DE102011117588A1

DE102011117588A1 - Einrichtung zur Herstellung eines Phasenkontaktes zwischen einer flüssigen und einer gasförmigen Phase, insbesondere Stoffaustauschkolonne

Info

Publication number: DE102011117588A1
Application number: DE102011117588A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Alzner; Christian Matten; Ludwig Bauer; Mariyana Chalakova; Thomas Walter; Manh-Hung NGUYEN
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2011-11-03
Publication date: 2013-05-08
Also published as: US20130113128A1; US9186600B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Einrichtung (1) zur Herstellung eines Phasenkontaktes zwischen einer flüssigen und einer gasförmigen Phase, insbesondere Stoffaustauschkolonne, mit: einem Mantel (10), der sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt und einen Mantelraum (M) begrenzt, zumindest einem im Mantelraum (M) angeordneten ersten kreisförmigen Boden (100) zur Aufnahme der flüssigen Phase, der sich quer zur Längsachse (L) erstreckt, wobei der mindestens eine erste Boden (100) Durchgangsöffnungen (D) zum Durchführen der gasförmigen Phase aufweist, so dass diese in Phasenkontakt mit der auf dem mindestens einen ersten Boden (100) befindlichen flüssigen Phase treten kann. Erfindungsgemäß ist eine Mehrzahl an vom besagten ersten Boden (100) entlang der Längsachse (L) abstehender Abschottwehre (101) vorgesehen, die sich jeweils entlang einer radialen Richtung (R) des mindestens einen ersten Bodens (100) erstrecken, so dass jener erste Boden (100) in eine entsprechende Mehrzahl an Sektoren (102) unterteilt ist Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anordnung mit einer derartigen Einrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Herstellung eines Phasenkontaktes zwischen einer flüssigen und einer gasförmigen Phase, insbesondere in Form einer Stoffaustauschkolonne gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Einrichtung weist in der Regel einen (drucktragenden) Mantel auf, der sich entlang einer Längsachse erstreckt und einen Mantelraum begrenzt, wobei die Längsachse insbesondere bei einer bestimmungsgemäß angeordneten Einrichtung mit der Vertikalen zusammenfällt, sowie zumindest einen im Mantelraum angeordneten kreisförmigen ersten Boden, der dazu eingerichtet und vorgesehen ist, mit jener flüssigen Phase beaufschlagt bzw. beschickt zu werden und sich senkrecht zur besagten Längsachse erstreckt, wobei der mindestens eine erste Boden Durchgangsöffnungen zum Durchlassen der gasförmigen Phase aufweist, so dass diese in Phasenkontakt mit der auf dem Boden befindlichen flüssigen Phase treten kann. Der mindestens eine erste Boden ist insbesondere koaxial zum Mantel im Mantelraum angeordnet.
Solche Einrichtungen (Kolonnen) zum Stoff- und Wärmeaustausch zwischen einer gasförmigen und einer flüssigen Phase (Stoffaustauschkolonnen) sind aus zahlreichen verfahrenstechnischen Anwendungen bekannt und werden sowohl in on-shore als auch in off-shore Anlagen eingesetzt. Zur Herstellung des Phasenkontaktes werden für gewöhnlich Böden, Schüttfüllkörper und/oder strukturierte Packungen in die Kolonnen eingebaut.
Bei Kolonnen mit Böden gibt es eine Vielzahl an Ausführungen. Eine Einteilung kann hierbei z. B. in Querstrom-, Tangential- und Radialstromböden vorgenommen werden. Charakteristisch ist dabei die Strömungsrichtung der flüssigen Phase. Beim Querstromboden ist diese parallel zu einer Kreisachse orientiert und kann auf verschiedene Flutigkeiten aufgeteilt sein. Beim Tangentialstromboden wird die Flüssigkeit in einem Ringraum tangential um ein Zentralrohr geführt, wobei dieser Ringraum in verschiedene Teilsegmente aufgeteilt sein kann. Die Strömungsrichtung bei einem Radialboden verläuft zentrisch von einem mittleren Bereich des Bodens nach außen (zum Mantel hin) bzw. von außen zum mittleren Bereich (Mitte) des Bodens hin.
Unter bestimmten Bedingungen ist es notwendig, als Austauschelemente in Kolonnen die vorgenannten Böden einzusetzen. Dies gilt z. B. dann, wenn die Menge der flüssigen Phase im Vergleich zur Menge der gasförmigen Phase gering ist. In diesem Fall ist die Verwendung einer strukturierten Packung oder anderer Einbauten ungünstig, da eine für die Wirksamkeit des Austauschelementes notwendige gleichmäßige Verteilung der ohnehin geringen Flüssigkeitsmenge unmöglich oder nur äußerst schwer erzielbar ist.
Herkömmliche Böden sind für den Einsatz in on-shore Anlagen, d. h., auf dem Festland errichtete Anlagen, konzipiert und erfordern, dass alle Bodenbestandteile während des Anlagenbetriebes innerhalb einer gewissen Toleranz (z. B. kleiner 5 mm) horizontal waagrecht ausgerichtet sind, um eine gleichmäßig hohe Flüssigkeitsschicht und eine damit verbundene gleichmäßige Gasverteilung zu gewährleisten. Andernfalls kann sich eine Fehlverteilung der Gasphase und/oder Flüssigkeitsphase ergeben, die eine verringerte Stoffübertragung und somit eine reduzierte Trennleistung der Kolonne zur Folge haben kann.
In off-shore Anlagen (d. h. Anlagen die auf Schiffen oder schwimmenden Untergründen, insbesondere Plattformen, errichtet sind) kann aufgrund der Bewegungen des Trägers (Schiff, Plattform etc.) nicht sichergestellt werden, dass die Böden während des Anlagenbetriebes stets horizontal waagrecht ausgerichtet sind. Vielmehr muss davon ausgegangen werden, dass sich die Böden entsprechend der Bewegung des Trägers und damit des Kolonnenmantels nicht in der Waagrechten befinden. Damit ist ein Einsatz konventioneller Böden in off-shore Anlagen äußerst problematisch.
Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung bzw. Anordnung der eingangs genannten Art dahingehend zu modifizieren, dass eine höhere Toleranz gegenüber Abweichungen der Böden von der horizontalen (waagerechten Lage) besteht.
Dieses Problem wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist eine Mehrzahl an von dem mindestens einen ersten Boden entlang der Längsachse abstehender Abschottwehre vorgesehen, die sich jeweils entlang einer radialen Richtung des mindestens einen ersten Bodens (Radialboden) erstrecken, so dass der mindestens eine erste Boden in eine entsprechende Mehrzahl an im Wesentlichen tortenstückförmigen Sektoren (Kreissektoren) unterteilt ist, in denen die flüssige Phase jeweils entlang einer radialen Richtung zum Mantel hin oder vom Mantel weg führbar ist, so dass insbesondere bei einer Schräglage des mindestens einen ersten Bodens, die üblicherweise bei schwimmenden Trägern auftritt und geringer ist als eine vordefinierbare maximale Schräglage, die Sektoren des mindestens einen ersten Bodens nicht Trockenlaufen bzw. kein Durchregnen auf einen unteren Boden erfolgt.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird mit Vorteil bei einer Schräglage dem Umstand entgegengewirkt, dass sich die gesamte auf dem mindestens einen ersten Boden befindliche flüssige Phase (Flüssigkeit) in dem abgesenkten Bereich des ersten Bodens sammelt und dort ein Durchregnen (so genanntes ”Weeping”) auf einen darunter liegenden weiteren Boden erfolgt. Gleichzeitig wird so verhindert, dass der durch die Schräglage angehobene Bereich des mindestens einen ersten Bodens trockenläuft und kein Phasenkontakt mehr stattfindet. Die Anzahl der Abschottwehre und damit die Größe der einzelnen Sektoren, die sich aus der Querschnittsfläche der Kolonne bzw. der Fläche des Bodens geteilt durch die Anzahl der Abschottwehre ergibt, wird anhand des Kolonnendurchmessers und der zu erwartenden Schiffsbewegungen gewählt. Ziel ist es hierbei insbesondere, ein Trockenlaufen eines Bodenteiles innerhalb eines (Kreis)sektors des mindestens einen ersten Bodens und damit einen Gasdurchbruch auszuschließen.
