BR112019011242A2

BR112019011242A2 - coluna de troca de matéria e/ou de calor entre um gás e um líquido com meios de recirculação do líquido e sua utilização

Info

Publication number: BR112019011242A2
Application number: BR112019011242A
Authority: BR
Inventors: Weiss Claire; Salais Clément; Perdu Gauthier; Fourati Manel; Alix Pascal; Beard Philippe; Maubert Thomas; Carlier Vincent; Courtial Xavier
Original assignee: Ifp Energies Now; Prosernat; Total Sa
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-10-15
Also published as: US20190321745A1; FR3060405A1; AU2017381487B2; FR3060405B1; AU2017381487A1; WO2018114696A1

Abstract

a presente invenção refere-se a uma coluna de troca (co) de matéria e se for o caso de calor entre um gás e um líquido. a coluna de troca (co) compreende pelo menos um prato coletor e um sistema de distribuição do líquido dispostos entre dois leitos de enchimento (7), e meios de recirculação do líquido (8). os meios de recirculação do líquido (8) ligam uma zona situada embaixo do leito de enchimento (7) a uma zona situada acima do prato distribuidor.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para COLUNA DE TROCA DE MATÉRIA E/OU DE CALOR ENTRE UM GÁS E UM LÍQUIDO COM MEIOS DE RECIRCULAÇÃO DO LÍQUIDO E SUA UTILIZAÇÃO.

[0001] A presente invenção refere-se ao domínio das colunas de contato gás/líquido. Os domínios de aplicação da invenção podem ser o tratamento de gás, a captação do CO2, a desidratação, a separação de contaminantes presentes em fluxos gasosos por uma solução líquida, ou ainda a destilação de compostos líquidos em mistura.

[0002] A indústria utiliza contatores (colunas de contato gás/líquido muito numerosos. Esses últimos podem ser utilizados para a separação de produtos, como os processos de destilação, ou ainda a absorção de contaminantes, como os processos de tratamento com as aminas, no setor do tratamento de gás e/ou de captação do CO2.Quando se trata de retirar contaminantes presentes no gás, como 0 CO2, a água, 0 H₂S, 0 COS por processos de lavagem com um líquido, são utilizados geralmente contatores verticais, que lavam uma corrente de gás ascendente em circulação em contracorrente de uma corrente líquida descendente. Assim, os contaminantes do gás são retidos pelo líquido por ocasião da subida do gás dentro da coluna com velocidades de absorção variáveis. São entendidos também por contatores verticais as torres de regeneração, nas quais os solventes (líquido) carregados em contaminantes são depurados por contato com um gás, que favorece a extração dos contaminantes presentes na solução carregada em contaminantes.

[0003] Existe uma grande variedade de tipos de contatores gás/líquido. Classicamente, os contatores verticais podem conter internos de contato de tipo enchimento a granel e/ou enchimento estruturado, e empregar vários leitos de enchimentos com redistribuição intermediária do fluxo de líquido, tal como esquematizado na figura 1. Por exemplo, para 0 caso da absorção de gases ácidos por uma solução aquosa de

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2/31 amina(s), é possível utilizar uma coluna de contato gás/líquido CO que contém enchimento, distribuído em vários leitos de enchimento 7. A coluna de contato CO recebe o fluido gasoso a tratar no fundo de coluna FA, e o solvente (líquido) pobre no topo de coluna SP. O fluido gasoso a tratar é geralmente introduzido no fundo de contator com o auxílio de um distribuidor de gás 13 que permite uniformizar da melhor maneira possível o perfil de velocidade da fase vapor ascendente no conjunto da seção inferior do leito de enchimento a fim de melhorar os desempenhos de funcionamento do contator. A coluna de contato CO fornece o fluido gasoso tratado FT, depurado de uma parte dos contaminantes, no topo de coluna e o solvente rico SR, carregado com uma parte dos contaminantes contidos no fluido gasoso a tratar, no fundo de coluna. A transferência dos contaminantes do fluido gasoso para o solvente líquido é operada via a colocação em contato estreito da fase líquida descendente e da fase vapor ascendente dentro do contator, ao nível dos leitos de enchimento 7. Os leitos de enchimento 7 são compostos por elementos sólidos que apresentam uma superfície de contato grande, na qual o líquido é distribuído de maneira uniforme e escoa para baixo, o que favorece o contato com a fase vapor ascendente, e permite assim transferir eficazmente matéria e/ou calor entre os dois fluidos.

[0004] Duas grandes famílias de enchimentos estão disponíveis atualmente. Um primeiro tipo de enchimento é constituído por uma multiplicidade de elementos sólidos singulares, possivelmente idênticos e geralmente de tamanho moderado (da ordem do centímetro), colocados a granel dentro dos contatores, daí o nome de enchimento a granel. O segundo tipo, chamado de enchimento estruturado, é geralmente formado por chapas de aços conformadas e dispostas de maneira especial.

[0005] Para todos os tipos de guarnição, a fim de dispor de toda a superfície desenvolvida pelo interno de transferência, convém que cada

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3/31 um dos fluxos que evoluem em contracorrente escoe da maneira mais uniforme possível sobre o conjunto da seção da coluna, e dos internos de contato da coluna. Com essa finalidade, o solvente pobre SP, no topo de coluna, é injetado de maneira uniforme sobre a seção do leito de enchimento de topo 7, com o auxílio de um distribuidor de líquido 14. Geralmente, os elementos constitutivos dos leitos de enchimento permitem formar e/ou manter uma distribuição homogênea e uniforme dos fluidos no conjunto da seção de contato. No entanto, quando uma grande altura de contato é exigida, é preferível recorrer a uma pluralidade de leitos de guarnição 7 e uma pluralidade de sistemas de redistribuição de líquido associados. De fato, por ocasião da passagem de um líquido dentro de um enchimento esse último tende progressivamente a se acumular em certas zonas de passagem preferencial, e a uniformidade da distribuição é degradada, até gera gradientes de velocidades locais para as fases gás e líquida, degradando assim os desempenhos de colocações em contato dos fluidos líquido e gasosos e a eficácia global da coluna. Esse fenômeno pode ser amplificado em caso de utilização em condições “offshore flutuante”. Torna-se então preferível encurtar mais o leito de enchimento e dedicar uma parte da coluna à instalação de dispositivos de coleta e de redistribuição do líquido. Isso com o objetivo de permitir a redistribuição da maneira mais homogênea possível do fluxo de líquido sobre a superfície do enchimento inferior 7. [0006] A “Fractionation Research Inc.” (FRI) aconselha limitar a altura de um leito de enchimento a uma altura de oito metros e misturar de novo a fase líquida antes de reintroduzir a mesma em uma seção de enchimento inferior (referência FRI, Fractionnary Tray Design Handbook, vol. 5: Design Practices). Essa altura máxima pode variar de acordo com os casos, e depende de numerosos parâmetros que podem ser: as condições e vazões de funcionamento, perturbações externas à

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4/31 coluna de troca como as forças de movimentos sobre as colunas instaladas sobre suportes flutuantes, tais como barcaças e navios de produção, o tipo de enchimento, as propriedades dos fluidos, as condições de operação, etc. A segmentação da zona de contato em vários leitos de enchimento 7 pode necessitar nesse caso a execução de sistemas de redistribuição de líquido 5, ligados a pratos coletores 1. Eles são instalados entre dois leitos de enchimento, ou para esse exemplo ilustrado, acima dos leitos de enchimento 7 intermediário e inferior.

