BR102013009189B1

BR102013009189B1 - prato distribuidor para coluna de troca de calor e/ou matéria, coluna de absorção ou de regeneração de um fluido offshore e processo de fabricação do referido prato

Info

Publication number: BR102013009189B1
Application number: BR102013009189-8A
Authority: BR
Inventors: Pascal Alix; Yacine HAROUN; Ludovic Raynal
Original assignee: IFP Energies Nouvelles
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2021-05-11
Also published as: FR2989595A1; US20130277868A1; AU2013205304B2; BR102013009189A2; FR2989595B1; MY165275A; CN103372326A; US9592468B2; CN103372326B; AU2013205304A1; EP2653204A1

Abstract

PRATO DISTRIBUIDOR COM DIVISÓRIAS PARA COLUNA DE CONTATO GÁS/LÍQUIDO OFFSHORE. A presente invenção refere-se a um prato distribuidor para coluna (1) de troca de calor e/ou de matéria entre um gás (G) e um líquido (L), comportando pelo menos uma divisória (6), delimitando compartimentos (8) sobre uma das superfícies do prato, caracterizado pelo fato de essas divisórias serem perfuradas (7) para permitirem o escoamento de uma parte do líquido entre os compartimentos (8), cada compartimento compreendendo pelo menos um meio (5) para a passagem desse líquido através desse prato (2) e pelo menos um meio (4) para a passagem desse gás através desse prato. A presente invenção refere-se também a uma coluna de colocação em contato gás/líquido, uma unidade de tratamento de gás, uma unidade decaptação de CO2, uma unidade de destilação, uma barca flutuante offshore compreendendo esse prato distribuidor. A presente invenção ainda refere-se a um método de fabricação tal como um prato

Description

Campo da invenção

[0001] A presente invenção refere-se ao domínio das colunas de contato gás/líquido offshore, e mais particularmente as unidades offshore de tratamento de gás, de captação do CO2, de desidratação ou ainda de destilação.

Antecedentes da Invenção

[0002] As unidades offshores de tratamento de gás e/ou de captação do CO2 por lavagem das aminas compreendem colunas de absorção e de regeneração de fluidos, líquido ou gasoso. Estas funcionam em escoamento gás/líquido à contracorrente ou a cocorrente e são instaladas sobre navios, barcaças flutuantes ou plataformas offshore, por exemplo, de tipo FPSO (do inglês Floating Production, Storage and Offloading, que significa plataforma de produção de estocagem e de descarregamento), ou do tipo FLNG (do inglês, Floating Liquified Natural Gas que significa plataforma de gás natural liquefeito). Sobre as barcaças flutuantes, são instaladas também colunas de destilação ou das colunas de desidratação.

[0003] As colunas utilizadas nessas unidades offshores de tratamento de gás e/ou de captura de CO2 e/ou de destilação e/ou de desidratação funcionam geralmente sobre o princípio de uma troca de matéria e/ou de calor entre o gás e o fluido que circulam nas colunas. A Figura 1 representa um caso particular de uma coluna de tratamento de gás (1) equipada com um prato distribuidor em cabeça de coluna. Classicamente, essa coluna de tratamento de gás (1) comporta vários seções (3) cheias por um contactor, um prato distribuidor (2) é disposto acima de cada seção (3). O contactor gás/líquido coloca em contato o gás (G) e o líquido (L) a fim de permitir as trocas.

[0004] Os distribuidores padrões (2) utilizados nas colunas de absorção/regeneração ou ainda de destilação são geralmente constituídos de um prato coletor/distribuidor equipado com chaminés (4) (cf. Figura 2). A distribuição do líquido é feita pela passagem do líquido nesses orifícios (5) posicionados sobre a base do prato (2) e a distribuição do gás se faz pelas chaminés (4). Cada chaminé (4) permite a passagem do gás, segundo o modo de funcionamento contracorrente ou cocorrente, da parte baixa da coluna em direção à parte alta da coluna (1) ou da parte alta em direção a parte baixa. As chaminés (4) estão em ressalto em um lado do prato (2) e são perpendiculares a este. Cada chaminé (4) é formada de várias paredes, por exemplo, paralelepipédicas ou cilíndricas que delimitam um volume interno que é aberto de ambos os lados do prato (2). Para evitar que o líquido passe nas chaminés (4), a abertura de escapamento ou entrada do gás acima do prato (segundo o modo de funcionamento à contracorrente ou à cocorrente), é preferencialmente ortogonal à direção longitudinal da chaminé (4). O objetivo do prato distribuidor é de distribuir o líquido (L) de maneira homogênea sobre o contactor gás/líquido (3).