Bevorzugt erstrecken sich die Abschottwehre hierzu jeweils entlang der zugeordneten radialen Richtung von einem mittleren Bereich des ersten Bodens ausgehend durchgängig, insbesondere flüssigkeitsdicht, bis zu einem äußersten umlaufenden Rand des ersten Bodens hin, so dass auf der gesamten Länge eines Abschottwehres die in einem Sektor befindliche flüssige Phase nicht direkt in die benachbarten Sektoren gelangen kann.
Weiterhin sind zum Beruhigen der flüssigen Phase (in radialer Richtung bzw. Strömungsrichtung) in den einzelnen Sektoren jeweils Wehre vorgesehen, die sich jeweils bevorzugt quer zur Strömungsrichtung der flüssigen Phase in dem jeweiligen Sektor zwischen zwei benachbarten Abschottwehren, die den betreffenden Sektor definieren, erstrecken. Dabei erstreckten sich jene Wehre jeweils konzentrisch zum Mantel der Einrichtung (Kolonne) oder parallel zu einer (horizontalen) tangentialen Richtung des Mantels bzw. des ersten Bodens. Bevorzugt sind derartige Wehre als Unterlaufwehre oder als Durchlaufwehre ausgebildet. Ein Unterlaufwehr bildet dabei zwischen dem mindestens einen ersten Boden und dem Unterlaufwehr einen Schlitz aus, durch den die flüssige Phase von der einen Seite des Unterlaufwehres (unter dem Unterlaufwehr hindurch) zur anderen Seite des Unterlaufwehres strömen kann. Ein Durchlaufwehr hingegen weist zumindest eine Durchgangsöffnung, vorzugsweise eine Mehrzahl an Durchgangsöffnungen, auf, deren Größe nach oben hin abnehmen kann, d. h., Durchgangsöffnungen (Löcher), die entlang der Längsachse weiter oben liegen, weisen einen geringeren Innendurchmesser auf, als entlang der Längsachse darunter befindliche Durchgangsöffnungen des Durchlaufwehres.
Der mindestens eine erste Boden kann zur Herstellung eines Phasenkontaktes zwischen der auf dem Boden befindlichen flüssigen Phase und der durch den ersten Boden hindurchtretenden gasförmigen Phase einen Siebboden als Stoffaustauschelement aufweisen, der eine Vielzahl an insbesondere regelmäßig angeordneten Durchgangsöffnungen aufweist. Die Durchgangsöffnungen sind dabei vorzugsweise so bemessen, dass sich auf dem mindestens einen ersten Boden bzw. in den einzelnen Sektoren eine so genannte Sprudelschicht ausbildet, in der ein intensiver Phasenkontakt zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase stattfindet.
Alternativ hierzu kann der mindestens eine erste Boden Kaminhalsglocken als Stoffaustauschelemente aufweisen, d. h., von denen die Durchgangsöffnungen berandenden Randbereichen geht jeweils ein umlaufender Kaminhals ab, der jeweils von einer zugeordneten Kaminhaube überdacht ist. Dabei erstrecken sich die Kaminhauben jeweils mit einem unteren umlaufenden Randbereich bis hinunter zum ersten Boden, wobei insbesondere an den umlaufenden unteren Randbereichen der Kaminhauben jeweils eine Mehrzahl an entlang der Längsachse erstreckten, parallelen Gasschlitzen ausgebildet ist, durch die die gasförmige Phase über den jeweiligen Kaminhals in die auf dem ersten Boden stehende flüssige Phase strömen kann. Anstelle der Gasschlitze kann zwischen einem unteren Randbereich der jeweiligen Kaminhaube und dem ersten Boden ein umlaufender Gasspalt vorgesehen sein. Des Weiteren können zusätzlich zu dem Gasspalt wiederum Gasschlitze am unteren Randbereich vorgesehen sein, so dass der untere Randbereich der jeweiligen Kaminhaube einen gezackten Verlauf aufweist.
Dabei sind bevorzugt die Oberkanten der Gasschlitze und/oder des jeweiligen (umlaufenden) Gasspaltes entlang der Längsachse definiert unterhalb einer Oberkante des jeweils zugeordneten Kaminhalses angeordnet, so dass insbesondere zumindest bis hin zu einer vordefinierbaren maximalen Schräglage des ersten Bodens (gegenüber der Horizontalen) gewährleistet ist, dass die Gasschlitze bzw. der Gasspalt einer Kaminhalsglocke beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Einrichtung mit der flüssigen Phase überdeckt sind.
In einer Variante der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass mindestens ein erster Boden einen mittig am ersten Boden ausgebildeten Mittenablaufschacht aufweist, über den die flüssige Phase auf einen unterhalb des ersten Bodens angeordneten zweiten Boden strömen kann, wobei jener Mittenablaufschacht insbesondere von einem umlaufenden, vom ersten Boden abragenden Ablaufwehr berandet wird. Dabei verlaufen bevorzugt die Abschottwehre jeweils entlang der zugeordneten radialen Richtung vom Ablaufwehr durchgängig, insbesondere flüssigkeitsdicht, bis zu einem äußersten umlaufenden Rand des mindestens einen ersten Bodens.
Weiterhin weist der besagte Mittenablaufschacht bevorzugt eine entlang der Längsachse erstreckte, umlaufende Wandung sowie einen den Mittenablaufschacht nach unten hin begrenzenden Schachtboden auf. Vorzugsweise weist der Mittenablaufschacht bezogen auf eine senkrecht zur Längsachse erstreckte Querschnittsebene eine kreisförmige oder eine polygonale Kontur auf, wobei insbesondere bei einer polygonalen Querschnittskontur die Wandung des Mittenablaufschachtes eine entsprechende Mehrzahl an planen Abschnitten aufweist, wobei je zwei Abschnitte unter Ausbildung einer entlang der Längsachse erstreckten Ecke der im besagten Querschnitt polygonalen Wandung miteinander verbunden sind.
Dabei gehen die Abschottwehre jeweils bevorzugt von je einer zugeordneten Ecke der Wandung ab und erstrecken sich entlang einer radialen Richtung zum Mantel hin.
Um die flüssige Phase auf einen unterhalb des ersten Bodens im Mantelraum angeordneten zweiten Boden weiterleiten zu können, weist der Mittenablaufschacht bevorzugt eine Mehrzahl an Verteilöffnungen (Verteillöcher) auf, wobei vorzugsweise jene Verteilöffnungen entlang eines umlaufenden unteren Bereiches der Wandung des Mittenablaufschachtes an der Wandung vorgesehen sind oder benachbart zueinander im Schachtboden des Mittenablaufschachtes ausgebildet sind, so dass sie entlang der Längsachse (Vertikalen) nach unten hin geöffnet sind.
Um die auf den zweiten Boden aufzugebende flüssige Phase weiterhin gezielt auf bestimmte Bereiche des zweiten Bodens leiten zu können, sind bevorzugt mit den Verteilöffnungen verbundene bzw. davon abgehende Verteilrohre oder -kanäle vorgesehen, die sich insbesondere ausgehend vom Mittenablaufschacht jeweils radial nach außen zum Mantel hin erstrecken. Dabei weisen die Verteilrohre jeweils eine Neigung gegenüber der Horizontalen auf, so dass sie jeweils zum Mantel hin abfallen. Vorzugsweise sind die freien Enden der Verteilrohre jeweils entlang der Längsachse oberhalb eines Zulaufbereiches des unterhalb des ersten Bodens angeordneten zweiten Bodens angeordnet, so dass die an den freien Enden der Verteilrohre austretende flüssige Phase in den jeweiligen Zulaufbereich des zweiten Bodens fällt, von dem aus sie weiter über den dem jeweiligen Zulaufbereich zugeordneten Sektor des zweiten Bodens verteilt wird.
