CN103732315B - 用于海上作业的并流汽液接触设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上并流汽液接触设备，包括具有接触模块的多个级。每个接触模块都包括在一个方向上延伸的降液管并且具有在该方向上彼此间隔开的降液管挡板，以在降液管中限定出降液管单元。每个降液管都具有紧邻并流流动通道的出口。接收盘基本并行于降液管延伸并且具有在该方向上彼此间隔开的接收盘挡板，以在接收盘中限定出接收盘区段。汽液分离装置具有紧邻并流流动通道的进口表面和处于接收盘上方的出口表面。设有多个导管，每个导管都具有与各自的接收盘区段流体连通的上端和与紧接的下一级中的选定的降液管单元流体连通的下端。

Description

用于海上作业的并流汽液接触设备

在先国家申请的优先权要求

本申请要求2011年9月9日提交的美国申请No.13/229,531的优先权。

技术领域

本申请主要涉及一种用于在传质和/或传热操作中执行并流汽液接触的设备，并且更具体地涉及这样的设备，即，其用于在以摇晃或倾斜的海面为基础的塔柱所经历的非竖直状况下执行并流汽液接触。

背景技术

汽液接触装置诸如分馏塔盘和填料被用于在石油和石化行业中执行几乎无穷无尽的多种分离。分馏塔盘用于分离多种不同的碳氢化合物，包括链烷烃、芳族化合物和烯烃。分馏塔盘也用于在宽沸点混合物诸如石油分馏物的分离中分离特定化合物诸如醇类、醚、烷基芳香烃、单体、溶剂、无机化合物和大气气体。汽液接触塔盘也用于执行气体处理、净化/提纯和吸附。

虽然已经开发出了具有不同优点和缺点的多种分馏塔盘和其它接触装置，但是分馏塔盘和填料是传统分馏蒸馏设备的主要形式。它们广泛用于化学、石化和石油精炼行业，以促进在容器诸如分馏塔中执行的汽液接触。塔盘水平安装，通常以被称为塔的塔盘间距的均匀竖直距离安装。

通常是在具有整体向下的液体流和向上的蒸汽流的交叉流或逆流接触装置中进行分馏蒸馏。使汽相和液相在接触级接触，以允许汽相和液相彼此交换组分和接近平衡。然后，蒸汽和液体分离、在适当的方向上移动以及再次接触另一量的适当流体。在许多传统的汽液接触装置中，蒸汽和液体在每一级处以交叉流布置相接触。一种替换设备与传统多级接触系统的不同在于，虽然设备中的整体流动持续为逆流，但是在并流传质区域中执行液相和汽相之间的每一级实际接触。

在使用并流汽液接触装置的分馏蒸馏过程期间，在塔底部产生的蒸汽上升，接触流出降液管的液体。蒸汽和液体之间的接触导致液体形成液滴，液滴被夹带在蒸汽中，并且被向上传输。结果，蒸汽和液体至少短时间段内共用流动路径。在夹带时间段期间，达到汽相和液相之间的组分平衡。在传质期间，蒸汽向液体损失较不易挥发的材料，因而随着蒸汽向上穿过容器，蒸汽变得稍微更有挥发性。同时，随着液体从塔盘至塔盘地向下移动，液体中的挥发性较小的化合物的浓度升高。含液体的蒸汽穿过分离装置，液体在该分离装置中被除去。从蒸汽中分离的液体向下行进至下一较低塔盘。在每一塔盘上都执行这种连续的夹带和汽液分离。因此，汽液接触器执行下列两种功能：使上升的蒸汽接触液体；然后允许两相分离并且在不同方向上流动。当执行该步骤适当次数时，该过程导致化合物基于它们的相对挥发性而分离。

汽液接触设备的始终寻求改进的两个非常重要的特征是容量和效率。并流接触装置被认为是一种通过使用汽液分离装置来实现高容量的设备，该汽液分离装置诸如是除雾器或离心叶片，其促进每一级处的汽液分离。并流接触装置也能够通过细小液滴与蒸汽的并流接触来实现高传质效率。

