[发明专利]具有涡流接触级的气-液接触设备

说明书

技术领域

本发明涉及在反应器、分馏塔或其它在蒸气流和液体流之间进行传质和/或传热的设备中的气-液接触。更具体地，本发明涉及包括一个或多个气-液接触级的气-液接触设备。

背景技术

在整个化学和精炼技术中，重要的目的是改善气相和液相之间接触的效率。目前，存在多种可以通过增加接触相之间的界面面积和湍流并因而提高传质速率常数而从增加的气-液传质和/或传热的速率获益的多相反应和分离方法。这些方法通常使用很多传统气-液接触装置中的任一种。用于根据它们的相对挥发性来分离组分的蒸馏过程例如通常依靠分馏塔盘和填料来改善在容器内多个级处的气-液接触。

在石油和石油化学工业中，使用分馏塔盘和其它接触装置来分解具有所需沸点范围的馏分、例如石油精炼和石油化学加工的原油衍生产品，所述产品包括液化石油气、石脑油、柴油和其它烃类馏分等。在某些情况下，使用接触装置来将特定化合物与同一化学或功能类的其它化合物分离，例如醇类、醚类、烷基芳香烃类、单体类、溶剂类、无机化合物等。典型的分馏塔在塔内各接触级(contacting stage)处使用10到250个分馏塔盘。具体的级数取决于分离的方便性(相对挥发性差异)和所需的产品纯度。塔中每个塔盘的结构通常类似，但竖直方向上相邻的塔盘在结构上可以不同(例如，交替)也是已知的。

传统的分馏过程因此在容器内包含气相和液相之间的多级接触，气相和液相分别具有总体向上的流动和总体向下的流动。在不同的离散的接触级中，气相和液相的成分交换，以便实现或尽可能接近气-液平衡。所产生的蒸气馏分和液体馏分然后被分离，朝它们各自的方向移动，并在不同的级处与另一些量的合适流体再次接触。

在具有穿孔平台作为气-液接触装置的传统塔盘的情况下，在塔的底部处产生的蒸气上升穿过大量散布在塔盘的平台面积上的小穿孔，所述塔盘支承一定量液体并可以分成若干离散的区域和/或区。蒸气穿过液体产生一层称作泡沫的气泡。泡沫的高表面积有助于在塔盘上在气相和液相之间建立组分平衡。然后泡沫被允许分离成蒸气和液体。在气-液接触期间，蒸气失去较不易挥发的材料传给液体，并因此随着它向上穿过每个塔盘而变得稍微更易挥发。同时，随着液体从泡沫中分离并向下在塔盘之间移动，液体中较不易挥发的化合物的浓度增加。因此，气-液接触装置执行使上升的蒸气与液体接触和然后允许两相分离并沿不同方向流动的两种功能。当在不同的塔盘上将各步骤执行合适的次数(例如，以连续方式)时，能实现多个分离平衡级，从而导致各化合物基于它们的相对挥发性的有效分离。

在努力改善这种分离时已研制出许多不同类型的包括填料和塔盘的气-液接触装置。不同的装置往往会具有不同的优点。例如，上述的穿孔平台塔盘是有效的接触装置，但会在塔中引起高压降，尤其是当平台面积较小时，即使分馏开口面积高也是如此。多降液管塔盘具有高蒸气和液体容量以及在相当大的运行率的范围内有效地起作用的能力。有结构的填料往往会具有低压降，这使它们在低压或真空操作中有用。用来评价任何气-液接触装置、例如分馏塔盘的性能的两个重要参数是容量和效率。容量是指能有效地在连续的塔盘上接触和转到连续的塔盘上而不溢流的蒸气和液体的总量。效率是指在塔盘之间发生的气相和液相之间传质的有效性或接近平衡。重要的是，在分离过程、例如分馏和汽提中，各相之间的密切接触仅对所产生的相在接触之后然后被分开或分离的程度有好处。

尽管在分馏塔或类似分离容器中各相之间的总体流动是逆流的，但许多类型的用于这些容器内的接触级的传统气-液接触装置在接触相之间可以产生交叉流动、同向流动或其它流动取向。例如，在US 5223183、US5318732和US7204477中描述了使用平行流塔盘的接触级。例如，在US6682633、US5837105、US6059934和US7424999中描述了使用同向流动接触的接触级。在Kuzmin，A.O等人的“涡流离心鼓泡反应器”CHEM.ENG.JOURNAL.107：55-62(2005)中描述了另一种气-液接触装置的使用，该装置在蒸气和液体之间产生实现了每单位体积很高的界面面积的涡流离心鼓泡层。

改进的气-液装置，尤其是在接触和随后的分离效率方面具有提高的效率是被持续地探索的。

发明内容