用于海上作業(yè)的并流汽液接觸設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種海上并流汽液接觸設(shè)備，包括具有接觸模塊的多個級。每個接觸模塊都包括在一個方向上延伸的降液管并且具有在該方向上彼此間隔開的降液管擋板，以在降液管中限定出降液管單元。每個降液管都具有緊鄰并流流動通道的出口。接收盤基本并行于降液管延伸并且具有在該方向上彼此間隔開的接收盤擋板，以在接收盤中限定出接收盤區(qū)段。汽液分離裝置具有緊鄰并流流動通道的進(jìn)口表面和處于接收盤上方的出口表面。設(shè)有多個導(dǎo)管，每個導(dǎo)管都具有與各自的接收盤區(qū)段流體連通的上端和與緊接的下一級中的選定的降液管單元流體連通的下端。
【專利說明】用于海上作業(yè)的并流汽液接觸設(shè)備
[0001]在先國家申請的優(yōu)先權(quán)要求
[0002]本申請要求2011年9月9日提交的美國申請N0.13/229，531的優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本申請主要涉及一種用于在傳質(zhì)和/或傳熱操作中執(zhí)行并流汽液接觸的設(shè)備，并且更具體地涉及這樣的設(shè)備，即，其用于在以搖晃或傾斜的海面為基礎(chǔ)的塔柱所經(jīng)歷的非豎直狀況下執(zhí)行并流汽液接觸。
【背景技術(shù)】
[0004]汽液接觸裝置諸如分餾塔盤和填料被用于在石油和石化行業(yè)中執(zhí)行幾乎無窮無盡的多種分離。分餾塔盤用于分離多種不同的碳?xì)浠衔?，包括鏈烷烴、芳族化合物和烯烴。分餾塔盤也用于在寬沸點(diǎn)混合物諸如石油分餾物的分離中分離特定化合物諸如醇類、醚、烷基芳香烴、單體、溶劑、無機(jī)化合物和大氣氣體。汽液接觸塔盤也用于執(zhí)行氣體處理、凈化/提純和吸附。
[0005]雖然已經(jīng)開發(fā)出了具有不同優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的多種分餾塔盤和其它接觸裝置，但是分餾塔盤和填料是傳統(tǒng)分餾蒸餾設(shè)備的主要形式。它們廣泛用于化學(xué)、石化和石油精煉行業(yè)，以促進(jìn)在容器諸如分餾塔中執(zhí)行的汽液接觸。塔盤水平安裝，通常以被稱為塔的塔盤間距的均勻豎直距離安裝。
[0006]通常是在具有整體向下的液體流和向上的蒸汽流的交叉流或逆流接觸裝置中進(jìn)行分餾蒸餾。使汽相和液相在接觸級接觸，以允許汽相和液相彼此交換組分和接近平衡。然后，蒸汽和液體分離、在適當(dāng)?shù)姆较蛏弦苿右约霸俅谓佑|另一量的適當(dāng)流體。在許多傳統(tǒng)的汽液接觸裝置中，蒸汽和液體在每一級處以交叉流布置相接觸。一種替換設(shè)備與傳統(tǒng)多級接觸系統(tǒng)的不同在于，雖然設(shè)備中的整體流動持續(xù)為逆流，但是在并流傳質(zhì)區(qū)域中執(zhí)行液相和汽相之間的每一級實(shí)際接觸。
[0007]在使用并流汽液接觸裝置的分餾蒸餾過程期間，在塔底部產(chǎn)生的蒸汽上升，接觸流出降液管的液體。蒸汽和液體之間的接觸導(dǎo)致液體形成液滴，液滴被夾帶在蒸汽中，并且被向上傳輸。結(jié)果，蒸汽和液體至少短時(shí)間段內(nèi)共用流動路徑。在夾帶時(shí)間段期間，達(dá)到汽相和液相之間的組分平衡。在傳質(zhì)期間，蒸汽向液體損失較不易揮發(fā)的材料，因而隨著蒸汽向上穿過容器，蒸汽變得稍微更有揮發(fā)性。同時(shí)，隨著液體從塔盤至塔盤地向下移動，液體中的揮發(fā)性較小的化合物的濃度升高。含液體的蒸汽穿過分離裝置，液體在該分離裝置中被除去。從蒸汽中分離的液體向下行進(jìn)至下一較低塔盤。在每一塔盤上都執(zhí)行這種連續(xù)的夾帶和汽液分離。因此，汽液接觸器執(zhí)行下列兩種功能:使上升的蒸汽接觸液體；然后允許兩相分離并且在不同方向上流動。當(dāng)執(zhí)行該步驟適當(dāng)次數(shù)時(shí)，該過程導(dǎo)致化合物基于它們的相對揮發(fā)性而分尚。