[0007] Dentre os sistemas de redistribuição de líquido instalados entre dois leitos de enchimento sucessivos, dois tipos de sistemas são utilizados para coletar o líquido proveniente do leito de enchimento superior e redistribuir o mesmo para o leito de enchimento inferior.

[0008] Um primeiro tipo de sistema utiliza um dispositivo único que permite ao mesmo tempo coletar o líquido proveniente do leito de enchimento superior e redistribuir o mesmo sobre o leito de enchimento inferior ao mesmo tempo em que permite a passagem da fase gás, geralmente com o auxílio de condutos. Eles são geralmente sistemas simples e econômicos, mas que não favorecem a mistura da fase líquida coletada a partir do leito de enchimento superior pois a circulação do líquido coletado sobre o prato permanece transversal à coluna. Dentro desse tipo de sistemas três grandes famílias se distinguem:

[0009] · Distribuidores de líquidos com condutos de gás: uma proteção de líquido se estabelece em toda a seção do prato distribuidor, e alimenta o leito de contato (enchimento) via orifícios uniformemente distribuídos no fundo do prato. O gás é encaminhado via condutos (ex. US2013/0277868A). A figura 2 mostra um prato distribuidor 1 com condutos clássico, munido de condutos 2 para a passagem do gás, os condutos sendo cobertos por “chapéus” 3 para evitar a passagem de líquido dentro dos condutos de gás (em situação de escoamento em contracorrente), e orifícios 4 para a passagem de líquido.

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5/31 [0010] · Distribuidores de líquidos com caixões de líquido: Uma proteção de líquido é estabelecida em um conjunto de caixões munidos de orifícios de alimentação, e o gás é encaminhado pelo espaço restante (ex. US4909967A).

[0011] · Distribuidores de líquidos com condutos de líquido: esses distribuidores funcionam de acordo com o mesmo princípio que o distribuidor com condutos de gás. A diferença é que o líquido é distribuído via condutos que podem ter orifícios situados em várias alturas diferentes, permitindo assim fazer passar uma maior gama de vazões do que no caso de simples orifícios no fundo de prato. O gás, ele, é encaminhado via condutos que podem ter uma forma cilíndrica ou paralelepipédica (ex. US513055A, US4432913).

[0012] Um segundo tipo de sistemas utiliza dispositivos distintos para coletar o líquido proveniente do leito de enchimento superior e para redistribuir o mesmo sobre o leito de enchimento inferior, o líquido sendo transmitido de um sistema ao outro via condutos de transferência de líquido, alternativamente denominados pernas de transferência de líquido pelo Profissional; a passagem da fase vapor sendo correntemente realizada com o auxílio de condutos. Eles são geralmente sistemas robustos, que favorecem a mistura da fase líquida pois o líquido é reunido em alguns pontos muito localizados. Dentro desse tipo de sistemas, convém separar a parte coletora da parte distribuidora. O documento “Process Engineering Guide: GBHE-PEG-MAS-612 Design and Rating of Packed Distillation Columns” ilustra notadamente esses diferentes sistemas.

[0013] Os dispositivos de coleta do líquido se diferenciam geralmente pelo meio que permite deixar o fluxo de vapor do leito inferior passar para o leito superior:

[0014] · pratos coletores com condutos de gás circulares, munidos de tampas também chamadas de chapéus pelo Profissional,

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6/31 [0015] · pratos coletores com condutos de gás retangulares, munidos de chapéus, ou [0016] · pratos coletores com condutos de gás de tipo calha.

[0017] Nesse segundo tipo de distribuidor, os dispositivos de distribuição do líquido se distinguem geralmente em quatro subfamílias: [0018] · distribuidores com calhas (em inglês “through distributor”), mais compactos mas que exigem uma horizontalidade perfeita (desaconselhados em serviços críticos e em condições offshore flutuantes e oscilantes, quer dizer no mar), [0019] · pratos com condutos perfurados (em inglês “orifice riser type distributor”), mais compacto, mas reservado às colunas de pequeno diâmetro (inferior a 1 m), exigindo uma horizontalidade perfeita: os defeitos de uniformidade de distribuição são geralmente grandes (desaconselhados em serviços críticos e em condições offshore flutuantes e oscilantes).

[0020] · distribuidores tubulares com orifícios (em inglês “perfored piping distributor”), pouco compacto, apresentando uma força motriz superior aos distribuidores precedentes e necessitando, portanto, de uma altura estática de líquido geralmente maior acima do distribuidor, mas fornecendo geralmente uma distribuição uniforme do líquido inclusive em condições offshore e oscilantes, ou [0021] · pulverizadores ou bicos (em inglês “spray distributor”), pouco compactos, necessitando, como o distribuidor precedente, uma altura estática grande (uma bomba pode também ser utilizada para assegurar a força de distribuição). O desempenho de uniformidade de distribuição é mais moderado no líquido (por causa da criação de zonas de recobrimento dos cones líquidos). O impacto das gotículas sobre o enchimento é grande para dispersar a força do líquido e o sistema é bastante sujeito ao arrastamento de líquido por criação de névoa de gotículas.

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7/31 [0022] A figura 3 mostra um exemplo desse último tipo de sistemas que dissocia a coleta do líquido de sua distribuição. O prato coletor 1 compreende condutos 2 para a passagem do gás. O sistema para a distribuição do líquido compreende um conduto vertical 5 e uma pluralidade de aspersores 6 (tubos horizontais munidos de orifícios ou de bicos).

[0023] Para condições offshore flutuante, é geralmente esse tipo de sistema ilustrado na figura 3, que assegura a coleta e a redistribuição do líquido entre dois leitos de enchimento, que é privilegiado por duas razões: 1 - são minimizados os efeitos das oscilações do líquido dentro da perna central, e 2 - é procurada uma distribuição uniforme na direção do leito inferior. Por consequência, o prato coletor de líquido é ligado ao sistema de distribuição por um ou vários condutos verticais relativamente longos a fim de que o sistema distribuidor crie a altura estática suficiente quaisquer que sejam as condições de inclinação impostas pela onda e fornece a força motriz ao distribuidor. De fato, o conduto vertical é dimensionado de maneira a que a variação da altura de líquido devida a um defeito de horizontalidade seja amplamente inferior à altura do conduto de líquido que alimenta o sistema de distribuição (US 2004/0020238 A1). Nesse caso, o sistema de distribuição de líquido pode ser formado por um ou vários aspersores, e o gás é encaminhado por condutos situado ao nível do prato coletor.

[0024] As colunas de contato gás/líquido em contracorrente equipadas com leitos de enchimento e instaladas sobre suporte flutuante são perturbadas por uma modificação da circulação do líquido, em razão do movimento da coluna que se afasta da posição vertical. A distribuição do líquido não é mais uniforme, o que se acrescenta à deformação progressiva da uniformidade da distribuição do líquido quando o líquido avança através de um leito de enchimento. São obtidos perfis de distribuição de líquido dos quais a heterogeneidade aumenta, que perturbam

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8/31 em seguida a distribuição do gás que vai se distribuir de maneira não uniforme em função da má distribuição de líquido. Nas zonas de grandes molhamentos, o gás pode procurar evitar o líquido. A perda de eficácia da coluna resulta do cruzamento de grandes vazões de gás com pequenas vazões de líquidos nas zonas nas quais o líquido circula pouco. Para enfrentar a perda de eficácia da coluna, os engenheiros encarregados pelo dimensionamento aumentam a vazão de líquido e/ou a altura dos leitos de enchimento, de maneira a conseguir obter o desempenho de depuração. Aumentando assim a vazão de líquido, é imposta uma coluna de tamanho mais considerável, com uma regeneração maior. Aumentando assim não somente o tamanho do absorvedor, mas eventualmente também aquele da seção de regeneração, é aumentada a massa dos equipamentos que compõem as oficinas presentes na barcaça ou na plataforma flutuante, e, portanto, o preço do projeto.