Vorzugsweise weist der erste Boden in seinen Sektoren entlang eines äußersten umlaufenden Randes je ein Zulaufwehr bzw. eine Seitenwand auf, das bzw. die von dem jeweiligen Sektor einen Zulaufbereich der oben genannten Art abteilt, über den der jeweilige Sektor mit der flüssigen Phase beschickbar ist. Hierbei erstrecken sich die Zulaufwehre (Seitenwände) jeweils bevorzugt quer zu einer Strömungsrichtung der flüssigen Phase zwischen zwei den jeweiligen Sektor begrenzenden Abschottwehren. Dabei können die die Zulaufwehre (Seitenwände) jeweils konzentrisch zum Mantel ausgebildet sein oder parallel zu einer horizontalen tangentialen Richtung des Mantels bzw. des ersten Bodens verlaufen. Zum Beschicken des jeweiligen Sektors mit der in den jeweiligen Zulaufbereich strömenden flüssigen Phase können die Seitenwände (”false downcomer”) jeweils an einem unteren (mit dem ersten Boden verbundenen Bereich) eine Mehrzahl an Durchgangsöffnungen aufweisen, die insbesondere die Form von Schlitzen annehmen können.
Als Alternative zu einem Mittenablaufschacht kann der erste Boden auch einen entlang des Mantels umlaufenden Außenschacht aufweisen, über den die flüssige Phase auf einen unterhalb des ersten Bodens angeordneten zweiten Boden strömen kann. Dabei wird der Außenschacht vorzugsweise durch die Abschottwehre in Außenschachtsegmente unterteilt, die jeweils einem Sektor zugeordnet sind, d. h., die Abschottwehre sind bis in den Außenschacht geführt. Weiterhin werden die besagten Außenschachtsegmente vorzugsweise jeweils durch den Mantel und eine Außenschachtwandung begrenzt, wobei die Außenschachtwandungen jeweils an einem auf die Längsachse (Vertikale) bezogenen oberen Ende bevorzugt ein Ablaufwehr bilden, über das die flüssige Phase in das jeweilige Außenschachtsegment strömen bzw. fallen kann. Weiterhin weisen die Außenschachtwandungen jeweils an einem unteren Randbereich zumindest eine Durchgangsöffnung auf, die insbesondere durch jenen unteren Randbereich und einem unterhalb des ersten Bodens angeordneten zweiten Boden begrenzt wird, so dass jene Durchgangsöffnung insbesondere die Form eines (horizontal verlaufenden) Spaltes aufweist. Über die mindestens eine Durchgangsöffnung kann die flüssige Phase aus dem jeweiligen Außenschachtsegment auf den zweiten Boden gelangen.
Vorzugsweise weist die Einrichtung einen im Mantelraum entlang der Längsachse unterhalb des ersten Bodens angeordneten zweiten kreis(scheiben)förmigen Boden auf, der dazu eingerichtet und vorgesehen ist, mit jener flüssigen Phase beaufschlagt bzw. beschickt zu werden, und der sich quer (senkrecht) zur besagten Längsachse erstreckt, wobei insbesondere auch der zweite Boden Durchgangsöffnungen zum Durchführen der gasförmigen Phase aufweist, so dass diese in Phasenkontakt mit der auf dem zweiten Boden befindlichen flüssigen Phase treten kann, und wobei insbesondere wiederum eine Mehrzahl an vom Boden entlang der Längsachse abstehender Abschottwehre vorgesehen sind, die sich jeweils entlang einer radialen Richtung des zweiten Bodens erstrecken, so dass der zweite Boden ebenfalls in eine entsprechende Mehrzahl an im Wesentlichen tortenstückförmigen Sektoren (Kreissektoren) unterteilt wird, in denen die flüssige Phase jeweils entlang einer radialen Richtung zum Mantel hin oder vom Mantel weg führbar ist (Radialboden). Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der besagte erste Boden einen Mittenablaufschacht und der zweite Boden einen Außenschacht aufweist, oder dass der erste Boden einen Außenschacht und der zweite Boden einen Mittenablaufschacht aufweist, oder dass der erste und der zweite Boden jeweils einen Mittenablaufschacht aufweisen. Natürlich kann die erfindungsgemäße Einrichtung eine Mehrzahl an Böden der vorgenannten Art aufweisen, die z. B. entlang der Längsachse abwechselnd einen Mittenablaufschacht und einen Außenschacht aufweisen, oder die allesamt jeweils einen Mittenablaufschacht aufweisen.
Weisen die Böden abwechselnd einen Mittenablaufschacht und einen Außenschacht auf, strömt die flüssige Phase auf einem Boden mit Mittenablaufschacht vom Mantel zum Zentrum des Bodens in den Mittenablaufschacht und von dem jeweils darunter angeordneten Boden vom Zentrum nach außen zum Mantel hin, wo der Außenschacht angeordnet ist, über den die flüssige Phase auf den nächsten Boden gelangen kann. Sind hingegen lediglich Mittenablaufschächte vorhanden, strömt die flüssige Phase auf allen Böden jeweils von außen nach innen.
In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abschottwehre eines ersten Bodens jeweils mit einem zugeordneten Abschottwehr eines darunter angeordneten zweiten Bodens fluchten. In einer alternativen Variante der Erfindung ist hingegen vorgesehen, dass die Abschottwehre eines ersten Bodens in einem bestimmten Winkel (jeder Winkel kleiner dem Segmentwinkel ist dabei denkbar) versetzt zu den Abschottwehren eines zweiten Bodens angeordnet sind, wobei insbesondere die Abschottwehre des jeweiligen zweiten Bodens entlang der Winkelhalbierenden eines darüber liegenden Sektors des jeweiligen ersten Bodens angeordnet sind. Dies stellt eine besonders günstige Anordnung dar.
Weiterhin wird das erfindungsgemäße Problem durch eine Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst.
Danach ist vorgesehen, dass die besagte Einrichtung auf einem schwimmfähigen Träger, insbesondere in Form eines Schiffes oder einer Plattform, angeordnet ist.
Der oder die Böden der erfindungsgemäßen Einrichtung bzw. Kolonne können natürlich auch für sich genommen (ohne umgebenden Mantel und derartige Kolonnenteile) als Erfindungsgegenstand gelten und entsprechend Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs sein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine ausschnitthafte Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung (Kolonne) mit zumindest einem ersten Boden zur Herstellung eines Phasenkontaktes zwischen einer gasförmigen und einer flüssigen Phase;
2 eine perspektivische Ansicht des in der 1 gezeigten ersten Bodens, wobei in einem Sektor zur Sichtbarmachung der Stoffaustauschelemente keine Unter-/Durchlaufwehre eingezeichnet sind;
3 zwei übereinander angeordnete Böden mit Mittenablaufschacht in einer Seitensicht;
4 die Böden gemäß 3 mit nicht fluchtenden Abschottwehren in einer perspektivischen Ansicht;
5–7 schematische Schnittansichten eines 1-flutigen Bodens;
8–9 schematische Schnittansichten einer Variante eines erfindungsgemäßen Bodens;
10 eine Schnittansicht eines Bodens mit Mittenablaufschacht;
11 eine perspektivische Ansicht eines Bodens mit Mittenablaufschacht und Durchlaufwehren;
12 eine perspektivische, geschnittene Ansicht dreier übereinander angeordneter Böden mit Mittenablauf- bzw. Außenschacht;
13–14 Schnittansichten der Verteillöcher eines Mittenablaufschachtes;
15 eine Schnittansicht eines Mittenablaufschachtes mit Einlauftrichter, Energiebremse und Entgasungsöffnung;
16 eine perspektivische Ansicht des Mittenablaufschachtes gemäß 15;
17 übereinander angeordnete Böden nach Art der 12 mit tangentialen Außen- und Mittenablaufschachtwandungen bzw. Wehren;
18 zwei übereinander angeordnete Böden mit ”false downcomern”); und
19–27 Ansichten von Kaminhalsglocken;
1 zeigt im Zusammenhang mit 2 eine ausschnitthafte Ansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung 1. Die Einrichtung 1 dient zum Herstellen eines Phasenkontaktes zwischen einer flüssigen und einer gasförmigen Phase. Hierzu weist die Einrichtung 1 einen Mantel 10 auf, der einen Mantelraum M definiert, in dem eine Mehrzahl an Böden, vorliegend exemplarisch ein erster Boden 100, entlang der Längsachse L des Mantels 10, die in einem bestimmungsgemäß angeordneten Zustand der Einrichtung 1 mit der Vertikalen Z zusammenfällt, übereinander angeordnet sind.
