяется от 1 до 5-6. Кроме того, следует помнить, что колонны могут достигать диаметра от 1 до 10 м.

Для обеспечения равномерного распределения жидкости были разработаны распределители в виде оросителей (US4776989). Во всяком случае, этот тип распределителя имеет ограниченную гибкость и требует применения коллекторного устройства для использования в качестве прослоек.

Изобретение касается распределительной пластины для тепло- или массообменной колонны между газом и жидкостью, содержащей камеры для прохода газа, средства для прохода жидкости и систему вторичного распределения. Система вторичного распределения позволяет собирать жидкость и равномерно распределять ее по газожидкостному контактному устройству. Таким образом, распределительная пластина по изобретению позволяет получить менее сложным способом хорошее распределение жидкости, ограничить потери нагрузки и иметь хорошую гибкость пластины.

Устройство по изобретению

Изобретение касается распределительной пластины для тепло- или массообменной колонны между газом и жидкостью, содержащей, по меньшей мере, камеру, выступающую на верхней части упомянутой пластины для прохода упомянутого газа через упомянутую пластину, и, по меньшей мере, средство для прохода упомянутой жидкости через упомянутую пластину. Упомянутая пластина содержит, кроме того, по меньшей мере, одну вторичную распределительную систему, выступающую на внутренней части упомянутой пластины для распределения упомянутой жидкости, выходящей из упомянутого средства для прохода жидкости.

В соответствии с изобретением упомянутая система вторичного распределения образована, по меньшей мере, перфорированной камерой.

Предпочтительно, упомянутая перфорированная камера содержит множество перфораций.

Предпочтительно, каждая перфорированная камера имеет, по существу, форму желоба.

Предпочтительным образом, упомянутая перфорированная камера имеет поперечное сечение и продольное сечение соответственно, по существу, трапецеидальной или прямоугольной формы, при этом наиболее длинная сторона упомянутых сечений расположена со стороны пластины.

В соответствии с вариантом воплощения изобретения упомянутая перфорированная камера содержит трубы для прохода жидкости.

По меньшей мере, часть упомянутых труб может выступать внутрь упомянутой перфорированной камеры.

Кроме того, по меньшей мере, часть упомянутых труб может выступать кнаружи упомянутой перфорированной камеры.

Кроме того, по меньшей мере, часть упомянутых выступающих кнаружи упомянутой перфорированной камеры могут быть наклонены.

Как вариант, по меньшей мере, часть упомянутых выступающих кнаружи труб упомянутой перфорированной камеры имеют скошенный конец.

В соответствии с изобретением упомянутая система распределения содержит несколько перфорированных камер, расположенных напротив зон, не содержащих упомянутую камеру для прохода газа.

Предпочтительно, упомянутая камера для прохода газа выполнена, по существу, параллелепипедной.

Предпочтительно, упомянутая пластина содержит несколько камер для прохода газа, параллельных между собой.

В соответствии с вариантом воплощения изобретения упомянутое средство для прохода жидкости содержит, по меньшей мере, одну выступающую трубу на упомянутой верхней части упомянутой пластины, при этом труба содержит, по меньшей мере, одно радиальное отверстие для входа жидкости и одно отверстие для выливания упомянутой жидкости на упомянутое средство распределения.

Предпочтительным образом упомянутая труба содержит, по меньшей мере, два радиальных отверстия, расположенных на разной высоте относительно верхней поверхности упомянутой пластины.

Альтернативно, упомянутое средство для прохода упомянутой жидкости содержит боковое отверстие в упомянутой камере для прохода газа и средство для истечения жидкости, позволяющее жидкости поступать из упомянутой камеры для прохода газа к упомянутой вторичной распределительной системе.

Кроме того, изобретение касается колонны для тепло- или массообмена между газом и жидкостью, в которой две среды контактируют с помощью газожидкостного контактного устройства. Упомянутая колонна содержит, по меньшей мере, распределительную пластину по изобретению для обеспечения распределения жидкостей по упомянутому газожидкостному контактному устройству.

В соответствии с изобретением упомянутая колонна содержит, кроме того, по меньшей мере, один раскладчик, расположенный над пластиной распределителя для распределения жидкости по пластине распределителя, при этом упомянутый раскладчик перфорирован для прохода упомянутой жидкости и содержит приподнятую перфорацию для прохода упомянутой среды.