[0025] Os projetistas de colunas de depuração de gás natural devem também responder aos problemas de flexibilidade operatória imposta por numerosos casos de funcionamento, notadamente para o líquido. De fato, para o dimensionamento, os projetistas devem considerar a vazão de gás de carga que é a maior, associada às concentrações em contaminantes mais elevadas. Esse dimensionamento impõe a vazão de solução líquida absorvente que é a mais elevada para absorver uma quantidade de contaminantes máxima. Ora, os outros casos de funcionamento impem condições de funcionamento menores e mínimas (em termos de vazão e de quantidade de contaminantes presentes no gás a depurar), o que define em especial um caso “turndown” (funcionamento técnico mínimo ou pequena vazão) ou casos “pobres”. Nesse caso, a vazão de líquido retido para operar é menor.

[0026] A altura de líquido que constitui a força motriz de distribuição do líquido através dos orifícios, a vazão de líquido mínima impõe a altura

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9/31 do conduto vertical mínima (assim como o diâmetro) que distribui o líquido de maneira uniforme através dos orifícios, por exemplo no dispositivo da figura 3. A variabilidade da vazão de líquido impõe outras dimensões dos coletores mas deve se liberar dos meios de distribuição do líquido previamente definidos para o caso “turndown” (pequena vazão) e distribui então as vazões de líquido superiores de maneira uniforme com uma altura do conduto vertical de altura superior a fim de aumentar a força motriz necessária para a evacuação de uma vazão superior. Dispõe-se então de um dispositivo capaz de distribuir a variabilidade das vazões de líquido com condutos verticais relativamente longos, mas a necessidade de instalar os condutos verticais mais longos aumenta a altura total das colunas, assim como o peso dos equipamentos nas oficinas no FLNG ou no suporte flutuante. Em colunas oscilantes, o modelo impõe além disso um conduto vertical com uma altura suficiente que deve manter uma distribuição homogênea e uniforme em toda a gama de vazões quando a coluna se inclina, graças a uma altura estática suficiente, e bem posicionado no centro da coluna. A variabilidade sobre a vazão de líquido impõe um preenchimento variável do sistema de distribuição do líquido que respeite todos os casos de estudo, notadamente o caso “turndown” com pequena vazão de líquido (e preenchimento mínimo) e o caso de dimensionamento com grande vazão de líquido (e preenchimento máximo). Por exemplo, para o sistema de distribuição de acordo com a figura 3, o conduto vertical deve nesse caso ter uma altura mínima de 2.5 metros a 3.5 metros, que se repete a cada leito. É imposta então uma altura suplementar de 6 a 9 metros da coluna para utilizar essa configuração se for considerada uma coluna de três a quatro leitos.

[0027] A presente invenção se refere a uma coluna de troca de matéria e se for o caso de calor entre um gás e um líquido. A coluna de

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10/31 troca compreende pelo menos um prato coletor e um sistema de distribuição do líquido dispostos entre dois leitos de enchimento, e meios de recirculação do líquido. Os meios de recirculação do líquido ligam uma zona situada embaixo do leito de enchimento a uma zona situada acima do prato distribuidor. Os meios de recirculação do líquido permitem aumentar a eficácia da coluna graças a uma melhor taxa de molhamento. Além disso, os meios de recirculação do líquido permitem limitar a variabilidade da vazão de líquido, o que permite reduzir a altura dos meios de distribuição de líquido.

O dispositivo de acordo com a invenção [0028] A invenção refere-se a uma coluna de troca de matéria e/ou de calor entre um gás e um líquido que compreende pelo menos um leito de enchimento, pelo menos um prato coletor disposto acima do dito leito de enchimento, e meios de distribuição do dito líquido sobre o dito leito de enchimento. A dita coluna é equipada com meios de recirculação do líquido a partir de uma zona situada embaixo do dito leito de enchimento para uma zona situada acima do dito prato coletor.

[0029] De acordo com um modo de realização da invenção, os ditos meios de recirculação do dito líquido compreendem pelo menos uma bomba.

[0030] De acordo com uma execução, os ditos meios de recirculação do dito líquido compreendem pelo menos um trocador de calor para resfriar ou reaquecer o dito líquido.

[0031] De acordo com uma característica, a dita coluna é acoplada a meios de regeneração do dito líquido.

[0032] De preferência, os ditos meios de regeneração do dito líquido são dispostos para regenerar uma porção do dito líquido dos ditos meios de recirculação de líquido.

[0033] Vantajosamente, a vazão do dito líquido nos ditos meios de regeneração do dito líquido é compreendida entre 20 e 200% da vazão

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11/31 do dito líquido que entra na dita coluna.

[0034] De acordo com um modo de realização, os ditos meios de recirculação do líquido recolhem o dito líquido no fundo da dita coluna.

[0035] De acordo com uma execução, a dita coluna compreende uma pluralidade de leitos de enchimento, uma pluralidade de pratos coletores, e uma pluralidade de meios de distribuição.

[0036] De maneira vantajosa, os ditos meios de recirculação do dito líquido recolhem o dito líquido em uma zona situada entre dois leitos de enchimento.

[0037] De preferência, os ditos meios de recirculação do dito líquido encaminham o dito líquido para uma zona situada entre dois leitos de enchimento.

[0038] De acordo com um modo de realização, os ditos meios de recirculação do dito líquido distribuem o dito líquido no topo da dita coluna.

[0039] De acordo com uma opção de realização, os ditos meios de recirculação do dito líquido compreendem um balão de flash para regenerar parcialmente o dito líquido.

[0040] De acordo com uma execução, os ditos meios de distribuição compreendem pelo menos um conduto vertical de alimentação ligado ao dito prato coletor, e pelo menos um tubo substancialmente horizontal ligado ao dito conduto de alimentação (5), o dito tubo horizontal (5) compreendendo pelo menos um orifício e/ou um bico para a distribuição do dito líquido.

[0041 ] Por outro lado, a invenção se refere a uma utilização de uma coluna de acordo com uma das características precedentes para um processo de tratamento de gás, de captação de gases ácidos, de destilação, de desidratação ou de separação de ar.

[0042] Além disso, a invenção se refere a uma utilização de uma coluna de acordo com uma das características precedentes para um

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12/31 processo de tratamento de um gás que compreende especificamente COS além do CO2 e do H₂S.

Apresentação sucinta das figuras [0043] Outras características e vantagens do dispositivo de acordo com a invenção, aparecerão com a leitura da descrição abaixo de exemplos não limitativos de realizações, que se refere às figuras anexas e descritas abaixo.

[0044] A figura 1, já descrita, ilustra um esquema de contator gás/líquido que contém enchimento, que opera em contracorrente, e que emprega vários leitos de enchimento com redistribuição intermediária do fluxo de líquido, de acordo com a arte anterior.

[0045] A figura 2, já descrita, ilustra um prato coletor com condutos de acordo com 0 estado da arte.

[0046] A figura 3, já descrita, ilustra um prato coletor equipado com um sistema de distribuição, ligados por um conduto de transferência de líquido, de acordo com 0 estado da arte.

[0047] As figuras 4 a 9 descrevem diferentes modos de realização da coluna de acordo com a invenção.

