ES2625879T3 - Bandeja distribuidora compacta para las columnas de contacto gas/líquido marinas - Google Patents

Bandeja distribuidora compacta para las columnas de contacto gas/líquido marinas Download PDF

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ES2625879T3 ES15306365.6T ES15306365T ES2625879T3 ES 2625879 T3 ES2625879 T3 ES 2625879T3 ES 15306365 T ES15306365 T ES 15306365T ES 2625879 T3 ES2625879 T3 ES 2625879T3
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Yacine HAROUN
Pascal Alix
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Abstract

Bandeja distribuidora para columna de intercambio (1) de calor y/o de materia entre un gas y un líquido que incluye al menos un tabique (6) que delimita unos compartimentos (8, 9) sobre la cara superior de dicha bandeja (2), incluyendo dicho tabique (6) unas perforaciones para permitir la circulación de una parte del líquido entre dichos compartimentos (8, 9), en la que dicha bandeja incluye al menos un compartimento de distribución (8) que comprende al menos un medio para el paso del líquido (5, 11) a través de dicha bandeja (2) y al menos un medio para el paso del gas (4) a través de dicha bandeja (2), caracterizada por que dicha bandeja incluye al menos un compartimento de retención (9) en la periferia de dicha bandeja (2) que no incluye ningún medio para el paso del líquido a través de dicha bandeja.

Description

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DESCRIPCION
Bandeja distribuidora compacta para las columnas de contacto gas/Kquido marinas
La presente invencion se refiere al campo de las columnas de contacto gas/Kquido marinas, y mas particularmente a las unidades marinas de tratamiento de gas, de captacion del CO2, de deshidratacion o tambien de destilacion.
Las unidades marinas de tratamiento de gas y/o de captacion del CO2 por lavado con aminas comprenden unas columnas de absorcion y de regeneracion de fluidos, lfquidos o gaseosos. Estas ultimas funcionan en circulacion gas/lfquido a contracorriente o a favor de corriente y se instalan sobre unos barcos, unas barcazas flotantes o unas plataformas marinas, por ejemplo, del tipo FPSO (del ingles Floating Production, Storage and Offloading que significa plataforma de produccion de almacenamiento y descarga), o del tipo FLNG (del ingles Floating Liquefied Natural Gas que significa plataforma de gas natural licuado). Para las barcazas flotantes, pueden instalarse igualmente unas columnas de destilacion o unas columnas de deshidratacion.
El documento FR2989595 describe un distribuidor de lfquido para una columna destinado a embarcarse en una barcaza. La bandeja distribuidora no describe el compartimento de retencion en la periferia de dicha bandeja.
Las columnas utilizadas en estas unidades marinas de tratamiento de gas y/o de captura de CO2 y/o de destilacion y/o de deshidratacion funcionan generalmente bajo el principio de un intercambio de material y/o de calor entre el gas y el fluido que circula en las columnas. La figura 1 representa un caso particular de una columna de tratamiento de gas 1 equipada con una bandeja distribuidora en la cabeza de columna. Clasicamente, esta columna de tratamiento de gas 1 incluye varias secciones ocupadas por un contactor 3, se dispone una bandeja distribuidora 2 por encima de cada seccion 3. El contactor gas/lfquido pone en contacto el gas G y el lfquido L con el fin de permitir los intercambios.
Los distribuidores estandar 2 utilizados en las columnas de absorcion/regeneracion o tambien de destilacion estan constituidos generalmente por una bandeja colectora/distribuidora equipada con chimeneas 4 (vease la figura 2). La distribucion del lfquido se realiza mediante el paso de lfquido en los orificios 5 situados en la parte baja de la bandeja 2 y la distribucion del gas se realiza por las chimeneas 4. Cada chimenea 4 permite el paso del gas, segun el modo de funcionamiento a contracorriente o a favor de corriente, de la parte baja de la columna a la parte alta de la columna 1 o bien desde la parte alta hacia la parte baja. Las chimeneas 4 sobresalen de un lado de la bandeja 2 y son perpendiculares a esta. Cada chimenea 4 esta formada por varias paredes, por ejemplo, paralelepipedicas o cilmdricas que delimitan un volumen interno que esta abierto por un lado y otro de la bandeja 2. Para evitar que el lfquido pase por las chimeneas 4, la abertura de escape o de llegada del gas por encima de la bandeja (segun el modo de funcionamiento a contracorriente o a favor de corriente), es preferentemente ortogonal a la direccion longitudinal de la chimenea 4. El objetivo de la bandeja distribuidora es distribuir el lfquido L de manera homogenea sobre el contactor gas/lfquido 3.
Las bandejas equipadas con chimeneas pueden ser de diferentes tipos, y las chimeneas pueden situarse segun diferentes configuraciones. Se exponen diferentes variantes de bandejas distribuidores principalmente en las solicitudes de patente y patentes siguientes: US6338774B, US2004020238A, US6149136A y US5752538A.
