CN105709450A - 包括起泡装置的热和/或材料交换塔的分配器盘 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于气体和液体之间的热和/或材料交换的塔的采集/分配/交换塔盘2，其包括液体通路装置14以及与气体起泡装置附连的气体通路套管4。起泡装置允许乳液区建立在分配/交换塔盘2的上部中。本发明还涉及包括这种分配器盘的交换塔及其用途。

Description

包括起泡装置的热和/或材料交换塔的分配器盘
技术领域
本发明涉及气/液接触塔、且更具体地说用于气体处理、CO2捕集、脱水或蒸馏单元的塔的领域。
背景技术
使用胺洗涤法的气体处理和/或CO2捕集单元和/或蒸馏和/或脱水单元包括用于气体和液体之间的材料和/或热交换的塔，其可以例如是液态流体或气态流体吸收和再生塔。这些塔在逆流或共流的气体/液体流条件下运行。
用于这些气体处理和/或CO2捕集和/或蒸馏和/或脱水单元的塔通常根据在塔中循环的气体和流体之间的材料和/或热交换的原理运行。图1示出了装有分配器盘2的气体处理塔顶1的具体实例。通常，这种气体处理塔1包括用接触其填充的几个部分3、布置在每个部分3上的分配器盘2。气/液接触器使气体G与液体L接触以便允许交换。
例如，用于吸收/再生或蒸馏塔的标准分布器2通常由装有气体通过塔盘的套管4(也被称为烟囱(chimney))的采集/分配器盘(参见图2)。液体的分布通过其通路通过设置在塔盘2的下部中的孔5发生，而气体的分布通过套管4发生。每根套管4允许气体根据逆流或共流运行模式从塔的下部至塔1的上部或从上部至下部通过。套管4从塔盘2的一侧突出并且套管4与塔盘2垂直。每个套管4由例如平行六面体或圆柱形的几个壁组成，几个壁界定开口于塔盘2的任一侧上的内部容积。为了防止液体流入套管4，在塔盘上面的排气口或进气口(取决于逆流或共流模式)优选地用盖件(也被称为斜面(bevel))覆盖。分配器盘的目的是使液体均匀地分布在气/液接触器3上。
为了优化气体和液体之间的交换，已经开发了很多分配器盘。这些分布/采集塔盘可以分类成两个主要种类：
-具有升气管的分布/采集系统，如专利申请GB-1,169,878A、US-4,808,350A,US-4,472,325A、US-4,427,605A、US-4,839,108A、FR-2,203,659所述。对于这类具有烟囱的系统，液体通过设置在塔盘上的孔或通过装有孔或槽(参见图2的实例)的液体通路烟囱分布，并且气体通过气体通路烟囱或套管分布。
-具有通过专用进料系统(上游采集系统或中间进料装置)提供的套管的系统，如专利申请US-4,909,967、US-4,816191、US-4,981,265、DE-2,752,391、WO-8,802,647、FR-2,569,129所述，或具有气体通路套管的分布/采集系统，如专利申请US-4,689,183、US-5,132,055、US-4,432,913所述。
然而，这些液体分布系统没有促进塔中的材料和/或热交换，并且因此其表示没有流体之间的交换发生的塔的高度。因此，这些分布系统表示关于塔效率的“高度损失”。
此外，交换塔盘式的接触器在现有技术中是已知的。这些塔盘允许流体之间的热和材料交换，并且其在塔中堆积在彼此上方而没有塔盘之间的接触器。这些塔盘没有分布作用。
图3描述了常用交换塔盘的运行模式。
液体靠通过上降液管6从上塔盘7a流到下塔盘7b，接着在越过堰板8流向下降液管9之前沿在塔盘7b上的交换区流动。来自下塔盘10的气体通过设置在塔盘7b上的阀或穿孔(未示出)在塔中逆流流动。气体在交换区6上形成气泡并在到达上塔盘7a之前在区域12和13中从液体脱离。交换接触塔盘的降液管在单通道塔盘的情况下通常布置在塔盘的周界上，但其可以根据塔直径布置在多通道塔盘的中心部分上。
有很多塔盘接触器变型。第一种是如专利申请WO-9,924,135A1、CA-1,253,432A、US-3,399,871A所述的浮阀塔盘。第二种是如专利申请US-4,504,426A、US-5,213,719A所述的多孔板塔盘。
然而，这种交换塔盘没有确保液体的良好输送和良好分布，尤其是对于提供接触器(填料)来说。这种塔盘不能用作分配器盘。
本发明涉及气体和液体之间的材料和/或热交换的塔的采集/分布/交换塔盘，其包括液体通路装置以及与气体起泡装置附连的气体通路套管。起泡装置允许乳液区建立在分布/交换塔盘的上部中。因此，根据本发明的分布/交换塔盘允许实现在流体之间的材料和/或热交换方面提高，同时确保液体的良好分布。
