[发明专利]接触和分离塔以及塔盘

说明书

技术领域

本发明涉及一种接触和分离塔，其尤其能高容量地进行气/液传质，该接触和分离塔具有一个或更多个叠置的接触和分离室。液体首先被气流携带到所述接触和分离室中与气体充分接触，随后，通过旋流器的离心冲击将液体从气流中去除掉。本发明还涉及一种用于这种塔中的塔盘以及一种通过这种塔处理气体的工艺。

该塔例如可以是热交换塔、分馏塔、汽提塔或处理塔，尤其是一种处理塔，更具体而言，是一种处理天然气的塔，用于去除掉杂质(如，二氧化碳和/或硫化氢)。

背景技术

在此使用的术语“气体”还包括蒸汽，术语“液体”还包括含有气体(如，泡沫)的液体。术语“处理液”用于表示复合物(优选为液体)，其通过物理和/或化学现象可选择性地去除掉诸如硫化氢和/或二氧化碳这样的杂质。

用于气/液传质的塔盘中含有旋流式气/液分离装置，该塔盘不同于其应用范畴内的常规传质塔盘。在塔盘中，气体和液体接触，然后通过旋流式气/液装置将气体和液体分离。可将这种塔盘制造得比常规塔盘的结构要紧凑得多，在常规塔盘中，通过重力而不是通过离心力来分离气体和液体。

美国专利文献US-A-6,227,524号描述了用于高速传质塔盘的接触和分离元件(CSE′s)，在该高速传质塔盘中，液体通过成环形列的多个孔进入接触和分离元件中，并进入到由多个竖直叶片构成的网格结构中，从而将液体分散成小液滴，小液滴然后与气体一起运行到轴向旋流器(其位于所述竖直叶片正上方)的叶片上，之后，气液流在该轴向旋流器中承受旋转运动，从而，形成了向上旋转移动的液膜。在接触和分离元件上部部分中的分离区中进行最终的气/液分离，传质过程主要在吸液孔正上方的小区域中进行。进入接触区中的液体量取决于一种力平衡，这种力平衡使接触和分离元件周围的液位(由挡流结构的高度而定)提供让液体进入接触和分离元件中的静水压力。另外，接触和分离元件内部的气流将产生吸入力，从而增加流入接触和分离元件中的液体量。这两种作用力可通过接触和分离元件上的压降所导致的反作用力来平衡，上述压降尤其是由于旋流器以及上游接触区和下游分离区之间的狭窄过渡区域所导致。接触和分离元件的最大能力将最终取决于压力平衡：进入装置的气体比率增加时，压降将增加。当接触区内部的压降超过一定值(这取决于接触和分离元件周围的液位高度)时，一部分气体将通过液体入口溢流出，从而传质性能将显著下降。

文献EP-A-0048508号描述了一种设备，用于在高流速和/或高液体负荷下处理气液混合物。液体在单程模式(即，没有内循环的模式)下流动。另外，接触区的容积比分离区的容积小，但两区域的直径相同。

传质速率与接触区中单位气体所携带的液体量相关。待被吸收的杂质(如CO₂)的分压越高，所需的体积传质速率将增加。但是，已经发现，现有的接触和分离塔所能达到的传质速率是有限的。

海上天然气开采过程中，在漂浮情况下使用接触和分离塔，例如在漂浮装置或船上使用接触和分离塔。海水运动会引起液体晃动或波动，从而会大大限制塔所能达到的传质和效率。

本发明的目的是提供一种接触和分离设备，其能提高传质性能。

本发明的另一目的是提供一种可在漂浮情况下使用的坚固的接触和分离设备。

发明内容

本发明公开了一种接触和分离塔，其包括塔壁，塔壁包围一个或更多个叠置的接触和分离室，其中，每个室包括：

-塔盘，其具有多个气流孔，气流孔通入一个或更多个接触和分离单元，其中，每个接触和分离单元包括具有液体入口的上游接触区、以及一个或更多个分离区，所述分离区配置有旋流器和具有气体出口的顶端；

-降液部，其界定液体排放部，所述液体排放部用于溢流出降液部的液体，降液部的高度超过液体入口的高度；以及

-液体供应部，其将液体供应到接触和分离室中，

其中，所述接触区的截面面积大于接触和分离单元的一个或更多个上述分离区。

在第二方面，公开了一种可用于所公开的塔中的接触和分离塔盘。

在第三方面，提供了一种使用所公开的塔来处理气体的工艺。

具体描述

使接触区的截面面积大于分离区的截面面积，可显著增加在接触区中的平均停留时间，从而，将显著提高气/液容积传质速率。通过使旋流器与气体入口间隔一定距离，可进一步提高容积传质速率。

上述截面面积是指与所述接触和分离室的最长轴线成直角地穿过上述区域的中间部分的平面所截取的部分的表面积。在接触和分离区的最长轴线的方向上得到该区域的中间部分。