Las columnas de contacto gas/lfquido consideradas se colocan sobre unas estructuras flotantes, por ejemplo, de tipo barco, plataforma o tambien barcaza, sensibles al oleaje. Debido a esto, los equipos instalados en estas unidades y principalmente las bandejas distribuidoras gas/lfquido soportan unos movimientos del oleaje con hasta seis grados de libertad (“zigzag, cabeceo, balanceo, sacudidas, guinadas, cabalgadas”).
A tftulo indicativo, el angulo asociado a la combinacion de las oscilaciones de cabeceo y de balanceo puede ser del orden de +/- 5° con un periodo que va de 10 a 20 segundos. Los ordenes de magnitud de las aceleraciones longitudinal, transversal y vertical encontradas entonces en la columna son respectivamente del orden de 0,33/1,28/0,33 m/s2 a 50 m por encima del puente.
En estas condiciones, el funcionamiento de las bandejas distribuidoras clasicas equipadas con chimeneas (figura 2) puede ser grandemente perturbado. En efecto, el funcionamiento de estos distribuidores es principalmente gravitatorio, debe establecerse una reserva de lfquido de altura homogenea “h” sobre la bandeja distribuidora. El cuadrado de la velocidad del paso del lfquido por los orificios 5 situados en la parte baja de la bandeja 2 es proporcional a la altura de la reserva de lfquido (Ul2 x gh). Cuando la bandeja 2 esta inclinada bajo el efecto del oleaje (figura 3), la altura de la reserva del lfquido no es uniforme sobre la bandeja distribuidora (h-i>h2) lo que provoca un desequilibrio en la distribucion del lfquido en la entrada del contactor gas/lfquido 3. La calidad de distribucion y por tanto la eficacia de la columna quedan grandemente impactadas. Esta mala distribucion, si no se controla, puede degradar sustancialmente los rendimientos de la columna. Sena necesaria una reserva de lfquido grande para compensar estos efectos, lo que significa un incremento del volumen y del peso que no conviene para unas unidades marinas.
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Con el fin de evitar este tipo de problemas, se han realizado unos elementos de distribucion poco sensibles a los defectos de horizontalidad. Estos distribuidores estan constituidos generalmente por un colector y un distribuidor unidos mediante uno o varios conductos verticales relativamente largos para que el distribuidor permanezca en carga cualesquiera que sean las condiciones de oleaje encontradas. Estos distribuidores son generalmente poco sensibles a los efectos del oleaje y generan una buena calidad de distribucion, pero son muy voluminosos: su altura puede ser de varios metros en ciertos casos (US2004020238 A).
Otra solucion a estos problemas se describe en las patentes FR 2771018 A y FR 2771019 A, consiste en utilizar dos distribuidores (primario y secundario). Cada distribuidor se divide en varios compartimentos en los que se reparte el lfquido. Gracias a estos compartimentos, el lfquido se reparte mejor durante la inclinacion de la columna. Sin embargo, esta solucion continua siendo voluminosa porque necesita dos distribuidores. Ademas, los compartimentos no comunican en conjunto, el reparto del lfquido en los compartimentos no esta equilibrado.
La patente US 5.132.055, por su parte, divulga una bandeja distribuidora en la que las chimeneas permiten compartimentar la zona de salida de lfquido. Segun este documento, todas las chimeneas son entonces paralelas. Todos los compartimentos poseen por tanto una superficie diferente. Ademas, el paralelismo de las chimeneas no permite asegurar una buena distribucion y un buen reparto del lfquido sobre el conjunto de la bandeja. En efecto, cuando la inclinacion de las bandejas es paralela a estas chimeneas, la altura de la reserva de lfquido vana de manera importante entre los dos extremos de la bandeja.
La solicitud de patente FR 2989595 A (US 2013/277868 A) describe una bandeja distribuidora sobre la que se forman unos tabiques perforados que delimitan unos compartimentos. Los tabiques perforados permiten limitar la mala distribucion del lfquido.
La invencion se refiere a una bandeja distribuidora que incluye al menos un tabique perforado que delimita unos compartimentos. Segun la invencion, la bandeja distribuidora comprende al menos un compartimento de distribucion, en el seno del que el gas y el lfquido pueden atravesar la bandeja, y al menos un compartimento de retencion, en el seno del que el lfquido no puede atravesar la bandeja. El compartimento de retencion se situa en la periferia de la bandeja. La presencia de al menos un compartimento de retencion en la periferia de la bandeja permite una buena calidad de distribucion y una buena dispersion del lfquido, incluso para unas grandes inclinaciones de la bandeja impuestas por el medio marino.
El dispositivo segun la invencion
La invencion se refiere a una bandeja distribuidora para columna de intercambio de calor y/o de materia entre un gas y un lfquido que incluye al menos un tabique que delimita unos compartimentos sobre la cara superior de dicha bandeja, incluyendo dicho tabique unas perforaciones para permitir la circulacion de una parte del lfquido entre dichos compartimentos, en el que dicha bandeja incluye al menos un compartimento de distribucion que comprende al menos un medio para el paso del lfquido a traves de dicha bandeja y al menos un medio para el paso del gas a traves de dicha bandeja. Dicha bandeja incluye al menos un compartimento de retencion en la periferia de dicha bandeja que no incluye ningun medio para el paso del lfquido a traves de dicha bandeja.
