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WO2019120937A1 - Plateau distributeur a compartiments et cheminees gaz de meme forme pour colonne de contact gaz/liquide offshore - Google Patents

Plateau distributeur a compartiments et cheminees gaz de meme forme pour colonne de contact gaz/liquide offshore Download PDF

Info

Publication number
WO2019120937A1
WO2019120937A1 PCT/EP2018/083120 EP2018083120W WO2019120937A1 WO 2019120937 A1 WO2019120937 A1 WO 2019120937A1 EP 2018083120 W EP2018083120 W EP 2018083120W WO 2019120937 A1 WO2019120937 A1 WO 2019120937A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid
gas
tray
compartments
chimney
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/083120
Other languages
English (en)
Inventor
Manel Fourati
Pascal Alix
Philippe BEARD
Yacine HAROUN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles filed Critical IFP Energies Nouvelles
Priority to CN201880082712.9A priority Critical patent/CN111787988B/zh
Priority to US16/955,206 priority patent/US11534699B2/en
Priority to BR112020012240-8A priority patent/BR112020012240B1/pt
Priority to AU2018386896A priority patent/AU2018386896B2/en
Publication of WO2019120937A1 publication Critical patent/WO2019120937A1/fr

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/008—Liquid distribution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/16—Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
    • B01D3/18—Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid with horizontal bubble plates
    • B01D3/20—Bubble caps; Risers for vapour; Discharge pipes for liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/18—Absorbing units; Liquid distributors therefor
    • B01D53/185—Liquid distributors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D53/1468—Removing hydrogen sulfide
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    • B01D53/1475—Removing carbon dioxide
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    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the present invention relates to the field of trays for gas / liquid contact columns, and more particularly the offshore columns in particular used in gas treatment units, C0 2 capture, dehydration of a gas or distillation.
  • Offshore units for gas treatment or C0 2 capture by amine washing comprise liquid and gaseous absorption and regeneration columns for fluids. These absorption and regeneration columns operate in countercurrent or co-current gas / liquid flow and are installed on boats, floating barges or offshore platforms, for example of FPSO (Floating Production) type. , Storage and Offloading which means storage and unloading production platform), or FLNG (Floating Liquefied Natural Gas, which stands for Liquefied Natural Gas Platform). On the floating barges, distillation columns or gas dehydration columns are also installed.
  • FPSO Floating Production
  • FLNG Floating Liquefied Natural Gas, which stands for Liquefied Natural Gas Platform
  • the columns used in these offshore units for gas treatment, CO 2 capture, distillation or dehydration of a gas generally operate on the principle of an exchange of material and / or heat between the gas and the fluid which circulate in the columns.
  • gas / liquid contact columns When it comes to removing contaminants in the gas, such as CO 2 , hydrogen sulfide (H 2 S), carbon oxysulfide (COS), water, by gas scrubbing processes by a liquid, vertical gas / liquid contact columns are generally used, which wash a rising gas stream in countercurrent flow of a descending liquid stream. Thus, the contaminants of the gas are retained by the liquid during the rise of the gas in the column with variable absorption rates.
  • gas / liquid contact column is also understood vertical the regeneration columns, in which the solvents (liquids) loaded with contaminants are purified by contact with a gas, which promotes the extraction of contaminants present in the solution loaded with contaminants.
  • the units are generally composed of two gas / liquid contact columns, one dedicated to the absorption of contaminants, such as gaseous acid compounds, by the solvent flowing along the absorption column also called “Absorber", the other being devoted to the regeneration ("regenerator") of the rich solvent, that is to say the solvent containing the contaminants from the absorber, for example by heat input in the form of boiling said solvent, so as to completely purify the solvent which is then reused in the absorber.
  • This regenerated solvent is also called poor solvent.
  • FIG. 1 represents a possible embodiment of a gas / liquid contact column used in a gas treatment unit, for example in the context of the absorption of acid compounds contained in the gas by the liquid which is an aqueous solution of amine (s). It is a vertical gas / liquid contact column comprising bulk packing and / or structured packing contacting members implemented in the form of several beds, and comprising means for intermediate redistribution of the liquid flow between the two layers. packing beds.
  • Bulk packings and so-called structured packings form the two large families of packings currently available.
  • Bulk-type packing consists of a multiplicity of singular solid elements, possibly identical and generally of moderate size (of the order of a centimeter), deposited in bulk within the contactors, whereas a packing of structured type is generally formed by metal sheets shaped and arranged in a particular way.
  • the gas / liquid contact column 1 contains packing, loose and / or structured, distributed in several packing beds 7. Each packing bed corresponds to an absorption section 6 of the column in which is preferably carried out the exchange of heat and / or material by contacting the liquid L and gas G within the lining.
  • the contact column 1 receives the gaseous fluid G F A to be treated, containing acidic compounds to be removed, by a first inlet at the bottom of the column, and the poor solvent L Sp (liquid solution of amine (s)) by a second entry at the top of the column.
  • the gaseous fluid to be treated G F A is generally introduced at the bottom of the column by means of a gas distributor 2 making it possible to standardize the velocity profile of the rising gas over the entire lower section of the packing bed 7 to improve the operating performance of the column.
  • the contact column 1 delivers the treated gaseous fluid G F T, purified from a part of the acid compounds, by a first outlet at the top of the column, and the rich solvent L S R, charged with a part of the acidic compounds contained in the gaseous fluid to be treated, by a second outlet at the bottom of the column.
  • the transfer of the acidic compounds from the gaseous fluid to the liquid solvent is carried out via the intimate contact of the downward liquid phase and the upward vapor phase within the column, at the level of the packing beds 7.
  • the packing beds 7 are composed of solid elements which have a high contact area, on which the liquid is uniformly distributed and flows downwards, which favors contact with the ascending vapor phase, and thus enables efficient transfer of the material and / or heat between the two fluids.
  • the poor solvent SP at the top of the column, is injected uniformly onto the section of the head packing bed 7, using a liquid distributor 3, and the gas to be treated G F T is introduced in the bottom of the contactor with the aid of the gas distributor 2.
  • the gas distributor 2 disposed at the bottom of the column also collects the liquid L S R which can then be extracted at the bottom of the column 1.
  • the liquid L S R is generally collected in a liquid collection zone provided on the gas distributor 2, said zone being conventionally connected to the bottom of the column by legs opening into a liquid guard zone from which the liquid is withdrawn. out of the counsell.
  • Column 1 also comprises a plurality of liquid collection and redistribution systems (4,5) between the packing beds 7.
  • the column 1 shown thus comprises two such collection and liquid redistribution systems (4,5), each of which placed between two packing beds 7, on the one hand to collect the descending liquid from the upper packing bed and distribute said liquid on the lower packing bed, and on the other hand to distribute uniformly the gas from the bed of lower liquid packing on the upper packing bed.
  • This configuration is particularly well suited when a high gas / liquid contact height is required.
  • These intermediate liquid collection and redistribution systems can be of different types, such as for example systems comprising a liquid collecting tray 4 comprising chimneys for the passage of the gas, associated with a distributor 5 having a vertical pipe opening on a plurality of sprinklers (horizontal tubes provided with orifices or nozzles) for the distribution of the liquid collected on the tray 4.
  • a liquid collecting tray 4 comprising chimneys for the passage of the gas
  • a distributor 5 having a vertical pipe opening on a plurality of sprinklers (horizontal tubes provided with orifices or nozzles) for the distribution of the liquid collected on the tray 4.
  • Other types of liquid intermediate collection and redistribution system may be used, such as trays trays ("chimney trays" in English), as shown in Figures 2 and 4. These trays trays can also be used as a liquid distributor 3 at the head of the column.
  • the trays equipped with chimneys can be of different types, and positioned according to different configurations.
  • Various variants of dispensing trays are disclosed in particular in the following patent applications and patents: US6338774B, US2004020238A, US6149136A and US5752538A.
  • FIG. 2 An example of a chimney tray is shown in Figure 2.
  • the tray 30 is an example of a standard liquid dispensing tray used in such a column.
  • the plate 30 has chimneys 32 for the distribution of gas G, protruding on one side of the plate.
  • the chimneys 32 are for example arranged on the plate in a given pitch P.
  • the distribution of the liquid L is through the passage of the liquid in orifices 31 positioned on the plate 30 between the chimneys 32.
  • Each chimney 32 allows the passage of the gas , according to the counter-current or co-current operating mode, from the lower part of the column to the upper part of column 1 or from the upper part to the lower part.
  • a counter-current operating mode is shown (descending liquid L and ascending gas G).
  • Chimneys 32 rise perpendicularly to plate 30.
  • Each chimney 32 is formed at least one wall which delimits an open internal volume on both sides of the board.
  • the chimney 32 may have a cylindrical shape, as shown in Figure 2, or be formed of several walls and have the shape of a parallelepiped.
  • the chimney 32 may be equipped with a cap (not shown) disposed above the exhaust opening or the inlet of the gas of the chimney (according to the mode of operation against the current or co-current) in order to prevent the liquid from passing into the chimneys 32.
  • This exhaust or gas inlet opening may also be positioned in such a way as to prevent the liquid from entering the chimney, for example being arranged orthogonally at a Z axis crossing the chimneys according to their height H.
  • the objective of the distributor plate 32 is to distribute the liquid L homogeneously on a gas / liquid contactor 7 located below in the ceremoniesl, as illustrated in FIG. 1.
  • a plate 30 may also have the function of distributing the gas in such a way as to homogeneous at the base of a gas / liquid contactor 7 located above said plate 30 in the column 1, in the case where the plate 30 is an intermediate device located between two gas / liquid contactors 7 (role of the collection device and liquid redistribution (4, 5) of Figure 1).
  • the gas / liquid contact columns considered are offshore, in particular placed on floating structures, for example of the boat, platform or barge type, the latter are sensitive to the swell.
  • the equipment installed in these columns, and in particular the gas / liquid distribution trays undergo wave movements of up to six degrees of freedom ("yaw, pitch, roll, heave, sway, thrust").
  • the angle associated with the combination of pitching and rolling oscillations is of the order of +/- 5 ° with a period ranging from 15 to 20 s.
  • the orders of magnitude of the longitudinal, transverse and vertical accelerations encountered in the column vary respectively between 0.2 / 0.7%, 2 m / s 2 and 6 m above the bridge on which the column is placed and 0, 3/1, 2 / 0.3 m / s 2 at 50 m above deck.
  • the height of the liquid guard is no longer uniform on the distributor plate , h 1 and h 2 being respectively the liquid guard heights at two diametrically opposite positions of the plate 30), which causes an imbalance in the distribution of the liquid at the inlet of the gas / liquid contactor 7 in the column 1 (U L1 »U L2 , U u and U L 2 being respectively the speeds of distribution of the liquid at the same two diametrically opposite positions of the plate).
  • the quality of distribution and thus the efficiency of the column are strongly impacted.
  • This distribution of the liquid if not controlled, can significantly degrade the performance of the column.
  • a large liquid guard (about 0.6 m depending on the diameter of the column) would be required to compensate for these effects, which means an increase in bulk and unwanted weight for offshore structures.