[0008]汽液接觸設(shè)備的始終尋求改進(jìn)的兩個非常重要的特征是容量和效率。并流接觸裝置被認(rèn)為是一種通過使用汽液分離裝置來實(shí)現(xiàn)高容量的設(shè)備，該汽液分離裝置諸如是除霧器或離心葉片，其促進(jìn)每一級處的汽液分離。并流接觸裝置也能夠通過細(xì)小液滴與蒸汽的并流接觸來實(shí)現(xiàn)高傳質(zhì)效率。
[0009]如果在非豎直狀況下(S卩如果容器本身搖晃或傾斜)的操作導(dǎo)致在汽液接觸設(shè)備中發(fā)生不平衡或分配不均的液體流，則可能不易于沿設(shè)備的傳質(zhì)區(qū)域重新分配流體。液體分配不均可從一級傳播至下一級，從而降低設(shè)備的容量和效率。
[0010]因此，期望提供這樣一種并流汽液接觸設(shè)備，其抑制或消除了接觸級中的不平衡或分配不均的液體。也期望提供這樣一種并流汽液接觸設(shè)備，其在非豎直狀況下抑制了液體在接觸級中和接觸級之間的水平流動。此外，結(jié)合附圖和本【背景技術(shù)】，通過下文的詳細(xì)說明和隨附的權(quán)利要求，將明白該并流汽液接觸設(shè)備的其它期望特點(diǎn)和特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]提供了一種并流汽液接觸設(shè)備。根據(jù)一個示例性實(shí)施例,一種海上并流汽液接觸設(shè)備包括多個級，每一級都包括至少一個接觸模塊。每個接觸模塊都具有在一個方向上延伸的降液管，并且具有在該方向上彼此間隔開的降液管擋板以在降液管中限定出降液管單元。此外，每個降液管單元都具有緊鄰并流流動通道的出口。每個接觸模塊也都包括基本并行于降液管延伸的接收盤，并且具有在該方向上彼此間隔開的接收盤擋板以在接收盤中限定出接收盤區(qū)段。每個接觸模塊也都包括汽液分離裝置，該汽液分離裝置具有緊鄰并流流動通道的進(jìn)口表面和處于接收盤上方的出口表面。設(shè)有多個導(dǎo)管，每個導(dǎo)管都具有與各自的接收盤區(qū)段流體連通的上端和與緊接的下一級中的選定的降液管單元流體連通的下端。該海上并流汽液接觸設(shè)備抑制了多個級中的液體分配不均。
[0012]在另一實(shí)施例中，針對非豎直狀況下的海上操作提供了一種并流汽液接觸設(shè)備。該設(shè)備包括多個級，并且每一級都包括至少一個接觸模塊。每個接觸模塊都具有降液管，該降液管具有多個降液管單元。每個降液管單元都具有緊鄰并流流動通道的出口。每個接觸模塊也都包括接收盤，該接收盤具有多個接收盤區(qū)段。汽液分離裝置具有緊鄰并流流動通道的進(jìn)口表面和處于接收盤上方的出口表面。設(shè)有多個導(dǎo)管，每個導(dǎo)管都具有與各自的接收盤區(qū)段流體連通的上端和與緊接的下一級中的選定的降液管單元流體連通的下端。
[0013]根據(jù)另一示例性實(shí)施例，一種海上并流汽液接觸設(shè)備包括多個級，每一級都包括至少一個接觸模塊。每個接觸模塊都具有降液管，該降液管具有多個降液管單元，并且每個降液管單元都具有緊鄰并流流動通道的出口。每個接觸模塊也都包括接收盤，該接收盤具有(多個)接收盤區(qū)段。汽液分離裝置具有緊鄰并流流動通道的進(jìn)口表面和處于接收盤上方的出口表面。每個接觸模塊都包括多個導(dǎo)管，該多個導(dǎo)管與各自的接收盤區(qū)段以及緊接的下一級中的選定的降液管單元流體連通。此外，該接觸設(shè)備具有用于抑制液體從第一降液管單元流動至相鄰的降液管單元和用于抑制液體從第一接收盤區(qū)段流動至相鄰的接收盤區(qū)段的裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下文將結(jié)合附圖描述示例性實(shí)施例，其中相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件，并且其中:
[0015]圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的、采用具有并流汽液接觸模塊的多個接觸級的汽液接觸容器的橫截面圖；
[0016]圖2是根據(jù)示例性實(shí)施例的圖1的接觸級的橫截面圖；
[0017]圖3是根據(jù)示例性實(shí)施例的圖1和2的接觸模塊的橫截面圖；
[0018]圖4是部分示出根據(jù)示例性實(shí)施例的上接觸模塊和下接觸模塊的部件的透視圖(不按比例)；和
[0019]圖5是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的、在汽液接觸期間流經(jīng)接觸模塊的蒸汽和液體流的橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下文的詳細(xì)說明本質(zhì)上僅為示例性的，并且無意限制該并流汽液接觸設(shè)備或該并流汽液接觸設(shè)備的應(yīng)用和使用。此外，無意受上文【背景技術(shù)】或下文詳細(xì)說明中提出的任何理論的約束。
[0021]本文考慮的各種示例性實(shí)施例涉及這樣一種并流汽液接觸設(shè)備:其用于在經(jīng)歷非豎直狀況的海上容器中運(yùn)行。在US7，424，999中公開了以陸地為基礎(chǔ)的并流汽液接觸設(shè)備，其公開內(nèi)容在此通過引用以其整體并入。本設(shè)備被配置成用于防止或最小化否則可能在非豎直狀況下(諸如在海上操作中經(jīng)常經(jīng)歷的狀況下)發(fā)生的接觸級中的液體不平衡或分配不均。通常，接觸級中的不平衡或分配不均的液體導(dǎo)致低效的汽液接觸，本發(fā)明最小化或避免了這種情況。
[0022]在圖1中例示了一種示例性的海上并流汽液接觸設(shè)備10。如圖所示，設(shè)備10被容納在海上容器12中，該容器12例如可能為蒸餾塔、吸收器、直接接觸式熱交換器、或者用于引導(dǎo)汽液接觸的其它容器。設(shè)備10特別適合用于經(jīng)歷非豎直取向的容器12，即搖晃或傾斜(諸如在海上)的那些容器12。容器12容納接觸級14，以使蒸汽和液體接觸。
[0023]如圖所示，容器12包括外殼16，其通常為筒形。容器12的上部部分容納頂部收集器/分配器18，并且塔的下部部分容納下部收集器/分配器20。為了簡化，僅示出一個頂部接觸級114、一個中間接觸級214和一個底部接觸級314，級114和314具有相同取向，并且級214具有基本垂直的取向。盡管改變了取向，但是接觸級114、214、314中的每個都基本上結(jié)構(gòu)相同地位于設(shè)備10的不被添加流體或者從中抽取流體的區(qū)段中，并且可統(tǒng)稱為或者單獨(dú)稱為接觸級14。當(dāng)在本文中提及相鄰級時(shí)，基準(zhǔn)級被稱作接觸級14，上部相鄰級被稱為上一級，而下部相鄰級被稱為下一級。圖1僅示出了在汽液接觸設(shè)備的頂部和底部之間不進(jìn)給流體或者抽取流體時(shí)的設(shè)備區(qū)段。