Segun la invencion, dicho compartimento de retencion no incluye ningun medio para el paso del gas a traves de dicha bandeja.
Ventajosamente, cada compartimento en la periferia de dicha bandeja es un compartimento de retencion.
Preferentemente, dichos medios para el paso del gas son unos elementos de distribucion de gas bajo la forma de chimenea que sobresalen de la cara superior de dicha bandeja.
Segun una variante de realizacion, dicho tabique tiene una altura superior o sustancialmente igual a la altura de dichas chimeneas.
Segun una caractenstica de la invencion, las perforaciones se disponen en la base de dicho tabique.
Segun un aspecto de la invencion, dicha bandeja incluye varios tabiques secantes.
Ventajosamente, dichos tabiques estan compuestos por dos series de tabiques, siendo paralelos los tabiques de cada serie entre sf y secantes a los tabiques de la otra serie.
Ademas, las perforaciones de dos tabiques paralelos que delimitan un mismo compartimento pueden no estar alineadas.
De manera ventajosa, las dimensiones Lc1 y Lc2 de dicho compartimento de distribucion estan comprendidas entre 100 y 1.000 mm.
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De manera preferida, las dimensiones Lc3 de dicho compartimento de retencion estan comprendidas entre 40 y 200 mm.
Segun un modo de realizacion de la invencion, los medios para el paso del Ifquido son unos orificios y/o unas chimeneas que sobresalen de la cara superior de dicha bandeja.
Segun una variante de realizacion de la invencion, dicha bandeja incluye un sistema de distribucion secundario que sobresale de la cara inferior de dicha bandeja para repartir dicho lfquido procedente de dichos medios para el paso del lfquido.
Dicho sistema de distribucion secundario puede comprender unas chimeneas y/o unos deflectores.
Ademas, la invencion se refiere a una columna de intercambio de calor y/o de materia entre un gas y un lfquido, en la que los dos fluidos se ponen en contacto por medio de un empaque. Dicha columna incluye al menos una bandeja distribuidora segun la invencion para distribuir dichos fluidos sobre dicho empaque.
La invencion se refiere igualmente a una barcaza flotante, particularmente para la recuperacion de hidrocarburos, que comprende al menos una columna segun la invencion.
Ademas, la invencion se refiere a la utilizacion de una columna segun la invencion para un procedimiento de tratamiento de gas, de captura de CO2, de destilacion o de transformacion de aire.
Presentacion sucinta de las figuras
Surgieran otras caractensticas y ventajas del procedimiento segun la invencion, con la lectura de la descripcion que sigue a continuacion de ejemplos no limitativos de realizaciones, con referencia a las figuras adjuntas y descritas a continuacion.
La figura 1, ya descrita, ilustra el caso particular de una columna de tratamiento de gas o de captura de CO2 equipada con una bandeja distribuidora en cabeza de columna.
La figura 2, ya descrita, ilustra una bandeja distribuidora segun la tecnica anterior.
La figura 3, ya descrita, ilustra una bandeja distribuidora inclinada segun la tecnica anterior.
La figura 4 ilustra una vista parcial de una bandeja distribuidora segun la invencion.
La figura 5 ilustra una bandeja distribuidora inclinada segun la invencion.
La figura 6 ilustra una vista desde arriba de un compartimento de distribucion segun un ejemplo de realizacion de la invencion.
La figura 7 ilustra una variante de realizacion de la bandeja distribuidora segun la invencion.
La figura 8 ilustra una vista parcial de una bandeja distribuidora segun un modo de realizacion de la invencion.
La figura 9 es una curva comparativa entre una bandeja distribuidora segun la invencion y una bandeja distribuidora segun la tecnica anterior.
Descripcion detallada de la invencion
La figura 4 ilustra una bandeja distribuidora segun la invencion, se trata de una vista isometrica de una bandeja seccionada en un diametro de la bandeja. La otra parte de la bandeja se deduce por simetna, con un tabique a la altura del plano de seccion.
La invencion se refiere a una bandeja distribuidora para columna de intercambio de calor y/o de materia entre un gas y un lfquido, que comprende clasicamente al menos un medio para el paso de gas (tal como una chimenea) 4 a traves de la bandeja 2, y al menos un medio para el paso del lfquido (tal como un orificio) 5 a traves de la bandeja 2.
Ademas, la bandeja distribuidora comprende al menos un tabique 6 que permite compartimentar una cara de la bandeja, el tabique 6 esta perforado 7 para permitir la circulacion de una parte del lfquido entre los compartimentos 8, 9 formados por el tabique 6. Segun un ejemplo de realizacion de la invencion, la bandeja distribuidora comprende varios tabiques 6. La bandeja distribuidora 2 segun la invencion incluye al menos un compartimento de distribucion 8 y al menos un compartimento de retencion 9.