发明内容
本发明涉及用于气体和液体之间的热和/或材料交换的塔的分配器盘，其包括从所述套管的上部突出用于所述气体通过所述塔盘的至少一个套管以及用于所述液体通过所述塔盘的至少一个装置。所述套管包括所述气体的至少一个起泡装置。
根据本发明，所述套管是大致平行六面体。
根据本发明的一个方面，所述起泡装置包括至少一个阀和/或所述套管的一个槽。
有利地，所述槽具有大致矩形形状。
根据本发明的变型，所述槽的纵向方向基本上与所述套管的纵向方向垂直。
或者，所述槽的纵向方向基本上与所述套管的纵向方向平行。
根据实施例，所述槽被盖子覆盖。
根据本发明的特征，所述阀是大致矩形。
根据替代实施例，所述阀是大致圆柱形。
优选地，所述液体通路装置包括多个孔和/或烟囱。
有利地，所述烟囱从所述塔盘的上部和/或所述塔盘的下部突出。
根据本发明的方面，所述塔盘包括均匀分布在所述塔盘上的多个液体通路装置。
此外，本发明涉及用于气体和液体之间的热和/或材料交换的塔，其中，两种流体通过填料接触。所述塔包括至少一个允许所述流体分布在所述填料上的根据本发明的分配器盘。
本发明还涉及用于气体处理、CO2捕集、蒸馏、脱水或空气转换过程的根据本发明的塔的用途。
附图说明
根据本发明的装置的其它特征和优点将从阅读以下通过非限制性实例并参照附图给定的实施例的描述变得清楚明白，附图中：
-已经描述的图1示出了装有分配器盘的气体处理或CO2捕集塔顶的具体实例，
-已经描述的图2示出了根据现有技术的分配器盘，
-已经描述的图3示出了根据现有技术的塔盘式接触器，
-图4示出了根据本发明实施例的分配器盘，
-图5a至5e示出了根据本发明的几个变型实施例的分配器盘的一部分。
具体实施方式
本发明涉及用于气体和液体之间的热和/或材料交换的塔的分配器盘，其通常包括允许气体通过塔盘的至少一个装置，诸如从塔盘的上部突出的套管，以及允许液体通过塔盘的至少一个装置。分配器盘允许形成在其上表面上的液体保护层(liquidguard)、即在塔盘的上表面上的液体高度。套管从塔盘的上部突出(向塔顶定向)。根据本发明的分配器盘适于在热和/或材料交换塔中的逆流流，气体向上流过套管而液体向下流过烟囱和分布装置。通常，分布/交换塔盘是大致圆柱形。
根据本发明，至少一个套管包括气体起泡装置。有利地，所有套管包括气体起泡装置以便提高流体之间的热和/或材料交换。或者，仅某些套管包括气体起泡装置以便优化交换/堵塞妥协。气体起泡装置允许当其被气体横穿时形成在塔盘的上表面上的液体保护层中的气泡，这生成乳液区，液体和呈气泡形式的气体之间的材料和/或热传递可以在该乳液区中发生。因此，除了在接触器中进行的交换外，塔盘的有用高度也促进热和/或材料交换。分布系统因此表示关于塔效率的无“高度损失”。包含这种分配器盘的塔因此可以具有降低的高度，这允许塔的成本下降。
优选地，气体起泡装置位于套管的上部中，尤其是在套管的水平上壁上。气体起泡装置可以包括其打开产生气泡的阀。阀的打开通过气体压力启动。阀可以包括可旋转地绕轴线移动的部件。或者，阀可以包括相对于塔盘垂直平移的部件。根据另一实施例，气体起泡装置可以包括在套管中的槽。或者，塔盘包括同时包含至少一个阀和至少一个槽的多个起泡装置。有利地，槽可以具有适于直接形成气泡以便最小化压降并限制漏液(液体流入套管)的形状和/或尺寸。槽可以具有各种形状：矩形、圆形、椭圆形、三角形等。为了提高气泡形成，槽可以用位于槽上面并相对于套管升降的盖件覆盖。盖件还可以允许防止液体进入套管。
对于运行在逆流模式中的塔来说，气体通路套管允许从气体塔盘的下侧至上侧通过。有利地，气体通路套管具有大致平行六面体形状，以便提供宽开口给气体通路并因此限制压降。此外，当分配器盘包括几根气体通路套管时，它们可以相互平行布置。气体通路套管装有气泡系统。
与其中气泡装置位于与塔盘相同的高度的套管不同，从塔盘并且(因此从气泡装置)突出的套管使得能够不扰乱液体分布和流动，这促进均匀液体分布。
套管适于被浸没，即其高度小于设置在塔盘的上表面上的液体保护层高度。因此，呈气泡形式的气体注入液体。
液体通路装置允许液体从塔盘上侧至下侧通过。根据本发明的实施例，允许液体通过塔盘的装置由可以从塔盘的上侧和/或塔盘的下侧突出的一组烟囱组成。烟囱可以是大致圆柱形。根据本发明的另一实施例，允许液体通过塔盘的装置由设置在塔盘中的一系列孔组成。根据本发明的另一实施例中，允许液体通过塔盘的装置包括不仅烟囱而且孔。这些液体通路装置布置在气体通路套管之间。液体通路装置的数量有利地大于气体通路套管的数量。液体通路装置的间距可以是三角形或方形。为了提供液体在接触器(填料)上的良好供给和良好分布，液体通路装置均匀分布在塔盘上，即布置在塔盘的整个表面上，在套管之间。