[0024]參考圖2，示出每個接觸級14都包括接觸模塊22。應(yīng)注意，如方向箭頭符號24指示的，圖2的接觸級14中的每個接觸模塊22都在長度方向上延伸至圖面內(nèi)。圖3示出每個接觸模塊22都包括降液管26，其位于一對汽液分離裝置28 (諸如除霧器)之間。汽液分離裝置28是多孔的，并且包括進(jìn)口表面30和出口表面32。如圖所示，降液管26和汽液分離裝置28在各自的接觸級14的方向24上延伸。降液管26和汽液分離裝置28的進(jìn)口表面30協(xié)作以限定并流流動通道34。接收盤被設(shè)置在每個汽液分離裝置28的出口表面32下方。對于相鄰的降液管26，單個接收盤可被設(shè)置在這些降液管26之間并且由這些降液管26共用。結(jié)構(gòu)上，每個接收盤136都被連接至導(dǎo)管138。如圖所示，每個導(dǎo)管138都可具有擴(kuò)大的上端140，其與接收盤136流體連通?？衫斫猓總€導(dǎo)管138都具有下端142，其與緊接的下一接觸級中的降液管26連通。
[0025]在圖3中，降液管26具有在上部部分中的降液管進(jìn)口 44和在下部部分中的多個降液管出口 46。兩個傾斜的降液管側(cè)壁48使降液管26在向下方向上向內(nèi)漸縮。基本槽形或V形的降液管26的底部可以是尖的、彎曲的、或者可如圖3所示的為平的。可預(yù)見具有各種不同形狀(諸如帶階梯或帶斜面和階梯)的降液管26的替換實(shí)施例。然而，在本實(shí)施例中使用V形的降液管26以提供下列兩者的組合，即:汽液分離裝置28和降液管側(cè)壁48之間的大的接觸體積，以及上部部分中的大的降液管進(jìn)口 44，以適合接納來自上一級中的接收盤136的導(dǎo)管138以提高液體處理能力。如圖所示，降液管進(jìn)口 44被配置成與來自上一級的導(dǎo)管138接合。圖3也示出了在基本并行于上一級延伸的下一級中的導(dǎo)管138和降液管26。導(dǎo)管138的兩個端壁144在下一級中被示出為豎直的，而不是像在上一級中所示的兩個側(cè)壁一樣向下漸縮。
[0026]降液管出口 46由緊鄰降液管26底部布置在一個或更多行中的多個狹槽或者其它類型的穿孔形成。降液管出口 46可被設(shè)置在降液管側(cè)壁48和/或降液管底部中。在操作中，降液管26中的液位提供密封以防止上升的蒸汽穿過降液管出口 46進(jìn)入降液管。優(yōu)選地，穿孔沿降液管26的長度分布，并且它們可這樣布置，即這些穿孔的尺寸或數(shù)目變化或者消除這些穿孔。因而，降液管出口 46的布置可被用作另一種措施以防止液體從一個降液管直接流入下一降液管。可使用這些和下述的其它這種措施的組合以防止或最小化液體繞過接觸級14的這種可能性。
[0027]在圖4中示出代表性的級214中的接觸模塊222和緊鄰的下一級314中的接觸模塊322。為了清晰，示出的每一級都僅有一個接觸模塊222、322，并且示出每個接觸模塊都僅有一個降液管226、326及其關(guān)聯(lián)的接收盤236、336。此外，未示出汽液分離裝置28和導(dǎo)管38。在圖4中示出級214中的接觸模塊222和下一級214中的接觸模塊322的優(yōu)選的相對取向。如圖所示，接觸模塊222在方向224上延伸，而下一接觸模塊322在橫向于方向224的方向324上延伸。優(yōu)選地，方向224和324基本垂直。對于優(yōu)選的設(shè)備10，從頂部至底部在容器12的每個區(qū)段中，相鄰級在沿方向224和324延伸的取向之間交替變換。
[0028]仍參考圖4，能夠看出，每個降液管226、326都包括無孔的降液管端壁50和多個無孔的降液管擋板52。每個降液管端壁50和降液管擋板52都內(nèi)部連接在降液管側(cè)壁48之間，以分別在方向224、324上向液體流提供障礙。結(jié)果，限定了多個降液管單元54。類似地，接收盤236、336具有無孔的接收盤端壁56、無孔的接收盤擋板58和接收盤側(cè)壁60。每個接收盤端壁56和接收盤擋板58都內(nèi)部連接在接收盤側(cè)壁60之間，以分別在方向224、324上向液體流提供障礙。結(jié)果，限定了多個接收盤區(qū)段62。