Cada compartimento de distribucion 8 permite la distribucion de los fluidos e incluye al menos un medio para el paso del gas 4 y al menos un medio, preferentemente varios, para el paso del lfquido 5. Preferentemente, cada compartimento de distribucion 8 incluye una unica chimenea 4 para el paso del gas y varios orificios 5 para el paso del lfquido. La figura 6 representa un ejemplo de compartimento de distribucion 8 en una vista desde arriba. El compartimento de distribucion ilustrado comprende una chimenea de gas 4 central rodeada por una pluralidad de orificios 5 para el paso del lfquido.
Cada compartimento de retencion 9 permite retener el lfquido sobre la cara (o superficie) superior de la bandeja y no incluye ningun medio para el paso del lfquido a traves de la bandeja. Preferentemente, el compartimento de
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retencion 9 no incluye igualmente ningun medio para el paso del gas a traves de la bandeja. Los tabiques 6 de los compartimentos de retencion 9 estan igualmente perforados. Segun la invencion, los compartimentos de retencion 9 se situan en la periferia de la bandeja 2, es decir que los compartimentos de retencion 9 se forman por los tabiques 6 y la virola de la columna 1. Segun un modo de realizacion, podna colocarse un tabique suplementario sobre la periferia de la virola para facilitar la instalacion del distribuidor y asegurar una buena estanquidad entre los compartimentos de retencion. Segun un aspecto de la invencion, todos los compartimentos en la periferia de la bandeja 2 son unos compartimentos de retencion 9 y los otros compartimentos, es decir los compartimentos centrales (sin delimitacion por la virola de la columna 1) son unos compartimentos de distribucion 8.
Los tabiques 6 generan unos compartimentos 8, 9 de lfquido, que sirven de “barrera” cuando la bandeja se inclina. De ese modo, se mantiene una reserva de lfquido relativamente homogenea incluso con una gran inclinacion. Se garantiza de esta forma una buena calidad de distribucion del lfquido sobre el contactor gas/lfquido. Se denomina reserva de lfquido, a la interfaz entre el gas y el lfquido. La altura de la reserva de lfquido corresponde a la altura del lfquido con relacion a la cara superior de la bandeja. Ademas, se denomina zona de circulacion del lfquido a la zona sobre la que circula lfquido; se trata del lado superior de la bandeja, sobre el que sobresalen los tabiques 6. Ademas, gracias a las perforaciones 7 de los tabiques 6, el lfquido puede circular sobre la totalidad de la cara de la bandeja distribuidora 2, asegurando de ese modo una buena dispersion radial del lfquido. Los compartimentos de retencion 9 permiten atenuar la acumulacion y la disminucion del lfquido durante unas oscilaciones y asegurar de ese modo una buena calidad de distribucion del lfquido.
La figura 5 ilustra una bandeja distribuidora segun la invencion en una posicion inclinada. La bandeja distribuidora 2 incluye en cada lado (en la periferia) un compartimento de retencion 9, siendo los compartimentos centrales unos compartimentos de distribucion 8. Por comparacion con la figura 3, la altura de la reserva de lfquido vana menos, por tanto, las velocidades de salida del lfquido Uli y Ul2 difieren poco. En consecuencia, la distribucion es mas homogenea que con la bandeja distribuidora segun la tecnica anterior.
Segun un modo de realizacion de la invencion, los medios para el paso del gas son unas chimeneas 4. Segun una caractenstica de la invencion, las chimeneas pueden ser cilmdricas, cubicas, paralelepipedicas, o de cualquier forma analoga. Ademas, el paso de las chimeneas sobre la bandeja puede ser un paso triangular o cuadrado.
Segun un aspecto de la invencion, los medios para el paso del lfquido son unos orificios 5 que equipan la bandeja 2. Los orificios 5 pueden tener un paso triangular o cuadrado. Ventajosamente, la bandeja 2 incluye un numero de orificios 5 superior al numero de chimeneas 4. Ademas, los orificios 5 pueden ser del mismo tamano o de tamanos diferentes.
Segun el modo de realizacion de la invencion ilustrado en la figura 4, los tabiques se reparten en dos series (o conjuntos) de tabiques. En cada serie, los tabiques son paralelos entre sf, separados regularmente en una longitud Lc, y secantes a los tabiques de la otra serie, que estan separados regularmente en una longitud Lc2. De ese modo, los compartimentos de distribucion 8 tienen sustancialmente una forma de paralelogramo, y segun el ejemplo ilustrado de rectangulo. Ventajosamente, segun este modo de realizacion, los tabiques 6 tienen una altura superior, inferior o sustancialmente igual a la altura de las chimeneas 4. Esta altura es suficiente para asegurar una buena calidad de distribucion y ademas el volumen de la bandeja distribuidora segun la invencion continua siendo identico al volumen de una bandeja distribuidora “clasica”. Cada compartimento de distribucion 8 incluye una unica chimenea 4. Segun este modo de realizacion, se puede elegir una separacion Lci y Lc2 sustancialmente igual a la distancia que separa dos chimeneas vecinas.