[0005] Os pratos equipados de chaminés podem ser de diferentes tipos, e posicionadas segundo diferentes configurações. Diferentes variantes de pratos distribuidores são expostas notadamente nos pedidos de patente e patentes a seguir: US6338774B, US2004020238A, US6149136A e US5752538A.

[0006] As colunas de contato gás/líquido consideradas são colocadas sobre essas estruturas flutuantes, por exemplo, de tipo navio, plataforma ou ainda barcaça, sensíveis à onda. Dessa forma, os equipamentos instalados sobre essas unidades e notadamente os pratos distribuidores gás/líquido sofrem movimentos de ondas com até seis graus de liberdade ("oscilação transversal, arfagem, balanço, batida, balanço, impulso).

[0007] A título indicativo, o ângulo associado à combinação das oscilações de arfagem e de balanço é da ordem de +/- 5° com um período que vai de 15 a 20 segundos. As ordens de grandeza das acelerações longitudinal, transversal e vertical encontradas na coluna variam respectivamente entre 0,2/0,7/0,2 m/s2a 6 m acima da ponte sobre a qual é disposta a coluna e 0,3/1,2/0,3 m/s2 a 50 m acima da ponte.

[0008] Nessas condições, o funcionamento dos pratos distribuidores clássicos equipados com chaminés (figura 2) pode ser fortemente perturbado. Com efeito, o funcionamento desses distribuidores é principalmente gravitário, uma proteção de líquido de altura homogênea "h" deve se estabelecida sobre o prato distribuidor. O quadrado da velocidade de passagem do líquido pelos orifícios (5) situados embaixo do prato (2) é proporcional à altura da proteção líquido (UL2 □ gh). Quando o prato (2) é inclinado sob o efeito da onda (figura 3), a altura da proteção líquida não é mais uniforme sobre o prato distribuidor (h1 > h2) o que provoca um desequilíbrio na distribuição do líquido na entrada do contactor gás/líquido (3). A qualidade de distribuição e, portanto, a eficácia da coluna é muito impactada. Essa má distribuição, se não for controlada, pode sensivelmente degradar os desempenhos da coluna. Seria preciso uma proteção de líquido importante (aproximadamente 0,6 m) para compensar esses efeitos, o que significam um aumento do volume ou do peso, o que não convém para unidades offshore.

[0009] A fim de evitar esse tipo de problemas, elementos de distribuição pouco sensíveis aos defeitos de horizontalidade foram utilizados. Esses distribuidores são geralmente constituídos de um coletor e de um distribuidor por uns vários condutos verticais relativamente longos para que o distribuidor permaneça em carga, independentemente das condições de onda encontradas. Esses distribuidores são geralmente pouco sensíveis aos efeitos e geram uma boa qualidade de distribuição, mas são muito volumosos: sua altura pode ser de vários metros em determinados casos (US2004020238A).

[00010] Uma outra solução para esses problemas é descrita nas patentes FR 2771018 A e FR 2771019A, ela consiste em utilizar dois distribuidores (primário e secundário). Cada distribuidor é dividido em vários compartimentos nos quais se reparte o líquido. Graças a esses compartimentos, o líquido é melhor repartido, quando da inclinação da coluna. Todavia, essa solução contínua grande, pois ela necessita de dois distribuidores. Além disso, os compartimentos não se comunicam juntos, a repartição do líquido nos compartimentos não é equilibrada.

[00011] A invenção se refere a um prato distribuidor que comporta meios de passagem do gás e meios de passagem do líquido e compreendendo, além disso, meios de divisória perfurados, permitindo uma boa qualidade de distribuição e uma boa dispersão do líquido, mesmo para inclinações importantes do prato impostas pelo meio marinho.

O dispositivo de acordo com a invenção

[00012] A invenção se refere a um prato distribuidor para coluna de troca de calor e/ou de matéria entre um gás (G) e um líquido (L) comportando pelo menos uma divisória que delimita compartimentos sobre uma das superfícies do prato. A divisória é perfurada (7) para permitir o escoamento de uma parte do líquido entre os compartimentos (8) cada compartimento compreendendo pelo menos um meio (5) para a passagem desse líquido através desse prato (2) e pelo menos um meio (4) para a passagem desse gás através desse prato.

[00013] De acordo com a invenção, esses meios para a passagem desse gás são chaminés em ressalto de uma altura H sobre uma das superfícies desse prato.

[00014] Vantajosamente, a divisória tem uma altura sensivelmente igual à altura H dessas chaminés.