在标准运行条件下，液体通路装置允许具有保证在套管的水平处的上塔盘上的液体保护层的足够液体流量。
图4示出根据本发明的分布/交换塔盘的第一实施例。图4是分布/交换塔盘的一部分的剖视图。
本发明的第一实施例涉及用于气体和液体之间的材料和/或热交换的塔的分布/交换塔盘2，其通常包括允许气体通过塔盘的至少一个套管4、至少一个起泡装置和至少一个液体分布系统14。根据图4的非限制性实例，气体起泡装置可以是允许乳液区LG在液体保护层中建立并且因此允许在塔盘的上部上的流体之间的交换的阀15。然而，起泡装置可以由诸如上述那些装置的其它装置组成。分配器盘2允许具有高度L1的液体保护层形成在其下区上。
根据图4的非限制性实例液体通路装置是从塔盘的下部突出的烟囱14。然而，液体通路装置可以由其它装置、尤其是设置在塔盘2中的孔组成。
对于该实施例，套管4和起泡系统5从塔盘2的上部突出(向塔顶定向)，而液体分布系统14从塔盘的下部突出(向塔底定向)
对于运行在逆流模式中的塔来说，套管4和起泡装置15允许气体从塔盘的下侧至上侧通过。有利地，气体通路套管4具有起泡装置15位于其上的大致平行六面体形状。
图5a至5e通过非限制性和非详尽实例示出了根据本发明的分布/交换塔盘的五个变型实施例。图5a至5e是分布/交换塔盘的一部分的剖视图。
对于这些变型实施例，液体通路装置是设置在塔盘2中的孔5。然而，这些变型实施例可以与液体通路装置的其它实施例、例如上述的那些实施例结合；液体通路装置尤其可以是烟囱。
如图所示套管4具有大致平行六面体形状。然而，这些变型实施例还可以适于其它套管形状：圆柱形、立方体、六面体等。
根据图5a的变型实施例，气体起泡装置由布置在每个套管上的一系列柱形阀15组成。优选地，阀15可以均匀分布在套管上。或者，阀可以具有其它形状，尤其是矩形。此外，每根套管可以包括单阀15。
根据图5b的变型实施例，气体起泡装置呈具有基本气体通路套管的长度的平行六面体槽的形式。如图所示，槽可以同相对于套管上下升降的盖件16覆盖。盖件16促进气泡的形成。
根据图5c、5d和5e的变型实施例，气体起泡装置呈多个矩形槽17的形式。对于图5c的变型实施例，槽17沿套管4的主方向(纵向方向)布置。如通过非限制性实例所示，每根套管4可以包括多个系列的若干个槽17。对于图5d的变型实施例，槽17垂直于套管4的主方向(纵向方向)布置。每根套管4可以包括多个系列的若干个槽17。在图5e的实施例中，槽17以错列排列的若干个系列的形式布置。槽17沿套管4的主方向布置。
这些实例不是详尽的；其它实施方式可以被考虑来用于气体起泡装置。
本发明还涉及用于两种流体之间的材料和/或热交换的塔，其中，两种流体通过至少一个气/液接触其接触，塔包括液态流体的至少第一入口、气态流体的至少第二入口、气态流体的至少第一出口和液态流体的至少第二出口。塔还包括至少一个允许流体分布在接触器上的如上所述的分布/交换塔盘。
优选地，塔包括包含接触器的几个部分，如上所述的分配器盘布置在每个部分中。
除了发生在接触器中的交换外，每个塔盘的有用高度还促进热和/或材料交换，交换塔没有包括关于塔效率的“高度损失”。包含这种分配器盘的塔因此可以较低，这牵涉降低的空间要求和塔的成本下降。
有利地，气/液接触器是规整填料床。或者，气/液接触器是不规则填料床。
优选地，气体和液体以逆流模式在塔中流动。
根据本发明的塔可以用于气体处理、CO2捕集(例如使用胺洗法)、蒸馏、脱水或气体转换过程。此外，本发明可以与任何类型的溶剂一起使用。
实例
为了说明本发明的优点，我们比较了用装有本发明的吸收塔获得的结果与用根据现有技术的塔获得的结果。这是使天然气中的酸式化合物CO2脱氧以达到在吸收塔出口处的2％目标规格(spec)的实例。方法使用40wt.％的甲基二乙胺醇(MDEA)型胺溶剂，在装有规整填料以及用于气(天然气)相和液(溶剂)相的分布/采集塔盘的反应式吸收塔中。根据本发明和根据现有技术的吸收塔的特性描述如下：
根据现有技术的塔的特性
-根据现有技术的采集/分配器盘的数量：5
{-采集/分配器盘的高度1m
-规整填料床的数量：4
-填料的有效表面面积：250m2/m3
每床高度：8m
-溶剂流量：QL＝46m3/m2/h
-气体流量：Fs＝2(m/s)(kg/m3)0.5
-压力：40bar
-温度：40℃
-在入口处的进料的CO2浓度：8％.