Ventajosamente, los compartimentos de retencion 9 tienen una superficie inferior a la superficie de los compartimentos de distribucion 8, con el fin de garantizar una superficie grande de distribucion. La longitud Lc3, que corresponde a la longitud de los tabiques secantes en el borde de la bandeja, puede ser particularmente inferior a la longitud Lci (vease la figura 6).
Es igualmente posible determinar la longitud Lci y/o la longitud Lc2, en funcion de caracteristicas de la bandeja deseadas: un mdice de desequilibrio IQ (expresado en porcentaje), y un angulo de inclinacion maxima 9 impuesto por las condiciones marinas. Para cuantificar la sensibilidad al medio marino de la bandeja, se define el mdice de desequilibrio IQ de lfquido como:
Q(%) = qL,™x ~ qL,m!n x 100 (ecuacion 1)
qL,med
Siendo: qL,max: el caudal de lfquido maximo que sale de uno de los compartimentos del distribuidor. qL,min es el caudal de lfquido mmimo que sale de uno de los compartimentos del distribuidor. qL,med es el caudal medio que sale del distribuidor. Estos caudales son funciones de Ul1,2: la velocidad del lfquido que sale de los orificios situados en los extremos de la bandeja distribuidora como se ha presentado en las figuras 3 (tecnica anterior) y 5 (segun la invencion). Un valor reducido del mdice de desequilibrio lfquido indica una reducida sensibilidad de la distribucion a los efectos del oleaje. A la inversa, un valor elevado de este mdice IQ indica un gran desequilibrio de distribucion.
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Las distancias caractensticas Lci, Lc2 de la bandeja deben optimizarse de manera que se minimice el mdice de desequilibrio. En funcion de las caractensticas de la bandeja y de las condiciones de funcionamiento (angulo maximo de inclinacion 9 impuesto por el medio marino), es posible definir una longitud optima de Lci y Lc2 con la combinacion de las formulaciones siguientes:
hmax = h0 + LC1,2 tan 9 hmfn = h0 - LC1,2 tan 9 • &h = hmax 2LC1,2 tan 9
ULi x cr\l2ghmax U L2 x Cf-J2ghm[„
con:
Cf. el coeficiente de rozamiento en el orificio,
ho. altura en el equilibrio (0 = 0°) de la reserva de lfquido en un compartimento del distribuidor,
hmax: la altura maxima de la reserva de lfquido en un compartimento del distribuidor,
hmf„ la altura minima de la reserva de lfquido en un compartimento del distribuidor,
Uli, Ul2. velocidad del lfquido en el orificio, y
el signo x significa proporcional a.
Es posible por tanto determinar las longitudes Lci, Lc2 en funcion de la geometna de la bandeja y unas condiciones marinas para respetar un mdice de desequilibrio dado. Por ejemplo para tener un mdice de desequilibrio IQ < 10 %, es necesario que Ah < 50 mm debido al hecho de que las longitudes Lc1, Lc2 deben verificar la relacion siguiente:
Lc1,2 -
50
2tan 9
(mm).
Segun un modo de realizacion de la invencion, cada tabique 6 contiene una unica perforacion 7. Alternativamente y tal como se ha ilustrado en la figura 4, cada tabique 6 incluye dos perforaciones 7. Estas perforaciones permiten la circulacion del fluido entre los compartimentos 8, 9, lo que asegura un buen reparto radial del lfquido en la totalidad de la bandeja distribuidora. Las perforaciones 7 pueden ser circulares, oblongas, rectangulares, etc. Sin embargo, la superficie de las perforaciones 7 puede, preferentemente, seguir siendo reducida con relacion a la superficie de los tabiques para que los tabiques 6 continuen jugando su papel principal: limitar la cantidad de fluido que se desliza sobre la bandeja, con el fin de garantizar una buena homogeneidad de la altura de lfquido sobre la bandeja. Ademas, segun este modo de realizacion, para impedir una circulacion lineal del fluido y para asegurar una buena dispersion radial del lfquido, las perforaciones 7 de dos paredes paralelas de un compartimento de distribucion 8 no estan alineadas (o coaxiales), es decir que una recta que pasa por los centros de las perforaciones de dos tabiques paralelos, no es paralela a uno de los tabiques del compartimento 8. Ventajosamente, las perforaciones 7 se colocan en la parte inferior de los tabiques 6, es decir en la proximidad de la bandeja distribuidora, para facilitar la circulacion del lfquido; las perforaciones 7 permanecen siempre situadas bajo la altura de la reserva de lfquido.
El numero de compartimentos (y en consecuencia el numero de tabiques) puede depender del diametro de la bandeja. Preferentemente, una bandeja de grandes dimensiones esta mas compartimentada que una bandeja de dimensiones mas pequenas.