[00015] De preferência, essas perfurações são dispostas à base dessas divisórias.

[00016] De maneira vantajosa, essas chaminés são cilíndricas.

[00017] De acordo com um modo de realização, o prato comporta várias divisórias secantes.

[00018] De acordo com um modo de realização, essas divisórias são compostas de duas séries de divisórias, as divisórias de cada série são paralelas entre si e secantes às divisórias da outra série.

[00019] De acordo com a invenção, essas perfurações de duas divisórias paralelas delimitando um mesmo compartimento não alinhadas.

[00020] Vantajosamente, cada parte de divisória delimitando um compartimento comporta uma única perfuração.

[00021] De acordo com a invenção, uma distância L1 entre duas divisórias paralelas consecutivas verifica a seguinte relação: L1 < 50/2 tanθ (mm) com θ um ângulo de inclinação máxima desse prato em relação à horizontal. Além disso, um comprimento L2 de uma diagonal de um compartimento verifica a seguinte relação: L2 < 50/2 tanθ (mm) com θ um ângulo de inclinação máxima desse prato em relação à horizontal. Além disso, os comprimentos L1 e L2 estão compreendidos entre 20 e 2000 mm.

[00022] Como variante, os meios de passagem do líquido são chaminés equipadas com pelo menos uma perfuração, essas chaminés estando em ressalto sobre uma das superfícies desse prato.

[00023] Além disso, a invenção se refere a uma coluna de absorção ou de regeneração de um fluido offshore, na qual dois fluidos são colocados em contato por meio de um contactor gás/líquido, essa coluna compreendendo pelo menos uma primeira entrada de um fluido líquido, pelo menos uma segunda entrada de um fluido gasoso, pelo menos uma primeira saída de um fluido gasoso e pelo menos uma segunda saída de um fluido líquido. Essa coluna comporta um prato distribuidor, de acordo com a invenção, para permitir a distribuição sobre esse contactor.

[00024] A invenção se refere também a uma unidade de tratamento de gás e/ou de captação do CO2 por lavagem do gás por meio de uma solução absorvente, notadamente contendo aminas, essa unidade comporta pelo menos uma coluna, tal como descrita acima, para permitir as trocas entre o gás e a solução absorvente.

[00025] A invenção se refere também a uma unidade de destilação e/ou de desidratação de um gás, essa unidade comporta pelo menos uma coluna, tal como descrita anteriormente, para permitir as trocas entre o gás e um líquido.

[00026] A invenção se refere, além disso, a uma barcaça flutuante offshore, notadamente para recuperação de hidrocarbonetos, caracterizada pelo fato de compreender uma unidade de tratamento de gás e/ou de captação de CO2 tal como definida anteriormente ou uma unidade de destilação e/ou de desidratação tal como definida anteriormente, para limpar gases produzidos.

[00027] A invenção se refere também a um processo de fabricação de um prato, de acordo com a invenção, nos quais se realizam as etapas seguintes: a) define-se um índice IQ de desequilíbrio desse prato (2):

com UL1, UL2 as velocidades do líquido saindo do prato em duas extremidades diametralmente opostas do prato. b) escolhe-se um índice de desequilíbrio máximo desse prato (2) e um ângulo de inclinação θ máxima do prato (2) em relação à horizontal; c) determina-se uma distância L1 entre duas divisórias paralelas consecutivas e um comprimento L2 de uma diagonal de um compartimento permitindo obter o índice de desequilíbrio máximo; e d) posicionam-se essas divisórias, respeitando os comprimentos L1 e L2.

Apresentação sucinta das Figuras

[00028] Outras características e vantagens do processo, de acordo com a invenção, aparecerão com a leitura da descrição a seguir de exemplos não-limitativos de realizações, com referência às Figuras anexadas e descritas a seguir.

[00029] A Figura 1, já descrita, ilustra o caso particular, de uma coluna de tratamento de gás ou de captura de CO2 equipado com um prato distribuidor na cabeça de coluna.

[00030] A Figura 2, já descrita, ilustra um prato distribuidor, de acordo com a técnica anterior.

[00031] A Figura 3, já descrita, ilustra um prato distribuidor, inclinado segundo a técnica anterior.

[00032] A Figura 4 ilustra um prato distribuidor, de acordo com a invenção.

[00033] A Figura 5 ilustra as divisórias do prato distribuidor, de acordo com a invenção.

[00034] As Figuras 6a) e 6c) ilustram a evolução da proteção de líquido por três posições angulares (0, 5° e -5°) do prato, segundo a técnica anterior.