  • liquid distribution elements which are not very sensitive to horizontality defects have been implemented.
  • These distributors generally consist of a separate manifold and distributor, connected by one or more relatively long vertical pipes for the distributor to remain in charge regardless of the wave conditions encountered.
  • An example of such a system separating the collection of the liquid and its distribution is shown in Figure 4.
  • the liquid collection tray 40 has chimneys 42 for the passage of gas.
  • the system for distributing the liquid comprises at least one vertical pipe 41 connecting the collecting plate 40 to a plurality of sprinklers 43 (horizontal tubes provided with orifices or nozzles).
  • FIG. 5 Yet another known solution, described in patent FR 2989595 B, is to use a liquid distributor plate as shown in Figure 5.
  • a liquid distributor plate as shown in Figure 5.
  • Such a plate 50 is compartmentalized, each compartment 53 having a cylindrical chimney 52 for the passage of gas and at least one orifice-type liquid distribution means 51 or chimney.
  • the compartments comprising gas chimneys and means of passage for the liquid have a rectangular parallelepiped shape.
  • the compartments serve as a "barrier" when the tray is tilted. Thus, it maintains a relatively homogeneous liquid guard even with a large inclination.
  • a flow of liquid is allowed between the compartments 53 through the partitions 54 forming said compartments, which have perforations 55, preferably positioned at the base of the partitions. In this way the liquid can flow over the entire surface of the plate 50 allowing a good radial dispersion of the liquid, and thus ensuring a good quality of distribution of the liquid on the gas / liquid contactor 7.
  • the design and production of such a tray can be problematic, especially because of the cylindrical shape of the chimneys inserted into compartments in the shape of a rectangular parallelepiped.
  • the chimneys are present in many compartments, and they remove the useful surface to properly distribute orifices 51 and ensure a good distribution of the liquid.
  • the chimneys can be located near the walls of the compartments, but in this case it is not easy to connect the cylindrical chimneys if they contact the walls 54. This requires many points of welding and greatly complicates the realization with an impact on the cost.
  • Figure 6 shows a partial view of an exemplary compartment comprising a chimney 52, surmounted by a cap 57 to prevent the passage of liquid through the chimney, and orifices 51 for the passage of liquid through the plate.
  • a chimney 52 surmounted by a cap 57 to prevent the passage of liquid through the chimney
  • orifices 51 for the passage of liquid through the plate.
  • the cylindrical stacks are located in the compartments without contact with the walls 54, they will obstruct a large number of orifices 51 of liquid passage, to the detriment of the quality of distribution of the liquid.
  • These design and construction problems will be exacerbated for trays with large diameters, for example 4 or 5 meters in diameter, which have many compartments and chimneys.
  • the present invention is an improvement of the plate described in the patent FR 2989595 B, aimed in particular to simplify the design and manufacture of the tray while ensuring a good distribution of the liquid via the liquid passage means being for example orifices.
  • the present invention is intended in particular to provide a distributor plate (of liquid and gas) for heat exchange column and / or material between a gas and a liquid, of simple structure, and allowing a good quality of distribution of the liquid and a good dispersion of the liquid on the plate, even for large inclinations of the plateau imposed by the marine environment.
  • the present invention also aims to simplify the design and manufacture of a tray comprising compartments provided with chimneys for the passage of gas through the tray and liquid passage means adapted for use in an offshore exchange column. of heat and / or material between a gas and a liquid.
  • the present invention provides, in a first aspect, a distributor plate for heat exchange column and / or material between a gas and a liquid, having intersecting partitions delimiting a plurality of compartments on a face of the tray, said partitions having perforations to allow flow of a portion of the liquid between adjacent compartments, each compartment comprising at least one means for passage of the liquid through said tray or a chimney projecting from said face of said tray for exclusive passage of said gas through said tray, said tray having a plurality of liquid passage means and a plurality of chimneys, and wherein the shape of said stack is identical to the shape of the compartment which contains it and said chimney has an internal volume at least equal to the volume of the compartment which contains it.
  • each chimney occupies a single compartment.
  • each chimney occupies several adjacent compartments.
  • each chimney occupies four adjacent compartments.
  • the compartments have the same size and the same shape.
  • each chimney is surrounded by at least three compartments adjacent to said chimney between which the liquid flows via the perforated partitions.
  • each chimney is surrounded on all sides by compartments adjacent to said chimney between which the liquid flows via the perforated partitions.
  • the partitions are composed of two series of partitions, the partitions of each series being parallel to each other and secant to the partitions of the other series.
  • the chimneys have a section of square, rectangular, diamond, hexagonal or trapezoidal, and preferably square.
  • the chimneys are regularly distributed on the face of the tray according to a given first step, preferably a triangular or square pitch.
  • the perforations are arranged at the base of the partitions.
  • the perforations of two parallel partitions delimiting the same compartment are not aligned.
  • means for the passage of the liquid are orifices arranged on the plate, preferably regularly distributed in each compartment according to a second given pitch, preferably a triangular or square pitch.
  • the liquid passage means are fluid passageways through the tray equipped with at least one perforation, said liquid passageways protruding on one side of said plate.
  • the tray further comprises a dispersion system disposed under the other face of the tray, the dispersion system comprising a set of sprinklers or perforated pipes arranged parallel to each other.
  • the present invention proposes an offshore column for exchanging heat and / or material between a gas and a liquid comprising at least one gas / liquid contactor bringing the gas and the liquid into contact, at least a first inlet the liquid, at least a second gas inlet, at least a first outlet of a gaseous fluid and at least a second outlet of a liquid fluid, and the column comprising a distributor plate according to the invention allow the distribution of the liquid on the gas / liquid contactor and the gas distribution.
  • the present invention proposes a unit for treating gas or CO 2 capture, by washing the gas with an absorbent solution, the absorbing solution containing in particular amines, the unit comprising at least one column offshore according to the invention, to allow exchanges between the gas and the absorbent solution.
  • the present invention provides a unit for the distillation of a liquid or the dehydration of a gas, comprising at least one offshore column according to the invention, to allow exchanges between the gas and the liquid.
  • the present invention proposes an offshore floating barge, in particular for the recovery of hydrocarbons, comprising a gas treatment unit and / or C0 2 capture according to the invention or a distillation unit and / or dehydration according to the invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a particular case of a gas / liquid contact column for the absorption of acid compounds contained in a gas by an aqueous amine solution, in the context of a treatment of gas or C0 2 capture equipped with a tray according to the prior art or according to the invention.
  • Figure 2 already described, illustrates a tray with stacks according to the state of the art for the distribution of liquid and gas.
  • FIG 3 already described, illustrates the fireplace tray according to the prior art of Figure 2 shown in an inclined position.
  • FIG. 4 already described, illustrates an example of a system for collecting and dispensing liquids according to the prior art for use between two packing beds of a gas / liquid contact column, comprising a stacked liquid collection tray. of gas connected to a liquid distributor formed by sprinklers.
  • FIG. 5, already described, is a partial perspective view of an example of compartmented chimney tray according to the prior art.
  • FIG. 6, already described, illustrates an example of compartment of a tray according to the prior art of the compartmentalized hearth tray type as illustrated in FIG.
  • Figure 7 schematically illustrates a 3D view of a portion of a tray according to another embodiment of the invention.
  • Figure 8 schematically illustrates a top view of a portion of a tray according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 9 schematically illustrates a view from above of a part of a plate according to another embodiment of the invention
  • Figure 7 illustrates in particular, schematically, a portion of a tray according to one embodiment of the invention.
  • the plate 100 according to the invention is a gas distributor plate for a heat exchange column and / or material between a gas G and a liquid L.
  • the plate according to the invention comprises a gas distribution function and a liquid distribution function. In this sense, reference will be made in the rest of the description to a "distributor" plate to designate a plate having these two functions of liquid and gas distribution.
  • the distributor plate 100 has two faces, an upper face and a lower face.
  • the upper face of the plate 100 is called the face of the plate which is oriented towards the top of the exchange column.
  • the lower face of the plate is the downward side of the column, through which the gas arrives in a mode of operation of the countercurrent column of an ascending gas and a descending liquid.
  • the plate is represented in its position of use within a gas / liquid contact column, that is to say positioned horizontally, the upper face, in the plane (XY) coinciding with a horizontal plane, oriented towards the top of the column.
  • the plate 100 is part of a cylinder of diameter f, which is substantially equal to that of the gas / liquid contact column.
  • the diameter of the gas / liquid contact column may be between 1 m and 8 m, and is often between 2 m and 5 m.
  • the plate 100 according to the invention comprises secant partitions 104 delimiting, on one face of the plate 100, ie the upper face, a plurality of compartments 103.
  • it is a plurality of compartments of the same size and of the same shape, which does not exclude that on the periphery of the plate there may be, especially in the case of a cylindrical column, other compartments that are not of the same size and shape.
  • the partitions 104 forming the compartments 103 have perforations 105 to allow the flow of a portion of the liquid between adjacent compartments 103.
  • adjacent compartments is meant compartments having two partitions in common.
  • the partitions 104 are composed of two series of partitions, the partitions of each series being parallel to each other and secant to the partitions of the other series, as shown in FIG.
  • each compartment comprises either at least one means for the passage of the liquid through the plate 100, or a chimney 102 projecting from said face of the plate 100 for the exclusive passage of said gas through said plate 100.
  • the plate 100 comprises a plurality of means for the passage of the liquid and a plurality of chimneys 102, to ensure both a gas distribution function and a liquid distribution function.
  • the partitions 104 generating the compartments 103 serve as a "barrier" to the liquid contained in the compartments comprising the liquid passage means, especially when the plate is inclined. Thus, it maintains a relatively homogeneous liquid guard even with a large inclination. A good quality of liquid distribution on the gas / liquid contactor is therefore guaranteed.
  • the guard of liquid is the interface between the gas and the liquid.
  • the height of the liquid guard corresponds to the level of the liquid relative to the upper face of the tray.
  • the liquid flow zone is the zone on which the liquid circulates; it is the surface formed by the compartments comprising the liquid passage means on the upper face of the plate, and between which the liquid can flow through the perforations 105 of the partitions 104.
  • a part liquid L may flow between adjacent compartments provided with liquid passage means, and preferably flow between said compartments homogeneously distributed over the entire surface of the distributor plate 100, thus ensuring a good radial dispersion of the liquid.
  • the perforations 105 may be circular, oblong, rectangular, etc. However, the surface of the perforations 105 may preferably remain small relative to the surface of the partitions so that the partitions 104 continue to play their main role: to limit the amount of fluid flowing on the plate, in order to guarantee good homogeneity of the height of the liquid on the plate.
  • the perforations 105 of two parallel partitions of a compartment 103 are not aligned (or coaxial), that is to say that a right that passes through the centers of perforations of two parallel partitions, is not parallel to one of the partitions of the compartment 103.
  • the perforations 105 are placed at the base of the partitions 104, that is to say in the part lower of the partitions 104 near the upper face of the plate of which the chimneys are projecting, to facilitate the flow of the liquid; the perforations 105 are preferably arranged to be below the height of the liquid guard.