Como variante del modo de realizacion preferido de la invencion, se pueden modificar las caractensticas siguientes:
- los tabiques pueden formar unos compartimentos que incluyen respectivamente varias chimeneas para el paso del gas,
- los compartimentos tienen una forma triangular, para este modo de realizacion se pueden disponer tres series de tabiques, siendo paralelos entre sf los tabiques de la misma serie, y secantes a los tabiques de las otras series,
- los compartimentos tienen una forma hexagonal (por ejemplo, del tipo alveolo de colmena),
- las perforaciones de dos lados de cara a cara de un compartimento estan alineadas,
- cada tabique incluye varias perforaciones.
Ademas, segun una variante de realizacion ilustrada en la figura 7, la bandeja distribuidora 2 puede comprender un sistema de distribucion secundario 10 de lfquido. El sistema de distribucion secundario 10 sobresale de la cara inferior de la bandeja y sirve para distribuir sobre el empaque el lfquido procedente de los medios de paso del lfquido. El sistema de distribucion secundaria 10 mejora la calidad de distribucion del lfquido orientando la distribucion del lfquido sobre el empaque. Por ejemplo, el sistema de distribucion secundario 10 puede dirigir el lfquido hasta la periferia del empaque bajo los compartimentos de retencion 9. En este caso, la altura de la reserva de lfquido Hnq corresponde a la altura del lfquido por encima de la bandeja 2 sumada a la altura del sistema de distribucion secundario 10. Tal como se ha ilustrado, el sistema de distribucion secundario 10 puede comprender unos deflectores 12 que orientan la distribucion del lfquido. Alternativamente, el sistema de distribucion secundario
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puede comprender un conjunto de aspersores (conjunto de varios conductos dispuestos en paralelo y equipados con orificios), de las chimeneas que sobresalen sobre la parte inferior de la bandeja distribuidora, y/o un conjunto de conductos perforados dispuestos en paralelo bajo la bandeja distribuidora.
Ademas, segun una variante de realizacion ilustrada en la figura 8, los medios de paso del lfquido incluyen ademas de unos orificios 5, unas chimeneas de lfquido 11 equipadas con al menos una perforacion (o al menos una hilera de perforaciones), sobresaliendo las chimeneas de lfquido 11 de la cara superior de dicha bandeja 2. Esta solucion permite una buena flexibilidad de la bandeja distribuidora estando adaptada a los diferentes caudales. En efecto, cuando el caudal de lfquido es reducido, la altura de reserva del lfquido en el compartimento distribuidor 8 sobre la bandeja 2 (altura del lfquido con relacion al nivel de la bandeja) es reducido, solo los orificios 5 permiten al lfquido atravesar la bandeja. Cuando el caudal de lfquido es mas elevado, segun el modo de realizacion, la altura de reserva del lfquido aumenta y los orificios radiales de las chimeneas de lfquido 11 permiten al lfquido atravesar la bandeja. La altura de las chimeneas para el paso de lfquido 11 es ventajosamente inferior a la altura de las chimeneas para el paso de gas 4.
Alternativamente a la variante de realizacion de la figura 8, los medios de paso del lfquido pueden incluir unicamente unas chimeneas de lfquido 11, que pueden ser de alturas diferentes y/o que pueden incluir unas perforaciones a unas alturas diferentes, de manera que le devuelvan flexibilidad a la bandeja distribuidora.
Segun un modo de realizacion, las dimensiones de la bandeja y de sus componentes verifican los intervalos siguientes:
- el paso P de las chimeneas 4 esta comprendido entre 50 y 500 mm, preferentemente entre 100 y 300 mm,
- la bandeja de distribucion 2 tiene una altura comprendida entre 100 y 2.000 mm, preferentemente entre 600 y 1.000 mm,
- el diametro de la bandeja 2 esta comprendido entre 300 y 10.000 mm,
- si la forma de los elementos 4 es cilmdrica, el diametro dc esta comprendido entre 50 y 500 mm,
- la altura de las chimeneas 4 esta comprendida entre 300 y 2.000 mm, preferentemente entre 400 y 700 mm,
- la distancia al borde mmimo de las chimeneas 4 esta comprendida entre 50 y 400 mm, y preferentemente entre
100 y 200 mm,
- la altura de los tabiques 6 esta comprendida entre 100 y 2.000 mm, preferentemente entre 700 y 1.000 mm,
- el diametro dor de las perforaciones 7 esta comprendido entre 5 y 100 mm, preferentemente entre 30 y 50 mm,
- las distancias Lc1 y Lc2 de los compartimentos de distribucion 8 estan comprendidas entre 100 y 1.000 mm, y
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verifican preferentemente la relacion siguiente Lcl <——— (mm) siendo i = 1 o 2, siendo 6 el angulo maximo de inclinacion, y
- la distancia Lc3 de los compartimentos de retencion 9 esta comprendida entre 40 y 200 mm.