[00035] As Figuras 7a) a 7c) ilustram a evolução da proteção de líquido para três posições angulares (0, 5° e -5°) do prato, de acordo com a invenção.

[00036] A Figura 8 representa uma curva comparativa entre a invenção e a técnica anterior.

[00037] A Figura 9 ilustra o prato distribuidor inclinado, de acordo com a invenção.

Descrição detalhada da invenção

[00038] A Figura 4 ilustra um prato distribuidor, de acordo com a invenção.

[00039] A invenção se refere a um prato distribuidor para coluna (1) de troca de calor e/ou de matéria entre um gás (G) e um líquido (L), compreendendo classicamente pelo menos um meio para a passagem de gás (tal como uma chaminé) (4) através do prato, e pelo menos um meio para a passagem do líquido (tal como um orifício) (5) através do prato (2).

[00040] Além disso, o prato distribuidor compreende pelo menos uma divisória (6) permitindo compartimentar uma superfície do prato, a divisória (6) sendo perfurada (7) para permitir o escoamento de uma parte do líquido entre os compartimentos (8) formados pela divisória (6). De acordo com a invenção, cada compartimento (8) comporta pelo menos um meio para a passagem do gás (4) e pelo menos um (de preferência vários) meio(s) para a passagem do líquido (5).

[00041] De acordo com um exemplo de realização utilizada para descrever a invenção, o prato distribuidor compreende várias divisórias (6).

[00042] As divisórias geram compartimentos (8) de líquido, que servem de "barreira", quando o prato é inclinado. Assim, mantém-se uma proteção de líquido relativamente homogênea mesmo com uma inclinação importante. Uma boa qualidade de distribuição do líquido sobre o contactor gás/líquido é de fato garantida. Denomina-se proteção de líquido a interface entre gás e o líquido. A altura da proteção de líquido corresponde ao nível do líquido em relação à superfície superior do prato. Além disso, denomina-se zona de escoamento do líquido a zona sobre a qual circula o líquido. Trata-se do lado superior do prato, sobre o qual as chaminés (4) estão em ressalto. Além disso, graças às perfurações (7) das divisórias (6), o líquido pode escoar sobre a totalidade da superfície do prato distribuidor (2), assegurando assim uma boa dispersão radial do líquido. De preferência, cada compartimento (8) comporta uma única chaminé (4) e vários orifícios (5).

[00043] De acordo com um modo de realização, as chaminés (4) são cilíndricas, o que facilita sua colocação e sua fabricação. Além disso, o passo das chaminés sobre o prato pode ser um passo triangular ou quadrado.

[00044] Os orifícios (5) que equipam o prato (2) podem ter um passo triangular ou quadrado. Vantajosamente, o prato (2) comporta um número de orifícios (5) superior ao número de chaminés (4). Além disso, os orifícios (5) podem ser de mesmo tamanho ou de tamanhos diferentes.

[00045] A Figura 5 ilustra um modo de realização particular das divisórias (6) do prato distribuidor, de acordo com a invenção.

[00046] De acordo com esse modo de realização, as divisórias são repartidas em duas séries (ou conjuntos) de divisórias. Em cada série, as divisórias paralelas entre elas, afastadas regularmente (de um comprimento L1), e secantes às divisórias da outra série. Assim, os compartimentos têm sensivelmente uma forma de losango (cujo comprimento da diagonal é anotado com L2). Vantajosamente, segundo esse modo de realização, as divisórias (6) têm uma altura sensivelmente igual à altura H das chaminés (4). Essa altura é suficiente para assegurar uma boa qualidade de dispersão e, além disso, o volume do prato distribuidor, de acordo com a invenção, permanece idêntico ao volume de um prato distribuidor "clássico". Cada compartimento (8) comporta uma única chaminé (5). De acordo com esse modo de realização, pode-se escolher um desvio L1 sensivelmente igual à distância separando duas chaminés vizinhas.

[00047] É também possível determinar o comprimento L1 ou o comprimento L2, em função de características do prato desejadas: um índice de desequilíbrio IQ (expresso em percentagem), e um ângulo de inclinação máximo θ imposto pelas condições marinhas. Para quantificar a sensibilidade do meio marinho do prato, define-se o índice de desequilíbrio IQ líquido como:

[00048] Com: UL1,2: A velocidade do líquido que sai dos orifícios situados nas extremidades do prato distribuidor conforme apresentado nas Figuras 3 (técnica anterior) e 9 (de acordo com a invenção). Um pequeno valor de índice de desequilíbrio líquido indica uma pequena sensibilidade da distribuição aos efeitos da onda. Ao contrário, um valor elevado desse índice IQ indica um forte desequilíbrio de distribuição.