Der mindestens eine erste Boden 100 ist dabei kreisscheibenförmig ausgeformt und koaxial zum Mantel 10 angeordnet, wobei sich der erste Boden 100 quer zur Längsachse L erstreckt. Der erste Boden 100 weist eine Vielzahl an Durchgangsöffnungen D auf, durch die eine in den Mantelraum M eingeleitete gasförmige Phase entlang der Längsachse L bzw. Vertikalen Z von unten nach oben durch den ersten Boden 100 strömen kann. Die flüssige Phase wird im Gegenstrom hierzu auf den ersten Boden 100 aufgegeben bzw. benetzt den ersten Boden 100, so dass sich auf dem mindestens einen ersten Boden 100 eine Sprudelschicht bildet, in der die gasförmige Phase und die flüssige Phase einen intensiven Phasenkontakt eingehen.
Um bei einer Schräglage der Einrichtung bzw. Kolonne 1 (die Längsachse L bildet dann einen spitzen Winkel mit der Vertikalen Z) zu verhindern, dass sich die gesamte flüssige Phase im abgesenkten Bereich des mindestens einen ersten Bodens 100 sammelt und dort ein Durchregnen (Weeping) erfolgt, während auf dem durch die Schräglage angehobenen Bereich des ersten Bodens 100 ein Trockenlaufen erfolgt, ist der erste Boden 100 bzw. die Sprudelfläche mit Hilfe von Abschottwehren (dividing walls) 101 in mehrere (tortenstückförmige) Kreissektoren 102 aufgeteilt, wobei je zwei benachbarte bzw. einander gegenüberliegende Abschottwehre 101, einen derartigen Sektor 102 begrenzen. Dabei erstrecken sich die Abschottwehre 101 jeweils entlang einer radialen Richtung R ausgehend von einem mittleren Bereich 110 des ersten Bodens 100 hin zu einem äußeren umlaufenden Rand 103 des ersten Bodens 100, der entlang der Mantels 10 umläuft (vergleiche 8).
Die Anzahl der Abschottwehre 101 und damit die Größe der einzelnen Sektoren 102 werden anhand des Kolonnendurchmessers und der zu erwartenden Schiffsbewegungen gewählt. Ziel ist es, ein Trockenlaufen eines Bodenteiles innerhalb eines Sektors 102 und damit einen Gasdurchbruch auszuschließen. Üblicherweise werden die Sektoren 102 so dimensioniert, dass sich eine Breite von ca. 500 mm ergibt, z. B. entspricht dies bei einer Kolonne 1 mit einem Durchmesser von 3 m der Einteilung in acht Sektoren 102. Die einzelnen Sektoren 102 tauschen dabei keine Flüssigkeit untereinander aus, d. h. die Abschottwehre 101 sind flüssigkeitsdicht ausgebildet. Mit Vorteil können die Abschottwehre 101 konstruktiv so ausgeführt sein, dass sie als Träger des ersten Bodens 100 fungieren können.
Zum Beschicken des mindestens einen ersten Bodens 100 ist gemäß den 1 und 2 in jedem Sektor 102 jeweils an dem äußersten umlaufenden Rand 103 des ersten Bodens 100 ein Zulaufwehr 119 vorgesehen, dass sich von einem Abschottwehr 101 des jeweiligen Sektors 102 zum gegenüberliegenden Abschottwehr 101 des betreffenden Sektors 102 erstreckt. Das jeweilige Zulaufwehr 119 teilt von dem jeweiligen Sektor 102 einen Zulaufbereich 120 ab, der mit der flüssigen Phase beschickt wird (z. B. von einem darüber liegenden Boden), so dass die flüssige Phase über das Zulaufwehr 119 treten und sich im jeweiligen Sektor 102 auf der Sprudelfläche verteilen kann. Die Zulaufwehre 119 erstrecken sich jeweils quer zu einer Strömungsrichtung S der flüssigen Phase in dem jeweiligen Sektor 102 (vergleiche 8), und wobei sich die Zulaufwehre 119 konzentrisch zum Mantel 10 (vergleiche z. B. 1 und 2) oder parallel zu einer tangentialen Richtung T des ersten Bodens 100 erstrecken können (vergleiche z. B. 8).
Weiterhin sind zur weiteren Beruhigung der flüssigen Phase senkrecht zur Strömungsrichtung S der flüssigen Phase, die gemäß den 1 und 2 jeweils entgegengesetzt zur radialen Richtung R verläuft, nämlich vom Mantel 10 zum mittleren Bereich 110 des mindestens einen ersten Bodens 100 hin, Wehre 104 in Form von Unter- und/oder Durchlaufwehren angeordnet, die ebenfalls konzentrisch oder tangential (vergleiche 8 und 18) bezüglich des Kolonnenmantels 10 bzw. einer tangentialen Richtung T (vergleiche 8) des äußeren Randes 103 des ersten Bodens 100 ausgebildet sind. Diese Wehre 104 können aus entsprechend geformten Blechen gefertigt sein und werden auch als ”Anti-motion baffles” bezeichnet. Derartige Bleche oder Wehre 104 bilden gemäß 10 zwischen einem unteren Bereich 121 und dem mindestens einen ersten Boden 100 je eine Durchgangsöffnung 122 aus, insbesondere in Form eines Spaltes, so dass die flüssige Phase auf dem Weg vom Zulaufbereich (Bodenzulauf) 120 hin zu einem Ablaufwehr 111, über das die flüssige Phase auf einen weiter unten gelegenen (weiteren) Boden gelangt, durch diesen Spalt 122 fließen muss. Bei einer beliebigen Schräglage ist damit ein ungehindertes, schnelles Strömen der flüssigen Phase hin zu einem Tiefpunkt des ersten Bodens 100 beeinträchtigt, das Trockenlaufen eines höheren Bodenbereiches wird entsprechend verzögert. Da davon auszugehen ist, dass sich das Schiff oder ein schwimmender Träger kontinuierlich bewegt, ändert sich ebenfalls die Lage des mindestens einen ersten Bodens 100 im Raum und der lokale Tiefpunkt verschiebt sich stetig. Eine zeitliche Verzögerung der Flüssigkeitsströmung aufgrund der Behinderungswirkung der besagten Wehre 104 hilft daher im Ergebnis bei der gleichmäßigen Verteilung der flüssigen Phase auf den mindestens einen ersten Boden 100.
Als Alternative zu einem Spalt 122 am jeweiligen Wehr (Unterlaufwehr) 104 kann auch eine Mehrzahl an Durchgangslöchern (Durchgangsöffnungen) 122 gemäß 11 vorgesehen werden (Durchlaufwehr). Die Anzahl, Durchmesser und Lage der Durchgangslöcher 122 kann dabei variieren und wird nach den örtlichen Gegebenheiten (z. B. Kolonnendurchmesser, Anzahl der Sektoren, Strömungsweglänge, Flüssigkeitsbelastung, Schiffsbewegung, Lage der Kolonne 1 bzgl. des Schiffsschwerpunktes, etc.) berechnet und zwar so, dass innerhalb einer periodischen Schwankung ein bestimmter Standunterschied der flüssigen. Phase nicht unterschritten wird. Insbesondere kann der Durchmesser der Durchgangslöcher 122, wie in 11 gezeigt, von unten nach oben (entlang der Längsachse L) zunehmen.
Zur Einhaltung eines hohen Bodenwirkungsgrades ist es unerlässlich, dass in allen Sektoren 102 ein gleiches Verhältnis von gasförmiger zu flüssiger Phase herrscht. Die gleichmäßige Verteilung der gasförmigen Phase erfolgt durch eine je Sektor 102 gleiche Anzahl an Austauschelementen (z. B. Kaminhalsglocken, Ventile, Sieblöcher, etc.).