Estas diferentes variantes de realizacion de la bandeja distribuidora segun la invencion pueden combinarse entre ellas, particularmente las variantes de realizacion de las figuras 7 y 8; por ejemplo, pueden unirse unas chimeneas 11 a unos deflectores 12.
La invencion se refiere igualmente a una columna 1 de intercambio de materia y/o de calor entre dos fluidos, en la que dos fluidos se ponen en contacto por medio de un contactor gas/lfquido 3, comprendiendo la columna 1 al menos una primera entrada de un fluido lfquido, al menos una segunda entrada de un fluido gaseoso, al menos una primera salida de un fluido gaseoso y al menos una segunda salida de un fluido lfquido. La columna 1 incluye ademas una bandeja distribuidora 2 tal como se ha descrito en el presente documento anteriormente, para permitir la distribucion de los fluidos sobre el contactor 3.
La columna 1 es ventajosamente una columna de lavado con aminas, pero se adapta a cualquier tipo de disolventes.
De manera ventajosa, el contactor gas/lfquido 3 es un lecho de empaque estructurado o en bruto.
Ademas, la invencion se refiere a una barcaza flotante marina, particularmente del tipo FPSO o FLNG, particularmente para la produccion y el tratamiento de hidrocarburos. La barcaza comprende una columna de intercambio de materia y/o de calor entre un gas y un lfquido tal como se ha descrito en el presente documento anteriormente. La columna puede formar parte de una unidad de tratamiento de gas y/o de captura de CO2 para limpiar unos gases producidos (o humos).
La columna segun la invencion puede utilizarse en unos procesos de tratamiento de gas, de captura de CO2, de destilacion o de transformacion del aire.
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Ejemplo comparativo
Para ilustrar las ventajas de la presente invencion, se propone comparar los resultados obtenidos por la invencion (modo de realizacion de la figura 4) con los obtenidos por una bandeja distribuidora segun la tecnica anterior tal como se describe en la Solicitud de Patente FR 2989595 A (US 2013/277868 A). En este marco, se utiliza un enfoque de tipo CFD (del ingles Computational Fluid Dynamics que puede traducirse por mecanica de fluidos digital) que consiste en estudiar los movimientos de un fluido por la resolucion digital de las ecuaciones de conservacion de la masa y balance de la cantidad de movimiento (ecuaciones de Navier-Stokes).
El enfoque digital utilizado es del tipo segun la interfaz (VOF por Volume of Fluid: volumen de fluido) descrita en Hirt & Nichols, JCP 39, 201-225 (1981). Este metodo, bien conocido por el experto en la materia, se adapta correctamente para simular el cambio de topologfa de interfaz encontrado en el distribuidor sometido al movimiento del oleaje (desplazamiento, ratificacion de la interfaz, formacion del rompiente, etc.). La evolucion de la circulacion difasica se describe por las ecuaciones de conservacion de la masa, de conservacion de la cantidad de movimiento y por la ecuacion de transporte de las relaciones de presencia.
Los calculos se han realizado con el software comercial Fluent 14.5 ® (ANSYS, Estados Unidos).
Para el conjunto de los calculos CFD de evaluacion presentados a continuacion, el angulo asociado al movimiento de balanceo es de +/- 5° con un periodo de 15 s. Las propiedades de los fluidos son: pl = 1.000 kg/m3, jl = 1cp, Pg =1,2 kg/m3, jg = 0,018 cp. La altura de reserva de lfquido sobre el distribuidor considerado es de 400 mm. Se tiene en cuenta en los calculos una distancia al punto de rotacion de la plataforma marina que 50 m. Esta distancia corresponde a los distribuidores situados en cabeza de columna, expuestos a las mayores aceleraciones. Finalmente, se suponen despreciables los efectos capilares.
Se recuerda que la eficacia de distribucion del sistema propuesto se compara con la de una bandeja distribuidora segun la tecnica anterior en el caso en que la bandeja esta sometida a los movimientos del oleaje. La sensibilidad al medio marino de la bandeja se cuantifica por el mdice de desequilibrio definido por la ecuacion (1).
Ejemplo 1: Propiedades de la bandeja segun la tecnica anterior
- Diametro de la bandeja distribuidora: 4.000 mm
- Diametro de las chimeneas de gas: 100 mm
- Altura de las chimeneas de gas: 600 mm
- Numero de chimeneas: 120
- Longitud de los compartimentos Lc1 x Lc2: 300 x 300 mm
- Abertura del tabique: aproximadamente 1 %
- Densidad de puntos de riego: 84 pt/m2 (numeros de puntos de riego dividido por la superficie total de distribuidor)
- Tasa de riesgo: 100 m3/m2/h
Ejemplo 2: Propiedades de la bandeja segun la invencion (figura 4):
- Diametro de la bandeja distribuidora: 4.000 mm
- Diametro de las chimeneas de gas: 100 mm
- Altura de las chimeneas de gas: 600 mm
- Numero de chimeneas: 120
- Longitud de los compartimentos Lc1 x Lc2: 300 x 300 mm
- longitud de los compartimentos de retencion Lc3: 100 mm
- Abertura del tabique: aproximadamente 1 %
- Densidad de puntos de riego: 84 pt/m2
- Tasa de riesgo: 100 m3/m2/h
La figura 9 compara la evolucion temporal del mdice de desequilibrio IQ obtenido con las dos bandejas distribuidoras. Para la bandeja distribuidora segun la tecnica anterior Fr 2989595 A (US 2013/277868 A), curva Aa, el mdice de desequilibrio medio para un periodo de oscilacion de la bandeja es del 10 %. Con la bandeja distribuidora segun la invencion, curva INV, el rendimiento se mejora, en efecto el mdice de desequilibrio medio es del 5,8 %. Este ejemplo muestra que el dispositivo segun la invencion permite mejorar la eficacia de distribucion de la bandeja distribuidora en un medio flotante.