  • the perforations are present only between adjacent compartments having means for passage of the liquid through the tray, and not between a compartment having a chimney adjacent to a compartment having means for passing the liquid.
  • the number of compartments may be dependent on the diameter of the tray.
  • a large-sized tray is more compartmentalized than a smaller-sized tray.
  • the tray may have between 4 and 150 compartments.
  • each chimney 102 is surrounded by at least three compartments adjacent to said chimney 102 between which the liquid flows via the perforated partitions. More preferably, each chimney 102 is surrounded on all sides by compartments adjacent to said chimney 102 between which the liquid flows via the perforated partitions. In this way, it is possible to ensure a flow of liquid over the entire face of the tray not occupied by the chimneys.
  • the means for passing the liquid through the plate are not shown in FIGS. 7 to 9.
  • These may be orifices, such as the orifices 51 which the plate according to the prior art shown in FIG. are preferably regularly distributed in each compartment in a given pitch, preferably a triangular or square pitch.
  • It may also be chimneys for the passage of the liquid, equipped with at least one perforation (or at least one row of perforations), the chimneys of passage of the liquid being protruded on one of the faces of the plate 100.
  • the chimneys 102 allow the exclusive passage of the gas G through the plate 100.
  • plurality of chimneys means at least two chimneys.
  • the number of stacks is variable and depends on the design of the tray, in particular such parameters as the size of the tray, the desired opening rate, the volume of the collection area, etc.
  • the plate 100 according to the invention may comprise between 2 and 100 chimneys 102.
  • the chimneys 102 are traversed by an axis Z, in the direction of their height, which coincides with the vertical when the plate is in a horizontal position in the column.
  • the gas G passes through the chimney 102 in the direction of its height, along this axis Z.
  • the other dimensions of the chimney for example its length I and its width L in the case of a chimney shaped parallelepiped rectangle as shown in Figure 7, are defined in the plane (XY) orthogonal to the Z axis and formed by a portion of the tray supporting the chimneys 102. This is a horizontal plane when the plate is in position in a column.
  • Each chimney 102 comprises an internal volume open on either side of the plate 100, said volume being delimited by several walls forming the chimney 102.
  • the opening of the exhaust and the inlet opening respectively will be designated as the opening of the chimney by the gas having passed through the chimney escapes, typically located at the top of the chimney projecting from the upper face of the plate for a counter-current column (rising gas), and the opening of the chimney through which the gas between, typically located at the base of the chimney projecting from the upper face of the tray for a column running against the current (rising gas).
  • Each chimney 102 may be surmounted by a cap (not shown) to prevent the liquid from passing into the chimney 102.
  • the cap is then raised relative to the top of the chimney so as to leave a space for the passage of the gas G.
  • the chimneys 102 are distributed on the plate 100 in a regular manner, according to a given pitch, to ensure a homogeneous distribution of the gas.
  • the chimneys are distributed on the upper face of the tray in a triangular or square pitch.
  • the number of stacks of the tray is less than the number of compartments comprising the means for the passage of the liquid.
  • the height of the chimneys 102 may be greater than that of the partitions forming the compartments. Thus the chimneys may be higher than the compartments containing the liquid passage means.
  • the shape of the chimney 102 is identical to the shape of the compartment 103 which contains it, and the internal volume of the chimney is at least equal to that of the compartment which contains it.
  • the chimneys thus conform to the shape of the compartments, it is then easier to design their location on the plate and realize the latter, taking into account other design and manufacturing constraints, including the arrangement of the liquid passage means which must allow a good quality of distribution of the liquid.
  • the present invention makes it possible to obtain a high performance plateau, in terms of gas and liquid distribution quality.
  • the compartments of the distributor plate 100 have the shape of rectangular parallelepipeds.
  • the chimneys 102 also have the shape of rectangular parallelepipeds.
  • the section of said chimneys 102 is therefore rectangular, like that of the compartments 103.
  • the chimneys 102 are for example elongated along a longitudinal axis Y orthogonal to the axis Z.
  • the parallelepipedal shape preferably rectangle, allows a wide opening to the passage of the gas, especially in comparison with known cylindrical chimneys, which limits the pressure losses.
  • the dispensing tray according to the invention may comprise compartments of another shape than that shown in FIG. 7.
  • the dispensing tray according to the invention may comprise compartments, and therefore chimneys, which have a section of shape. square, rectangular, rhombus, hexagonal or trapezoidal.
  • the stacks of the dispenser tray according to the invention have a square-shaped section, such as in the embodiments of the tray according to the invention shown in Figures 8 and 9.
  • the height of the chimneys may for example be between 0.15 m and 1 00 m, and preferably between 0.3 m and 0.6 m.
  • FIG 8 is a diagram showing a portion of a tray according to one embodiment of the invention, according to a view from above. It is therefore the upper face of the plate. For reasons of simplification, certain elements such as liquid passage means are not shown.
  • the tray 200 according to this embodiment is identical in all respects to that described in connection with Figure 7, except that the compartments 203 formed by the partitions 204, and therefore the chimneys 202, have a square-shaped section.
  • the compartments of the plate thus form a checkerboard structure, comprising rows along the X and Y axes.
  • each chimney 202 occupies a single compartment 203. In other words, the internal volume of each stack 202 is equal to the volume of compartment 203 which contains it.
  • the chimneys 202 are distributed uniformly on the upper face of the plate, for example in a regular pattern determined by a triangular pitch.
  • the plate 200 thus comprises a chimney 202 every four compartments along the X axis and along the Y axis, each chimney 202 being surrounded on all sides by compartments containing only means for passing the liquid, and communicating with each other via means perforations in the partitions 204, so as to create a fluid circulation zone uniformly distributed over the face of the plate 200.
  • the chimneys 202 are furthermore spaced apart from each other by a row without chimneys, that is to say from a row formed only by liquid compartments along the X axis and along the Y axis.
  • FIG. 9 is a diagram showing a portion of a tray according to one embodiment of the invention, according to a view from above. It is therefore the upper face of the plate.
  • the plate 300 according to this embodiment is in all respects identical to that described in connection with Figure 8, except that each chimney 302 occupies several adjacent compartments 303, for example four adjacent compartments as shown. By 4 adjacent compartments is meant that the compartments are adjacent two by two. In other words, the internal volume of each stack 302 is equal to the volume of the four compartments 303 that contain it.
  • the compartments of the tray 303 formed by the partitions 304, and therefore the chimneys 302 have a square-shaped section. A checkerboard structure is thus formed, comprising rows along the X and Y axes.
  • the chimneys 302 are distributed uniformly on the upper face of the plate, for example in a regular pattern determined by a step triangular. Only the full chimneys are represented in FIG. 9, that is to say occupying 4 compartments drawn.
  • the plate 300 thus comprises a chimney 302 occupying four adjacent compartments forming a square, all four compartments along the X axis and all six compartments along the Y axis, each chimney 302 being surrounded on all sides by compartments containing only means for passing the liquid, and communicating with each other via perforations in the partitions 304, so as to create a circulation zone of the liquid uniformly distributed over the face of the plate 300.
  • the chimneys 302 are further spaced from each other by less a row without chimneys, that is to say a row formed by liquid compartments along the X axis and along the Y axis.
  • the invention also relates to a material exchange column and / or heat between a gas G and a liquid L, wherein the two fluids are brought into contact by means of at least one gas / liquid contactor.
  • a gas / liquid contactor is preferably a structured packing bed or bulk, as defined above. It can also be any other means of bringing into contact gas / liquid allowing an exchange of material and / or heat, such as trays.
  • the column according to the invention may be a column as described in relation to FIG. 1, for example adapted to a process for the absorption of acidic compounds such as CO 2 , H 2 S, COS, disulfide of carbon (CS 2 ), sulfur dioxide (S0 2 ) and mercaptans (RSH) such as methyl mercaptan (CH 3 SH), ethyl mercaptan (CH 3 CH 2 SH) and propyl mercaptan (CH 3 CH 2 CH 2) SH), contained in a gas to be treated, with the liquid which is an aqueous solution of amine (s).
  • acidic compounds such as CO 2 , H 2 S, COS, disulfide of carbon (CS 2 ), sulfur dioxide (S0 2 ) and mercaptans (RSH)
  • RSH mercaptans
  • CH 3 SH methyl mercaptan
  • CH 2 SH ethyl mercaptan
  • propyl mercaptan CH 3 CH 2 CH 2 SH
  • the column may thus comprise, without exhaustively reproducing the description which has already been made above of such a column, at least one inlet of a liquid (called “poor solvent") disposed at the top of the column, at least an inlet for a gas to be treated at the bottom of the column, at least one outlet for the treated gas at the top of the column, and at least one outlet of the liquid enriched in contaminants initially contained in the gas to be treated at the bottom of the column (called “rich solvent”).
  • the column advantageously comprises at least one gas / liquid contactor 7, preferably a loose or structured packing bed, and more preferably a structured packing bed, for bringing the gas to be treated into contact with the poor solvent.
  • Column 1 comprises at least a first inlet the liquid L Sp , at least a second inlet the gas G FA , at least a first outlet of a gaseous fluid G FA and at least a second outlet of a liquid fluid L S R .
  • the column 1 further comprises a distributor plate as described above, surmounting said gas / liquid contactor 7, to allow a distribution of the liquid on said contactor 7 and a distribution of the gas.
  • the gas can be distributed by the plate on said gas / liquid contactor (for example a gas flow / liquid downward co-current), or be distributed on another gas / liquid contactor surmounting the plate in the case where the plate is positioned between two successive gas / liquid contactors in the column (for example a gas flow counter-current liquid with the liquid descending in the column), or the gas can be distributed at the top of the column, above any section comprising a gas / liquid contactor, and from where it can be discharged out of the column.
  • gas / liquid contactor for example a gas flow / liquid downward co-current
  • another gas / liquid contactor surmounting the plate in the case where the plate is positioned between two successive gas / liquid contactors in the column (for example a gas flow counter-current liquid with the liquid descending in the column)
  • the gas can be distributed at the top of the column, above any section comprising a gas / liquid contactor, and from where it can be discharged out of the column.
  • the column according to the invention operates against the current, with an upward gas and a liquid descending into the column.
  • the distributor tray according to the invention can be placed between two successive sections, a lower section and an upper section, each section comprising a gas / liquid contactor 7, typically a packing bed, to thereby allow the distribution of the liquid L at the top of the gas / liquid contactor 7 of the lower section, and distribute the gas at the base of the gas / liquid contactor 7 of the upper section. It replaces the liquid collection and redistribution referenced system (4,5) of Figure 1.
  • the distributor plate according to the invention can also be placed at the top of the column, downstream of any gas / liquid contactor 7 (in the direction of an upward gas in a counter-current column). It thus allows the distribution of the liquid arriving through the first inlet of the liquid L Sp at the top of the column, on the section containing the gas / liquid contactor 7 located highest in the column.
  • the gas / liquid contactor 7 is a structured or loose packing bed, and preferably a structured packing bed.
  • the dispensing tray according to the invention can be associated with a dispersion system disposed under the distributor plate, this dispersion system can be a set of sprinklers or perforated pipes arranged in parallel under the distributor plate. This dispersion system makes it possible to ensure even better dispersion of the liquid in the gas / liquid contactor.