Gemäß den 18 bis 21 werden insbesondere überdachte Kaminhälse 105 (Kaminhalsglocken) als Stoffaustauschelemente eingesetzt. Diese gehen jeweils von einem die jeweilige Durchgangsöffnung D berandenden, umlaufenden Randbereich 151 ab und erstrecken sich dabei jeweils parallel zur Längsachse L. Die Kaminhälse 105 werden jeweils von einer zugeordneten Kaminhaube 106 überdacht bzw. eingeschlossen, die jeweils an einem unteren Randbereich 107, über den die jeweilige Kaminhaube 106 mit dem zugeordneten (ersten) Boden 100 verbunden ist, eine Mehrzahl an Gasschlitzen 108 aufweist, deren Oberkanten 109 jeweils entlang der Längsachse L einen Abstand A zu einer Oberkante 150 des jeweils überdachten Kaminhalses 105 aufweisen. Vorzugsweise wird der Abstand A bzw. die Länge der Kaminhälse 105 entlang der Längsachse L so lang dimensioniert (Länge zwischen ca. 50–150 mm), dass bei jeder durch den Seegang des schwimmenden Trägersystems hervorgerufenen, auch dynamischen Schräglage des (ersten) Bodens 100 eine Überdeckung der Gasschlitze 109 der Kaminhalsglocken 105, 106 mit der flüssigen Phase gewährleistet ist. Damit erfolgt immer eine Zwangsführung der gasförmigen Phase durch die flüssige Phase und ein Durchregnen der flüssigen Phase wird vermieden.
Alternativ zu den Gasschlitzen 108 kann gemäß den 22 bis 24 am unteren umlaufenden Randbereich 107 der jeweiligen Kaminhaube 106 ein umlaufender Gasschlitz 108a vorgesehen sein, der durch den besagten Randbereich 107 sowie den zugeordneten (ersten) Boden 100 begrenzt wird. Der Gasspalt 108a weist dabei entlang der Längsachse Z eine Höhe H' über dem besagten (ersten) Boden 100, wobei eine Oberkante 109a (bezogen auf die Längsachse L bzw. Vertikale Z) des Gasspaltes 108a einen Abstand A zur Oberkante 150 des zugeordneten Kaminhalses 105. Vorzugsweise wird der Abstand A bzw. die Länge der Kaminhälse 105 entlang der Längsachse L wiederum so bemessen (Länge zwischen ca. 50–150 mm), dass bei jeder durch den Seegang des schwimmenden Trägersystems hervorgerufenen, auch dynamischen Schräglage des (ersten) Bodens 100 eine Überdeckung des Gasspaltes 108a mit der flüssigen Phase sichergestellt ist.
Gemäß 25 bis 27 können die Kaminhauben 106 neben einem umlaufenden Gasspalt 108 gemäß 22 bis 24 auch am jeweiligen unteren Randbereich 107 ausgebildete, jeweils entlang der Längsachse L bzw. Vertikalen Z erstreckte Gasschlitze 108 aufweisen (vgl. 19 bis 21), so dass der untere Randbereich 107 einen entsprechend gezackten Verlauf aufweist. Dabei weist der Gasspalt 108 bzw. dessen Oberkante 109a entlang der Längsachse L bzw. Vertikalen Z eine Höhe H' auf, wohingegen die Oberkanten 109 der Gasschlitze 108 darüberhinaus eine Höhe H' + H'' über dem zugeordneten (ersten) Boden 100 aufweisen. Auch hier wird der Abstand A zwischen den Oberkanten 109 und der Oberkante 150 des zugeordneten Kaminhalses 105 vorzugsweise so dimensioniert, dass die oben beschrieben Zwangsführung der gasförmigen Phase durch die flüssige Phase gewährleistet wird.
Zum Verteilen der flüssigen Phase kann des Weiteren gemäß 1–4, 10–11, 13–16 und 18 für den mindestens einen ersten Boden 100 ein besonderer, auf Grund der Schiffsbewegung modifizierter Mittenablaufschacht 110 mit einem integrierten Flüssigkeitsverteiler verwendet werden. Der Mittenablaufschacht 110 weist an seinem oberen Ende ein umlaufendes, vom ersten Boden 100 abstehendes Ablaufwehr 111 auf, über das die flüssige Phase in den Mittenablaufschacht 110 strömen kann. Der Mittenablaufschacht 110 kann neben den ursprünglichen Aufgaben, wie z. B. Entgasung und Vermischung der flüssigen Phase, auch die flüssige Phase gleichmäßig auf die einzelnen Sektoren 102 eines Bodens 200 verteilen. Dazu wird der Mittenablaufschacht 110 mit einer der Anzahl der Sektoren 102 entsprechenden Anzahl (oder deren Vielfaches) an Verteilöffnungen 117 ausgestattet. Diese als Blenden dienenden Verteilöffnungen 117 können seitlich an einer umlaufenden Wandung 113 des Mittenablaufschachtes 110 (vgl. z. B. 15 und 16) oder an einem Schachtboden 114 des Mittenablaufschachtes 110 (vgl. z. B. 13 und 14) vorgesehen sein. Eine besonders vorteilhafte Konstellation ergibt sich, wenn die Verteilöffnungen 117 im Schachtboden 114 in der Mitte oder sehr nahe zur Mitte des Kombi-Schachtflüssigkeitsverteilers bzw. Mittenablaufschachtes 110 platziert sind. Dadurch wirkt auf alle Verteillöcher 117 ein annähernd gleicher Flüssigkeitsdruck (unabhängig von der Schräglage der Kolonne bzw. Einrichtung 1), weshalb die aus den Verteillöchern 117 austretende Flüssigkeitsmenge nahezu gleich ist. Damit ist die gleichmäßige Verteilung der flüssigen Phase auf alle Sektoren 102 gewährleistet. Dies ist z. B. aus 14 ersichtlich: Je näher die Verteilöffnungen 117 an der Mitte des Schachtbodens 114 des Mittenablaufschachtes 110 angeordnet sind und je kleiner die Abstände zwischen den Verteilöffnungen 117 sind, desto geringer ist der Unterschied zwischen den entsprechenden Flüssigkeitshöhen h1, h2 über den Verteilöffnungen 117 und somit der Unterschied zwischen den auf die Verteilöffnungen 117 wirkenden Drücken. Damit ist auch die aus den Verteilöffnungen 117 ausfließende Flüssigkeitsmenge nahezu gleich, wodurch ein gleiches Gas-Flüssigkeitsverhältnis auf den Sektoren 102 erzielbar ist. Die Ausbildung/Geometrie der Verteilöffnungen 117 berechnet sich insbesondere nach den gegebenen Bedingungen (z. B. Flüssigkeitsvolumen, Lastbereich der Kolonne 1, Bodenabstand, etc.). Die Verteilöffnungen 117 können eine kreisförmige, rechteckige, schlitzförmige oder eine beliebig andere Gestalt besitzen.
Die Schachttiefe des Mittenablaufschachtes 110 kann je nach Konzeption dem Abstand zweier Böden 100, 200 entsprechen oder verkürzt sein. In letzterem Fall spricht man von einem hochgestellten Schacht (so genannter ”truncated downcomer”).
An den Verteilöffnungen 117 des Mittenablaufschachtes 110 können je nach Ausbildung des mindestens einen ersten Bodens 100 geschlossene Verteilrohre 118 oder nach oben hin offene Kanäle angeschlossen sein, die die flüssige Phase zum besagten Zulaufbereich 120 eines darunter gelegenen (zweiten) Bodens 200 leiten. Dies ist insbesondere bei Radialböden gegeben, bei denen auf allen Böden 100, 200 ein gleich orientierter Flüssigkeitsstrom vorhanden ist (z. B. vom Kolonnenmantel 10 zur Kolonnenmitte hin), wobei der Mittenablaufschacht 110 stets in der Kolonnenmitte angeordnet ist.
Die Verteilrohre bzw. -kanäle 118 können gleichzeitig als statisch tragende Elemente (Träger) des jeweiligen Bodens 100, 200 dienen. Um ein Abfließen der Flüssigkeit auch bei maximaler Schräglage der Kolonne 1 zu gewährleisten, weisen die Verteilrohre bzw. -kanäle 118 eine entsprechende Neigung gegenüber der Horizontalen auf. Im Zusammenhang mit den 5–7 bzw. 8 und 9 stellen sich die Vorteile des mindestens einen ersten Bodens 100 bei schwankenden Kolonnen 1 wie folgt dar:
Wird ein herkömmlicher (1-flutiger) Boden 3, der aus einem seitlichen Schacht 4 die flüssige Phase (mit Pegel F) erhält und diese über einen gegenüberliegenden seitlichen Schacht 2 vom Boden 3 abführt, um einen Winkel α von z. B. 5° aufgrund einer Schiffsschräglage geneigt, so sammelt sich die flüssige Phase am entsprechenden Tiefpunkt des Bodens 3, wie im Schnitt gemäß 7 gezeigt ist. Der Unterschied der Flüssigkeitshöhe Δh am tiefsten und höchsten Punkt ergibt sich nach der Formel: Δh = d·tanα = h2 – h1.