如果在非竖直状况下（即如果容器本身摇晃或倾斜）的操作导致在汽液接触设备中发生不平衡或分配不均的液体流，则可能不易于沿设备的传质区域重新分配流体。液体分配不均可从一级传播至下一级，从而降低设备的容量和效率。

因此，期望提供这样一种并流汽液接触设备，其抑制或消除了接触级中的不平衡或分配不均的液体。也期望提供这样一种并流汽液接触设备，其在非竖直状况下抑制了液体在接触级中和接触级之间的水平流动。此外，结合附图和本背景技术，通过下文的详细说明和随附的权利要求，将明白该并流汽液接触设备的其它期望特点和特征。

发明内容

提供了一种并流汽液接触设备。根据一个示例性实施例，一种海上并流汽液接触设备包括多个级，每一级都包括至少一个接触模块。每个接触模块都具有在一个方向上延伸的降液管，并且具有在该方向上彼此间隔开的降液管挡板以在降液管中限定出降液管单元。此外，每个降液管单元都具有紧邻并流流动通道的出口。每个接触模块也都包括基本并行于降液管延伸的接收盘，并且具有在该方向上彼此间隔开的接收盘挡板以在接收盘中限定出接收盘区段。每个接触模块也都包括汽液分离装置，该汽液分离装置具有紧邻并流流动通道的进口表面和处于接收盘上方的出口表面。设有多个导管，每个导管都具有与各自的接收盘区段流体连通的上端和与紧接的下一级中的选定的降液管单元流体连通的下端。该海上并流汽液接触设备抑制了多个级中的液体分配不均。

在另一实施例中，针对非竖直状况下的海上操作提供了一种并流汽液接触设备。该设备包括多个级，并且每一级都包括至少一个接触模块。每个接触模块都具有降液管，该降液管具有多个降液管单元。每个降液管单元都具有紧邻并流流动通道的出口。每个接触模块也都包括接收盘，该接收盘具有多个接收盘区段。汽液分离装置具有紧邻并流流动通道的进口表面和处于接收盘上方的出口表面。设有多个导管，每个导管都具有与各自的接收盘区段流体连通的上端和与紧接的下一级中的选定的降液管单元流体连通的下端。

根据另一示例性实施例，一种海上并流汽液接触设备包括多个级，每一级都包括至少一个接触模块。每个接触模块都具有降液管，该降液管具有多个降液管单元，并且每个降液管单元都具有紧邻并流流动通道的出口。每个接触模块也都包括接收盘，该接收盘具有（多个）接收盘区段。汽液分离装置具有紧邻并流流动通道的进口表面和处于接收盘上方的出口表面。每个接触模块都包括多个导管，该多个导管与各自的接收盘区段以及紧接的下一级中的选定的降液管单元流体连通。此外，该接触设备具有用于抑制液体从第一降液管单元流动至相邻的降液管单元和用于抑制液体从第一接收盘区段流动至相邻的接收盘区段的装置。

附图说明

下文将结合附图描述示例性实施例，其中相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：

图1是根据示例性实施例的、采用具有并流汽液接触模块的多个接触级的汽液接触容器的横截面图；

图2是根据示例性实施例的图1的接触级的横截面图；

图3是根据示例性实施例的图1和2的接触模块的横截面图；

图4是部分示出根据示例性实施例的上接触模块和下接触模块的部件的透视图（不按比例）；和

图5是示出根据示例性实施例的、在汽液接触期间流经接触模块的蒸汽和液体流的横截面图。

具体实施方式

下文的详细说明本质上仅为示例性的，并且无意限制该并流汽液接触设备或该并流汽液接触设备的应用和使用。此外，无意受上文背景技术或下文详细说明中提出的任何理论的约束。

本文考虑的各种示例性实施例涉及这样一种并流汽液接触设备：其用于在经历非竖直状况的海上容器中运行。在US7,424,999中公开了以陆地为基础的并流汽液接触设备，其公开内容在此通过引用以其整体并入。本设备被配置成用于防止或最小化否则可能在非竖直状况下（诸如在海上操作中经常经历的状况下）发生的接触级中的液体不平衡或分配不均。通常，接触级中的不平衡或分配不均的液体导致低效的汽液接触，本发明最小化或避免了这种情况。