  • Such an offshore column may be a column for the absorption or regeneration of a fluid, in which a gaseous fluid is brought into contact with a liquid fluid, used in a gas treatment unit or CO 2 capture.
  • the absorption column contacts a gas and a liquid to absorb contaminants contained in the gas and produce a liquid enriched with said contaminants and a gaseous effluent depleted of said contaminants.
  • the regeneration column contacts a gas and a liquid to regenerate a contaminant-containing liquid to produce a depleted contaminant-depleted liquid and a gas enriched with said contaminants.
  • the invention also relates to a unit for treating gas or C0 2 capture contained in a gas by washing the gas with an absorbent solution, for example containing amines.
  • the unit comprises at least one offshore column 1 as defined above, to allow exchanges between the gas and the absorbent solution.
  • gas treatment is conventionally meant the elimination of acidic compounds in gaseous form such as CO 2 , H 2 S, COS, CS 2 , SO 2 and mercaptans (RSH), contained in a gas, and in particular contained in natural gas in a context of use of an offshore column.
  • acidic compounds such as CO 2 , H 2 S, COS, CS 2 , SO 2 and mercaptans (RSH)
  • Capturing C0 2 contained in a gas generally means the removal of C0 2 contained in a gas, for example contained in a natural gas or combustion fumes in the context of use of an offshore column.
  • the plate according to the invention can also advantageously be used in an offshore column for the distillation of a liquid or an offshore column for the dehydration of a gas.
  • the invention thus also relates to a unit for distilling or dehydrating a gas.
  • Dehydration of a gas means removal of the water contained in a gas ("drying" the gas), for example contained in a natural gas in the context of use of an offshore column, by a contacting the gas with liquid solvent, such as glycol.
  • the invention relates to an offshore floating barge, for example of the FPSO or FLNG type, in particular for the recovery of hydrocarbons.
  • the barge comprises a gas treatment unit and / or CO 2 capture as described above, for cleaning gas produced during the recovery of hydrocarbons.
  • the barge may also comprise a unit for distilling and / or dehydrating a gas as described above.

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Abstract

L'invention porte sur un plateau distributeur (100) pour colonne de contact entre un gaz (G) et un liquide (L), comportant une pluralité de compartiments définis sur une face du plateau par des cloisons (104) sécantes perforées (105) pour permettre l'écoulement de liquide entre des compartiments adjacents. Chaque compartiment comprend au moins un moyen pour le passage du liquide à travers le plateau ou une cheminée (102) en saillie du plateau pour le passage exclusif dudit gaz (G) à travers le plateau. La forme de la cheminée est identique à la forme du compartiment qui la contient, et la cheminée comporte un volume interne au moins égal au volume du compartiment qui la contient.

Description

PLATEAU DISTRIBUTEUR A COMPARTIMENTS ET CHEMINEES GAZ DE MEME FORME POUR COLONNE DE CONTACT GAZ/LIQUIDE OFFSHORE
Domaine de l'invention
La présente invention concerne le domaine des plateaux pour colonnes de contact gaz/liquide, et plus particulièrement les colonnes offshores notamment utilisées dans des unités de traitement de gaz, de captage du C02, de déshydratation d’un gaz ou encore de distillation.
Contexte général
Les unités offshores de traitement de gaz ou de captage du C02 par lavage aux amines comprennent des colonnes d'absorption et de régénération de fluides, liquide ou gazeux. Ces colonnes d'absorption et de régénération fonctionnent en écoulement gaz/liquide à contre-courant ou à co-courant et sont installées sur des bateaux, des barges flottantes ou des plateformes offshores, par exemple de type FPSO (de l'anglais Floating Production, Storage and Offloading qui signifie plateforme de production de stockage et de déchargement), ou du type FLNG (de l'anglais Floating Liquefied Natural Gas qui signifie plateforme de gaz naturel liquéfié). Sur les barges flottantes, sont installées également des colonnes de distillation ou des colonnes de déshydratation de gaz.
Dans la présente description, on désigne indifféremment ces colonnes d'échange de matière et/ou de chaleur entre un gaz et un liquide en tant que colonnes d’échange gaz/liquide ou colonnes de contact gaz/liquide.
Les colonnes utilisées dans ces unités offshores de traitement de gaz, de captage de C02, de distillation ou de déshydratation d’un gaz fonctionnent généralement sur le principe d'un échange de matière et/ou de chaleur entre le gaz et le fluide qui circulent dans les colonnes.
Lorsqu’il s’agit de retirer des contaminants présents dans le gaz, comme le C02, l’hydrogène sulfuré (H2S), l’oxysulfure de carbone (COS), l’eau, par des procédés de lavage du gaz par un liquide, on utilise généralement des colonnes de contact gaz/liquide verticales, qui lavent un courant de gaz ascendant en circulation à contre-courant d’un courant liquide descendant. Ainsi, les contaminants du gaz sont retenus par le liquide lors de la remontée du gaz dans la colonne avec des vitesses d’absorption variables. Dans le cadre de l’élimination de contaminants dans un gaz, on entend également par colonne de contact gaz/liquide verticale les colonnes de régénération, dans lesquelles les solvants (liquides) chargés en contaminants sont épurés par contact avec un gaz, qui favorise l’extraction des contaminants présents dans la solution chargée en contaminants. Les unités sont généralement composées de deux colonnes de contact gaz/liquide, l’une consacrée à l’absorption des contaminants, tels que des composés acides sous forme gazeuse, par le solvant s’écoulant le long de la colonne d’absorption aussi appelée « absorbeur », l’autre étant consacrée à la régénération (« régénérateur ») du solvant riche, c’est-à-dire du solvant contenant les contaminants issu de l’absorbeur, par exemple par apport de chaleur sous forme de mise en ébullition dudit solvant, de manière à épurer complètement le solvant qui est alors réutilisé dans l’absorbeur. Ce solvant régénéré est aussi appelé solvant pauvre.
Il existe une grande variété de types de colonnes de contact gaz/liquide.
La figure 1 représente une réalisation possible d’une colonne de contact gaz/liquide utilisée dans une unité de traitement de gaz, par exemple dans le cadre de l’absorption de composés acides contenus dans le gaz par le liquide qui est une solution aqueuse d’amine(s). Il s’agit d’une colonne de contact gaz/liquide verticale comportant des internes de contact de type garnissage vrac et/ou garnissage structuré mis en œuvre sous forme de plusieurs lits, et comportant des moyens de redistribution intermédiaire du flux de liquide entre les lits de garnissage.
Les garnissages dit vrac et les garnissages dits structurés forment les deux grandes familles de garnissages disponibles actuellement. Un garnissage de type vrac est constitué par une multiplicité d’éléments solides singuliers, possiblement identiques et généralement de taille modérée (de l’ordre du centimètre), déposés en vrac au sein des contacteurs, alors qu’un garnissage de type structuré est généralement formé par des tôles métalliques mises en forme et arrangées de manière particulière.
Tel que représentée à la figure 1 , la colonne de contact gaz/liquide 1 contient du garnissage, vrac et/ou structuré, réparti en plusieurs lits de garnissage 7. Chaque lit de garnissage correspond à une section d’absorption 6 de la colonne dans laquelle s’effectue préférentiellement l’échange de chaleur et/ou de matière par la mise en contact du liquide L et du gaz G au sein du garnissage. La colonne de contact 1 reçoit le fluide gazeux GFA à traiter, contenant des composés acides à éliminer, par une première entrée en fond de colonne, et le solvant pauvre LSp (solution liquide d’amine(s)) par une deuxième entrée en tête de colonne. Le fluide gazeux à traiter GFA est généralement introduit en fond de colonne à l’aide d’un distributeur de gaz 2 permettant d’uniformiser au mieux le profil de vitesse du gaz ascendant sur l’ensemble de la section inférieure du lit de garnissage 7 afin d’améliorer les performances de fonctionnement de la colonne. La colonne de contact 1 délivre le fluide gazeux traité GFT, épuré d’une partie des composés acides, par une première sortie en tête de colonne, et le solvant riche LSR, chargé d’une partie des composés acides contenus dans le fluide gazeux à traiter, par une deuxième sortie en fond de colonne. Le transfert des composés acides du fluide gazeux vers le solvant liquide est opéré via la mise en contact intime de la phase liquide descendante et de la phase vapeur ascendante au sein de la colonne, au niveau des lits de garnissage 7. Les lits de garnissage 7 sont composés d’éléments solides qui présentent une surface de contact élevée, sur laquelle le liquide est réparti de manière uniforme et s’écoule vers le bas, ce qui favorise le contact avec la phase vapeur ascendante, et permet ainsi de transférer efficacement de la matière et/ou de la chaleur entre les deux fluides.
Pour tous les types de garnissage, afin de disposer de toute la surface développée par l’interne de transfert, il convient que chacun des flux évoluant à contre-courant s’écoule de la manière la plus uniforme possible sur l’ensemble de la section de la colonne, et des internes de contact de la colonne. A cet effet, le solvant pauvre SP, en tête de colonne, est injecté de manière uniforme sur la section du lit de garnissage de tête 7, à l’aide d’un distributeur liquide 3, et le gaz à traiter GFT est introduit en fond de contacteur à l’aide du distributeur de gaz 2. En général, le distributeur de gaz 2 disposé en fond de la colonne collecte également le liquide LSR qui peut ensuite être extrait en fond de colonne 1 . Le liquide LSR est généralement collecté dans une zone de collecte de liquide prévue sur le distributeur de gaz 2, ladite zone étant classiquement reliée au fond de la colonne par des jambes débouchant dans une zone de garde liquide d’où est soutiré le liquide hors de la colonnel .
La colonne 1 comprend également une pluralité de systèmes de collecte et de redistribution liquide (4,5) entre les lits de garnissage 7. La colonne 1 représentée comporte ainsi deux tels systèmes de collecte et de redistribution liquide (4,5), chacun étant placé entre deux lits de garnissage 7, permettant d’une part de collecter le liquide descendant provenant du lit de garnissage supérieur et de distribuer ledit liquide sur le lit de garnissage inférieur, et d’autre part de distribuer uniformément le gaz provenant du lit de garnissage inférieur liquide sur le lit de garnissage supérieur. Cette configuration est particulièrement bien adaptée lorsqu’une forte hauteur de contact gaz/liquide est requise. Ces systèmes de collecte et de redistribution liquide intermédiaires, ici installés entre deux lits de garnissage 7, peuvent être de différents types, comme par exemple des systèmes comportant un plateau collecteur de liquide 4 comprenant des cheminées pour le passage du gaz, associé à un distributeur 5 comportant une conduite verticale débouchant sur une pluralité d’arroseurs (tubes horizontaux munis d’orifices ou de buses) pour la distribution du liquide collecté sur le plateau 4. D’autres types de système de collecte et de redistribution liquides intermédiaires peuvent être utilisés, tels que des plateaux à cheminées (« chimney trays » en anglais), comme illustré aux figures 2 et 4. Ces plateaux à cheminées peuvent également être utilisés en tant que distributeur liquide 3 en tête de colonne.