Verwendet man einen Boden 100 in Form eines Radialbodens, so ergibt sich gemäß den 8 und 9 der Unterschied in der Flüssigkeitshöhe nach der Formel: Δh = Δs·tanα = h2 – h1.
Da die Strömungsweglänge Δs lediglich der halbe Kolonnendurchmesser d/2 abzüglich des halben Mittenablaufschachtdurchmessers beträgt, ergibt sich hier ein deutlich kleinerer Unterschied der sich auf einem Sektor 102 einstellenden Flüssigkeitsstände. Weiterhin spielt es bei einem Boden 100 nach Art der 8 und 9 im Vergleich zum 1-flutigen Boden der 5–7 keine Rolle, in welche Richtung die Kolonne 1 geneigt ist, da eine Zylindersymmetrie bezüglich der Längsachse L vorliegt. Der Radialboden 100 ist daher besonders geeignet für den Einsatz in Kolonnen 1 in off-shore Anlagen.
Wie in den 3 und 4 angedeutet, werden natürlich regelmäßig mehrere Böden, z. B. ein oberer erster Boden 100 und ein unterer zweiter Boden 200 entlang der Längsachse L übereinander angeordnet. Dabei können die beiden Böden 100, 200, je einen Mittenablaufschacht 110 der vorstehend beschriebenen Art aufweisen.
Die Verteilrohre 118 des oberen ersten Bodens 100 sind dabei mit ihren freien Enden 118a, über die die durch den Mittenablaufschacht 110 des mindestens einen ersten Bodens 100 abfließende flüssige Phase aus dem jeweiligen Verteilrohr 118 ausgegeben wird, oberhalb der Zulaufbereiche 120 des darunter liegenden zweiten Bodens 200 angeordnet.
Die Lage der Abschottwehre 101, 201, 301 übereinander liegender Böden 100, 200, 300 kann gemäß 12 fluchtig sein oder in einem bestimmten Winkel versetzt sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das jeweilige Abschottwehr 101, 201 gemäß 4 unter (bzw. über) einer zugeordneten Winkelhalbierenden W des darüber (bzw. darunter) gelegenen Sektors 102 positioniert wird. Damit wird die Vermischung des Gases zwischen den Bodensektoren 102 gefördert.
Anstelle eines Mittenablaufschachtes 110 kann ein Boden 200 auch an einem äußeren umlaufenden Rand 103 einen Außenschacht 123 gemäß 12 aufweisen. Bei Kolonnen 1 mit Außenschachtböden wechseln sich dabei Böden 100 mit Mittenablaufschacht 110 und Böden 200 mit Außenschacht 123 ab. So weist die Kolonne 1 gemäß 12 zumindest einen oberen ersten Boden 100 mit einem Mittenablaufschacht 110, einen entlang der Längsachse L darunter angeordneten zweiten Boden 200 mit einem Außenschacht 123 sowie einen entlang der Längsachse L darunter angeordneten dritten Boden 300 auf, der wiederum einen Mittenablaufschacht 123 aufweist. Dieser Reihenfolge kann je nach Bedarf fortgesetzt werden.
Die Böden 100, 300 mit einem Mittenablaufschacht 110 weisen jeweils, wie oben bereits dargelegt, an einem äußeren Rand 103 einen Zulaufbereich 120 auf, der durch ein Zulaufwehr 119 von der jeweiligen restlichen Sektion 102 abgetrennt ist. Die Zulaufbereiche 120 werden dabei jeweils über einen darüber angeordneten Außenschacht 123 des jeweils darüber gelegenen Bodens 200 beschickt. Direkt unterhalb eines Mittenablaufschachtes 110 liegt jeweils ein Boden mit Außenschacht 123 (zweiter Boden 200), so dass die flüssige Phase aus einem Mittenablaufschacht 110 direkt auf den darunter liegenden (zweiten) Boden 200 mit Außenschacht 123 fallen kann. Dabei befindet sich zwischen einem unteren Ende des jeweiligen Mittenablaufschachtes 110 und dem darunter liegenden (zweiten) Boden 200 ein Spalt 122a, durch den die flüssige Phase strömen kann, wobei zum Aufstauen bzw. Beruhigen der flüssigen Phase auf dem besagten (zweiten) Boden 200 ein Zulaufwehr 119 jenen Spalt 122a bzw. das untere Ende 110a des Mittenablaufschachtes 110 umläuft. Von hieraus strömt die flüssige Phase zum Mantel 10 hin und kann über eine Außenschachtwandung 125, die an einem oberen Ende ein Ablaufwehr 126 ausbildet, in den Außenschacht 123 strömen, der durch jene Außenschachtwandung 125 und den Mantel 10 begrenzt wird. Die Außenschachtwandung 125 ist entlang der Längsachse L mit einem unteren Randbereich 127 jeweils bis zu dem darunterliegenden (dritten) Boden 300 heruntergezogen und endet unterhalb der Höhe des Zulaufwehres 119 des besagten (dritten) Bodens 300. Zwischen dem unteren Randbereich 127 und dem (dritten) Boden 300 ist eine Durchgangsöffnung 128 in Form eines Spaltes ausgebildet, wobei die flüssige Phase über die jeweilige Durchgangsöffnung 128 aus dem Außenschacht 123 über das hinter der Außenschachtwandung 125 gelegene Zulaufwehr 119 des (dritten) Bodens 300 auf den (dritten) Boden 300 strömen kann.
Die Abschottwehre 101, 201, 301 können gemäß 12 bis in die Flüssigkeitsablaufschächte (Außenschächte 123) erweitert sein, wodurch sich neben den einzelnen Sektoren 102 auch einzelne, den Sektoren 102 zugeordnete Außenschachtsegmente 124 ergeben. Dies ist vor allem für Außenschächte 123 vorteilhaft, da hier die flüssige Phase aufgrund des sonst entstehenden Ringraumes sehr leicht den Bewegungen des Schiffes bzw. schwimmenden Trägers folgen würde (Gefahr von ungleicher Flüssigkeitsverteilung vom Schacht auf die Sprudelfläche). Durch die Abschottung der Außenschachtsegmente 124 wird sichergestellt, dass die dem jeweiligen Außenschachtsegment 124 aus einem zugeordneten Sektor 102 zulaufende flüssige Phase auch wieder in der gleichen Menge dem darunter liegenden Sektor 102 zugeführt wird. Bei dieser Konfiguration würde der jeweilige Mittenablaufschacht 110 nicht in Sektoren unterteilt werden, wodurch eine Mischung der flüssigen Phase und somit ein Konzentrationsausgleich gewährleistet wäre. Zusammenfassend wird also die flüssige Phase ausgehend vom jeweiligen Mittenablaufschacht 110 auf die einzelnen Sektoren 102 gleichmäßig aufgeteilt und fließt dann dem in Außenschachtsegmenten 124 unterteilten Außenschacht 123 zu. Im darunter liegenden (dritten) Boden 300 wird die gleiche Flüssigkeitsmenge wiederum auf Sektoren 102 verteilt und kann sich dann im Mittenablaufschacht 110 mit der flüssigen Phase aus den anderen Sektoren 102 vermischen.
Zur Verbesserung der Entgasungs- und Mischwirkung sowie Steigerung der Leistungsfähigkeit kann gemäß 15 und 16 der jeweilige Mittenablaufschacht 110 gemäß 15 und 16 mit besonderen Leitschaufeln (Einlauftrichter) 30 und/oder Entgasungselementen ausgestattet sein. Diese können am Eingangsbereich des jeweiligen Mittenablaufschachtes 110 oder innerhalb des Mittenablaufschachtes 110 angeordnet sein. So kann z. B. der Schachtboden 114 eines Mittenablaufschachtes 110 einer trichterförmigen Energiebremse 5 zur Unterstützung der Entgasung der flüssigen Phase aufweisen, wobei vorzugsweise zwischen einem oberen umlaufenden Rand des Trichters 5 und der Wandung 113 des Mittenablaufschachtes 110 vorzugsweise zumindest eine Entgasungsöffnung 6 vorgesehen ist, durch die hindurch durch die flüssige Phase mitgerissenes Gas aufsteigen kann.