根据本发明的塔的特性
-根据本发明的采集/分布/交换塔盘的数量：5
-采集/分配器盘的高度1m
-规整填料床的数量：4
-填料的有效表面面积：250m2/m3
每床高度：8m
-溶剂流量：QL＝46m3/m2/h
-气体流量：Fs＝2(m/s)(kg/m3)0.5
-压力：40bar
-温度：40℃
-在入口处的进料的CO2浓度：8％.
获得的性能在表1中给出，表1示出了在塔的不同级处的进料中的CO2浓度的演变。级对应于合并填料床和分配器盘的塔高。结果表明，根据本发明的采集/分布/交换塔盘的使用使吸收塔的传递效率能够更好。实际上，借助本发明，相对于传统塔，在较小的高度符合规格。装有采集/分布/交换塔盘的吸收塔因此提供了大约6m的显著塔高度增益，即吸收塔的总高的大约15％的下降。
表1：性能
塔高 入口 级1 级2 级3 级4
CO2％(现有技术) 8.0 4.4 3.3 2.6 2.0
CO2％(根据本发明) 8.0 3.7 2.9 2.2 1.6

Claims (14)

1.一种用于气体和液体之间的热和/或材料交换的塔的分配器盘，其包括从所述塔盘(2)的上部突出的用于所述气体通过所述塔盘的至少一个套管(4)以及所述液体通过所述塔盘(2)的至少一个装置(5、14)，其特征在于，所述套管(4)包括至少一个用于所述气体的起泡装置(15、16、17)。
2.如权利要求1所述的分配器盘，其特征在于，所述套管(4)是大致平行六面体。
3.如前述权利要求中的任一项所述的分配器盘，其特征在于，所述起泡装置包括所述套管的至少一个阀(15)和/或一个槽(17)。
4.如权利要求3所述的分配器盘，其特征在于，所述槽(16,17)具有大致矩形形状。
5.如权利要求3和4所述的分配器盘，其特征在于，所述槽(17)的纵向方向基本上与所述套管(4)的纵向方向垂直。
6.如权利要求3和4所述的分配器盘，其特征在于，所述槽(17)的纵向方向基本上与所述套管(4)的纵向方向平行。
7.如权利要求3至6中的任一项所述的分配器盘，其特征在于，所述槽(17)由盖件(16)覆盖。
8.如权利要求3所述的分配器盘，其特征在于，所述阀(15)是大致矩形。
9.如权利要求3所述的分配器盘，其特征在于，所述阀(15)是大致圆柱形。
10.如前述权利要求中的任一项所述的分配器盘，其特征在于，所述液体通路装置包括多个孔(5)和/或烟囱(14)。
11.如权利要求10所述的分配器盘，其特征在于，所述烟囱(14)从所述塔盘的上部和/或所述塔盘的下部突出。
12.如前述权利要求中的任一项所述的分配器盘，其特征在于，所述塔盘包括均匀分布在所述塔盘上的多个液体通路装置(5、14)。
13.一种用于气体和液体之间的热和/或材料交换的塔，其中，两种流体籍由填料(3)接触，其特征在于，所述塔包括至少一个用来将所述流体分布在所述填料(3)上的如前述权利要求中的任一项所述的分配器盘(2)。
14.用于气体处理、CO2捕集、蒸馏、脱水或空气转换过程的如权利要求13所述的塔的用途。
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