Les plateaux équipés de cheminées peuvent être de différents types, et positionnés suivant différentes configurations. Différentes variantes de plateaux distributeurs sont exposées notamment dans les demandes de brevet et brevets suivants : US6338774B, US2004020238A, US6149136A et US5752538A.
Un exemple d’un plateau à cheminées est illustré à la figure 2. Le plateau 30 est un exemple de plateau distributeur de liquide standard utilisé dans une telle colonne. Le plateau 30 comporte des cheminées 32 pour la distribution du gaz G, en saillies sur une face du plateau. Les cheminées 32 sont par exemple disposées sur le plateau selon un pas donné P. La distribution du liquide L se fait par le passage du liquide dans des orifices 31 positionnés sur le plateau 30 entre les cheminées 32. Chaque cheminée 32 permet le passage du gaz, selon le mode de fonctionnement contre-courant ou co-courant, de la partie basse de la colonne vers la partie haute de la colonne 1 ou bien de la partie haute vers la partie basse. Sur la figure 2, un mode de fonctionnement à contre-courant est représenté (liquide L descendant et gaz G ascendant) Les cheminées 32 s’élèvent perpendiculairement au plateau 30. Chaque cheminée 32 est formée au moins une paroi qui délimite un volume interne ouvert de part et d’autre du plateau. La cheminée 32 peut avoir une forme cylindrique, comme illustré à la figure 2, ou être formée de plusieurs parois et avoir la forme d’un parallélépipède. La cheminée 32 peut être équipée d’un chapeau (non représenté) disposé au-dessus de l’ouverture d'échappement ou d'arrivée du gaz de la cheminée (selon le mode de fonctionnement à contre-courant ou à co-courant), afin d’éviter que le liquide ne passe dans la cheminées 32. Cette ouverture d’échappement ou d’arrivée du gaz peut également être positionnée de manière à éviter que le liquide ne rentre dans la cheminée, en étant par exemple, disposée orthogonalement à un axe Z traversant les cheminées selon leur hauteur H. L'objectif du plateau distributeur 32 est de distribuer le liquide L de manière homogène sur un contacteur gaz/liquide 7 situé en-dessous dans la colonnel , tel qu’illustré à la figure 1 . Un tel plateau 30 peut aussi avoir pour fonction de distribuer le gaz de manière homogène à la base d’un contacteur gaz/liquide 7 situé au-dessus dudit plateau 30 dans la colonne 1 , dans le cas où le plateau 30 est un dispositif intermédiaire situé entre deux contacteurs gaz/liquide 7 (rôle du dispositif de collecte et de redistribution liquide (4, 5) de la figure 1 ).
Dans le cas où les colonnes de contact gaz/liquide considérées sont offshores, en particulier placées sur des structures flottantes, par exemple, de type bateau, plateforme ou encore barge, ces dernières sont sensibles à la houle. De ce fait, les équipements installés dans ces colonnes, et notamment les plateaux distributeurs gaz/liquide subissent des mouvements de houle comportant jusqu'à six degrés de liberté ("lacet, tangage, roulis, pilonnement, balancement, poussée").
A titre indicatif, l'angle associé à la combinaison des oscillations de tangage et de roulis est de l'ordre de +/- 5° avec une période allant de 15 à 20 s. Les ordres de grandeur des accélérations longitudinale, transversale et verticale rencontrées dans la colonne varient respectivement entre 0,2/0, 7/0, 2 m/s2 à 6 m au-dessus du pont sur lequel est disposée la colonne et 0,3/1 ,2/0,3 m/s2 à 50 m au-dessus du pont.
Dans ces conditions, le fonctionnement des plateaux distributeurs classiques équipés de cheminées, tel qu’illustré à la figure 2, peut être fortement perturbé. Par souci de simplification, les cheminées gaz du plateau 30 ne sont pas représentées à la figure 3. En effet, le fonctionnement de ces distributeurs est principalement gravitaire, une garde de liquide de hauteur homogène "h" doit s’établir sur le plateau distributeur. Le carré de la vitesse de passage du liquide par les orifices 31 du plateau 30 est proportionnel à la hauteur de la garde liquide {UL 2 ¥ gh). Lorsque le plateau 30 est incliné sous l'effet de la houle, tel que représenté à la figure 3, la hauteur de la garde liquide n’est plus uniforme sur le plateau distributeur , h1 et h2 étant respectivement les hauteurs de garde liquide à deux positions diamétralement opposées du plateau 30), ce qui provoque un déséquilibre dans la distribution du liquide en entrée du contacteur gaz/liquide 7 dans la colonne 1 (UL1 » UL2, Uu et UL2 étant respectivement les vitesses de distribution du liquide aux deux même positions diamétralement opposées du plateau). La qualité de distribution et donc l'efficacité de la colonne sont fortement impactées. Cette distribution du liquide, si elle n'est pas maîtrisée, peut sensiblement dégrader les performances de la colonne. Il faudrait une garde liquide importante (environ 0,6 m selon le diamètre de la colonne) pour compenser ces effets, ce qui signifie une augmentation de l'encombrement et du poids non souhaitée pour des structures offshores. Afin d'éviter ce type de problèmes, des éléments de distribution du liquide peu sensibles aux défauts d’horizontalité ont été mis en oeuvre. Ces distributeurs sont généralement constitués d'un collecteur et d'un distributeur distincts, reliés par une ou plusieurs conduites verticales relativement longues pour que le distributeur reste en charge quelles que soient les conditions de houle rencontrées. Un exemple d’un tel système dissociant la collecte du liquide et sa distribution est illustré à la figure 4. Le plateau collecteur de liquide 40 comporte des cheminées 42 pour le passage du gaz. Le système pour la distribution du liquide comprend au moins une conduite verticale 41 reliant le plateau collecteur 40 à une pluralité d’arroseurs 43 (tubes horizontaux munis d’orifices ou de buses). Pour des conditions de offshore flottant, c’est généralement ce type de système assurant la collecte et la redistribution du liquide qui est privilégié, par exemple entre deux lits de garnissage, essentiellement pour deux raisons : (1 ) on minimise les effets des oscillations du liquide dans la jambe centrale, et (2) on recherche une distribution uniforme vers le lit inférieur. La ou les conduites verticales 41 sont relativement longues afin que le système distributeur crée la hauteur statique suffisante quelles que soient les conditions d’inclinaison imposées par la houle et fournit la force motrice au distributeur. En effet, la conduite verticale est dimensionnée de manière à ce que la variation de la hauteur de liquide due à un défaut d’horizontalité soit largement inférieure à la hauteur de la conduite de liquide alimentant le système de distribution. La demande de brevet US2004020238 décrit par exemple en détails un tel système de distribution de liquide. Ces distributeurs sont donc généralement peu sensibles aux effets de houle et génèrent une bonne qualité de distribution mais sont très encombrants : leur hauteur peut être de plusieurs mètres dans certains cas.
Une autre solution à ces problèmes est décrite dans les demandes de brevet FR 2771018 A et FR 2771019 A. Elle consiste à utiliser deux distributeurs (primaire et secondaire). Chaque distributeur est divisé en plusieurs compartiments dans lesquels se répartit le liquide. Grâce à ces compartiments, le liquide est mieux réparti lors de l'inclinaison de la colonne. Toutefois, cette solution reste encombrante car elle nécessite deux distributeurs. En outre, les compartiments ne communiquant pas ensemble, la répartition du liquide dans les compartiments n'est pas équilibrée.
Encore une autre solution connue, décrite dans le brevet FR 2989595 B, consiste à utiliser un plateau distributeur de liquide tel que représenté à la figure 5. Un tel plateau 50 est compartimenté, chaque compartiment 53 comportant une cheminée cylindrique 52 pour le passage du gaz et au moins un moyen de distribution du liquide de type orifice 51 ou cheminée. Les compartiments comprenant cheminées de gaz et moyens de passage pour le liquide ont une forme de parallélépipède rectangle. Les compartiments servent de "barrière" lorsque le plateau est incliné. Ainsi, on maintient une garde de liquide relativement homogène même avec une inclinaison importante. En outre, un écoulement de liquide est permis entre les compartiments 53 grâce aux cloisons 54 formant lesdits compartiments, qui comportant des perforations 55, de préférence positionnées à la base des cloisons. De cette manière le liquide peut s’écouler sur la totalité de la surface du plateau 50 permettant une bonne dispersion radiale du liquide, et assurant ainsi une bonne qualité de distribution du liquide sur le contacteur gaz/liquide 7.
Cependant, la conception et la réalisation d’un tel plateau peuvent poser problème, notamment en raison de la forme cylindrique des cheminées s’insérant dans des compartiments en forme de parallélépipède rectangle. Pour bien répartir le gaz, les cheminées sont présentes dans de nombreux compartiments, et elles enlèvent de la surface utile pour bien répartir des orifices 51 et assurer une bonne distribution du liquide. Pour minimiser cette nuisance, les cheminées peuvent être implantées à proximité des parois des compartiments, mais dans ce cas il n’est pas aisé de procéder au raccordement des cheminées cylindriques si elles en contact avec les parois 54. Cela nécessite de nombreux points de soudures et complexifie grandement la réalisation avec un impact sur le coût. La figure 6 représente une vue partielle d’un exemple de compartiment comprenant une cheminée 52, surmontée d’un chapeau 57 pour empêcher le passage de liquide à travers la cheminée, et des orifices 51 pour le passage du liquide à travers le plateau. Dans le cas où les cheminées cylindriques sont implantées dans les compartiments sans contact avec les parois 54, elles vont obstruer un nombre importants d’orifices 51 de passage du liquide, au détriment de la qualité de distribution du liquide. Ces problèmes de conception et de réalisation seront exacerbés pour des plateaux à forts diamètres, par exemple de 4 ou 5 mètres de diamètre, qui comportent de nombreux compartiments et cheminées.
La présente invention est une amélioration du plateau décrit dans le brevet FR 2989595 B, visant notamment à simplifier la conception et la fabrication du plateau tout en assurant une bonne distribution du liquide via les moyens de passage du liquide étant par exemple des orifices.
Objectifs et résumé de l'invention
La présente invention a notamment pour objectif de fournir un plateau distributeur (de liquide et de gaz) pour colonne d'échange de chaleur et/ou de matière entre un gaz et un liquide, de structure simple, et permettant une bonne qualité de distribution du liquide et une bonne dispersion du liquide sur le plateau, même pour des inclinaisons importantes du plateau imposées par le milieu marin.
La présente invention vise également à simplifier la conception et la fabrication d’un plateau comportant des compartiments munis de cheminées pour le passage du gaz à travers le plateau et de moyens de passage du liquide, adapté à une utilisation dans une colonne offshore d'échange de chaleur et/ou de matière entre un gaz et un liquide.