在图1中例示了一种示例性的海上并流汽液接触设备10。如图所示，设备10被容纳在海上容器12中，该容器12例如可能为蒸馏塔、吸收器、直接接触式热交换器、或者用于引导汽液接触的其它容器。设备10特别适合用于经历非竖直取向的容器12，即摇晃或倾斜（诸如在海上）的那些容器12。容器12容纳接触级14，以使蒸汽和液体接触。

如图所示，容器12包括外壳16，其通常为筒形。容器12的上部部分容纳顶部收集器/分配器18，并且塔的下部部分容纳下部收集器/分配器20。为了简化，仅示出一个顶部接触级114、一个中间接触级214和一个底部接触级314，级114和314具有相同取向，并且级214具有基本垂直的取向。尽管改变了取向，但是接触级114、214、314中的每个都基本上结构相同地位于设备10的不被添加流体或者从中抽取流体的区段中，并且可统称为或者单独称为接触级14。当在本文中提及相邻级时，基准级被称作接触级14，上部相邻级被称为上一级，而下部相邻级被称为下一级。图1仅示出了在汽液接触设备的顶部和底部之间不进给流体或者抽取流体时的设备区段。

参考图2，示出每个接触级14都包括接触模块22。应注意，如方向箭头符号24指示的，图2的接触级14中的每个接触模块22都在长度方向上延伸至图面内。图3示出每个接触模块22都包括降液管26，其位于一对汽液分离装置28（诸如除雾器）之间。汽液分离装置28是多孔的，并且包括进口表面30和出口表面32。如图所示，降液管26和汽液分离装置28在各自的接触级14的方向24上延伸。降液管26和汽液分离装置28的进口表面30协作以限定并流流动通道34。接收盘被设置在每个汽液分离装置28的出口表面32下方。对于相邻的降液管26，单个接收盘可被设置在这些降液管26之间并且由这些降液管26共用。结构上，每个接收盘136都被连接至导管138。如图所示，每个导管138都可具有扩大的上端140，其与接收盘136流体连通。可理解，每个导管138都具有下端142，其与紧接的下一接触级中的降液管26连通。

在图3中，降液管26具有在上部部分中的降液管进口44和在下部部分中的多个降液管出口46。两个倾斜的降液管侧壁48使降液管26在向下方向上向内渐缩。基本槽形或V形的降液管26的底部可以是尖的、弯曲的、或者可如图3所示的为平的。可预见具有各种不同形状（诸如带阶梯或带斜面和阶梯）的降液管26的替换实施例。然而，在本实施例中使用V形的降液管26以提供下列两者的组合，即：汽液分离装置28和降液管侧壁48之间的大的接触体积，以及上部部分中的大的降液管进口44，以适合接纳来自上一级中的接收盘136的导管138以提高液体处理能力。如图所示，降液管进口44被配置成与来自上一级的导管138接合。图3也示出了在基本并行于上一级延伸的下一级中的导管138和降液管26。导管138的两个端壁144在下一级中被示出为竖直的，而不是像在上一级中所示的两个侧壁一样向下渐缩。

降液管出口46由紧邻降液管26底部布置在一个或更多行中的多个狭槽或者其它类型的穿孔形成。降液管出口46可被设置在降液管侧壁48和/或降液管底部中。在操作中，降液管26中的液位提供密封以防止上升的蒸汽穿过降液管出口46进入降液管。优选地，穿孔沿降液管26的长度分布，并且它们可这样布置，即这些穿孔的尺寸或数目变化或者消除这些穿孔。因而，降液管出口46的布置可被用作另一种措施以防止液体从一个降液管直接流入下一降液管。可使用这些和下述的其它这种措施的组合以防止或最小化液体绕过接触级14的这种可能性。