[0048] As figuras 10a, 10b e 10c descrevem uma coluna inclinada, respectivamente de acordo com a arte anterior de pequena vazão, de acordo com a arte anterior de grande vazão, e de acordo com a invenção de grande vazão.

Descrição detalhada da invenção [0049] A presente invenção refere-se a uma coluna de troca (chamada também de coluna de contato) de matéria e possivelmente de calor entre um gás e um líquido. De acordo com a invenção, a coluna de troca compreende pelo menos um leito de enchimento. É chamada de leito de enchimento uma seção de enchimento que é distribuída em uma certa altura da coluna. O enchimento pode ser enchimento a granel ou enchimento estruturado. O enchimento corresponde a um contator, e

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13/31 permite a colocação em contato do líquido e do gás, a fim de permitir as trocas de calor e/ou de matéria entre os fluidos.

[0050] De acordo com a invenção, a coluna de troca compreende pelo menos um sistema de redistribuição do líquido que compreende um prato coletor e meios de distribuição de líquido. Cada sistema de redistribuição do líquido é disposto entre dois leitos de enchimento, em uma zona chamada de “zona interleitos”. O prato coletor coleta o líquido em sua superfície superior, e permite a passagem do gás através do prato. A passagem do gás através do prato pode ser notadamente realizada por meio de condutos, equipados ou não de chapéus. De fato, por ocasião da passagem de um líquido dentro de um enchimento, esse último tende a se acumular em certas zonas de passagem preferencial, gerando gradientes de velocidades locais para as fases gás e líquida, degradando assim os desempenhos de colocação em contato dos fluidos líquidos e gasosos e a eficácia global da coluna. Esse fenômeno pode ser amplificado em caso de utilização em condição “offshore flutuante”. Quando uma grande altura de contato é exigida, torna-se preferível recorrer a uma pluralidade de leitos de enchimento e uma pluralidade de dispositivos de coleta e de distribuição do líquido. Nesse caso, é vantajoso redistribuir da maneira mais homogênea e uniforme possível o fluxo de líquido sobre a superfície do enchimento inferior. Torna-se geralmente preferível utilizar coletores / redistribuidores de líquido entre duas seções de enchimento, acima de uma altura de enchimento de oito metros (altura máxima preconizada pelo FRI). Essa altura máxima preconizada pode ser modificada (geralmente diminuída) de acordo com as condições de funcionamento (offshore flutuante, tipo de enchimento, propriedades dos fluidos, condições de operação...) para limitar a amplitude da má distribuição ao sair do leito de enchimento.

[0051] Os meios de distribuição do líquido permitem distribuir, de maneira homogênea, o líquido coletado pelo prato coletor sobre o leito

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14/31 de enchimento situado diretamente embaixo. Assim, o líquido escoa por gravidade de um leito de enchimento superior, através do prato coletor e dos meios de distribuição para ser distribuído sobre um leito de enchimento inferior. Os meios de distribuição podem ser de qualquer tipo. Por exemplo, eles podem estar sob a forma de orifícios formados no prato coletor, tais como descritos com a figura 2. Em variante, os meios de distribuição do líquido estão situados embaixo do prato coletor na zona interleitos, e são ligados ao prato coletor para a passagem do líquido. Os meios de distribuição podem ser de qualquer forma conhecida, notadamente aquela ilustrada na figura 3 (distribuidor tubular com orifícios). De acordo com um modo de realização da invenção (que pode ser combinado com as diferentes variantes descritas abaixo), os meios de distribuição compreendem pelo menos um conduto vertical de alimentação ligado ao prato coletor, e pelo menos um, de preferência uma pluralidade de, tubo(s) substancialmente horizontal (horizontais) ligado(s) ao conduto vertical de alimentação. Cada tubo horizontal é equipado com pelo menos um orifício e/ou um bico para a distribuição do líquido. Alternativamente, os meios de distribuição podem ser meios de distribuição de spray (com bicos) ou de calhas. Os meios de distribuição do líquido permitem uma boa distribuição do liquido sobre o leito de enchimento inferior, inclusive em condições offshore flutuante (no mar), para as quais a coluna pode estar inclinada em relação à vertical.

[0052] A coluna de acordo com a invenção é equipada com meios de recirculação do líquido, esses meios de recirculação do líquido permitem fazer o líquido voltar para a coluna. Os meios de recirculação do líquido recolhem uma parte do líquido em pelo menos uma zona situada embaixo de um leito de enchimento, e distribuem pelo menos uma porção do líquido recolhido para pelo menos uma zona superior e situada acima do prato coletor, na qual o líquido em recirculação é associado ao fluxo de líquido interno da coluna. Assim, os meios de recirculação

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15/31 permitem coletar o líquido em pelo menos uma zona, e colocar o mesmo em circulação, e reinjetar o líquido na coluna a um nível mais alto. Dessa maneira, a vazão de líquido é aumentada dentro do enchimento, o que permite aumentar a taxa de molhamento, e, portanto, limitar as perdas de eficácia por má distribuição de líquido e portanto a eficácia das trocas de matéria e/ou de calor entre o gás e o líquido. Os meios de recirculação de líquido permitem fazer recircular um líquido parcialmente carregado em contaminantes CO2 e/ou H₂S (tendo previamente trocado com 0 gás) e não regenerado ou praticamente regenerado dos contaminantes que ele contém. O líquido em recirculação pode atravessar um só leito de enchimento para aumentar a vazão em uma altura limitada, ou uma pluralidade de leitos de enchimento para aumentar a vazão em uma grande altura, e mesmo na totalidade da altura da coluna de troca. Além disso, a reciclagem de solvente (líquido) se revela útil, pois depois de uma primeira troca no leito de enchimento, 0 solvente conserva uma capacidade de absorção dos contaminantes, notadamente visto que a má distribuição que opera no leito de enchimento reduziu a eficácia da coluna. Assim, a taxa de absorção global é melhorada, e, portanto, 0 rendimento da coluna. Em especial, a recirculação do solvente melhora a absorção dos constituintes mais lentos a absorver (como 0 COS) corrigindo para isso os defeitos de eficácia da coluna e colocando para isso em contato com 0 gás contaminado (em COS) uma quantidade de líquido maior e, portanto, mais reativa.

[0053] Além disso para 0 modo de realização, para 0 qual os meios de distribuição compreendem pelo menos um conduto vertical e pelo menos um tubo (cf. figura 3), os meios de recirculação do líquido permitem reduzir a altura do conduto vertical, em relação às soluções sem recirculação de líquido. De fato, os meios de recirculação limitam a variabilidade da vazão de líquido entre os casos de pequenas vazões de tipo “turndown” e os casos de maiores vazões de tipo máxima ou design,

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16/31 o que permite diminuir o afastamento entre a altura mínima e a altura máxima de líquido a levar em consideração para o dimensionamento do comprimento do conduto vertical. Assim, é possível reduzir a altura do conduto vertical do dispositivo de redistribuição e, portanto, a altura total da coluna limitando assim as necessidades de flexibilidade dos distribuidores de líquido no que diz respeito à variabilidade das vazões de operação. De acordo com um modo de execução da invenção, a vantagem de limitação do comprimento do conduto vertical permitida pela invenção é ainda maior se a recirculação é prevista para uma coluna posicionada sobre um suporte flutuante, por duas razões: 1 - as inclinações do líquido dentro do sistema de coleta e de distribuição oscilando em função da onda aumentam a necessidade de comprimento de conduto vertical em função da variabilidade das vazões, e 2 - a má distribuição é, devido às condições oscilantes da unidade flutuante, maior em uma coluna do offshore flutuante e o solvente recolhido tem um potencial de absorção complementar maior se ele é recirculado. A execução da invenção diminui ao mesmo tempo a variabilidade das vazões e, portanto, o comprimento do conduto vertical de um fator maior e melhora o desempenho da coluna.