[0029]交叉參考圖3和5，其中例示了每個接觸模塊22中的汽液接觸。如圖所示，蒸汽(如箭頭70所示)從下一級上升。同時(shí)，液體72從上一級的一個或更多導(dǎo)管流入降液管26并且通過降液管出口 46流出。當(dāng)液體72進(jìn)入并流流動通道34時(shí)，其攜帶夾帶液滴74形式的蒸汽70進(jìn)入其中一個汽液分離裝置28中。在每個汽液分離裝置28中，隨著汽液混合物穿過汽液分離裝置28，夾帶液滴74被截留并因而與蒸汽分離。蒸汽繼續(xù)穿過汽液分離裝置28并且流出出口表面32，而液體向下排出以通過導(dǎo)管38被接收在位于汽液分離裝置28下方的接收盤36中。然后，蒸汽上升至上一級，而液體穿過導(dǎo)管排出至下一級中的降液管中。[0030]考慮到上文所述的汽液接觸和運(yùn)動，再次參考圖4。通過相關(guān)的第一降液管出口246 (從降液管出口 46中選擇)流出第一降液管單元254 (從降液管單元54中選擇)的液體(未示出)將穿過相鄰的汽液分離裝置(未示出)，然后排出至第一接收盤236 (從接收盤36中選擇)中的第一接收盤區(qū)段262 (從接收盤區(qū)段62中選擇)中，或者排出至第二接收盤237 (從接收盤36中選擇)中的第一接收盤區(qū)段263 (從接收盤區(qū)段62中選擇)中。之后，液體將通過導(dǎo)管(未示出)排出到下一級中的降液管326中。特別地，液體將排出至第一降液管326中的第一降液管單元354 (從降液管單元54中選擇)中或者第一降液管326中的相鄰的第二降液管單元355 (從降液管單元54中選擇)。然后，在下一級中重復(fù)進(jìn)行圖5中所述的汽液并流接觸。
[0031]如圖所示，液體幾乎都積聚在降液管和接收盤中。由于搖晃和傾斜而沿降液管和接收盤發(fā)生的液體流動受到擋板52和58的限制。由于這種限制液體流動的能力，防止或者最小化了由于容器向非豎直取向的傾斜和/或搖晃所導(dǎo)致的沿降液管和接收盤的不平衡和分配不均的液體負(fù)荷。
[0032]在傳統(tǒng)接觸級中的非豎直狀況期間，在重力作用下，降液管或接收盤中的液體將行進(jìn)至下側(cè)，使降液管或接收盤的較高側(cè)液體較少或無液體。在該狀況期間，并流流動通道中的蒸汽/液體比例將相當(dāng)不均勻，導(dǎo)致汽液接觸和傳質(zhì)效率低。在本文提供的用于海上的設(shè)備中，抑制了沿降液管和接收盤長度的液體分配不均，并且減少了汽液接觸低效。
[0033]因此，已經(jīng)提供了一種用于在非豎直狀況下運(yùn)行的海上并流汽液接觸設(shè)備。通過上文應(yīng)明白，該并流汽液接觸設(shè)備的示例性實(shí)施例限制了液體在降液管單元和接收盤區(qū)段中的水平運(yùn)動。通過最小化或防止液體在接觸級中的不平衡或分配不均，最優(yōu)化了汽液接觸過程的效率。
[0034]雖然已經(jīng)在上文的詳細(xì)說明中提出了至少一個示例性實(shí)施例，但是應(yīng)明白，存在多種變型。也應(yīng)明白，示例性實(shí)施例或多個示例性實(shí)施例僅為示例，并且無意以任何方式限制并流汽液接觸設(shè)備的范圍、應(yīng)用或構(gòu)造。相反，上文的詳細(xì)說明將向本領(lǐng)域技術(shù)人員提供實(shí)施示例性實(shí)施例的便捷的指導(dǎo)方針；應(yīng)理解，在不偏離隨附權(quán)利要求及其法定等同方案的范圍的情況下，可對示例性實(shí)施例中所述的功能和元件布置做出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種海上并流汽液接觸設(shè)備(10)，所述設(shè)備包括多個級(14)，每一級都包括至少一個接觸模塊(22)，所述接觸模塊包括: 降液管(26)，所述降液管在一個方向(24)上延伸并且具有在所述方向上彼此間隔開的降液管擋板(52)，以在所述降液管中限定出降液管單元(54)，其中，每個降液管單元都具有緊鄰并流流動通道(34)的出口(46); 