在图4中示出代表性的级214中的接触模块222和紧邻的下一级314中的接触模块322。为了清晰，示出的每一级都仅有一个接触模块222、322，并且示出每个接触模块都仅有一个降液管226、326及其关联的接收盘236、336。此外，未示出汽液分离装置28和导管38。在图4中示出级214中的接触模块222和下一级214中的接触模块322的优选的相对取向。如图所示，接触模块222在方向224上延伸，而下一接触模块322在横向于方向224的方向324上延伸。优选地，方向224和324基本垂直。对于优选的设备10，从顶部至底部在容器12的每个区段中，相邻级在沿方向224和324延伸的取向之间交替变换。

仍参考图4，能够看出，每个降液管226、326都包括无孔的降液管端壁50和多个无孔的降液管挡板52。每个降液管端壁50和降液管挡板52都内部连接在降液管侧壁48之间，以分别在方向224、324上向液体流提供障碍。结果，限定了多个降液管单元54。类似地，接收盘236、336具有无孔的接收盘端壁56、无孔的接收盘挡板58和接收盘侧壁60。每个接收盘端壁56和接收盘挡板58都内部连接在接收盘侧壁60之间，以分别在方向224、324上向液体流提供障碍。结果，限定了多个接收盘区段62。

交叉参考图3和5，其中例示了每个接触模块22中的汽液接触。如图所示，蒸汽（如箭头70所示）从下一级上升。同时，液体72从上一级的一个或更多导管流入降液管26并且通过降液管出口46流出。当液体72进入并流流动通道34时，其携带夹带液滴74形式的蒸汽70进入其中一个汽液分离装置28中。在每个汽液分离装置28中，随着汽液混合物穿过汽液分离装置28，夹带液滴74被截留并因而与蒸汽分离。蒸汽继续穿过汽液分离装置28并且流出出口表面32，而液体向下排出以通过导管38被接收在位于汽液分离装置28下方的接收盘36中。然后，蒸汽上升至上一级，而液体穿过导管排出至下一级中的降液管中。

考虑到上文所述的汽液接触和运动，再次参考图4。通过相关的第一降液管出口246（从降液管出口46中选择）流出第一降液管单元254（从降液管单元54中选择）的液体（未示出）将穿过相邻的汽液分离装置（未示出），然后排出至第一接收盘236（从接收盘36中选择）中的第一接收盘区段262（从接收盘区段62中选择）中，或者排出至第二接收盘237（从接收盘36中选择）中的第一接收盘区段263（从接收盘区段62中选择）中。之后，液体将通过导管（未示出）排出到下一级中的降液管326中。特别地，液体将排出至第一降液管326中的第一降液管单元354（从降液管单元54中选择）中或者第一降液管326中的相邻的第二降液管单元355（从降液管单元54中选择）。然后，在下一级中重复进行图5中所述的汽液并流接触。

如图所示，液体几乎都积聚在降液管和接收盘中。由于摇晃和倾斜而沿降液管和接收盘发生的液体流动受到挡板52和58的限制。由于这种限制液体流动的能力，防止或者最小化了由于容器向非竖直取向的倾斜和/或摇晃所导致的沿降液管和接收盘的不平衡和分配不均的液体负荷。

在传统接触级中的非竖直状况期间，在重力作用下，降液管或接收盘中的液体将行进至下侧，使降液管或接收盘的较高侧液体较少或无液体。在该状况期间，并流流动通道中的蒸汽/液体比例将相当不均匀，导致汽液接触和传质效率低。在本文提供的用于海上的设备中，抑制了沿降液管和接收盘长度的液体分配不均，并且减少了汽液接触低效。

