CN1282267A - 摆动蒸馏塔的液体分配器和相应的蒸馏塔 - Google Patents

摆动蒸馏塔的液体分配器和相应的蒸馏塔 Download PDF

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Abstract

该液体分配器包括:一个主分配器(13),包括一些液体分配开口并形成N1个一级室(22),每个室具有供液装置(10,11);和一个位于主分配器之下的次分配器(14),该分配器有一个带钻孔底的盆槽,钻孔底基本占据了蒸馏塔(2)的整个截面,该盆槽被隔板(25)分为N2个二级室(24),N2>N1。本发明用于在石油平台或驳船上生产氧。

Description

摆动蒸馏塔的液体分配器和相应的蒸馏塔
本发明涉及一种摆动蒸馏塔用的液体分配器。本发明特别用于浮动结构、如装在海上石油平台或驳船上的空气蒸馏塔。
海上石油平台产生残余气。由于经济和环境的原因，回收这些气体越来越有必要。一种方法是通过Fischer-Tropsch方法把这些气体转化为更重的液态烃类，因而更容易运输，这种方法消耗大量氧气。
因此，能够在平台或驳船上装一个空气蒸馏塔是很有意义的，但是这种设备的良好运行碰到了严重的困难。例如，第一迫切需要的是无论塔轴由于海浪而如何摆动，液体必须从塔顶均匀分布到塔的整个截面上。
本发明的目的是提供一种液体分配器，它的运行对这种摆动非常不敏感。
因此，本发明的主题是一种用于摆动蒸馏塔的液体分配器，其特征在于，它包括：
-一个主分配器，包括一些液体分配开口，并形成N1个一级室，N1≥2；
-每个一级室的平衡供液装置；
-一个次分配器，位于主分配器之下，并且包括一个底部钻孔并基本占据蒸馏塔的整个截面的盆槽，该盆槽被一些隔板分为N2个二级室，N2＞N1；
-从一个二级室到其它二级室，每个二级室的面积与给它供气的主分配器的开口截面的总和之比基本为常数。
本发明所述的分配器可以包括以下特征中的一个或几个：
-所有二级室的面积和钻孔率基本相同；
-N1数小于5，N2数约为几十；
-主分配器包括一个一级槽，槽的底部钻孔，其形状与二级槽相同，并重叠在二级槽上；
-所述供液装置包括一个相分离器和一个供液管，供液管的上游与分离器的下部连接，下游与一些管子连接，这些管子与每个一级室垂直钻孔，从一个一级室到另一个一级室，一个一级室与管子相应钻孔截面的总和之比为常数；
-管子在邻近点装有供液管，并在邻近分配器的中心轴处有一些喷嘴；
-所述供液装置包括一个相分离器和一些钻了孔的管子，这些管子连接在靠近分离器下部的一些点上。
本发明还有一个目的是包括上述分配器的蒸馏塔。
在这种蒸馏塔的一个实施例中，所述液体分配器位于塔的第一层，特别是塔的头部，并且蒸馏塔至少在第二层包括一个如上所述的第二液体分配器。
现在参照附图描述本发明的一个实施例，附图如下：
-图1为一个装在浮动结构上的摆动蒸馏塔的示意图，塔中装了两个本发明的液体分配器；
-图2为沿图3中Ⅱ-Ⅱ线的放大剖面图，示意性地示出图1蒸馏塔头部的分配器；
-图3为该分配器的平面图；
一图4为沿图2中Ⅳ-Ⅳ线的剖面图。
图2-4所示的分配器用于安装在空气蒸馏塔2的头部，图1所示的空气蒸馏塔2是一个空气蒸馏双塔的低压塔。
图1所示的蒸馏塔2固定在一个浮动结构3上，和双蒸馏塔(未示出)的中压塔一样。从图1已经可以看出了解本发明的所用元件，但是双蒸馏塔当然包括该技术的所有传统元件。
更为特别的是，塔2分为一个上蒸馏段4和一个下蒸馏段5，两段都由交叉波纹充填物组成。正如众所周知，这种充填物包括重叠的交叉波纹充填段或充填块6，每个充填块均为柱形饼状，占据塔的整个截面。
每个充填块6由一堆带有倾斜波纹的波纹带组成。每个波纹带有一个总的垂直面，所有波纹带的高度相同，从一个波纹带到另一个波纹带，波纹的倾斜方向交替改变。因此，相邻带的波纹在大量交点互相接触。另外，一个充填块6与另一个充填块相对塔的总轴交错成90°。蒸馏塔在上段4以上有一个前面描述的分配器1，即塔的头部分配器1A。在段4以下和蒸馏段5以上有一个类似的次分配器，形成中间分配器1B。
使用时，通过一条供液管线7到达并在膨胀阀8中膨胀到塔2的压力的“贫液”(从中压塔的头部排出的几乎纯净的氮)进入相分离器9。进入分离器的液体通过一个与分离器的下部连接的供气收集器10进入两条平行的管子11，每个管子有两个下喷嘴111。这两个管子位于塔的上部园顶102中，成为分配器1A的供液装置。分配器1A把这些液体分布在蒸馏段4的上充填块6的整个截面上，分配的方法将在后面描述。