[0054] De acordo com um modo de realização da invenção, os meios de recirculação do líquido compreendem uma bomba. A bomba permite a recirculação do líquido para um nível mais elevado da coluna, e pode permitir também regular a vazão de líquido. Por outro lado, os meios de recirculação do líquido podem compreender um sistema de coleta que permite alimentar a bomba, e um sistema de mistura e de distribuição para um nível superior. Os meios de recirculação do líquido são dispostos preferencialmente no exterior da coluna de troca.

[0055] De acordo com uma execução da invenção, os meios de recirculação do líquido podem compreender também um resfriador. O resfriador permite resfriar o líquido em recirculação antes de sua reinjeção

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17/31 na coluna. Assim, é possível aumentar o desempenho de absorção do líquido. De fato, as baixas temperaturas aumentam geralmente a capacidade de absorção dos líquidos, o que permite aumentar a eficácia da coluna de troca, contanto que as cinéticas das reações não sejam afetadas demais.

[0056] Alternativamente, os meios de recirculação de líquido podem compreender meios de aquecimento. Os meios de aquecimento permitem aquecer o líquido recirculante antes de sua reinjeção na coluna. Esses meios de aquecimento podem vantajosamente estar situados para aquecer o líquido reciclado injetado no topo de coluna ou na zona interleitos de enchimento. De fato, as mais altas temperaturas aumentam geralmente a velocidade de absorção dos contaminantes nos líquidos pois as reações químicas que participam para a absorção são aceleradas por temperaturas crescentes, o que permite aumentar a eficácia da coluna de troca, se a capacidade de absorção não é afetada demais. Assim, é possível aumentar o desempenho de absorção de certos contaminantes como o CO2 ou COS quando eles estão presentes.

[0057] De acordo com uma concepção especial, a coleta de líquido para os meios de recirculação de líquido pode ser realizada no fundo de coluna, quer dizer na parte de baixo da coluna, embaixo do último leito de enchimento da coluna atravessado pelo líquido. Assim, 0 fluido é coletado na saída de coluna, e não é necessário prever meios de coleta suplementar para a recirculação.

[0058] De acordo com uma opção de realização, quando a coluna de troca compreende uma pluralidade de leitos de enchimento, a coleta de líquido para os meios de recirculação de líquido pode ser realizada em uma zona interleitos, quer dizer entre dois leitos de enchimento. Nesse caso, a coleta do líquido pode ser realizada entre 0 leito de enchimento e 0 prato coletor situado diretamente embaixo do leito de enchimento ou se beneficiar vantajosamente da disposição desse último

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18/31 que acrescenta uma trasfega de líquido no dispositivo.

[0059] De acordo com um modo de realização, a reinjeção de líquido pelos meios de recirculação de líquido pode ser realizada no topo de coluna, quer dizer no alto da coluna, abaixo do primeiro leito de enchimento da coluna atravessado pelo líquido. Assim, a vazão de líquido é aumentada para a totalidade da altura da coluna de troca.

[0060] Em variante e quando a coluna de troca compreende uma pluralidade de leitos de enchimento, a reinjeção de líquido pelos meios de recirculação de líquido pode ser realizada em uma zona interleitos, quer dizer entre dois leitos de enchimento. Nesse caso, a reinjeção do líquido pode ser realizada vantajosamente entre o prato coletor e o leito de enchimento situado diretamente acima do prato coletor. Assim a vazão de líquido é aumentada sem aumentar a altura total da coluna de troca.

[0061] De maneira vantajosa, a vazão de líquido nos meios de recirculação de líquido pode ser compreendida entre 20 e 200% da vazão de líquido que circula na coluna na ausência de recirculação. Assim, a vazão de líquido no leito de enchimento é aumentada de maneira importante, aumentando assim a eficácia das trocas entre o líquido e o gás.

[0062] De acordo com um modo de realização da invenção, a coluna pode ser equipada com meios de regeneração do líquido. Os meios de regeneração do líquido permitem regenerar o líquido carregado (quer dizer que trocou com o gás) coletado no fundo de coluna: em outros termos os meios de regeneração do líquido permitem separar o líquido e as cargas trocadas com o gás. E depois os meios de regeneração permitem reinjetar o líquido descarregado depurado dos contaminantes no topo de coluna. Assim, o líquido que sai da coluna pode ser reutilizado, depois de regeneração, para realizar, de maneira contínua em circuito fechado, trocas de calor e/ou de matéria como gás a tratar. Por

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19/31 exemplo, se a coluna é uma coluna de lavagem com aminas, o líquido utilizado é um solvente que compreende aminas. Esse líquido absorve moléculas provenientes do gás, por exemplo do CO2, do COS e/ou do H₂S, por contato com 0 gás nos leitos de enchimento. Depois da passagem nos leitos de enchimento, 0 solvente é coletado no fundo de coluna para ser regenerado, quer dizer separado do CO2, do COS e/ou do H₂S, e depois para ser reinjetado no topo de coluna. A carga, quer dizer 0 CO2, 0 COS e 0 H₂S, é evacuada dos meios de regeneração por uma outra saída. No caso de uma solução absorvente com aminas, a regeneração pode consistir em um aquecimento do solvente, geralmente em pressão moderada (alguns bars). A regeneração pode ser executada por pelo menos uma coluna de regeneração e por meios de aquecimento (meios para levar à ebulição 0 solvente). O solvente regenerado, quer dizer com uma carga de contaminantes reduzida, é próprio para trocar de novo matéria e/ou calor com 0 gás. O solvente apresenta nesse caso uma capacidade de absorção maior, que é superior a aquela do solvente não regenerado em isotemperatura.

[0063] De acordo com uma variante da invenção, os meios de regeneração do líquido são independentes dos meios de recirculação do líquido.

[0064] Alternativamente, os meios de regeneração do líquido são dispostos para regenerar uma parte do líquido que circula nos meios de recirculação do líquido. Assim, 0 líquido no fundo de coluna é separado em duas porções: uma primeira porção reciclada (sem regeneração) reinjetada na coluna, e uma segunda porção que passa nos equipamentos de regeneração do solvente carregado antes de ser reinjetado no topo de coluna. Essa concepção pode ser interessante para reduzir 0 dimensionamento dos meios de regeneração por limitação da vazão a tratar na regeneração e reduzir as necessidades de aquecimento.

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20/31 [0065] De acordo com um modo de realização da invenção vantajoso no âmbito das trocas de matéria entre o líquido e o gás, os meios de recirculação do líquido compreendem um balão de flash, próprio para separar parcialmente o líquido de sua carga gasosa por uma expansão (diminuição da pressão em relação à coluna de troca). Nos processos de absorção dos contaminantes do gás natural, a pressão dentro da coluna de absorção dos contaminantes H₂S, COS e CO₂ é elevada, mas a pressão dentro do balão de flash é uma média pressão. De fato, a redução da pressão dentro do balão de flash permite regenerar parcialmente 0 líquido carregado por efeito de expansão do líquido entre a pressão mais alta do absorvedor e a pressão mais baixa desse balão de flash. Esse modo de realização permite uma melhor eficácia da coluna, fazendo para isso recircular um líquido parcialmente descarregado de seus contaminantes, 0 que aumenta a capacidade de absorção da coluna em operação.