Ainsi, pour atteindre au moins l'un des objectifs susvisés, parmi d’autres, la présente invention propose, selon un premier aspect, un plateau distributeur pour colonne d'échange de chaleur et/ou de matière entre un gaz et un liquide, comportant des cloisons sécantes délimitant une pluralité de compartiments sur une face du plateau, lesdites cloisons comportant des perforations pour permettre l'écoulement d'une partie du liquide entre des compartiments adjacents, chaque compartiment comprenant au moins un moyen pour le passage du liquide à travers ledit plateau ou une cheminée en saillie de ladite face dudit plateau pour le passage exclusif dudit gaz à travers ledit plateau, ledit plateau comportant une pluralité de moyens pour le passage du liquide et une pluralité de cheminées, et dans lequel la forme de ladite cheminée est identique à la forme du compartiment qui la contient et ladite cheminée comporte un volume interne au moins égal au volume du compartiment qui la contient.
Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque cheminée occupe un seul compartiment.
Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque cheminée occupe plusieurs compartiments adjacents.
De préférence, chaque cheminée occupe quatre compartiments adjacents.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les compartiments ont une même taille et une même forme.
Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque cheminée est entourée par au moins trois compartiments adjacents à ladite cheminée entre lesquels le liquide circule via les cloisons perforées.
Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque cheminée est entourée de toute part par des compartiments adjacents à ladite cheminée entre lesquels le liquide circule via les cloisons perforées. Selon un mode de réalisation de l'invention, les cloisons sont composées de deux séries de cloisons, les cloisons de chaque série étant parallèles entre elles et sécantes aux cloisons de l'autre série.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les cheminées ont une section de forme carrée, rectangulaire, de losange, hexagonale ou trapézoïdale, et de préférence carrée.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les cheminées sont réparties de manière régulière sur la face du plateau selon un premier pas donné, de préférence un pas triangulaire ou carré.
Avantageusement, les perforations sont disposées à la base des cloisons.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les perforations de deux cloisons parallèles délimitant un même compartiment ne sont pas alignées.
Selon un mode de réalisation de l'invention, moyens pour le passage du liquide sont des orifices disposés sur le plateau, de préférence régulièrement répartis dans chaque compartiment selon un deuxième pas donné, de préférence un pas triangulaire ou carré.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de passage du liquide sont des cheminées de passage du liquide à travers le plateau équipées d'au moins une perforation, lesdites cheminées de passage du liquide étant en saillies sur une face dudit plateau.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le plateau comprend en outre un système de dispersion disposé sous l’autre face du plateau, le système de dispersion comportant un ensemble d'arroseurs ou de conduites perforées disposées parallèlement entre elles.
Selon un deuxième aspect, la présente invention propose une colonne offshore d’échange de chaleur et/ou de matière entre un gaz et un liquide comportant au moins un contacteur gaz/liquide mettant en contact le gaz et le liquide, au moins une première entrée le liquide, au moins une deuxième entrée le gaz, au moins une première sortie d'un fluide gazeux et au moins une deuxième sortie d'un fluide liquide, et la colonne comportant un plateau distributeur selon l'invention permettre la distribution du liquide sur le contacteur gaz/liquide et la distribution du gaz.
Selon un troisième aspect, la présente invention propose une unité de traitement de gaz ou de captage du C02, par lavage du gaz au moyen d'une solution absorbante, la solution absorbante contenant notamment des amines, l’unité comportant au moins une colonne offshore selon l’invention, pour permettre les échanges entre le gaz et la solution absorbante. Selon un quatrième aspect, la présente invention propose une unité de distillation d’un liquide ou de déshydratation d'un gaz, comportant au moins une colonne offshore selon l’invention, pour permettre les échanges entre le gaz et le liquide.
Selon un cinquième aspect, la présente invention propose une barge flottante offshore, notamment pour la récupération d'hydrocarbures, comprenant une unité de traitement de gaz et/ou de captage de C02 selon l’invention ou une unité de distillation et/ou de déshydratation selon l’invention.
D’autres objets et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d’exemples de réalisations particuliers de l’invention, donnés à titre d’exemples non limitatifs, la description étant faite en référence aux figures annexées décrites ci-après.
Brève description des figures
La figure 1 , déjà décrite, est un schéma illustrant un cas particulier d’une colonne de contact gaz/liquide pour l’absorption de composés acides contenus dans un gaz par une solution aqueuse d’amine, dans le cadre d’un traitement de gaz ou d’un captage de C02, équipée d'un plateau selon l’art antérieur ou selon l’invention.
La figure 2, déjà décrite, illustre un plateau à cheminées selon l’état de l’art pour la distribution du liquide et du gaz.
La figure 3, déjà décrite, illustre le plateau à cheminées selon l'art antérieur de figure 2 représenté en position inclinée.
La figure 4, déjà décrite, illustre un exemple de système de collecte et de distribution de liquide selon l’art antérieur pour une utilisation entre deux lits de garnissage d’une colonne de contact gaz/liquide, comportant un plateau collecteur de liquide à cheminées de gaz relié à un distributeur de liquide formé par des arroseurs.
La figure 5, déjà décrite, est une vue perspective partielle d’un exemple de plateau à cheminées compartimenté selon l’art antérieur.
La figure 6, déjà décrite, illustre un exemple de compartiment d’un plateau selon l’art antérieur du type plateau à cheminées compartimenté tel qu’illustré à la figure 5.
La figure 7 illustre schématiquement une vue 3D d’une partie d’un plateau selon un autre mode réalisation de l’invention.
La figure 8 illustre schématiquement une vue du dessus d’une partie d’un plateau selon un mode réalisation de l’invention. La figure 9 illustre schématiquement une vue du dessus d’une partie d’un plateau selon un autre mode réalisation de l’invention
Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou analogues.
Description de l'invention
La description détaillée du plateau selon l’invention qui suit fait notamment référence aux figures 7 à 9, illustrant différents modes de réalisation non limitatifs.
La figure 7 illustre en particulier, de manière schématique, une partie d’un plateau selon un mode de réalisation de l’invention.
Le plateau 100 selon l’invention est un plateau distributeur de gaz pour une colonne d'échange de chaleur et/ou de matière entre un gaz G et un liquide L. Le plateau selon l’invention comporte une fonction de distribution du gaz et une fonction de distribution de liquide. En ce sens, il sera fait référence dans la suite de la description à un plateau « distributeur » pour désigner un plateau ayant ces deux fonctions de distribution de liquide et de gaz.
Le plateau distributeur 100 comporte deux faces, une face supérieure et une face inférieure. On appelle face supérieure du plateau 100 la face du plateau qui est orientée vers le haut de la colonne d’échange. Par opposition, la face inférieure du plateau est celle orientée vers le bas de la colonne, par lequel le gaz arrive selon un mode de fonctionnement de la colonne à contre-courant d’un gaz ascendant et d’un liquide descendant.
Sur la figure 7, le plateau est représenté dans sa position d’utilisation au sein d’une colonne de contact gaz/liquide, c’est-à-dire positionné horizontalement, la face supérieure, dans le plan (XY) confondu avec un plan horizontal, orientée vers le haut de la colonne. Classiquement, le plateau 100 s’inscrit dans un cylindre de diamètre f, qui est sensiblement égal à celui de la colonne de contact gaz/liquide. Par exemple, et à titre non limitatif, le diamètre de la colonne de contact gaz/liquide peut être compris entre 1 m et 8 m, et est souvent compris entre 2 m et 5 m.
A la manière du plateau selon l’art antérieur illustré à la figure 5, le plateau 100 selon l’invention comporte des cloisons 104 sécantes délimitant, sur une face du plateau 100, i.e. la face supérieure, une pluralité de compartiments 103. De préférence, il s’agit d’une pluralité de compartiments de même taille et de même forme, ce qui n’exclut pas qu’en périphérie du plateau il puisse y avoir, notamment dans le cas d’une colonne cylindrique, d’autres compartiments qui ne pas être de même taille et de même forme. Les cloisons 104 formant les compartiments 103 comportent des perforations 105 pour permettre l'écoulement d'une partie du liquide entre des compartiments 103 adjacents. Par compartiments adjacents, on entend des compartiments ayant deux cloisons en commun. De préférence, les cloisons 104 sont composées de deux séries de cloisons, les cloisons de chaque série étant parallèles entre elles et sécantes aux cloisons de l'autre série, tel que représenté à la figure 7.
Selon l’invention, chaque compartiment comprend soit au moins un moyen pour le passage du liquide à travers le plateau 100, soit une cheminée 102 en saillie de ladite face du plateau 100 pour le passage exclusif dudit gaz à travers ledit plateau 100.
Le plateau 100 selon l’invention comporte une pluralité de moyens pour le passage du liquide et une pluralité de cheminées 102, afin d’assurer à la fois une fonction de distribution du gaz et une fonction de distribution du liquide.
Les cloisons 104 générant les compartiments 103 servent de "barrière" au liquide contenu dans les compartiments comportant les moyens de passage du liquide, notamment lorsque le plateau est incliné. Ainsi, on maintient une garde de liquide relativement homogène même avec une inclinaison importante. Une bonne qualité de distribution du liquide sur le contacteur gaz/liquide est de ce fait garantie. On appelle garde de liquide, l'interface entre le gaz et le liquide. La hauteur de la garde de liquide correspond au niveau du liquide par rapport à la face supérieure du plateau. En outre, on appelle zone d'écoulement du liquide la zone sur laquelle circule le liquide ; il s'agit de la surface formée par les compartiments comprenant les moyens de passage du liquide sur la face supérieure du plateau, et entre lesquels le liquide peut s’écouler grâce aux perforations 105 des cloisons 104. Grâce à ces perforations 105, une partie du liquide L peut s'écouler entre des compartiments adjacents munis des moyens de passage du liquide, et de préférence s’écouler entre lesdits compartiments répartis de manière homogène sur la totalité de la surface du plateau distributeur 100, assurant ainsi une bonne dispersion radiale du liquide. Les perforations 105 peuvent être circulaires, oblongues, rectangulaires, etc. Toutefois, la surface des perforations 105 peut, de préférence, rester faible par rapport à la surface des cloisons pour que les cloisons 104 continuent de jouer leur rôle principal : limiter la quantité de fluide s'écoulant sur le plateau, afin de garantir une bonne homogénéité de la hauteur du liquide sur le plateau. De plus, pour empêcher un écoulement linéaire du liquide et pour assurer une bonne dispersion radiale du liquide, les perforations 105 de deux cloisons parallèles d'un compartiment 103 ne sont pas alignées (ou coaxiales), c’est-à-dire qu'une droite qui passe par les centres de perforations de deux cloisons parallèles, n'est pas parallèle à une des cloisons du compartiment 103. Avantageusement, les perforations 105 sont placées à la base des cloisons 104, c’est-à-dire dans la partie inférieure des cloisons 104 à proximité de la face supérieure du plateau de laquelle les cheminées sont en saillies, pour faciliter l'écoulement du liquide ; les perforations 105 sont de préférence disposées de manière être situées sous la hauteur de la garde de liquide.
Les perforations ne sont présentes qu’entre des compartiments adjacents comportant des moyens de passage du liquide à travers le plateau, et pas entre un compartiment comportant une cheminée adjacent à un compartiment comportant des moyens de passage du liquide.
Le nombre de compartiments (et par conséquent le nombre de cloisons) peut être dépendant du diamètre du plateau. De préférence, un plateau de grande dimension est plus compartimenté qu'un plateau de plus petite dimension. A titre d’exemple non limitatif, le plateau peut comporter entre 4 et 150 compartiments.