Der Mittenablaufschacht 110 eines Bodens 100 kann eine zum Mantel (Kolonnenwand) 10 konzentrischen Querschnitt aufweisen (vergleiche z. B. 1 und 2) oder entsprechend eines Vieleckes ausgebildet sein (vergleiche 8 und 17). Dabei ist es aufgrund der einfacheren Konstruktion besonders vorteilhaft, wenn die Anzahl der Seiten bzw. planen Abschnitte 115 des Mittenablaufschachtes 110 der Anzahl der Sektoren 102 des jeweiligen Bodens 100, 300 entspricht. Die Ecken 116 des Mittenablaufschachtes 110 können dann gleichzeitig Start- oder Endpunkte der Abschottwehre 101, 301 sein.
Weiterhin können gemäß 17 auch die Außenschachtwandungen 125 plan, also tangential zum Mantel 10 ausgebildet sein. Ferner kann an einem unteren Randbereich 127 einer derartigen Außenschachtwandung 125 anstelle eines Spaltes 128 eine Mehrzahl an Durchgangsöffnungen 128 vorgesehen sein. Gleichfalls kann auch der Spalt 122a zwischen einem unteren Ende 110a eines Mittenablaufschachtes 110 und dem darunter liegenden Boden 200 gemäß 12 durch eine Mehrzahl an Durchgangsöffnungen (Durchgangslöchern) 129 ersetzt sein.
Neben ”normalen” Mittenablaufschächten 110 bzw. Außenschächten 123, die die flüssige Phase von einem oberen Boden 100 bzw. 200 auf den darunter liegenden Boden 200 bzw. 300 leiten, kann insbesondere gemäß 18 jeweils der oberste Boden 100 einer Kolonne 1 oder eines Abschnittes, der keinen weiteren Boden darüber besitzt, mit einem modifizierten Schacht (Zulaufbereich) 120 ausgestattet sein. Da dieser nur aus einer – bezogen auf den Mantel 10 – tangentialen oder konzentrischen Seitenwand (Seitenblech) 120a und Durchgangsöffnungen 128a oder einem Spalt besteht, wird dieser nach dem Stand der Technik häufig als ”false downcomer” bezeichnet. Dieser Schacht 120 dient ausschließlich zur gleichmäßigen Verteilung der flüssigen Phase auf die Bodensektoren 102. Im Falle eines 2-phasigen Zustromes kann er auch die Entgasung der flüssigen Phase unterstützen.
Bei Radialstromböden mit Gleichstrom (die Strömungsrichtung der flüssigen Phase auf dem Boden verläuft immer von der Kolonnenwand 10 hin zur Mitte) im off-shore Einsatz kann der ”false downcomer” mit Durchgangsöffnungen 128a in Form von Schlitzen oder anderen Öffnungen auf jedem Boden 100, 200 eingesetzt werden, um die flüssige Phase gleichmäßig dem jeweiligen Boden 100, 200 zuzuführen zu können, siehe 18.

Die vorstehend beschriebenen Böden 100, 200, 300 (Radialböden) in den oben genannten Ausführungen sind besonders für den Einsatz in Einrichtungen bzw. Kolonnen 1 von off-shore Anlagen geeignet. Trotz einer kontinuierlich vorhandenen Schiffsbewegung bzw. Bewegung eines schwimmenden Trägers der Kolonne 1, ist auf diesem Bodentyp ein Stoffaustausch gewährleistet. Durch Einsatz sämtlicher oben beschriebener Elemente kann ggf. eine deutliche Steigerung in der Leistung eines Bodens 100, 200, 300 erreicht werden, wodurch eventuell der Kolonnenmantel 10 verkleinert und damit die Investitionskosten reduziert werden können. Wird ein Radialboden mit Mittenablaufschacht 110 und Rohrverteiler 118 verwendet, so ist aufgrund der stets gleichsinnigen Flüssigkeitsführung (vom Mantel 10 hin zur Mitte des jeweiligen Bodens 100, 200, 300) mit einem erhöhtem Wirkungsgrad zu rechnen, da stets ein gleich hoher Konzentrationsgradient zwischen Gas und Flüssigkeit vorliegt. Bezugszeichenliste

1	Einrichtung bzw. Kolonne
2, 4	Seitlicher Schacht
3	1-flutiger Boden
5	Energiebremse
6	Entgasungsöffnung
10	Mantel
30	Leitschaufel, Einlauftrichter
100, 200, 300	Boden (Radialboden)
101, 201, 301	Abschottwehre
102	Sektoren
103	Äußerster Rand
104	Wehre
105	Kaminhals
106	Kaminhaube
107, 127	Unterer Randbereich
108	Gasschlitze
108a	Gasspalt
109, 150, 109a	Oberkante
110	Mittenablaufschacht
110a	Unteres Ende
111, 126	Ablaufwehr
113	Wandung
114	Boden
115	Plane Abschnitte (Seiten)
116	Ecken
117	Verteilöffnungen
118	Verteilrohre
118a	Freies Ende
119	Zulaufwehr
120	Zulaufbereich (Schacht)
120a	Seitenwand, Seitenblech
121, 121a	Unterer Bereich
D, 122, 122a, 128, 128a, 129	Durchgangsöffnungen
123	Außenschacht
124	Außenschachtsegmente
125	Außenschachtwandung
151	Randbereich
A	Abstand
α	Winkel
D	Durchgangsöffnungen
d	Mantel- bzw. Bodendurchmesser
F	Pegel der flüssigen Phase
H, H', H''	Höhe
L	Längsachse
M	Mantelraum
R	Radiale Richtung
S	Strömungsrichtung
T	Tangentiale Richtung
h1, h2	Höhen
Δs	Strömungsweglänge
W	Winkelhalbierende
Z	Vertikale

Claims

Einrichtung zur Herstellung eines Phasenkontaktes zwischen einer flüssigen und einer gasförmigen Phase, insbesondere Stoffaustauschkolonne, mit: einem Mantel (10), der sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt und einen Mantelraum (M) begrenzt, zumindest einem im Mantelraum (M) angeordneten ersten Boden (100) zur Aufnahme der flüssigen Phase, der sich quer zur Längsachse (L) erstreckt, wobei der erste Boden (100) Durchgangsöffnungen (D) zum Durchführen der gasförmigen Phase aufweist, so dass diese in Phasenkontakt mit der auf dem mindestens einen ersten Boden (100) befindlichen flüssigen Phase treten kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an vom ersten Boden (100) entlang der Längsachse (L) abstehender Abschottwehre (101) vorgesehen sind, die sich jeweils entlang einer radialen Richtung (R) des ersten Bodens (100) erstrecken, so dass der erste Boden (100) in eine entsprechende Mehrzahl an Sektoren (102) unterteilt ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abschottwehre (101) jeweils ausgehend von einem mittleren Bereich des mindestens einen ersten Bodens (100) entlang der zugeordneten radialen Richtung (R) durchgängig, insbesondere flüssigkeitsdicht, bis zu einem äußersten umlaufenden Rand (103) des mindestens einen ersten Bodens (100) hin erstrecken.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Sektoren (102) jeweils zumindest ein Wehr (104) angeordnet ist, wobei sich die Wehre (104) jeweils insbesondere quer zu einer Strömungsrichtung (S) der flüssigen Phase in dem jeweiligen Sektor (102) erstrecken, wobei sich insbesondere die Wehre (104) jeweils konzentrisch zum Mantel (10) oder parallel zu einer tangentialen Richtung (T) des Bodens (10) erstrecken, und wobei insbesondere die Wehre (104) als Unterlaufwehre und/oder als Durchlaufwehre ausgebildet sind.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Boden (100) als ein Siebboden ausgebildet ist, oder dass von Randbereichen (151), die die Durchgangsöffnungen (D) beranden, jeweils ein die jeweilige Durchgangsöffnung (D) umlaufender Kaminhals (105) abgeht, der von einer zugeordneten Kaminhaube (106) überdacht ist, die einen unteren umlaufenden Randbereich (107) aufweist, wobei insbesondere an dem jeweiligen unteren umlaufenden Randbereich (107) eine Mehrzahl an Gasschlitzen (108) und/oder ein umlaufender Gasspalt (108a) vorgesehen ist, durch die bzw. den die gasförmige Phase über den jeweiligen Kaminhals (105) in die auf dem ersten Boden (100) stehende flüssige Phase einleitbar ist, wobei insbesondere die Oberkanten (109) der Gasschlitze (108) und/oder eine Oberkante (109a) des Gasspaltes (108a) zu einer entlang der Längsachse (L) darüber liegenden Oberkante (150) des jeweils zugeordneten Kaminhalses (105) einen vordefinierten Abstand (A; A + H'') entlang der Längsachse (L) aufweisen, so dass insbesondere zumindest bis hin zu einer vordefinierbaren maximalen Schräglage des mindestens einen ersten Bodens (100) gegenüber der Horizontalen gewährleistet ist, dass die Gasschlitze (108) und/oder der Gasspalt (108a) beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Einrichtung (1) mit der flüssigen Phase überdeckt sind.