因此，已经提供了一种用于在非竖直状况下运行的海上并流汽液接触设备。通过上文应明白，该并流汽液接触设备的示例性实施例限制了液体在降液管单元和接收盘区段中的水平运动。通过最小化或防止液体在接触级中的不平衡或分配不均，最优化了汽液接触过程的效率。

虽然已经在上文的详细说明中提出了至少一个示例性实施例，但是应明白，存在多种变型。也应明白，示例性实施例或多个示例性实施例仅为示例，并且无意以任何方式限制并流汽液接触设备的范围、应用或构造。相反，上文的详细说明将向本领域技术人员提供实施示例性实施例的便捷的指导方针；应理解，在不偏离随附权利要求及其法定等同方案的范围的情况下，可对示例性实施例中所述的功能和元件布置做出各种变化。

Claims (9)

1.一种海上并流汽液接触设备(10)，所述设备包括多个级(14)，每一级都包括至少一个接触模块(22)，所述接触模块包括：

降液管(26)，所述降液管在一个方向(24)上延伸并且具有在所述方向上彼此间隔开的降液管挡板(52)，以在所述降液管中限定出降液管单元(54)，其中，每个降液管单元都具有紧邻并流流动通道(34)的出口(46)；

接收盘(36)，所述接收盘基本并行于所述降液管延伸并且具有在所述方向上彼此间隔开的接收盘挡板(58)，以在所述接收盘中限定出接收盘区段(62)；

汽液分离装置(28)，所述汽液分离装置具有紧邻并流流动通道的进口表面(30)和处于所述接收盘上方的出口表面(32)；和

多个导管(38)，其中每个导管都具有与各自的接收盘区段流体连通的上端(40)和与紧接的下一级中的选定的降液管单元流体连通的下端(42)；

其中，所述设备抑制了在每一级上的液体分配不均。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，每个降液管在各自的级中延伸的方向横向于每个降液管在紧接的下一级中延伸的方向。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，每个降液管在各自的级中延伸的方向基本垂直于每个降液管在紧接的下一级中延伸的方向。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，每个接触模块都被配置成在每一级中限制液体从第一降液管单元流动至相邻的降液管单元。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，每个接触模块都被配置成在每一级中限制液体从第一接收盘区段流动至相邻的接收盘区段。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，每个降液管都具有相对的侧壁(48)，其中每个降液管单元都具有穿过每个侧壁的出口(46)，其中每个出口都紧邻并流流动通道(34)，以及其中每个接触模块都包括紧邻每个并流流动通道的汽液分离装置(28)。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，每个降液管都基本为槽形，并且具有两个侧壁(48)和两个端壁(50)。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，每个端壁都与各自的降液管挡板间隔开，以限定各自的终端的降液管单元。

9.一种用于在包括多个级(14)的海上并流接触设备(10)中执行汽液接触的方法，包括：

使液体流经降液管(26)中的降液管单元(54)以及流出紧邻并流流动通道(34)的出口(46)；

在接收盘(36)中的接收盘区段(62)中接收所述液体；

使蒸汽流经多个导管(38)以及在所述并流流动通道(34)中在蒸汽中夹带液体，其中所述导管与相应的接收盘区段以及紧接的下一级中的选定的降液管单元流体连通；

在汽液分离装置(28)中分离所述蒸汽和液体，其中所述汽液分离装置具有紧邻所述并流流动通道的进口表面(30)和处于所述接收盘上方的出口表面(32)；

抑制液体从第一降液管单元流动至相邻的降液管单元，以及抑制液体从第一接收盘区段流动至相邻的接收盘区段；和

抑制液体从第一降液管单元流动至相邻的降液管单元包括用所述降液管中的挡板(52)阻碍流体流动，抑制液体从第一接收盘区段流动至相邻的接收盘区段包括用所述接收盘中的挡板(58)阻碍流体流动。