Изобретение касается также использования колонны по изобретению для осуществления способа обработки газа, сбора СО₂, дистилляции или преобразования воздуха.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1, уже описанная, изображает частный случай головки колонны для обработки газа или сбора СО₂, снабженной распределительной пластиной.

Фиг. 2, уже описанная, изображает распределительную пластину по известному уровню техники.

Фиг. 3 изображает распределительную пластину в соответствии с первым вариантом воплощения изобретения.

Фиг. 4 изображает распределительную пластину в соответствии с вариантом первого варианта воплощения изобретения.

Фиг. 5 изображает вид снизу распределительной пластины по фиг. 4.

Фиг. 6 изображает жидкостную трубу для первого варианта воплощения.

Фиг. 7а)–7е) изображают различные варианты системы вторичного распределения пластины по изобретению.

Фиг. 8а) и 8b) представляют виды сверху пластины по изобретению, над которой размещен распределитель по изобретению.

Фиг. 9 представляет вариант воплощения распределителя по изобретению.

Фиг. 10 изображает распределительную пластину по второму варианту воплощения изобретения.

Краткое описание изобретения

Фиг. 3 и 4 изображают первый вариант воплощения распределительной пластины по изобретению.

Изобретение касается распределительной пластины (2) для тепло- или массообменной колонны (1) между газом (G) и жидкостью (L), классически содержащей, по меньшей мере, одну камеру (4) для прохода газа через пластину, по меньшей мере, средства для прохода жидкости, такое как труба (6), через пластину (2) и, по меньшей мере, систему вторичного распределения (7). Распределительная пластина (2) позволяет сформировать жидкостную защиту на своей наружной поверхности. Камера (4) и труба (5) выступают в верхней части пластины (2) (ориентированные к верхней части колонны), а система вторичного распределения (7) выступает с нижней поверхности на пластину (2) (ориентированная к нижней части колонны). Система распределения (7) называется вторичной относительно средства для прохода жидкости, которое рассматривается как система основного (или первичногораспределения).

Камера (4) для прохода газа обеспечивает в колонне, работающей в противотоке, проход газа снизу вверх пластины. Предпочтительно, камера для прохода газа (4) имеет, по существу, параллелепипедную форму для создания широкого отверстия для прохода газа для ограничения потерь нагрузки. Кроме того, когда распределительная пластина (2) содержит несколько камер (4) для прохода газа, последние могут быть расположены параллельно одни относительно других. В соответствии с вариантом воплощения по фиг. 3 камеры (4) для прохода газа в количестве четырех имеют различные размеры и единственно ограничивают параллельные пространства между ними на пластине. В соответствии с вариантом воплощения по фиг. 4 камеры (4) для прохода газа в количестве двенадцати, по существу, имеют одинаковый размер и ограничивают параллельные и ортогональные пространства между ними на пластине. Эти примеры не исчерпывают возможностей расположения камер (4) для прохода газа. Камеры (4) для прохода газа, предпочтительно, закрыты колпаком (называемым также скосом) для того, чтобы помешать жидкости проникать в последние.

Средство для прохода жидкости обеспечивает проход жидкости сверху пластины вниз. В соответствии с вариантом воплощения по фиг. 3 и 4 средства для прохода жидкости через пластину находятся в композиции с трубами (6). Эти трубы (6), по существу, полой формы расположены между камерами (4) для прохода газа. Количество труб (6), предпочтительно, превышает количество камер (4) для прохода газа. Шаг труб (6) для прохода жидкости может быть треугольным или квадратным.

Фиг. 6 представляет собой пример трубы (6), который может быть использован для этого варианта воплощения. Труба (6) выполнена высотой Н, меньшей высоты камер (4) для прохода газа (например, труба (6) может иметь высоту 600 мм, а камера (4) – высоту 700 мм). Для исключения проникания жидкости в камеры (4) для прохода газа, когда высота сохраняемой жидкости является постоянной, труба имеет отверстие 10. Кроме того, труба (6) имеет колпак (или скос) для исключения попадания жидкости непосредственно в трубу (6). Труба (6) содержит, по меньшей мере, одно и, предпочтительно, как изображено, два радиальных отверстия (9) для входа жидкости в трубу, при этом жидкость вследствие гравитации устремляется книзу пластины. Предпочтительно, когда труба (6) содержит, по меньшей мере, два радиальных отверстия (9), причем последние расположены на разных высотах: h_R1 и h_R2. Таким образом, когда расход жидкости бывает малым, сохраняемая высота жидкости на пластине (высота жидкости относительно пластины) является небольшой, и только первое радиальное отверстие позволяет жидкости выходить на пластину. Когда расход жидкости повышен, сохраняемая высота жидкости повышается, и первое и второе радиальные отверстия позволяют жидкости проходить на пластину. Благодаря этой характеристике распределительная пластина приспособлена к различным расходам, который, таким образом, является гибким.