从段4流出的富含氧的液体沿该段的整个下表面落在中间分配器1B上。另外，通过管线12来自中压塔的同样组分的“富液”(中压塔槽收集的富含氧的空气)经过与前述相同的减压阀8-相分离器9-收集器10-管11的组合加入到该液体中。整个液体通过分配器1B重新分布到塔的整个截面上，以形成下蒸馏段5的回流。
现在参照图2-4描述分配器1A和1B的结构。
分配器1A由两部分组成，即主分配器13和位于下面的次分配器14，以及上述的供液装置9-11。
主分配器13包括一个开口向上的盆槽，该盆槽有一个水平底15和一个从盆槽底向上的柱形圆周壁16。底15有六个朝与管线11平行的的方向延长的口17，使一个圆形环和与所述方向平行的五个带空出。这些环和带上钻有N个孔18，孔的直径足够大，以避免被要分配的液体中所含的杂质堵塞。对于一个直径为4米的塔，N的数量为1000-3000。
每个口17的边缘是一个向上的垂直壁19，与圆形壁16形成五个与上述带垂直的直槽20和一个与所有的直槽20连通的环形圆周槽21。
另外，盆槽被两个互相垂直的垂直隔板23分为四个面积相同的室22，垂直隔板23沿槽的中心轴Ⅹ-Ⅹ互相分割，该中心轴与塔2的中心轴重合。隔板23中的一个通过中间直槽20的中央。
管子11一个挨着另一个，并且一方面与第三个直槽20垂直，另一方面与分割直槽20的隔板23垂直，管子11中的每一个在直接靠近隔板23的交点处都有一个通往每个相应室22的喷嘴111。在变型中，每个室可以有几个喷嘴，可能还要加上两个管子11，重要的是，一方面通往每个室的喷嘴的截面总和应相同，另一方面，所有喷嘴都应互相靠近，以便在塔倾斜时它们都保持在接近的水平上。
除了有两点不同外，次分配器14与主分配器13相同。
一方面，隔板23被取消。另一方面，直槽20和环形槽21被一组垂直隔板25分为数量大大多于四个的许多二级室，这组垂直隔板延伸在壁19之间和壁19与圆周壁16之间。室24的数量和位置的选择使它们都有同样的面积和穿孔率，并且最大尺寸最多等于300毫米左右。
主分配器13与次分配器14直接重叠，也就是两个分配器中每一个的壁16或19位于另一个分配器相应壁的垂直延长线上。次分配器至少有些壁的上边固定在主分配器的底部15，以形成一个整体组件。
分配器1B与分配器1A相同，不同之处是，在主分配器13中，在直槽20边缘的成对平行壁19的上端通过有双坡度的屋顶26聚集在一起，并且就在这些屋顶下有一行水平开口27，如图2虚线所示。
使用时，下到塔2中的液体与通过液态氧的加热得到的气态氧进行物质交换和热交换，这些液态氧是通过中压塔头部的气态氮收集到塔2的槽中的。这些气体在上升进入塔2时逐渐富含氮。
为了清楚起见，气体的循环没有表示在图1中。但是，人们知道，如图2箭头所示，上升的气体经过口17和开口18穿过分配器1A和1B是没有困难的。
如果结构3在海上，塔2的轴围绕它的正常垂直位置摆动。前面描述分配器1使用的词汇“水平”和“垂直”应理解为对于塔的这个中间位置，但是，当塔倾斜时，管子11的水平位置、底15、壁16和19以及隔板23和25都倾斜同样角度。
由于次分配器分隔为多个小尺寸的室24，在轴Ⅹ-Ⅹ的各种位置中，每个室26的孔18之间的水平差别保持特别小，Ⅹ-Ⅹ轴的最大倾斜一般为5°到10°之间。因此，从一个孔到另一个孔，上升进入这些孔的液体高度变化不大。人们还注意到，在任意时刻，供液多的孔靠近一个邻近室供液少的室，使得直接在下面的蒸馏段的上填充块6的同一区域中的这两个流量很容易补偿。
一方面由于通过四个一级室22(其面积是塔2一级室面积的四分之一)对室24的平衡供应，另一方面由于倾斜周期性变化，变化周期较短，一般约为20秒，每个室24中的平均液面没有时间有很大的变化，因而倾斜对液体分布不均匀的影响还要减小。
另外，尽管有轴Ⅹ-Ⅹ的摆动，管子11靠近喷嘴111保证了室22的平衡供应。在变型中，这个结果还可以用从分离器9底部的四个相邻点出来的四个管子得到，每个管子有一个分别垂直通向一个室22的喷嘴111。
总之，在塔的整个截面上得到有令人满意的均匀度的液体分布。
如果需要，还可以给每个室22装备重新混合液体的装置，例如已知的从壁16下来的倾斜隔板。
另外，文献WO-A-90／10497描述了一个与上述的交叉波纹类似的充填物，但钻孔的方法不同。这里使用的“交叉波纹充填物”一词也包括这种充填物和所有类似的充填物。