[00049] As distâncias características L1, L2 do prato devem ser otimizadas, de maneira a minimizar um índice de desequilíbrio. Em função das características do prato e das condições de funcionamento (ângulo máximo de inclinação θ imposto pelo meio marinho), é possível definir um comprimento ótimo de L1 e L2 com a combinação das seguintes formulações:

com: Cf: o coeficiente de atrito no orifício; h0: altura no equilíbrio (θ = 0°) da proteção de líquido em um compartimento do distribuidor. hmax: a altura máxima de proteção de líquido em um compartimento do distribuidor; hmin: a altura mínima da proteção de líquido em um compartimento do distribuidor; UL1, UL2: velocidade do líquido no orifício; e o sinal x significa proporcional à.

[00050] É, portanto, possível determinar os comprimentos L1, L2 em função da geometria do prato e das condições marinhas para respeitar um índice de desequilíbrio determinado. Por exemplo, para ter um índice de desequilíbrio IQ < 10%, é preciso que Δ h < 50 mm dessa forma os comprimentos L1, L21 devam verificar a seguinte relação:

[00051] De acordo com um modo de realização da invenção, cada divisória (6) contém uma única perfuração (7). Essa perfuração permite o escoamento do fluido entre os compartimentos, o que assegura uma boa repartição radial do líquido na totalidade do prato distribuidor. As perfurações (7) podem ser circulares, oblongas, retangulares... Todavia, a superfície das perfurações (7) pode, de preferência, permanecer pequena em relação à superfície das divisórias para que as divisórias (6) continuem a exercer seu papel principal: limitar a quantidade de fluido que escoa sob o prato a fim de garantir uma boa homogeneidade da altura do líquido sobre o prato. Além disso, de acordo com esse modo de realização, para impedir um escoamento linear do fluido e para assegurar uma boa dispersão radial do líquido, as perfurações (7) de duas paredes paralelas de um compartimento (8) não são alinhadas (ou coaxiais), isto é, uma reta que passa pelas perfurações de duas divisórias paralelas, não é paralela a uma das divisórias do compartimento. Vantajosamente, as perfurações (7) são colocadas na parte inferior das divisórias (6), isto é, nas proximidades do prato distribuidor, para facilitar o escoamento do líquido; as perfurações (7) permanecem sempre situadas sobre a altura da proteção de líquido.

[00052] O número de compartimentos (e, por conseguinte, o número de divisórias) pode ser dependente do diâmetro do prato. De preferência, um prato de grande dimensão é mais compartimentado do que um prato de menor dimensão.

[00053] Como variante do modo de realização preferencial da invenção, podem-se modificar as seguintes características: - os meios de divisórias podem formar compartimentos que comportam respectivamente várias chaminés; - os compartimentos têm uma forma triangular, para esse modo de realização podem-se dispor três séries de divisórias, as divisórias de uma mesma série sendo paralelas entre elas, e secantes às divisórias das outras séries; - os compartimentos têm uma forma hexagonal (por exemplo, do tipo alvéolo de colmeia); - as perfurações de dois lados face a face de um compartimento são alinhadas; - cada divisória comporta várias perfurações; - os meios de passagem do líquido (5) são chaminés equipados de pelo menos uma perfuração (ou pelo menos uma fileira de perfurações), as chaminés estão em ressalto sobre uma das superfícies desse prato (2).

[00054] A invenção se refere também a uma coluna offshore (1) de absorção ou de regeneração de um fluido, no qual dois fluidos são colocados em contato por meio de contactor gás/líquido (3), essa coluna (1) compreendendo pelo menos uma primeira entrada de um fluido líquido, pelo menos uma segunda entrada de um fluido gasoso, pelo menos uma primeira saída de um fluido gasoso e pelo menos uma segunda saída de um fluido líquido. A coluna (1) comporta, além disso, um prato distribuidor (2) tal como descrito acima, para permitir a distribuição dos fluidos sobre esse contactor (3).

[00055] De maneira vantajosa, o contactor gás/líquido (3) é uma camada de guarnição estruturada ou a granel. O prato distribuidor (2) pode ser associado com um sistema de dispersão disposto sob o prato distribuidor, esse sistema de dispersão pode ser um conjunto de irrigadores ou de conjuntos perfurados dispostos em paralelo sob o prato distribuidor. Esse sistema de dispersão assegura uma boa dispersão do líquido no contactor gás/líquido.