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Boden (100) einen mittig am ersten Boden (100) ausgebildeten Mittenablaufschacht (110) aufweist, der insbesondere von einem umlaufenden, vom mindestens einen ersten Boden (100) abragenden Ablaufwehr (111) berandet wird, wobei sich insbesondere die Abschottwehre (101) jeweils entlang der zugeordneten radialen Richtung (R) vom Ablaufwehr (111) durchgängig, insbesondere flüssigkeitsdicht, bis zu einem äußersten umlaufenden Rand (103) des mindestens einen ersten Bodens (100) erstrecken.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittenablaufschacht (110) eine entlang der Längsachse (L) erstreckte, umlaufende Wandung (113) sowie einen den Mittenablaufschacht (110) nach unten hin begrenzenden Schachtboden (114) aufweist, wobei insbesondere der Mittenablaufschacht (110) im Querschnitt eine kreisförmige oder eine polygonale Kontur aufweist, wobei insbesondere bei einer polygonalen Kontur die Wandung (113) eine entsprechende Mehrzahl an planen Abschnitten (115) aufweist, wobei je zwei Abschnitte (115) unter Ausbildung einer entlang der Längsachse (L) erstreckten Ecke (116) der Wandung (113) miteinander verbunden sind, wobei insbesondere die Abschottwehre (101) jeweils von einer zugeordneten Ecke (116) der Wandung (113) abgehen.
Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittenablaufschacht (110) eine Mehrzahl an Verteilöffnungen (117) aufweist, über die die flüssige Phase auf einen unterhalb des ersten Bodens (100) im Mantelraum (M) angeordneten zweiten Boden (200) aufgebbar ist, wobei insbesondere die Verteilöffnungen (117) an der Wandung (113) oder im Schachtboden (114) des Mittenablaufschachtes (110) ausgebildet sind.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verteilen der flüssigen Phase auf einen unterhalb des ersten Bodens (100) angeordneten zweiten Boden (200) mit den Verteilöffnungen (117) verbundene Verteilrohre oder -kanäle (118) vorgesehen sind, die sich insbesondere ausgehend vom Mittenablaufschacht (110) jeweils radial nach außen zum Mantel (10) hin erstrecken, wobei insbesondere die Verteilrohre oder -kanäle (118) jeweils geneigt verlaufen, so dass sie jeweils zum Mantel (10) hin abfallen.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Sektoren (102) jeweils an einem äußersten umlaufenden Rand (103) des mindestens einen ersten Bodens (100) ein Zulaufwehr (119) oder eine Seitenwand (120a) vorgesehen ist, das bzw. die von dem jeweiligen Sektor (102) einen Zulaufbereich (120) abteilt, über den der jeweilige Sektor (102) mit der flüssigen Phase beschickbar ist, wobei sich die Zulaufwehre (119) oder die Seitenwände (120a) jeweils insbesondere quer zu einer Strömungsrichtung (S) der flüssigen Phase in dem jeweiligen Sektor (102) erstrecken, und wobei sich insbesondere die Zulaufwehre (119) oder die Seitenwände (120a) jeweils konzentrisch zum Mantel (10) oder parallel zu einer tangentialen Richtung (T) des ersten Bodens (100) erstrecken, wobei insbesondere die Seitenwände (120a) jeweils an einem unteren Bereich (121a) eine Mehrzahl an Durchgangsöffnungen (128a), insbesondere in Form von Schlitzen, zum Verteilen der flüssigen Phase auf den jeweiligen Sektor (102) des ersten Bodens (100) aufweisen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Boden (200) einen entlang des Mantels (10) umlaufenden Außenschacht (123) aufweist, über den die flüssige Phase auf einen unterhalb des ersten Bodens (200) angeordneten zweiten Boden (200) strömen kann, wobei insbesondere der Außenschacht (123) durch die Abschottwehre (201) in Außenschachtsegmente (124) unterteilt ist, und wobei insbesondere die Außenschachtsegmente (124) des Außenschachtes (123) jeweils durch den Mantel (10) und eine Außenschachtwandung (125) begrenzt sind, wobei sich die Außenschachtwandungen (125) insbesondere jeweils konzentrisch zum Mantel (10) oder parallel zu einer tangentialen Richtung (T) des ersten Bodens (200) erstrecken, und wobei insbesondere die Außenschachtwandungen (125) jeweils an einem oberen Ende ein Ablaufwehr (126) bilden, über das die flüssige Phase in das jeweilige Außenschachtsegment (124) strömen kann, und wobei insbesondere die Außenschachtwandungen (125) jeweils an einem unteren Randbereich (127) zumindest eine Durchgangsöffnung (128) aufweisen, insbesondere mit dem jeweiligen unteren Randbereich (127) und einem unterhalb des ersten Bodens (100) angeordneten zweiten Boden (200) jene mindestens eine Durchgangsöffnung (128), insbesondere in Form eines Spaltes, begrenzen, wobei die flüssige Phase über die jeweilige mindestens eine Durchgangsöffnung (128) aus dem jeweiligen Außenschachtsegment (124) auf den zweiten Boden (300) strömen kann.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) einen im Mantelraum (M) unterhalb des ersten Bodens angeordneten kreisförmigen zweiten Boden zur Aufnahme der flüssigen Phase aufweist, der sich quer zur Längsachse (L) erstreckt, wobei insbesondere der zweite Boden Durchgangsöffnungen (D) zum Durchführen der gasförmigen Phase aufweist, so dass diese in Phasenkontakt mit der auf dem zweiten Boden befindlichen flüssigen Phase treten kann, und wobei insbesondere eine Mehrzahl an vom zweiten Boden entlang der Längsachse (L) abstehender Abschottwehre vorgesehen sind, die sich jeweils entlang einer radialen Richtung (R) des zweiten Bodens erstrecken, so dass der zweite Boden in eine entsprechende Mehrzahl an Sektoren unterteilt ist, wobei insbesondere – der erste Boden (100) einen Mittenablaufschacht (110) und der zweite Boden (200) einen Außenschacht (123), – der erste Boden (200) einen Außenschacht (123) und der zweite Boden (300) einen Mittenablaufschacht (110), oder – beiden Böden (100, 200) einen Mittenablaufschacht (110) aufweisen.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschottwehre (101) des ersten Bodens (100) jeweils mit einem zugeordneten Abschottwehr (201) des zweitens Bodens (200) fluchten, oder dass die Abschottwehre (101) des ersten Bodens (100) versetzt zu den Abschottwehren (201) des zweiten Bodens (200) angeordnet sind, wobei insbesondere die Abschottwehre (201) des zweiten Bodens (200) jeweils entlang der Winkelhalbierenden (W) eines darüber liegenden Sektors (102) des ersten Bodens (100) angeordnet sind.
Anordnung mit einer Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) auf einem schwimmfähigen Träger insbesondere in Form eines Schiffes oder einer Plattform, angeordnet ist.