[0066] Uma variante desse modo de realização pode consistir em associar um balão de flash no circuito de recirculação e meios de regeneração. Na saída do balão de flash, 0 líquido pode ser separado em duas porções, das quais uma primeira porção é reciclada sem regeneração na coluna, e das quais a segunda porção é regenerada antes de ser reintroduzida no topo de coluna. É considerado que a pressão dentro da coluna de troca é uma alta pressão, que a pressão dentro do balão de flash é uma média pressão, e que a pressão dentro dos meios de regeneração é uma baixa pressão. Esse modo pode se aplicar vantajosamente para limitar a altura das colunas prejudicadas por grandes variabilidades de vazão de líquido entre a vazão máxima necessária e a vazão mínima necessária, como colunas instaladas sobre suporte flutuante ou FLNG.

[0067] As figuras 4 a 9 ilustram, de maneira esquemática e não li

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21/31 mitativa, uma coluna de troca de acordo com diferentes modos de realização da invenção. Nessas figuras, com exceção da figura 4, o prato coletor e os meios de distribuição localizados entre os leitos de enchimento não estão representados por razões de simplificação. No entanto, o prato coletor e os meios de distribuição localizados entre os leitos de enchimento podem ser realizados de acordo com qualquer concepção conhecida, por exemplo aquela ilustrada na figura 3. As figuras 4 a 9 ilustram colunas de troca com dois leitos de enchimento, no entanto esse número de leitos de enchimento não é limitativo. Cada coluna de troca pode compreender um ou vários leitos de enchimento, por exemplo entre um e seis leitos de enchimento, e de preferência dois, três, ou quatro leitos de enchimento.

[0068] A figura 4 ilustra uma coluna de troca CO que compreende dois leitos de enchimento 7. Um fluido gasoso a tratar FA é introduzido no fundo da coluna de troca CO, e o fluido gasoso tratado FT é evacuado no topo da coluna de troca CO. Um líquido SP (por exemplo um solvente pobre no âmbito de uma coluna de lavagem com aminas) é injetado no topo da coluna de troca CO, e o líquido SR (solvente rico para o exemplo do solvente) é evacuado no fundo da coluna de troca CO. A coluna de troca CO é equipada com meios de recirculação do líquido 8. Os meios de recirculação do líquido 8 coletam o líquido SR no fundo de coluna, e reinjetam o liquido reciclado LR em uma zona entre os leitos de enchimento também chamada de zona interleitos de enchimento (espaço que separa dois leitos de enchimento 7). Em especial, o líquido reciclado LR é enviado para a zona acima do prato coletor 1 que encima o leito de enchimento inferior. Na zona interleitos de enchimento, o líquido reciclado LR é misturado com o líquido que desce do leito de enchimento superior. A mistura assim obtida é distribuída pelos meios de distribuição (4, 5, 6) sobre o enchimento inferior. Os meios de recirculação do líquido 8 compreendem uma bomba 9 para a circulação do

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22/31 líquido. A vazão de líquido reciclado pode ser compreendida entre 20 e 200% da vazão de líquido enviado para a regeneração.

[0069] A figura 5 ilustra uma coluna de troca CO que compreende dois leitos de enchimento 7. Um fluido gasoso a tratar FA é introduzido no fundo da coluna de troca CO, e o fluido gasoso tratado FT é evacuado no topo da coluna de troca CO. Um líquido SP (por exemplo um solvente pobre no âmbito de uma coluna de lavagem com aminas) é injetado no topo da coluna de troca CO, e o líquido SR (solvente rico para o exemplo do solvente) é evacuado no fundo da coluna de troca CO. A coluna de troca CO é equipada com meios de recirculação do líquido 8. Os meios de recirculação do líquido 8 coletam o líquido SR no fundo de coluna, e reinjetam o liquido reciclado LR em uma zona interleitos de enchimento (espaço entre os dois leitos de enchimento 7). Na zona interleitos de enchimento, o líquido reciclado LR é misturado com o líquido que desce do leito de enchimento superior. Os meios de recirculação do líquido 8 compreendem uma bomba 9 para a circulação do líquido. Por outro lado, a coluna de troca CO é acoplada a meios de regeneração do líquido. Os meios de regeneração do líquido compreendem uma coluna de regeneração 10, meios de refervimento 11, e uma bomba 16. Os meios de regeneração do líquido são dispostos para regenerar uma porção do líquido que sai do fundo da coluna CO: no fundo da coluna, o líquido é separado em duas partes, uma primeira para a reciclagem na zona interleitos de enchimento (pelos meios de recirculação 8), e a segunda para a regeneração na coluna de regeneração 10. Na saída da coluna de regeneração 10, o líquido SP encontrado no fundo de coluna de regeneração 10 e/ou na saída de líquido dos meios de refervimento 11, é injetado no topo da coluna de troca CO, por exemplo por meio de uma bomba 16. A vazão de líquido reciclado pode ser compreendida entre 20 e 200% da vazão de líquido enviado para a re

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23/31 generação. A separação entre os dois fluxos de líquido pode ser operada independentemente antes ou depois da bomba 9 [0070] A figura 6 ilustra uma coluna de troca CO que compreende dois leitos de enchimento 7. Um fluido gasoso a tratar FA é introduzido no fundo da coluna de troca CO, e o fluido gasoso tratado FT é evacuado no topo da coluna de troca CO. Um líquido SP (por exemplo um solvente pobre no âmbito de uma coluna de lavagem com aminas) é injetado no topo da coluna de troca CO, e o líquido SR (solvente rico para o exemplo do solvente) é evacuado no fundo da coluna de troca CO. A coluna de troca CO é equipada com meios de recirculação do líquido 8. Os meios de recirculação do líquido 8 coletam o líquido SR no fundo de coluna, e reinjetam o liquido reciclado LR no topo da coluna de troca CO, acima do leito de enchimento superior. No topo de coluna, o líquido reciclado LR é misturado com o líquido SP. Os meios de recirculação do líquido 8 compreendem uma bomba 9 para a circulação do líquido. Por outro lado, a coluna de troca CO é acoplada a meios de regeneração do líquido. Os meios de regeneração do líquido compreendem uma coluna de regeneração 10, meios de refervimento 11, e uma bomba 16. Os meios de regeneração do líquido são dispostos para regenerar uma porção do líquido evitando ou circulando nos meios de recirculação do líquido 8: na saída da bomba 9, o líquido é separado em duas partes, uma primeira para a reciclagem no topo da coluna de troca CO, e a segunda para a regeneração na coluna de regeneração 10. Na saída da coluna 10, e/ou na saída de líquido dos meios de refervimento 11,o líquido SP é injetado no topo da coluna de troca CO, por exemplo por meio da bomba 16.

[0071] A figura 7 ilustra uma coluna de troca CO que compreende dois leitos de enchimento 7. Um fluido gasoso a tratar FA é introduzido no fundo da coluna de troca CO, e o fluido gasoso tratado FT é evacuado no topo da coluna de troca CO. Um líquido SP (por exemplo um

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24/31 solvente pobre no âmbito de uma coluna de lavagem com aminas) é injetado no topo da coluna de troca CO, e o líquido SR (solvente rico para o exemplo do solvente) é evacuado no fundo da coluna de troca CO. A coluna de troca CO é equipada com meios de recirculação do líquido 8. Os meios de recirculação do líquido 8 coletam o líquido SR na zona interleitos, e reinjetam o liquido reciclado LR no topo da coluna de troca CO acima do leito de enchimento superior. No topo da coluna de troca CO, o líquido reciclado LR é misturado com o líquido SP. Os meios de recirculação do líquido 8 compreendem uma bomba 9 para a circulação do líquido. Por outro lado, a coluna de troca CO é acoplada a meios de regeneração do líquido. Os meios de regeneração do líquido compreendem uma coluna de regeneração 10, meios de refervimento 11, e uma bomba 16. Os meios de regeneração do líquido são dispostos para regenerar o líquido SR evacuado no fundo da coluna de troca CO. Na saída da coluna de regeneração 10 e/ou na saída de líquido dos meios de refervimento 11, o líquido SP é injetado no topo da coluna de troca CO.