[00056] O prato, de acordo com a invenção, é também adaptado às colunas de destilação e às colunas de desidratação.

[00057] Além disso, a invenção se refere a uma unidade de tratamento de gás e/ou de captação do CO2 por lavagem do gás por meio de uma solução absorvente, contendo, por exemplo, aminas. A unidade comporta pelo menos uma coluna (1) tal como definida acima, para permitir as trocas entre o gás e a solução absorvente, e principalmente entre o gás e as aminas que podem ser contidas nessa solução.

[00058] Enfim, a invenção se refere a uma barcaça flutuante offshore de tipo FPSO ou FLNG, notadamente para a produção e o tratamento de hidrocarbonetos. A barcaça compreende uma unidade de tratamento de gás e/ou de captação de CO2 tal como descrita acima, para limpar gases produzidos.

[00059] O prato, de acordo com a invenção, é também adaptado às colunas de destilação e ás colunas de desidratação.

[00060] De acordo com um modo de realização, as dimensões do prato e de seus componentes verificam os seguintes intervalos: - o passo P das chaminés (4) está compreendido entre 100 e 300 mm; - o prato de distribuição (2) tem uma altura compreendida entre 100 e 2000 mm, de preferência, entre 600 e 1000 mm; - o diâmetro do prato (2) está compreendido entre 400 e 5000 mm; - o diâmetro das chaminés (4) está compreendido entre 50 e 500 mm; - a altura H das chaminés (4) está compreendida entre 300 e 1000, de preferência, entre 400 e 700 mm; - a distância na borda mínima das chaminés (4) está compreendida entre 50 e 200 mm, e vale, de preferência, 100 mm; - a altura das divisórias (6) está compreendida entre 100 e 2000 mm, de preferência, entre 700 e 1000 mm. - o diâmetro das perfurações (7) está compreendido entre 5 e 100 mm, de preferência, entre 30 e 50 mm; e - as distâncias L1 e L2 estão compreendidas entre 20 e 2000 mm, preferencialmente, verificam a seguinte relação:

com i = 1 ou 2.

[00061] A invenção se refere, além disso, a um processo de fabricação de um prato distribuidor tal como descrito anteriormente, para o qual se realizam as seguintes etapas: • escolhe-se previamente uma configuração (número e posição) de divisórias (6) sobre esse prato (2), por exemplo, escolhe- se um conjunto de paredes secantes segundo o modo de realização ilustrado na Figura 4; • define-se um índice IQ de desequilíbrio desse prato (2):

com ULI, UL2 as velocidades do líquido que sai do prato em duas extremidades diametralmente opostas do prato (figura 9); - escolhe-se um índice de desequilíbrio máximo desse prato (2) e um ângulo de inclinação θ máximo do prato (2) em relação à horizontal, fixar-se-ão esses valores em função dos limites de funcionamento (por exemplo, ligados à onda) da utilização da coluna; - determina-se uma distância L1 entre duas divisórias paralelas consecutivas e um comprimento L2 de uma diagonal de um compartimento, permitindo obter o índice de desequilíbrio máximo; e - posicionam-se essas divisórias respeitando os comprimentos L1 e L2;

Exemplo comparativo

[00062] Para ilustrar as vantagens de nossa invenção, propõe-se comparar os resultados obtidos pela invenção com aqueles obtidos por um prato distribuidor clássico. Nesse âmbito, utiliza-se uma abordagem numérica ‘de tipo CFD (do inglês Computational Fluid Dynamics podendo ser traduzido por mecânica dos fluidos numéricos) que consiste em estudar os movimentos de um fluido, ou seus efeitos, pela resolução numérica das equações que regem esse fluido.

[00063] A abordagem numérica utilizada é de tipo seguido de interface (VOF por Volume of Fluid: volume de fluido) descrito em Hirt & Nichols, JCP 39, 201-255 (1981). Esse método, bem conhecido pelo técnico, é bem adaptado para simular a mudança de topologia de interface encontrada no distribuidor submetido ao movimento da onda (destaque, colagem da interface, formação de diferente...). A evolução do escoamento difásico é descrita pelas equações de conservação da massa, de conservação de quantidade de movimento, e pela equação de transporte da taxa de presença.

[00064] Os cálculos foram feitos com o programa comercial Fluente 13® (ANSYS, Estados Unidos).

