[发明专利]至并流蒸气-液体接触塔盘的改进流体分配

说明书

发明领域

本发明涉及如在分馏或其它质量和/或热传递操作中进行蒸气-液体接触的接触设备。更具体而言，本发明涉及用于将流体如液体分配至用于提供高容量、高效接触的平行接触段的系统。

相关技术描述

蒸气-液体接触设备如分馏塔盘和填料特别是在石油和石油化学工业中用于进行多种分离。分馏塔盘例如用于将烃分离成具有近似相对挥发度或沸点的馏分。这些馏分包括石油精制和石油化学加工的原油衍生产品，例如石脑油、柴油燃料、液化石油气和聚合物。在一些情况下，塔盘用于将具体化合物与其它具有相同化学或功能类别的化合物分离，例如醇、醚、烷基芳烃、单体、溶剂、无机化合物等。塔盘还用于气体加工和吸附分离操作中。已开发了多种具有不同优点和缺点的塔盘和其它接触设备。

分馏塔盘和填料为用于蒸馏设备如上述应用中的传统蒸气-液体接触设备的主要形式。在塔盘的情况下，取决于分离的容易度(相对挥发度差)和所需产物纯度，典型的分馏塔使用10-250个这些接触设备。通常塔中各个塔盘的结构是类似的，但还已知对于纵向相邻的塔盘，结构可以不同(例如交替)。塔盘通常以均匀的纵向距离(通常称为盘式距)水平安装塔盘。然而，该距离在塔的不同部分可不同。塔盘通常由焊接在塔壁内表面的环支撑。

分馏传统上在具有总体向下液体流和向上蒸气流的错流或逆流接触设备中进行。在设备中的各个点或阶段，蒸气相和液相接触以容许蒸气和液相交换组分并实现或尽可能接近地达到蒸气-液体彼此平衡。然后将蒸气和液体分离，在它们各自的方向上移动并在不同的阶段再次与另外量的合适流体接触。在许多传统蒸气-液体接触设备中，蒸气和液体在各个阶段以错流配置接触。可选择的设备在其操作方面不同于传统的多阶段接触之处在于当设备中的总流动持续为逆流时，液相与蒸气相之间实际接触的各个阶段至少部分地在并流传质区中进行。提供错流或并流蒸气-液体接触的设备，以及在接触段将蒸气和液体流以其它配置发送的所有设备是已知的。

在使用传统塔盘的分馏塔方法期间，在塔底部产生的蒸气上升通过遍布于塔盘平台区(decking aera)的大量小穿孔，所述平台区承载大量液体并可分隔成离散区域和/或区。蒸气通过液体产生一层气泡，称为泡沫。泡沫的高表面积有助于建立塔盘上蒸气相与液相之间的组成平衡。然后使泡沫分离成蒸气和液体。在蒸气-液体接触期间，蒸气损失较小挥发性的材料到液体中，因此当它向上通过各个塔盘时变得轻微更具挥发性。同时，当液体由塔盘至塔盘向下移动时，液体中较小挥发性化合物的浓度提高。液体与泡沫分离并向下移动至下一个下部塔盘。该连续的泡沫形成和蒸气-液体分离在各个塔盘上进行。因此，蒸气-液体接触设备执行使上升蒸气与液体接触以及然后使两相分离并以不同方向流动的两个功能。当这些步骤在不同塔盘上进行合适的时间时，可实现多个分离平衡段，导致化合物基于它们的相对挥发度而有效地分离。

已开发了许多不同类型的包括填料和塔盘的蒸气-液体接触设备塔盘以试图改进这种分离。不同的设备倾向于具有不同的优点。例如多降液管塔盘具有高蒸气和液体容量和在明显操作速率范围下有效作用的能力。规整填料倾向于具有低压降，使得它们在低压或真空操作中有用。

用于评估任何蒸气-液体接触设备如分馏塔盘的性能的两个重要参数为容量和效率。容量指可有效接触并通过连续塔盘而不溢流的蒸气和液体的总量。效率指由塔盘至塔盘进行的蒸气相与液相之间传质的效力或近似平衡。如果蒸气-液体接触设备中存在液体或蒸气的分配不均，则可损害容量和效率。液体或蒸气的分配不均具有由一个塔盘传播至下一个塔盘的倾向，从而降低设备总体性能。

在1936年W.K.Lewis的熟知经典研究中，发现蒸气-液体接触塔盘的传质效率可通过使未混合的蒸气与在各个连续塔盘上为相同方向的液体流接触(案例2)而最大化。案例2称为并流，如其中所用，其指在纵向相邻或连续塔盘上的液体流，而不是在单一塔盘上的液体流。Lewis的案例2确保在给定塔盘上传质的驱动力几乎相同而不管传质在塔盘上的何处进行。因此，当使用根据Lewis的案例2操作的塔盘时可得到效率的充分提高。

使用并流塔盘的用于蒸气-液体接触设备的接触段是本领域已知的并例如描述于US 5,223,183中，其涉及具有至少一个中心降液管且不具有侧降液管的并流塔盘。另一这种接触段描述于US 5,318,732中，其使用多个降液管且并入塔盘特征以提高容量。改进的高容量并流塔盘描述于US 7,204,477中，通过引用将其全部并入本文中。