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CN105451859A - 用于带次级分配系统的气/液接触塔的分配器塔盘 - Google Patents

用于带次级分配系统的气/液接触塔的分配器塔盘 Download PDF

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CN105451859A
CN105451859A CN201480030966.8A CN201480030966A CN105451859A CN 105451859 A CN105451859 A CN 105451859A CN 201480030966 A CN201480030966 A CN 201480030966A CN 105451859 A CN105451859 A CN 105451859A
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Abstract

本发明涉及一种在气体和液体之间交换热量和/或物质的塔的分配器板体(2)，包括用于所述气体的通道的套管(4)、用于液体的通道的部件(6)、在板体(2)下侧突出的次级分配系统(7)。次级分配系统(7)能够收集液体并将液体更均匀地分配在接触器上。本发明还涉及用于在气体和液体之间交换热量和物质的包括这种分配板体的塔。

Description

用于带次级分配系统的气/液接触塔的分配器塔盘
技术领域
本发明涉及气/液接触塔领域，和更具体地涉及气体处理、CO2捕获或蒸馏单元。
背景技术
使用胺洗工艺的气体处理和/或CO2捕获单元和/或蒸馏单元包括用于在气体和液体之间进行物质和/或热量交换的塔，塔例如可为液态或气态流体吸收和再生塔。这些塔在逆流或顺流的气/液流动条件下操作。
用于这样的气体处理和/或CO2捕获和/或蒸馏和/或脱水单元的塔通常基于在塔内循环的气体和液体之间的物质和/或热量交换的原理来操作。图1示出装配有分配器塔盘的气体处理塔顶(1)的特定情况。通常，该气体处理塔(1)包括由接触器、分配器塔盘(2)填充的多个段(3)，分配器塔盘(2)被安置在各个段(3)的上方。气/液接触器使气体(G)与液体(L)相接触以能够进行交换。
例如，被用于吸收/再生或蒸馏塔的标准分配器(2)通常由装配有升气管(4)或气体通道套管的收集器/分配器塔盘组成(见图2)。通过位于塔盘(2)下部的开孔(5)中的通道分配液体和通过套管(4)分配气体。各个套管(4)能够根据逆流或顺流操作模式自塔底部向塔(1)的顶部、或自顶部向底部通过气体。套管(4)自塔盘(2)的一侧突出且与其相垂直。各个套管(4)由多个壁组成，例如为平行六面体或圆柱体，其界定出在塔盘(2)的任一侧上开口的内部体积。为了阻止液体流入套管(4)内，塔盘上方的气体出口或输入开口(根据逆流或顺流模式)优选地由盖体(还被称为斜面)覆盖。分配器塔盘的目的在于将液体(L)均匀地分配在气/液接触器(3)上。
为了优化气体和液体之间的交换，已研发出很多种分配器塔盘。这些分配器/收集器塔盘可被分为两大类：
-带有升气管的分配器/收集器系统，如专利申请GB-1,169,878A、US-4,808,350A、US-4,472,325A、US-4,427,605A、US-4,839,108A、FR-2,203,659所描述的。对于该类型的带升气管的系统，通过设置在塔盘上的开孔或通过装配开孔或狭槽的液体通道升气管分配液体(见图2的例子)，并且通过气体通道升气管或套管分配气体。通过设置在塔盘上的开孔或通过液体通道升气管部件分配液体不能得到液体在无大量开孔或升气管的接触器上的均匀分配，因此这会导致复杂和繁重的塔盘(大量液体通道升气管)。