Кроме того, распределительная пластина по изобретению содержит, по меньшей мере, вторичную распределительную систему (7), выступающую с нижней части пластины. Система вторичного распределения (7) позволяет распределять жидкость, поступающую через проходы для жидкости через пластину на газожидкостном контактном устройстве (3), расположенном снизу пластины (2) для равномерного распределения. В соответствии с вариантом воплощения изобретения система вторичного распределения образована, по меньшей мере, перфорированной камерой (7), расположенной под пластиной (2). Перфорированная камера (7) позволяет собрать жидкость, проходящую через пластину, при этом перфорации (8) этой камеры (7) обеспечивают равномерное распределение жидкости. Например, в каждой перфорированной камере (7) выполнены два ряда перфораций (8). Перфорированные камеры (7) расположены напротив средств для прохода жидкости через пластину (2) и напротив трубы (6) в соответствии с вариантами воплощения на фиг. 3 и 4 и не находятся напротив камер (4) для прохода газа, в частности, для обеспечения свободного прохода газа. Фиг. 5 изображает вид снизу пластины распределителя по изобретению, где изображена попеременность перфорированных камер (7) и камер (4) для прохода газа. Перфорации (8) позволяют увеличить плотность точек впрыска распределителя и улучшить, таким образом, качество распределения. Большая поверхность площади размещения, расположенная снизу распределителя, орошается, таким образом, этой системой распределения по сравнению с обычной системой. Эта конструкция позволяет также уменьшить сложность изготовления путем уменьшения числа труб на пластине распределителя, что позволяет также уменьшить габаритные размеры и вес распределителя.

Предпочтительно, для обеспечения этого устройства перфорированная камера имеет, по существу, форму желоба. Предпочтительно, как изображено на фиг. 7, этот желоб имеет, по существу, трапецеидальное или прямоугольное поперечное сечение, в котором наибольшая сторона расположена вверх со стороны пластины (2). Кроме того, желоб имеет, по существу, трапецеидальное или прямоугольное сечение, наибольшая сторона которого расположена вверх со стороны пластины (2). Трапецеидальная форма распределительного желоба позволяет исключить попадание жидкости в камеры (4) для прохода газа, локально минимизируя ускорение газа.

Фиг. 7а)–7е) изображают различные варианты воплощения перфорированных камер (7).

В соответствии с воплощением по фиг. 7а) перфорированная камера (7) содержит только перфорации (8).

В соответствии с воплощением по фиг. 7b)- 7d) камера кроме перфораций (8) содержит трубы (11).

В соответствии с воплощением по фиг. 7b) перфорированная камера (7) содержит перфорации (8) и трубы (11), при этом трубы (11) выступают внутрь перфорированной камеры (7) для обеспечения пористости перфорированной камеры (7) относительно рабочего расхода. Внутреннее пространство перфорированной камеры (7) ограничено перфорированной камерой (7) и пластиной (2). Когда расход жидкости является малым, высота сохраняемой в перфорированной камере (7) жидкости (высота жидкости относительно уровня дна камеры) является малой, и только перфорации (8) позволяют жидкости пройти через камеру. Когда расход жидкости является более значительным, сохраняемая высота жидкости увеличивается, и одновременно перфорации (8) и трубы (11) позволяют жидкости пройти через перфорированную камеру (7). Это устройство позволяет также сохранить хорошее распределение в рабочем диапазоне расхода и. благодаря этой характеристике, распределительная пластина приспособлена к различным расходом и является поэтому гибкой.