De préférence, chaque cheminée 102 est entourée par au moins trois compartiments adjacents à ladite cheminée 102 entre lesquels le liquide circule via les cloisons perforées. Plus préférentiellement, chaque cheminée 102 est entourée de toute part par des compartiments adjacents à ladite cheminée 102 entre lesquels le liquide circule via les cloisons perforées. De cette manière, il est possible d’assurer une circulation du liquide sur toute la face du plateau non occupée par les cheminées.
Les moyens de passage du liquide à travers le plateau ne sont pas représentés dans les figures 7 à 9. Ce peut être des orifices, comme les orifices 51 que comporte le plateau selon l’art antérieur représenté à la figure 5. Dans ce cas ils sont de préférence régulièrement répartis dans chaque compartiment selon un pas donné, de préférence un pas triangulaire ou carré. Il peut également s’agit de cheminées pour le passage du liquide, équipées d'au moins une perforation (ou au moins une rangée de perforations), les cheminées de passage du liquide étant en saillies sur l'une des faces du plateau 100.
Les cheminées 102 permettent le passage exclusif du gaz G à travers le plateau 100. Par pluralité de cheminées, on entend au moins deux cheminées. Le nombre de cheminées est variable et dépend de la conception du plateau, en particulier de paramètres tels que la taille du plateau, le taux d’ouverture souhaité, le volume de la zone de collecte, etc. A titre indicatif seulement, sans limitation aucune, le plateau 100 selon l’invention peut comporter entre 2 et 100 cheminées 102. Les cheminées 102 sont traversées par un axe Z, dans le sens de leur hauteur, qui est confondu avec la verticale lorsque le plateau est en position horizontale dans la colonne. Le gaz G traverse la cheminée 102 dans le sens de sa hauteur, selon cet axe Z. Les autres dimensions de la cheminée, par exemple sa longueur I et sa largeur L dans le cas d’une cheminée en forme de parallélépipède rectangle tel que représenté à la figure 7, sont définies dans le plan (XY) orthogonal à l’axe Z et formé par une portion du plateau supportant les cheminées 102. Il s’agit d’un plan horizontal lorsque le plateau est en position dans une colonne.
Chaque cheminée 102 comprend un volume interne ouvert de part et d'autre du plateau 100, ledit volume étant délimité par plusieurs parois formant la cheminée 102. On désignera par ouverture d’échappement et ouverture d’arrivée respectivement l’ouverture de la cheminée par laquelle le gaz ayant traversé la cheminée s’échappe, située typiquement au sommet de la cheminée en saillie de la face supérieure du plateau pour une colonne fonctionnement à contre-courant (gaz ascendant), et l’ouverture de la cheminée par laquelle le gaz entre, typiquement située à la base de la cheminée en saillie de la face supérieure du plateau pour une colonne fonctionnement à contre-courant (gaz ascendant).
Chaque cheminée 102 peut être surmontée par un chapeau (non représenté) permettant d’éviter que le liquide ne passe dans la cheminée 102. Le chapeau est alors surélevé par rapport au sommet de la cheminée de manière à laisser un espace pour le passage du gaz G.
De préférence, les cheminées 102 sont réparties sur le plateau 100 de manière régulière, selon un pas donné, afin d’assurer une distribution homogène du gaz. Par exemple, les cheminées sont distribuées sur la face supérieure du plateau selon un pas triangulaire ou carré.
De préférence, le nombre de cheminées du plateau est inférieur au nombre de compartiments comportant les moyens pour le passage du liquide.
La hauteur des cheminées 102 peut être plus grande que celle des cloisons formant les compartiments. Ainsi les cheminées peuvent être plus hautes que les compartiments contenant les moyens de passage du liquide.
Selon l’invention, la forme de la cheminée 102 est identique à la forme du compartiment 103 qui la contient, et le volume interne de la cheminée est au moins égal à celui du compartiment qui la contient. Les cheminées épousant ainsi la forme des compartiments, il est alors plus facile de concevoir leur implantation sur le plateau et de réaliser ce dernier, en tenant compte d’autres contraintes de conception et de fabrication, notamment la disposition des moyens de passage de liquide qui doit permettre une bonne qualité de distribution du liquide.
Cela permet notamment de s’affranchir des problèmes de liaison entre cheminées et compartiments rencontrés dans l’art antérieur, et par conséquent facilite la fabrication du plateau.
Cela facilite également la conception du plateau en ce qu’il est possible d’optimiser l’homogénéité du profil de vitesse du gaz en sortie des cheminées, par une souplesse supplémentaire dans l’implantation des cheminées sur le plateau donnée par l’identité de forme entre compartiments et cheminées, sans impacter la distribution de liquide dans les compartiments. Il est rappelé que le profil de vitesse du gaz en sortie des cheminées de gaz du plateau est un paramètre essentiel pour un bon fonctionnement du contacteur gaz/liquide sur lequel le gaz est distribué, e.g. un lit de garnissage. Ainsi, la présente invention permet d’obtenir un plateau performant, en termes de qualité de distribution de gaz et de liquide.
Les compartiments du plateau distributeur 100 ont la forme de parallélépipèdes rectangles. Ainsi, les cheminées 102 ont également la forme de parallélépipèdes rectangle. La section desdites cheminées 102 est donc rectangulaire, comme celle des compartiments 103. Les cheminées 102 sont par exemple allongées selon un axe longitudinal Y orthogonal à l’axe Z. La forme de parallélépipède, de préférence rectangle, permet une large ouverture au passage du gaz, notamment en comparaison de cheminées cylindriques connues, ce qui permet de limiter les pertes de charge.
Le plateau distributeur selon l’invention peut comprendre des compartiments d’une autre forme que celle représentée à la figure 7. En particulier, le plateau distributeur selon l’invention peut comprendre des compartiments, et donc des cheminées, qui ont une section de forme carrée, rectangulaire, losange, hexagonale ou encore trapézoïdale. De préférence, les cheminées du plateau distributeur selon l’invention ont une section de forme carrée, tel que dans les modes de réalisation du plateau selon l’invention représentés aux figures 8 et 9.
A titre d’exemple non limitatif, la hauteur des cheminées peut être par exemple comprise entre 0,15 m et 1 ,00 m, et de préférence entre 0,3 m et 0,6 m.
Afin de fabriquer le plateau, et en particulier déterminer la taille des compartiments 103, on peut réaliser les étapes suivantes : a) on définit un indice IQ de déséquilibre dudit plateau 100 :
IQ(%) = U Ul2 100
(Un + UL2)/ 2
Avec U Ll et UL2 les vitesses du liquide sortant du plateau à deux extrémités diamétralement opposées du plateau ;
b) on choisit un indice de déséquilibre maximal dudit plateau et un angle d'inclinaison Q maximale du plateau 100 par rapport à l'horizontale ;
c) on détermine une distance L1 entre deux cloisons parallèles consécutives et une longueur L2 d’une diagonale d’un compartiment permettant d’obtenir l'indice de déséquilibre maximal ; et
d) on positionne les cloisons en respectant les longueurs L1 et L2.
La figure 8 est un schéma représentant une partie d’un plateau selon un mode de réalisation de l’invention, selon une vue du dessus. Il s’agit donc de la face supérieure du plateau. Pour des raisons de simplification, certains éléments comme les moyens de passage du liquide ne sont pas représentés. Le plateau 200 selon ce mode de réalisation est en tout point identique à celui décrit en relation avec la figure 7, excepté que les compartiments 203 formés par les cloisons 204, et donc les cheminées 202, ont une section de forme carrée. Les compartiments du plateau forment de la sorte une structure en damier, comportant des rangées selon les axes X et Y. En outre, selon ce mode de réalisation, chaque cheminée 202 occupe un seul compartiment 203. Autrement dit, le volume interne de chaque cheminée 202 est égal au volume du compartiment 203 qui la contient. De préférence, selon ce mode de réalisation, les cheminées 202 sont réparties uniformément sur la face supérieure du plateau, par exemple selon un motif régulier déterminé par un pas triangulaire. Le plateau 200 comporte ainsi une cheminée 202 tous les 4 compartiments selon l’axe X et selon l’axe Y, chaque cheminée 202 étant entourée de toute part par des compartiments contenant uniquement des moyens de passage du liquide, et communiquant entre eux via des perforations dans les cloisons 204, de manière à créer une zone de circulation du liquide uniformément répartie sur la face du plateau 200. Les cheminées 202 sont en outre espacées entre elles d’une rangée sans cheminées, c’est-à-dire d’une rangée formée que par des compartiments de liquide, selon l’axe X, ainsi que selon l’axe Y.
La figure 9 est un schéma représentant une partie d’un plateau selon un mode de réalisation de l’invention, selon une vue du dessus. Il s’agit donc de la face supérieure du plateau. Le plateau 300 selon ce mode de réalisation est en tout point identique à celui décrit en relation avec la figure 8, excepté que chaque cheminée 302 occupe plusieurs compartiments 303 adjacents, par exemple quatre compartiments adjacents tel que représenté. Par 4 compartiments adjacents, on entend que les compartiments sont adjacents deux à deux. Autrement dit, le volume interne de chaque cheminée 302 est égal au volume des quatre compartiments 303 qui la contiennent. Comme le plateau 200, les compartiments du plateau 303 formés par les cloisons 304, et donc les cheminées 302, ont une section de forme carrée. Une structure en damier est ainsi formée, comportant des rangées selon les axes X et Y. De préférence, selon ce mode de réalisation, les cheminées 302 sont réparties uniformément sur la face supérieure du plateau, par exemple selon un motif régulier déterminé par un pas triangulaire. Seules sont représentées les cheminées pleines sur la figure 9, c’est-à-dire occupant 4 compartiments dessinés. Le plateau 300 comporte ainsi une cheminée 302 occupant 4 compartiments adjacents, formant un carré, tous les 4 compartiments selon l’axe X et tous les 6 compartiments selon l’axe Y, chaque cheminée 302 étant entourée de toute part par des compartiments contenant uniquement des moyens de passage du liquide, et communiquant entre eux via des perforations dans les cloisons 304, de manière à créer une zone de circulation du liquide uniformément répartie sur la face du plateau 300. Les cheminées 302 sont en outre espacées entre elles d’au moins une rangée sans cheminées, c’est-à-dire d’une rangée formée que par des compartiments de liquide, selon l’axe X, ainsi que selon l’axe Y.
L'invention concerne également une colonne d'échange de matière et/ou de chaleur entre un gaz G et un liquide L, dans laquelle les deux fluides sont mis en contact au moyen d'au moins un contacteur gaz/liquide. Un tel contacteur gaz/liquide est de préférence un lit de garnissage structuré ou vrac, tels que définis précédemment. Ce peut être également tout autre moyen de mise en contact gaz/liquide permettant un échange de matière et/ou de chaleur, tel que des plateaux.