-带有分配器套管的系统，设置有专用供料系统(上游收集系统或中间供料)，如专利申请US-4,909,967、US-4,816,191、US-4,981,265、DE-2,752,391、WO-8,802,647、FR-2,569,129所描述的，或带有气体通道套管的分配器/收集器系统，如专利申请US-4,689,183、US-5,132,055、US-4,432,913所描述的。这些分配器类型最常被设置有安置在气体通道套管上的液体分配系统。
然而，由于这些分配器上游存在收集器，因此需要专用供料系统的液体分配系统的体积往往非常大。而且，这些液体分配系统不能够将液体均匀分配在接触器上。另外，一些气体通道套管的形状导致生成高压降，这限制了塔的效率。
最常见地，描述于现有技术中的系统不能提供具足够灵活性的分配器塔盘。通过其在低流体(液体或气体)流速以及较高流体流速上提供良好液体分配的能力来定义分配器塔盘的灵活性。可通过改变流体间物质和/或热量交换的操作条件(特别是流速)来使用带有高灵活性的分配器塔盘，以提高交换效率或适应所使用的流体。事实上，这些操作条件是可变的：例如，液体喷射速度(相对塔表面区域的液体流速)的范围可以自5到120m3/m2/h，气体动力学因素(建立在表观气体速度上的气体惯性根)的范围可以自0.5到4Pa1/2并且额定流速与最低可调负荷(塔的最小操作流速)比率范围在1到5-6之间。另外，注意塔可具有的直径在1到10m之间。
为了提供均匀的液体分配，已研发出喷头形式的分配器(US-4,776,989)。然而，该类型的分配器呈现出受限制的灵活性并要求被与收集装置相联结以被用作夹层分配器。
本发明涉及一种在气体和液体之间交换物质和/或热量的塔的分配器塔盘，包括气体通道套管、液体通道部件和次级分配系统。次级分配系统能够收集液体并更均匀地在接触器上分配。因此，根据本发明的所述分配器塔盘能够以较不复杂的方式得到液体的良好分配，以限制压降且塔盘具有良好的灵活性。
发明内容
本发明涉及一种在气体和液体之间交换热量和/或物质的用于塔的分配器塔盘，包括自所述塔盘上部突出的用于使所述气体通过所述塔盘的至少一个套管、和用于将所述液体通过所述塔盘的至少一个部件。所述塔盘进一步包括自所述塔盘下部突出的至少一个次级分配系统，用于分配来自所述液体通道部件的所述液体。
根据本发明，所述次级分配系统由至少一个射孔套管组成。
有利地，所述射孔套管包括多个射孔。
优选地，各个射孔套管基本具有槽的形状。
有利地，所述射孔套管具有分别为基本锥形或矩形形状的横截面和纵向截面，所述截面的最长侧边在所述塔盘的侧面上。
根据本发明的一种实施方式，所述射孔套管包括流体通道管体。
至少部分所述管体可在所述射孔套管内侧突出。
另外，至少部分所述管体可在所述射孔套管外侧突出。
而且，突出于所述射孔套管外侧的至少部分所述管体可被倾斜。
在变化形式中，突出于所述射孔套管的至少部分所述管体具有斜切端。
根据本发明，所述分配系统包括被安置在不包括所述气体通道套管的相对区域上的多个射孔套管。
有利地，所述气体通道套管基本为平行六面体。
优选地，所述塔盘包括多个气体通道套管，所述气体通道套管相互平行。
根据本发明的一种实施方式，所述液体通道部件包括自所述塔盘的所述上部突出的至少一个升气管，所述升气管包括用于流入液体的至少一个径向开孔和用于将所述液体发送到所述分配部件上的开口。
有利地，所述升气管包括被安置在相对所述塔盘上表面在不同高度上的至少两个径向开孔。
替换地，用于所述液体的所述通道部件包括在所述气体通道套管内的侧向开孔和能够使液体自所述气体通道套管流到所述次级分配系统的流体流动部件。
另外，本发明涉及用于在气体和液体之间交换热量和/或物质的塔，其中通过接触器部件接触两种流体。所述塔包括根据本发明的至少一个分配器塔盘，能够将流体分配到所述接触器上。
根据本发明，所述塔还包括被安置在用于将液体分配到分配器塔盘上方的分配器塔盘上的至少一个分流器，所述分流器被开设射孔以用于所述流体通道且包括用于所述流体通道的至少一个提升射孔。
本发明还涉及对根据本发明的用于气体处理、CO2捕获、蒸馏或空气转换方法的塔的使用。
附图说明