В соответствии с воплощением по фиг. 7с перфорированная камера (7) содержит трубы (11), выступающие кнаружи перфорированной камеры (7). Наружным пространством перфорированной камеры (7) называют пространство, расположенное снизу перфорированной камеры (7). Трубы позволяют ориентировать поток жидкости. Для этой ориентации выступающие трубы могут быть наклонены так, чтобы направить жидкость по всему газожидкостному контактному устройству. Кроме того, внешние трубы позволяют исключить также более значительно поток жидкости путем смещения жидкостного выхода относительно зоны ускорения газа.

Вариант воплощения по фиг. 7d) совмещает варианты воплощения по фиг. 7b) и 7с) с трубами (11), выступающими кнаружи, и также для некоторых случаев, внутрь перфорированной камеры (7).

Как изображено на фиг. 7е), трубы (11) выступающие кнаружи перфорированной камеры (7), могут быть закрыты колпаками для улучшения струи, выходящей из распределительных труб (11).

Использование таких труб (11), выступающих внутрь и/или кнаружи и закрытых колпаками или нет, обеспечивается на части или всех перфорациях (8) камеры (7). Для большей гибкости можно использовать трубы, выступающие внутрь на различные высоты.

Изобретение касается также тепло- или массообменной колонны (1) между двумя средами, в которой две среды контактируют с помощью газожидкостного контактного устройства (3), при этом колонна (1) содержит, по меньшей мере, первый вход для жидкой среды, по меньшей мере, второй вход для газообразной среды, по меньшей мере, первый выход для газообразной среды, и, по меньшей мере, второй выход для жидкой среды. Колонна (1) содержит, кроме того, распределительную пластину (2), описанную выше, для обеспечения распределения сред по газожидкостному контактному устройству (3).

Предпочтительным образом, газожидкостное контактное устройство (3) представляет собой беспорядочную или структурированную защитную подложку.

В частном случае, когда раздатчик расположен в голове колонны (1), распределитель (12) размещен над распределительной пластиной (2) (фиг.8а) и 8b)). Распределитель (12) предназначен, с одной стороны, для ослабления инерции струи, поступающей из питающего трубопровода на входе колонны, и, с другой стороны, для хорошего распределения жидкости в общем объеме сбора распределительной пластины (2). Распределитель (12) состоит из сливной трубы и объема сбора и распределения. Распределитель (12) снабжен рядом отверстий (13), через которые жидкость распределяется по распределительной пластине (фиг.9). В соответствии с вариантом воплощения изобретения, некоторые отверстия (14) приподняты для приспособления к пористости распределителя при рабочем расходе. Такая конструкция особенно предназначена для колонн, работающих в широком диапазоне изменений расхода жидкости (повышенный коэффициент между минимальным и максимальным рабочим расходом). Предложенное устройство позволяет, таким образом, сохранить хорошее распределение жидкости на распределительной пластине (2) в широком диапазоне расхода жидкости.

Колонна по изобретению может быть использована в способах обработки газа, сбора СО₂,дистилляции или преобразования воздуха.

Вариант воплощения

В соответствии со вторым вариантом воплощения изобретения, изображенным на фиг.10а) и 10b), средство прохода жидкости через пластину (2) образовано боковыми отверстиями (14) в камере (4) для прохода газа и средством течения жидкости, позволяющим жидкости вытекать из камеры (4) для прохода газа к системе вторичного распределения (7). Это средство течения жидкости (15) встроено в камеру (4) для прохода газа и поступает в систему вторичн0ого распределения (7). Предпочтительно это средство течения жидкости (15) образовано пластиной, закрывающей перегородку, содержащую боковые отверстия камеры (4), при этом жидкость протекает между двумя пластинами и камерой (4) для прохода газа и возвращается внутрь вторичной распределительной системы (7).

Реферат

Изобретение предназначено для тепло- и массообмена между газом и жидкостью. Распределительная пластина (2) колонны для тепло- и массообмена между газом и жидкостью содержит камеры (4) для прохода газа, средства прохода жидкости (6) и систему вторичного распределения (7), выступающую в нижней части пластины (2). Система вторичного распределения (7) позволяет собирать жидкость и распределять ее более равномерно на газожидкостном контактном устройстве. Изобретение касается также колонны для тепло- или массообмена между газом и жидкостью, содержащей такую распределительную пластину. Технический результат: обеспечение улучшенного распределения жидкости. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 16 ил.

Формула