接收盤(36)，所述接收盤基本并行于所述降液管延伸并且具有在所述方向上彼此間隔開的接收盤擋板(58)，以在所述接收盤中限定出接收盤區(qū)段(62)； 汽液分離裝置(28)，所述汽液分離裝置具有緊鄰并流流動通道的進(jìn)口表面(30)和處于所述接收盤上方的出口表面(32);和 多個導(dǎo)管(38)，其中每個導(dǎo)管都具有與各自的接收盤區(qū)段流體連通的上端(40)和與緊接的下一級中的選定的降液管單元流體連通的下端(42)； 其中，所述設(shè)備抑制了在每一級上的液體分配不均。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，每個降液管在各自的級中延伸的方向橫向于每個降液管在緊接的下一級中延伸的方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，每個降液管在各自的級中延伸的方向基本垂直于每個降液管在緊接的下一級中延伸的方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，每個接觸模塊都被配置成在每一級中限制液體從第一降液管單元流動至相鄰的降液管單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，每個接觸模塊都被配置成在每一級中限制液體從第一接收盤區(qū)段流動至相鄰的接收盤區(qū)段。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，每個降液管都具有相對的側(cè)壁(48)，其中每個降液管單元都具有穿過每個側(cè)壁的出口(46)，其中每個出口都緊鄰并流流動通道(34)，以及其中每個接觸模塊都包括緊鄰每個并流流動通道的汽液分離裝置(28)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，每個降液管都基本為槽形，并且具有兩個側(cè)壁(48)和兩個端壁(50)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，每個端壁都與各自的降液管擋板間隔開，以限定各自的終端的降液管單元。
9.一種用于在包括多個級(14)的海上并流接觸設(shè)備(10)中執(zhí)行汽液接觸的方法，包括: 使液體流經(jīng)降液管(26)中的降液管單元(54)以及流出緊鄰并流流動通道(34)的出口(46)； 在接收盤(36)中的接收盤區(qū)段(62)中接收所述液體； 使蒸汽流經(jīng)多個導(dǎo)管(38)以及在所述并流流動通道(34)中在蒸汽中夾帶液體，其中所述導(dǎo)管與相應(yīng)的接收盤區(qū)段以及緊接的下一級中的選定的降液管單元流體連通； 在汽液分離裝置(28)中分離所述蒸汽和液體，其中所述汽液分離裝置具有緊鄰所述并流流動通道的進(jìn)口表面(30 )和處于所述接收盤上方的出口表面(32 );和 抑制液體從第一降液管單元流動至相鄰的降液管單元，以及抑制液體從第一接收盤區(qū)段流動至相鄰的接收盤區(qū)段。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，抑制液體從第一降液管單元流動至相鄰的降液管單元包括用所述降液管中的擋板(52)阻礙流體流動，抑制液體從第一接收盤區(qū)段流動至相鄰的 接收盤區(qū)段包括用所述接收盤中的擋板(58)阻礙流體流動。
【文檔編號】B01F3/04GK103732315SQ201280039992
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月9日
【發(fā)明者】Z·徐, L·周 申請人:環(huán)球油品公司