[00065] Para o conjunto dos cálculos CFP de avaliação apresentados a seguir, o ângulo associado ao movimento de balanço simulado é de +/- 5° com um período de 15 segundos. As propriedades dos fluidos são: pL = 1055 kg/m3, μL = 2,5 cp, pG = 55 kg/m3, μG = 0,013 cp. A altura da proteção de líquido sobre o distribuidor considerado é de 400 mm. Uma distância no ponto de giro da plataforma offshore de 50 m é considerada nos cálculos. Essa distância corresponde aos distribuidores situados na cabeça de coluna, expostos às mais fortes acelerações. Enfim, os efeitos capilares são supostos desprezíveis.

[00066] Lembra-se que a eficácia de distribuição do sistema proposto é comparada àquela de um prato distribuidor clássico (figura 2) no caso em que o prato é submetido aos movimentos da onda. A sensibilidade ao meio marinho do prato é quantificado pelo índice de desequilíbrio definido pela equação (1). Exemplo 1: Propriedades do prato "clássico" (técnica anterior da Figura 2) - Diâmetro do prato distribuidor: 4150 mm - Diâmetro das chaminés de gás: 350 mm - Altura das chaminés de gás: 700 mm - Passo triangular das chaminés de gás P: 200 mm - Distância na borda mínima das chaminés de gás: 100 mm - Número de chaminés: 19 - Porosidade do prato (superfície chaminés/superfície total): 13,5 Exemplo 2: Propriedades do prato, de acordo com a invenção (figura 4): - Diâmetro do prato distribuidor (2): 4150 mm - Diâmetro das chaminés de gás (4): 350 mm - Altura das chaminés de gás (4): 700 mm - Passo triangular das chaminés de gás (4) P: 200 mm - Distância na borda mínima das chaminés (4): 100 mm - Número de chaminés (4): 19 - Porosidade do prato (2) (superfície chaminés/superfície total): 13,5 - Altura dos meios de divisória (6): 700 mm - Diâmetro das perfurações (7) sobre os meios de divisória (6): 50 mm - Número de compartimentos (8): 23 (anota-se que 4 compartimentos troncados situados na periferia do prato não contém chaminés, cf. Figura 4) - Distância L1: 920 mm - Distância L: 1600 mm

[00067] As Figuras 6 e 7 apresentam a evolução da proteção de líquido (interface gás/líquido sobre o distribuidor, quando este é submetido aos movimentos marinhos, respectivamente para os exemplos 1 e 2. Os resultados são oriundos de cálculos de tipo CFD dinâmico. As Figuras representam diferentes instantes correspondentes a diferentes posições extremas. As Figuras 6a) e 7a) representam os pratos em uma posição horizontal (θ = 0°), as Figuras 6b) e 7b) ilustram os pratos em uma primeira posição extrema (θ = 5°) correspondente a um movimento de onda, as Figuras 6c) e 7c) representam os pratos em uma segunda posição extrema oposta à primeira posição extrema (θ = -5°). A parte reta das Figuras 6 e 7 ilustra a variação da altura da proteção de líquido em um plano vertical que passa por um diâmetro do prato.

[00068] Os resultados indicam claramente que o distribuidor clássico é muito sensível aos efeitos de onda.

[00069] Para o dispositivo proposto ao contrário, os resultados mostram que a proteção líquida permanece bem homogênea sobre o prato distribuidor, apesar do movimento da onda, assegurando assim uma boa qualidade de distribuição.

[00070] Esses resultados são quantificados na Figura 8 que compara o índice de desequilíbrio obtido com os dois pratos distribuidores. Para o prato clássico (exemplo 1), o índice de desequilíbrio varia entre 0% e 200% sobre um período de oscilação do prato com um pico a 200% quando o ângulo de inclinação atinge seu máximo, a saber: 5°. Deve ser observado que o valor de 200% indica que uma parte do prato distribuidor não está mais em contato com o líquido (cf. Figuras 6b) e 6c)). Em um período de 15 s a taxa de má distribuição média do distribuidor padrão é de 80%.

[00071] Ao contrário, o prato distribuidor, de acordo com a invenção (exemplo 2), apresenta desempenhos significativamente melhores. Com efeito, o índice de desequilíbrio varia entre 0 e 30%; não há portanto momento em que uma parte do prato é secada e a taxa de má distribuição média para um período de 15 s é de 17%. Para chegar a resultados equivalentes ao sistema proposto com um prato clássico, seria preciso uma proteção de líquido de aproximadamente 1400 mm de altura, o que tornaria este bem mais volumoso e mais pesado (peso do líquido) com chaminés de gás mais alta para evitar seu entupimento e notadamente mais caros que o sistema proposto. Esse exemplo mostra que a invenção permite um ganho significativo em volume e com eficácia de distribuição em meio flutuante.