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    REIVINDICACIONES
    1. Bandeja distribuidora para columna de intercambio (1) de calor y/o de materia entre un gas y un Ifquido que incluye al menos un tabique (6) que delimita unos compartimentos (8, 9) sobre la cara superior de dicha bandeja (2), incluyendo dicho tabique (6) unas perforaciones para permitir la circulacion de una parte del lfquido entre dichos compartimentos (8, 9), en la que dicha bandeja incluye al menos un compartimento de distribucion (8) que comprende al menos un medio para el paso del lfquido (5, 11) a traves de dicha bandeja (2) y al menos un medio para el paso del gas (4) a traves de dicha bandeja (2), caracterizada por que dicha bandeja incluye al menos un compartimento de retencion (9) en la periferia de dicha bandeja (2) que no incluye ningun medio para el paso del lfquido a traves de dicha bandeja.
  2. 2. Bandeja segun la reivindicacion 1, en la que dicho compartimento de retencion (9) no incluye ningun medio para el paso del gas a traves de dicha bandeja.
  3. 3. Bandeja segun una de las reivindicaciones precedentes, en la que cada compartimento en la periferia de dicha bandeja es un compartimento de retencion (9).
  4. 4. Bandeja segun una de las reivindicaciones precedentes, en la que dichos medios para el paso del gas son unos elementos de distribucion de gas bajo la forma de chimenea (4) que sobresalen de la cara superior de dicha bandeja.
  5. 5. Bandeja segun la reivindicacion 4, en la que dicho tabique (6) tiene una altura superior o sustancialmente igual a la altura de dichas chimeneas (4).
  6. 6. Bandeja segun una de las reivindicaciones precedentes, en la que las perforaciones (7) se disponen en la base de dicho tabique (6).
  7. 7. Bandeja segun una de las reivindicaciones precedentes, en la que dicha bandeja incluye varios tabiques (6) secantes.
  8. 8. Bandeja segun la reivindicacion 7, en la que dichos tabiques (6) estan compuestos por dos series de tabiques, siendo paralelos los tabiques (6) de cada serie entre sf y secantes a los tabiques (6) de la otra serie.
  9. 9. Bandeja segun la reivindicacion 8, en la que las perforaciones de dos tabiques (6) paralelos que delimitan un mismo compartimento (8, 9) no estan alineadas.
  10. 10. Bandeja segun una de las reivindicaciones precedentes, en la que las dimensiones Lc1 y Lc2 de dicho compartimento de distribucion (8) estan comprendidas entre 100 y 1.000 mm.
  11. 11. Bandeja segun una de las reivindicaciones precedentes, en la que las dimensiones Lc3 de dicho compartimento de retencion (9) estan comprendidas entre 40 y 200 mm.
  12. 12. Bandeja segun una de las reivindicaciones precedentes, en la que los medios para el paso del lfquido son unos orificios (5) y/o unas chimeneas (11) que sobresalen de la cara superior de dicha bandeja.
  13. 13. Bandeja segun una de las reivindicaciones precedentes, en la que dicha bandeja incluye un sistema de distribucion secundario (10) que sobresale de la cara inferior de dicha bandeja para repartir dicho lfquido procedente de dichos medios para el paso del lfquido (5, 11).
  14. 14. Bandeja segun la reivindicacion 13, en la que dicho sistema de distribucion secundario (10) comprende unas chimeneas y/o unos deflectores (12).
  15. 15. Columna de intercambio de calor y/o de materia entre un gas y un lfquido, en la que los dos fluidos se ponen en contacto por medio de un empaque (3), caracterizada por que dicha columna (1) incluye al menos una bandeja distribuidora (2) segun una de las reivindicaciones precedentes para distribuir dichos fluidos sobre dicho empaque.
  16. 16. Barcaza flotante, particularmente para la recuperacion de hidrocarburos, caracterizada por que comprende al menos una columna (1) segun la reivindicacion 15.
  17. 17. Utilizacion de una columna segun la reivindicacion 15 para un procedimiento de tratamiento de gas, de captura de CO2, de destilacion o de transformacion de aire.
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