[0072] A figura 8 ilustra uma coluna de troca CO que compreende dois leitos de enchimento 7. Um fluido gasoso a tratar FA é introduzido no fundo da coluna de troca CO, e o fluido gasoso tratado FT é evacuado no topo da coluna de troca CO. Um líquido SP (por exemplo um solvente pobre no âmbito de uma coluna de lavagem com aminas) é injetado no topo da coluna de troca CO, e o líquido SR (solvente rico para o exemplo do solvente) é evacuado no fundo da coluna de troca CO. A coluna de troca CO é equipada com meios de recirculação do líquido 8. Os meios de recirculação do líquido 8 coletam o líquido SR no fundo da coluna de troca CO, e reinjetam o liquido reciclado LR em uma zona interleitos de enchimento. Na zona interleitos de enchimento, o líquido reciclado LR é misturado com o líquido que desce do leito de enchimento superior. Os meios de recirculação do líquido 8 compreendem

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25/31 uma bomba 9 para a circulação do líquido. Além disso, os meios de recirculação do líquido compreendem um trocador de calor 12, para resfriar o líquido e permitir uma melhor eficácia da coluna de troca CO. Alternativamente, o trocador de calor 12 pode ser previsto para aquecer o líquido. Por outro lado, a coluna de troca CO é acoplada a meios de regeneração do líquido. Os meios de regeneração do líquido compreendem uma coluna de regeneração 10, meios de refervimento 11, e uma bomba 16. Os meios de regeneração do líquido são dispostos para regenerar uma porção do líquido que circula nos meios de recirculação do líquido 8: na saída da bomba 9, o líquido é separado em duas partes, uma primeira para o resfriamento e reciclagem na zona interleitos de enchimento, e a segunda para a regeneração na coluna de regeneração

10. Na saída da coluna de regeneração 10, o líquido SP é injetado no topo da coluna de troca CO, por exemplo por meio da bomba 16. Alternativamente ao modo de realização ilustrado na figura 7, o líquido reciclado e resfriado (ou reaquecido) LR pode ser injetado no topo de coluna de troca CO.

[0073] A figura 9 ilustra uma coluna de troca CO que compreende dois leitos de enchimento 7. Um fluido gasoso a tratar FA é introduzido no fundo da coluna de troca CO, e o fluido gasoso tratado FT é evacuado no topo da coluna de troca CO. Um líquido SP (por exemplo um solvente pobre no âmbito de uma coluna de lavagem com aminas) é injetado no topo da coluna de troca CO, e o líquido SR (solvente rico para o exemplo do solvente) é evacuado no fundo da coluna de troca CO. A coluna de troca CO é equipada com meios de recirculação do líquido 8. Os meios de recirculação do líquido 8 coletam o líquido SR no fundo da coluna de troca CO, e o enviam para uma zona de pressão inferior à pressão de operação da coluna de troca CO, dentro de um balão de flash 15 no qual os gases dissolvidos são evacuados parcialmente do solvente sob o efeito da expansão, e reinjetam assim uma

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26/31 parte do líquido reciclado semirregenerado LR em uma zona interleitos de enchimento. Na zona interleitos de enchimento, o líquido reciclado semirregenerado LR é misturado com o líquido que desce do leito de enchimento superior. Os meios de recirculação do líquido 8 compreendem um balão de flash 15. O balão de flash coleta o líquido SR do fundo da coluna de troca CO, e permite por uma diminuição da pressão em relação à coluna de troca CO, uma separação parcial do líquido e de sua carga (por exemplo, gasosa). O balão de flash 15 compreende uma evacuação das cargas GR, por exemplo gases ricos (CO2, H₂S). Além disso, os meios de recirculação do líquido compreendem uma bomba 9 para a circulação do líquido na saída do balão de flash 15. Por outro lado, a coluna de troca CO é acoplada a meios de regeneração do líquido. Os meios de regeneração do líquido compreendem uma coluna de regeneração 10, meios de refervimento 11 e uma bomba 16. Os meios de regeneração do líquido são dispostos parar regenerar uma porção do líquido que circula nos meios de recirculação do líquido 8: na saída da bomba 9, 0 líquido é separado em duas partes, uma primeira para a reciclagem na zona interleitos de enchimento, e a segunda para a regeneração na coluna de regeneração 10. Na saída da coluna de regeneração 10, 0 líquido SP é injetado no topo da coluna de troca CO, por exemplo por meio da bomba 16. Alternativamente ao modo de realização ilustrado na figura 8, 0 líquido reciclado parcialmente regenerado LR pode ser injetado no topo de coluna de troca CO.

[0074] Outras configurações podem ser consideradas. Por exemplo, um trocador de calor 12 pode ser previsto nos meios de recirculação do líquido de um dos modos de realização das figuras 4 a 7 ou 9. Além disso, os modos de realização das figuras 6 a 9 podem ser executados sem meio de regeneração 10, 11. De acordo com outras configurações, os meios de regeneração podem ser independentes dos meios de recirculação do líquido, em especial para os modos de realização das figuras

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5, 6, 8 e 9. Por outro lado, a coleta de líquido pode ser realizada em várias zonas, por exemplo ao mesmo tempo no fundo de coluna e na zona interleitos de enchimento, e depois o líquido coletado nas várias zonas é misturado antes de ser reinjetado.

[0075] Os meios de recirculação melhoram também a flexibilidade da coluna de troca. Eles permitem uma concepção mais compacta, notadamente para o modo de realização par o qual os meios de distribuição são semelhantes a aqueles ilustrados na figura 3. Os meios de distribuição do líquido são dimensionados em função da vazão mínima e da vazão máxima. Por um lado, o número de orifícios (ou bicos) nos tubos horizontais pode ser estabelecido em função da vazão mínima (“turndown”), de maneira a assegurar uma distribuição do líquido homogênea qualquer que seja o ângulo de inclinação da coluna de troca. Por outro lado, a altura do conduto vertical pode ser estabelecida em função da vazão máxima para assegurar a força motriz necessária para a evacuação de uma vazão maior através dos orifícios. De fato, visto que os meios de distribuição são idênticos (mesmo número de orifícios ou de bicos nos tubos horizontais), o nível de líquido aumenta dentro do conduto vertical para conseguir a evacuação do líquido através dos bicos pelo fato de uma altura de líquido maior: a vazão sendo maior através de cada orifício, com uma velocidade de fluido proporcionalmente mais alta. O nível de líquido dentro do conduto vertical assegura efetivamente a maior força motriz graças a uma massa de apoio maior, daí a vazão maior através dos orifícios na direção do enchimento.

[0076] Com a coluna de acordo com a invenção, é instalada uma recirculação que mantém uma vazão maior para a vazão mínima. Assim, a razão entre a vazão mínima e máxima para a invenção é inferior a essa mesma razão para a arte anterior e isso em todas as configurações consideradas e expostas nas figuras 4 a 9. É, portanto, possível aumentar o número de orifícios ou de bicos nos tubos horizontais para

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28/31 assegurar a vazão mínima. Em consequência disso, a altura de líquido exigida é menor para assegurar a vazão máxima.