Claims

1. Prato distribuidor para coluna (1) de troca de calor e/ou de matéria entre um gás (G) e um líquido (L), comportando pelo menos uma divisória (6), delimitando compartimentos (8) sobre uma das superfícies do prato, caracterizado pelo fato de essa divisória ser perfurada (7) para permitir o escoamento de uma parte do líquido entre os compartimentos (8), cada compartimento compreendendo pelo menos um meio (5) para a passagem desse líquido através desse prato (2) e pelo menos um meio (4) para a passagem desse gás através desse prato.

2. Prato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que esses meios (4) para a passagem desse gás são chaminés (4) em ressalto de uma altura H sobre uma das superfícies desse prato (2).

3. Prato, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a divisória (6) tem uma altura sensivelmente igual à altura H dessas chaminés (4).

4. Prato, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que essas perfurações (7) são dispostas na base dessa divisória (6).

5. Prato, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado pelo fato de que essas chaminés (4) são cilíndricas.

6. Prato, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o prato comporta várias divisórias (6) secantes.

7. Prato, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que essas divisórias (6) são compostas de duas séries de divisórias, as divisórias de cada série sendo paralelas entre si e secantes às divisórias da outra série.

8. Prato, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que essas perfurações (7) de duas divisórias (6) paralelas, delimitando um mesmo compartimento (8) não são alinhadas.

9. Prato, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 8, caracterizado pelo fato de que cada divisória (6) comporta uma única perfuração (7).

10. Prato, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que lima distância L1 entre duas divisórias paralelas consecutivas verifica a seguinte relação: L1 < 50/2 tan θ (mm) com θ um ângulo de inclinação máxima desse prato em relação à horizontal.

11. Prato, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizado pelo fato de que um comprimento L2 de uma diagonal de um compartimento verifica a seguinte relação: L2 < 50/2 tan θ (mm) com θ um ângulo de inclinação máxima desse prato em relação à horizontal.

12. Prato, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 e 11, caracterizado pelo fato de que os comprimentos L1 e L2 estão compreendidos entre 20 e 2000 mm.

13. Prato distribuidor, , de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que é um prato distribuidor offshore (1), e os meios de passagem do líquido (5) são chaminés equipadas com pelo menos uma perfuração, essas chaminés estando em ressalto sobre uma das superfícies desse prato (2).

14. Coluna de absorção ou de regeneração de um fluido offshore, na qual dois fluidos são colocados em contato por meio de um contactor gás/líquido (3), essa coluna compreendendo pelo menos uma primeira entrada de um fluido líquido, pelo menos uma segunda entrada de um fluido gasoso, pelo menos uma primeira saída de um fluido gasosos e pelo menos uma segunda saída de um fluido líquido, caracterizada pelo fato de essa coluna (1) comportar um prato distribuidor (2), como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, para permitir a distribuição dos fluidos sobre esse contactor (3).

15. Coluna de absorção ou de regeneração de um fluido offshore de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que está instalada em uma unidade de tratamento de gás e/ou de captação do CO2 por lavagem do gás por meio de uma solução absorvente, notadamente contendo aminas, para permitir as trocas entre o gás e a solução absorvente.

16. Coluna de absorção ou de regeneração de um fluido offshore de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que está instalada em uma unidade de destilação e/ou de desidratação de um gás, para permitir as trocas entre o gás e um líquido.

17. Coluna de absorção ou de regeneração de um fluido offshore de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que está instalada em uma dentre uma unidade de destilação e/ou de desidratação de um gás e uma unidade de tratamento de gás e/ou de captação do CO2 por lavagem do gás por meio de uma solução absorvente, notadamente contendo aminas, em uma barca flutuante offshore, notadamente para a recuperação de hidrocarbonetos, para limpar gases produzidos.

18. Processo de fabricação de um prato, como definido em qualquer uma das reivindicações 7 a 12, caracterizado pelo fato de que se realizam as seguintes etapas: a) se define um índice IQ de desequilíbrio desse prato (2):

com ULi, UL2 as velocidades do líquid que sai do prato com duas extremidades diametralmente opostas do prato; b) se escolhe um índice de desequilíbrio máximo desse prato (2) e um ângulo de inclinação θ máximo do prato (2) em relação à horizontal; c) se determina uma distância L1 entre duas divisórias paralelas consecutivas e um comprimento L2 de uma diagonal de um compartimento, permitindo obter o índice de desequilíbrio máximo; e d) se posicionam essas divisórias, respeitando os comprimentos L1 e L2.