通过参照附图、以非限制性举例方式给出的实施方式的详细描述的阅读，根据本发明装置的其它特征和优点将变得明显，其中：
-图1已被描述，示意性示出装配有分配器塔盘的气体处理或CO2捕获塔的特定情况，
-图2已被描述，示意性示出根据现有技术的分配器塔盘，
-图3示意性示出根据本发明第一种实施方式的分配器塔盘，
-图4示意性示出本发明第一种实施方式的变化形式的分配器塔盘，
-图5为图4的分配器塔盘的底视图，
-图6示出第一种实施方式的液体升气管，
-图7a)到7e)示意性示出根据本发明塔盘的次级分配系统的不同变化形式，
-图8a)到8b)示出根据本发明塔盘的顶视图，其上安置有根据本发明的分流器，
-图9示出根据本发明分流器的实施方式，和
-图10示意性示出根据本发明第二种实施方式的分配器塔盘。
具体实施方式
图3和4示意性示出根据本发明分配器塔盘的第一种实施方式。
本发明涉及在气体(G)和液体(L)之间交换热量和/或物质的用于塔(1)的分配塔盘(2)，通常包括用于使所述气体通过所述塔盘的至少一个套管(4)、用于将所述液体通过所述塔盘(2)的如升气管(6)之类的至少一个部件以及至少一个次级分配系统(7)。所述塔盘(2)能够在其顶部表面形成液位保护。套管(4)和升气管(5)自塔盘(2)的顶部突出(被向塔顶部定向)，而次级分配系统(7)自塔盘(2)的较低部突出(被向塔底部定向)。相对被设定为主(或主要)分配系统的液体通道部件，分配系统(7)被指定为次级分配系统。
对于在逆流模式下操作的塔，气体通道套管(4)能够将气体自塔盘下侧传送到顶侧。有利地，气体通道套管(4)具有基本平行六面体的形状，以提供传送气体的宽阔开口并限制压降。而且，当分配器塔盘(2)包括多个气体通道套管(4)时，它们可被相互平行地安置。根据图3所示的变化实施方式，数量为四个的气体通道套管(4)具有可变的尺寸且它们仅界定在塔盘上它们之间的平行空间。根据图4的变化实施方式，数量为十二个的气体通道套管(4)具有基本相同的尺寸且它们在塔盘上界定平行和正交空间。这些示例不排除实施气体通道套管(4)的可能性。气体通道套管(4)优选地被覆盖有盖体(还被称为斜面)，用于阻止液体流入套管。
液体通道部件能够将液体自塔盘顶部传送到底侧。根据图3和4所示的实施方式，所述能够将液体通过塔盘的部件由一组升气管(6)组成。基本管状的的这些升气管(6)被安置在气体通道套管(4)之间。升气管(6)的数量有利地大于气体通道套管(4)的数量。液体通道升气管(6)的内腔可为三角形或正方形形状。
图6为可用于本实施方式中的升气管(6)的实施例。升气管(6)的高度H小于气体通道套管(4)的高度(例如，升气管(6)可为600m高以及套管(4)可为700m高)。为了在液体安全高度较大时阻止液体流入气体通道套管(4)，升气管设置有开口(10)。而且，升气管(6)具有可阻止液体直接流入升气管(6)的盖体(或斜面)。升气管(6)包括用于使液体流入升气管的至少一个和优选地如所示的两个径向开孔(9)，通过重力作用将液体输送到塔盘下方。优选地，在升气管(6)包括至少两个径向开孔(9)时，它们被设置在不同高度上：hR1和hR2。因此，当液体流速较低时，塔盘上的液体安全高度(液体相对塔盘位置的高度)较低，仅第一径向开孔能够使液体流过塔盘。当液体流速较高时，液体安全高度上升，且第一和第二径向开孔使液体流过塔盘。由于这种特征，分配器塔盘适用于各种流速，因此其具有灵活性。
而且，根据本发明的分配器塔盘包括自塔盘下部突出的至少一个次级分配系统(7)。次级分配系统(7)能够将来自液体通道部件的液体分配通过接触器(3)上的塔盘，接触器(3)被以均匀分布的方式安置在塔盘(2)的下方。根据本发明的一种实施方式，次级分配系统由被安置在塔盘(2)下方的至少一个射孔套管(7)组成。射孔套管(7)能够收集来自通过塔盘的液体通道部件的液体，所述套管(7)的射孔(8)提供液体的均匀分配。例如，两行射孔(8)被安置在各个射孔套管(7)中。射孔套管(7)的定位为背对能够通过液体的塔盘(2)的部件、背对根据图3和4实施方式的升气管(6)、和不背对气体通道套管(4)，以尤其能够自由通过气体。图5示意性示出根据本发明分配器塔盘的底视图，其中可看到射孔套管(7)与气体通道套管(4)的交替。射孔(8)能够增大分配器注射点的密度和因此提高分配质量。分配器下方填充床的较大表面区域由此被该分配系统相对于传统系统润湿。通过减少呈现在分配器塔盘上的升气管数量，这个概念还能够减小实施方式的复杂度，其还能够减小分配器塔盘的尺寸和重量。