Claims (11)

1．用于摆动蒸馏塔的液体分配器，其特征在于，它包括：
-一个主分配器(13)，包括液体分配开口(18)，并形成N1个一级室(22)，N1≥2；
-每个一级室的平衡供应液装置(9-11)；
-一个次分配器(14)，位于主分配器(13)之下，并且包括一个底部穿孔的盆槽，盆槽底基本占据了蒸馏塔(2)的整个截面，该盆槽被隔板(25)分为N2个二级室(24)，N2＞N1；
-从一个二级室到另一个二级室，每个二级室(24)的面积与供应它的主分配器(13)的开口(18)的截面之和比基本为常数。
2．根据权利要求1所述的分配器，其特征在于，所有二级室(24)的面积和穿孔率基本相同。
3．根据权利要求1或2所述的分配器，其特征在于，N1小于10，并且N2约为几十。
4．根据权利要求1至3之一所述的分配器，其特征在于，主分配器(13)包括一个主盆槽，它的钻孔底(15)的形状与次盆槽的形状相同，并且重叠在次盆槽上。
5．根据权利要求1至4之一所述的分配器，其特征在于，所述供液装置包括一个相分离器(9)和一个供液管线(10)，管线的上游与该分离器的下部连接，下游与管(11)连接，管(11)与每个一级室(22)垂直钻孔，从一个一级室到另一个一级室，一级室的面积与管(11)相应孔的截面之和的比为常数。
6．根据权利要求5所述的分配器，其特征在于，管(11)在与供应管线(10)相邻的点钻孔，并且在靠近分配器(1)的中心轴(X-X)处有喷嘴(111)。
7．根据权利要求1至4之一所述的分配器，其特征在于，所述供应装置包括一个相分离器和一些钻孔的管子，这些管子与连接在靠近分离器下部的点上。
8．蒸馏塔，其特征在于，它包括根据权利要求1至7之一所述的液体分配器(1A，1B)。
9．根据权利要求8所述的蒸馏塔，其特征在于，所述液体分配器(1A)位于塔(2)的第一层，特别是塔的头部，并且塔至少在第二层包括一个根据权利要求1至7之一所述的第二液体分配器(1B)。
10．根据权利要求9所述的蒸馏塔，其特征在于，第二液体分配器(1B)的主分配器(13)基本占据了塔(2)的整个截面，并且由来自其上面蒸馏段(4)的液体直接供液。
11．根据权利要求8至10之一所述的蒸馏塔，其特征在于，该蒸馏塔装在一个浮动结构(18)上，如一个海上石油平台或驳船上。
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