La colonne selon l’invention peut être une colonne telle que décrite en relation avec la figure 1 , par exemple adaptée à un procédé d’absorption de composés acides tels que le C02, l'H2S, le COS, le disulfure de carbone (CS2), le dioxyde de soufre (S02) et les mercaptans (RSH) tel que le méthylmercaptan (CH3SH), l'éthylmercaptan (CH3CH2SH) et le propylmercaptan (CH3CH2CH2SH), contenus dans un gaz à traiter, par le liquide qui est une solution aqueuse d’amine(s). La colonne peut ainsi comporter, sans reprendre exhaustivement la description qui a déjà été faite plus haut d’une telle colonne, au moins une entrée d'un liquide (appelé « solvant pauvre ») disposée au sommet de la colonne, au moins une entrée d’un gaz à traiter au fond de la colonne, au moins une sortie pour le gaz traité au sommet de la colonne, et au moins une sortie du liquide enrichi en contaminants contenus initialement dans le gaz à traiter en fond de colonne (appelé « solvant riche »). La colonne comporte avantageusement au moins un contacteur gaz/liquide 7, de préférence un lit de garnissage vrac ou structuré, et plus préférentiellement un lit de garnissage structuré, pour mettre en contact le gaz à traiter avec le solvant pauvre.
La colonne 1 comprend au moins une première entrée le liquide LSp, au moins une deuxième entrée le gaz GFA, au moins une première sortie d'un fluide gazeux GFA et au moins une deuxième sortie d'un fluide liquide LSR.
La colonne 1 comporte en outre un plateau distributeur tel que décrit ci-dessus, surmontant ledit contacteur gaz/liquide 7, pour permettre une distribution du liquide sur ledit contacteur 7 et une distribution du gaz.
Selon la position du plateau dans la colonne et le sens d’écoulement des fluides (à co-courant ou contre-courant), le gaz peut être distribué par le plateau sur ledit contacteur gaz/liquide (cas par exemple d’une écoulement gaz/liquide à co-courant descendant), ou encore être distribué sur un autre contacteur gaz/liquide surmontant le plateau dans le cas où le plateau est positionné entre deux contacteurs gaz/liquide successifs dans la colonne (cas par exemple d’une écoulement gaz/liquide à contre-courant avec la liquide descendant dans la colonne), ou encore le gaz peut être distribué en tête de colonne, au-dessus de toute section comportant un contacteur gaz/liquide, et d’où il peut être évacué hors de la colonne.
De préférence, la colonne selon l’invention fonctionne à contre-courant, avec un un gaz ascendant et un liquide descendant dans la colonne.
Le plateau distributeur selon l’invention peut être placé entre deux sections successives, une section inférieure et une section supérieure, chaque section comprenant un contacteur gaz/liquide 7, typiquement un lit de garnissage, pour permettre ainsi la distribution du liquide L au sommet du contacteur gaz/liquide 7 de la section inférieure, et distribuer le gaz à la base du contacteur gaz/liquide 7 de la section supérieure. Il se substitue au système de collecte et de redistribution liquide référencé (4,5) de la figure 1.
Le plateau distributeur selon l’invention peut également être placé en tête de colonne, en aval de tout contacteur gaz/liquide 7 (selon le sens d’un gaz ascendant dans une colonne fonctionnant à contre-courant). Il permet ainsi la distribution du liquide arrivant par la première entrée du liquide LSp au sommet de la colonne, sur la section contenant le contacteur gaz/liquide 7 située le plus haut dans la colonne.
De manière avantageuse, le contacteur gaz/liquide 7 est un lit de garnissage structuré ou vrac, et de préférence un lit de garnissage structuré.
Le plateau distributeur selon l’invention peut être associé avec un système de dispersion disposé sous le plateau distributeur, ce système de dispersion pouvant être un ensemble d'arroseurs ou de conduites perforées disposées en parallèle sous le plateau distributeur. Ce système de dispersion permet d’assurer une dispersion encore meilleure du liquide dans le contacteur gaz/liquide.
Une telle colonne offshore peut être une colonne d'absorption ou de régénération d’un fluide, dans laquelle un fluide gazeux est mis en contact avec un fluide liquide, utilisée dans une unité de traitement de gaz ou captage de C02.
La colonne d’absorption met en contact un gaz et un liquide pour absorber des contaminants contenus dans le gaz et produire un liquide enrichi en lesdits contaminants et un effluent gazeux appauvri en lesdits contaminants. La colonne de régénération met en contact un gaz et un liquide pour régénérer un liquide contenant des contaminants et produire un liquide régénéra appauvri en contaminants et un gaz enrichi en lesdits contaminants.
L’invention concerne également une unité de traitement de gaz ou de captage du C02 contenu dans un gaz, par lavage du gaz au moyen d'une solution absorbante, contenant par exemple des amines. L'unité comporte au moins une colonne 1 offshore telle que définie ci-dessus, pour permettre les échanges entre le gaz et la solution absorbante.
Par traitement de gaz on entend classiquement l’élimination de composés acides sous forme gazeuse tels que C02, l'H2S, le COS, le CS2, le S02 et les mercaptans (RSH), contenus dans un gaz, et en particulier contenus dans du gaz naturel dans un contexte d’utilisation d’une colonne offshore.
Par captage du C02 contenu dans un gaz, on entend généralement l’élimination du C02 contenu dans un gaz, par exemple contenu dans un gaz naturel ou des fumées de combustion dans un contexte d’utilisation d’une colonne offshore. Le plateau selon l'invention peut également être avantageusement mis en oeuvre dans une colonne offshore de distillation d’un liquide ou une colonne offshore de déshydratation d’un gaz.
L’invention concerne ainsi également une unité de distillation ou de déshydratation d’un gaz.
Par déshydratation d’un gaz, on entend l’élimination de l’eau contenue dans un gaz (on « sèche » le gaz), par exemple contenue dans un gaz naturel dans un contexte d’utilisation d’une colonne offshore, par une mise en contact du gaz avec solvant liquide, tel que le glycol.
Enfin, l'invention concerne une barge flottante offshore, par exemple du type FPSO ou FLNG, notamment pour la récupération d'hydrocarbures. La barge comprend une unité de traitement de gaz et/ou de captage de C02 telle que décrite ci-dessus, pour nettoyer des gaz produits lors de la récupération d’hydrocarbures. La barge peut également comprendre unité de distillation et/ou de déshydratation d’un gaz telle que décrite ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Plateau distributeur pour colonne (100, 200, 300) d'échange de chaleur et/ou de matière entre un gaz (G) et un liquide (/.), comportant des cloisons (104, 204, 204) sécantes délimitant une pluralité de compartiments (103, 203, 303) sur une face du plateau (100, 200, 300), lesdites cloisons (104, 204, 204) comportant des perforations (105) pour permettre l'écoulement d'une partie du liquide entre des compartiments adjacents, chaque compartiment (103, 203, 303) comprenant au moins un moyen pour le passage du liquide à travers ledit plateau (100, 200, 300) ou une cheminée (102, 202, 302) en saillie de ladite face dudit plateau (100, 200, 300) pour le passage exclusif dudit gaz (G) à travers ledit plateau (100, 200, 300), ledit plateau comportant une pluralité de moyens pour le passage du liquide et une pluralité de cheminées (102, 202, 302), et dans lequel la forme de ladite cheminée (102, 202, 302) est identique à la forme du compartiment (103, 203, 303) qui la contient et ladite cheminée (102, 202, 302) comporte un volume interne au moins égal au volume du compartiment (103, 203, 303) qui la contient.
2. Plateau selon la revendication 1 , dans lequel chaque cheminée (102, 202) occupe un seul compartiment (103, 203).
3. Plateau selon la revendication 1 , dans lequel chaque cheminée (302) occupe plusieurs compartiments (303) adjacents.
4. Plateau selon la revendication 3, dans lequel chaque cheminée (302) occupe quatre compartiments (303) adjacents.
5. Plateau selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les compartiments (103, 203, 303) ont une même taille et une même forme.
6. Plateau selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque cheminée (102, 202, 203) est entourée par au moins trois compartiments (103, 203, 303) adjacents à ladite cheminée (102, 202, 203) entre lesquels le liquide (Z.) circule via les cloisons (104, 204, 304) perforées.
7. Plateau selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque cheminée (202, 302) est entourée de toute part par des compartiments adjacents à ladite cheminée (202, 302) entre lesquels le liquide (Z.) circule via les cloisons (204, 304) perforées.
8. Plateau selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdites cloisons (104, 204, 304) sont composées de deux séries de cloisons, les cloisons de chaque série étant parallèles entre elles et sécantes aux cloisons de l'autre série.
9. Plateau selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les cheminées (102, 202, 203) ont une section de forme carrée, rectangulaire, de losange hexagonale ou trapézoïdale, et de préférence carrée.
10. Plateau selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les cheminées (102, 202, 203) sont réparties de manière régulière sur la face du plateau (100, 200, 300) selon un premier pas donné, de préférence un pas triangulaire ou carré.
1 1. Plateau selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdites perforations (105) sont disposées à la base desdites cloisons (104, 204, 304).
12. Plateau selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdites perforations (105) de deux cloisons (104, 204, 304) parallèles délimitant un même compartiment (103, 203, 303) ne sont pas alignées.
13. Plateau selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens pour le passage du liquide sont des orifices disposés sur le plateau (100, 200, 300), de préférence régulièrement répartis dans chaque compartiment (103, 203, 303) selon un deuxième pas donné, de préférence un pas triangulaire ou carré.
14. Plateau selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel les moyens de passage du liquide sont des cheminées de passage du liquide à travers le plateau (100, 200, 300) équipées d'au moins une perforation, lesdites cheminées de passage du liquide étant en saillies sur une face dudit plateau (100, 200, 300).
15. Plateau selon l'une des revendications 1 à 14, comportant en outre un système de dispersion disposé sous l’autre face dudit plateau, ledit système de dispersion comportant un ensemble d'arroseurs ou de conduites perforées disposées parallèlement entre elles.
16. Colonne offshore (1 ) d’échange de chaleur et/ou de matière entre un gaz et un liquide comportant au moins un contacteur gaz/liquide (7) mettant en contact le gaz et le liquide, au moins une première entrée le liquide (LSP), au moins une deuxième entrée le gaz (G FA), au moins une première sortie d'un fluide gazeux (GFT) et au moins une deuxième sortie d'un fluide liquide (LSR), et ladite colonne (1 ) comportant un plateau distributeur (100, 200, 300) selon l'une des revendications précédentes pour permettre la distribution du liquide sur ledit contacteur gaz/liquide (7) et la distribution du gaz.
17. Unité de traitement de gaz ou de captage du C02, par lavage du gaz au moyen d'une solution absorbante, ladite solution absorbante contenant notamment des amines, ladite unité comportant au moins une colonne offshore (1 ) selon la revendication 16, pour permettre les échanges entre le gaz et la solution absorbante.
18. Unité de distillation d’un liquide ou de déshydratation d'un gaz, comportant au moins une colonne offshore (1 ) selon la revendication 16, pour permettre les échanges entre le gaz et le liquide.
19. Barge flottante offshore, notamment pour la récupération d'hydrocarbures, comprenant une unité de traitement de gaz et/ou de captage de C02 selon la revendication 17 ou une unité de distillation et/ou de déshydratation selon la revendication 18.
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