有利地，为了进行所述收集，射孔套管(7)基本具有槽的形状。优选地如图7所示，所述槽具有基本梯形或矩形横截面，在其顶部、塔盘(2)侧具有最长侧边。而且，槽具有基本梯形或矩形纵向截面，在其顶部、塔盘(2)侧具有最长侧边。分配槽的梯形形状能够阻止液体被传送到气体通道套管(4)中，同时最小化气体局部加速。
图7a)以7e)示出射孔套管(7)的不同的变化实施方式。
根据图7a)的实施方式，射孔套管(7)仅包括射孔(8)。
根据图7b)到7d)的实施方式，套管(7)包括除射孔(8)之外的管体(11)。
根据图7b)的实施方式，射孔套管(7)即包括射孔(8)又包括管体(11)，管体(11)突出进入射孔套管(7)将射孔套管(7)的多孔性适应到操控流速。射孔套管(7)的内侧被指定为由射孔套管(7)和塔盘(2)界定的空间。当液体流速较低时，射孔套管(7)内的液体安全高度(液体相对套管底部的高度)较低，仅射孔(8)能够使液体流过套管。当液体流速较高时，液体安全高度增大且射孔(8)与管体(11)二者能够使液体流过射孔套管(7)。因此所述装置能够保持在整体流速范围上的优良分配，通过该特征，分配器塔盘适用于各种流速，因此其具有灵活性。
根据图7c)的实施方式，射孔套管(7)包括突出于射孔套管(7)外侧的管体(11)。射孔套管(7)的外侧被指定为射孔套管(7)下方的空间。管体能够定向液体流。对于这种定向，突出的管体可被倾斜以将流体发送到整个接触器(3)上。而且，通过相对气体加速区域偏置液体出口，外管体(11)能够阻止更多的液体被传送。
图7d)的实施方式结合图7b)和7c)的实施方式，其管体(11)向射孔套管(7)的外侧突出，其中一些管体还向射孔套管(7)的内侧突出。
如图7e)所示，向射孔套管(7)外侧突出的管体(11)可被倾斜以提升来自分配管体(11)的喷射质量。
利用所述向内侧和/或外侧突出的倾斜或不倾斜的管体(11)，可占据仅部分或全部套管(7)的射孔(8)。为了达到更高的灵活性，可使用向内侧突出的具有不同高度的管体(11)。
本发明还涉及用于在两种流体之间交换物质和/或热量的塔(1)，其中通过气/液接触器(3)部件接触两种流体，塔(1)包括用于液态流体的至少第一入口、用于气态流体的至少第二入口、用于气态流体的至少第一出口和用于液态流体的至少第二出口。塔(1)还包括如上面描述的分配器塔盘(2)，能够将流体分配到接触器(3)上。
有利地，气/液接触器(3)为堆叠或随机填充床。
在其中分配器被定位在塔(1)的顶部的特定情况下，分流器(12)被安置在分配器塔盘(2)之上(图8a)和8b))。分流器(12)的目的在于一方面打破来自塔入口处的传送线路射流的惯性，另一方面在分配器塔盘(2)的收集空间中提供良好的液体分配。分流器(12)由降液管和收集与分配空间构成。分流器(12)被装配有一行孔洞(13)，液体被通过该行孔洞分配到分配器塔盘上(图9)。根据本发明的变化实施方式，一些孔洞(14)被升高以使分流器的多孔性适应于操作流速。这种概念特别适用于以宽泛的液体流速变化范围(在最小和最大操作流速之间的高比率)操作的塔。因此对于宽泛的液体流速范围，所述装置能够使得液体在分配器塔盘(2)上保持良好的分配。
根据本发明的塔可被用于气体处理、CO2捕获、蒸馏或空气转换方法。
变化的实施方式
根据图10a)和10b)所示的本发明第二实施方式，能够将流体通过塔盘(2)的部件由在气体通道套管(4)上的侧向开孔(14)和液体流动部件(15)形成，液体流动部件(15)能够将液体从气体通道套管(4)流动到次级分配部件(7)。所述液体流动部件(15)被插设在气体通道套管(4)中并延伸进入次级分配系统(7)。有利地，该液体流动部件(15)由覆盖侧壁的板体组成，该侧壁包括套管(4)的侧向开孔，因此液体在板体和气体通道套管(4)之间流动，并通入次级分配系统(7)。

Claims (19)

1.一种在气体(G)和液体(L)之间交换热量和/或物质的用于塔(1)的分配器塔盘(2)，包括自所述塔盘(2)上部突出的用于使所述气体通过所述塔盘的至少一个套管(4)、和用于将所述液体通过所述塔盘(2)的至少一个部件(6，15)，其特征在于，所述塔盘(2)进一步包括自所述塔盘(2)下部突出的至少一个次级分配系统(7)，用于分配来自所述液体通道部件(6，15)的所述液体。
2.根据权利要求1所述的塔盘，其中所述次级分配系统由至少一个射孔套管(7)组成。
3.根据权利要求2所述的塔盘，其中所述射孔套管(7)包括多个射孔(8)。
4.根据权利要求2或3其中任意一项所述的塔盘，其中各个射孔套管(7)基本具有槽的形状。
5.根据权利要求4所述的塔盘，其中所述射孔套管(7)具有分别为基本锥形或矩形形状的横截面和纵向截面，所述截面的最长侧边在所述塔盘(2)的侧面上。
6.根据权利要求2到5其中任意一项所述的塔盘，其中所述射孔套管(7)包括能够通过液体的管体(11)。
7.根据权利要求6所述的塔盘，其中至少部分所述管体(11)可在所述射孔套管(7)的内侧突出。
8.根据权利要求6或7其中任意一项所述的塔盘，其中至少部分所述管体(11)可在所述射孔套管(7)的外侧突出。
9.根据权利要求8所述的塔盘，其中突出于所述射孔套管(7)外侧的至少部分所述管体(11)可被倾斜。
10.根据权利要求8或9其中任意一项所述的塔盘，其中突出于所述射孔套管(7)的至少部分所述管体(11)具有斜切端。
11.根据权利要求2到10其中任意一项所述的塔盘，其中所述分配系统包括被安置在不包括所述气体通道套管(4)的相对区域上的多个射孔套管(7)。
12.根据前面权利要求其中任意一项所述的塔盘，其中所述气体通道套管(4)基本为平行六面体。
13.根据前面权利要求其中任意一项所述的塔盘，其中所述塔盘包括多个气体通道套管(4)，所述气体通道套管(4)相互平行。
14.根据前面权利要求其中任意一项所述的塔盘，其中所述液体通道部件包括自所述塔盘(2)的所述上部突出的至少一个升气管(6)，所述升气管包括用于流入液体的至少一个径向开孔(9)和用于将所述液体发送到所述分配部件(7)上的开口。
15.根据权利要求14所述的塔盘，其中所述升气管包括被安置在相对所述塔盘的上表面在不同高度上的至少两个径向开孔(9)。
16.根据权利要求1到13其中任意一项所述的塔盘，其中用于所述液体的所述通道部件包括在所述气体通道套管(4)内的侧向开孔(14)和能够使液体自所述气体通道套管流到所述次级分配系统(7)的流体流动部件(15)。
17.一种用于在气体和液体之间交换热量和/或物质的塔(1)，其中通过接触器(3)部件接触两种流体，其特征在于，所述塔包括根据前述权利要求其中任意一项所述的至少一个分配器塔盘(2)，能够将流体分配到所述接触器(3)上。
18.根据权利要求17所述塔，其中所述塔还包括被安置在用于将液体分配到分配器塔盘(2)上的分配器塔盘(2)上的至少一个分流器(12)，所述分流器(12)被开射孔以用于所述流体的通道且包括至少一个用于所述流体的通道的提升的射孔(14)。
19.用于气体处理、CO2捕获、蒸馏或空气转换方法的根据权利要求16或17其中任意一项所述的塔(1)的使用。
CN201480030966.8A 2013-06-10 2014-05-19 用于带次级分配系统的气/液接触塔的分配器塔盘 Active CN105451859B (zh)

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