[0077] A figura 10a ilustra uma porção de coluna de troca de acordo com a arte anterior, para a vazão mínima (“turndown”) e para uma inclinação da coluna. A coluna compreende dois leitos de enchimento 7, um prato coletor 1 equipado com condutos 2 de passagem do gás, meios de distribuição do líquido. Os meios de distribuição de líquido compreendem um conduto vertical 5 e tubos horizontais 6. O gás tratado FT é evacuado pelo alto da coluna, e o líquido SR é evacuado pelo fundo da coluna. No caso da pequena vazão, pouco líquido (parte cinza) é contido dentro do conduto vertical para assegurar uma distribuição homogênea através de um número de orifícios determinados por esse caso.

[0078] A figura 10b ilustra uma porção de coluna de troca de acordo com a arte anterior, para a vazão máxima e para uma inclinação da coluna (idêntica à inclinação da figura 10a). A coluna compreende dois leitos de enchimento 7, um prato coletor 1 equipado com condutos 2 de passagem do gás, meios de distribuição do líquido. Os meios de distribuição de líquido compreendem um conduto vertical 5 e tubos horizontais 6. O gás tratado FT é evacuado pelo alto da coluna, e o líquido SR é evacuado pelo fundo da coluna. No caso da vazão máxima, uma grande altura de líquido (parte cinza) é necessária dentro do conduto vertical para assegurar uma distribuição homogênea e uma grande vazão através do mesmo número de orifícios.

[0079] A figura 10c ilustra uma porção de coluna de troca de acordo com a invenção, para a vazão máxima e para uma inclinação da coluna (idêntica à inclinação das figuras 10a e 10b). A coluna compreende dois leitos de enchimento 7, um prato coletor 1 equipado com condutos 2 de passagem do gás, meios de distribuição do líquido. Os meios de distribuição de líquido compreendem um conduto vertical 5 e tubos horizontais 6. O gás tratado FT é evacuado pelo alto da coluna, e o líquido SR

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29/31 é evacuado pelo fundo da coluna. Além disso a coluna é equipada com meios de recirculação do líquido 8. Os meios de recirculação do líquido coletam o líquido SR no fundo de coluna e o reinjetam na zona interleitos de enchimento acima do prato coletor 1. Os meios de recirculação do líquido 8 compreendem uma bomba 9. Graças à recirculação do líquido, a vazão de líquido é maior, em especial a vazão mínima, e, portanto, a altura do conduto vertical 5 pode ser reduzida em relação a aquela ilustrada na figura 10b.

[0080] É assim possível reduzir a altura dos meios de distribuição de líquido e reduzir a altura da coluna de troca. Assim, a coluna de troca é menos alta e menos onerosa.

[0081] A coluna de troca de acordo com a invenção é vantajosamente uma coluna de lavagem com aminas para eliminar os contaminantes CO2, H₂S e/ou COS de um gás natural, mas ela é adaptada a todos os tipos de solventes utilizados em absorção.

[0082] A coluna de troca de acordo com a invenção é adaptada aos escoamentos em contracorrente.

[0083] A coluna de troca de acordo com a invenção pode ser utilizada em processos de tratamento de gás, de captação de CO₂, de destilação de produtos líquidos, de desidratação, de separação do ar ou de troca de calor. A coluna de acordo com a invenção pode ser utilizada para aplicações offshore flutuantes ou terrestres.

[0084] Por outro lado, a invenção pode se referir mais especialmente às barcaças flutuantes ou plataformas offshore, por exemplo de tipo FPSO (do inglês Floating Production, Storage and Offloading que significa plataforma flutuantes de produção, de estocagem e de descarregamento), ou do tipo FLNG (do inglês Floating Liquefied Natural Gas que significa plataforma flutuante de gás natural liquefeito). Nas barcaças flutuantes, podem ser instaladas também colunas de destilação e/ou colunas de desidratação que utilizam esse dispositivo.

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30/31 [0085] No caso dos processos de tratamento de gás e/ou de captação do CO2 por meio de uma coluna offshore flutuante, a coluna de acordo com a invenção é adaptada notadamente às configurações seguintes:

[0086] A invenção é especialmente adaptada aos gases naturais em alta pressão com baixos teores em gases ácidos (teores em contaminantes inferiores a 2% mol). A vazão determinada para assegurar 0 desempenho da coluna é pequena (cerca de 10 a 30 m³/h/m² de seção de coluna) e os movimentos da coluna deslocando assim a distribuição de líquido podem provocar secagens totais nas seções exteriores à seção de enchimento dentro da coluna. Com as colunas da arte anterior, nesses locais, tem-se uma perda de eficácia total da absorção dos gases ácidos que não estão em contato com 0 líquido e determinam um mau desempenho da coluna de troca. Com uma recirculação de acordo com a invenção, a taxa média de molhamento é aumentada, e são evitadas as zonas secas e é assegurada uma depuração em qualquer ponto da seção da coluna.

[0087] A invenção é também adaptada aos gases naturais em alta pressão dos quais as composições e as vazões são muito variáveis ou às condições de fim de vida de uma jazida de hidrocarbonetos, pois ela permite evitar superdimensionar a altura dos leitos de interno em enchimentos. De fato, 0 princípio de uma recirculação limita 0 superdimensionamento dos sistemas de coleta e de redistribuição de líquido tirando para isso proveito de razões menores entre as vazões de líquido máxima e mínima, para obter uma concepção mais compacta dos distribuidores.

[0088] A invenção é também adaptada aos gases com alto teor em CO2 ou poluídos com grandes quantidades de aromáticos e de hidrocarbonetos pesados, notando para isso que é possível cumular 0 princípio da recirculação com aquele de uma expansão (balão de flash) em

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31/31 média pressão.

[0089] A invenção é também adaptada aos gases com altos teores em COS (de 10 partes por milhão a 1000 partes por milhão) pois a recirculação de líquido favorece a absorção desse contaminante que é absorvido lentamente nos solventes amina, e que exige habitualmente grandes quantidades de liquido, notando para isso que é possível cumular o princípio da recirculação com aquele de um reaquecimento do solvente recirculado para acelerar a velocidade de absorção do COS.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Coluna de troca de matéria e/ou de calor entre um gás e um líquido que compreende pelo menos um leito de enchimento (7), pelo menos um prato coletor (1) disposto acima do dito leito de enchimento (7), e meios de distribuição do dito líquido (4, 5, 6) sobre o dito leito de enchimento (7), caracterizada pelo fato de que a dita coluna (CO) é equipada com meios de recirculação do líquido (8) a partir de uma zona situada embaixo do dito leito de enchimento (7) para uma zona situada acima do dito prato coletor (1).
2. Coluna, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os ditos meios de recirculação do dito líquido (8) compreendem pelo menos uma bomba (9).
3. Coluna, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que os ditos meios de recirculação do dito líquido (8) compreendem pelo menos um trocador de calor (12) para resfriar ou reaquecer o dito líquido.
4. Coluna, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a dita coluna (CO) é acoplada a meios de regeneração do dito líquido (10, 11).
5. Coluna, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que os ditos meios de regeneração do dito líquido (10, 11) são dispostos para regenerar uma porção do dito líquido dos ditos meios de recirculação de líquido (8).
6. Coluna, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizada pelo fato de que os ditos meios de regeneração recebem uma vazão do dito líquido (8) compreendida entre 20 e 200% da vazão do dito líquido que entra na dita coluna (CO).
7. Coluna, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que os ditos meios de recirculação do líquido (8) recolhem o dito líquido no fundo da dita coluna (CO).

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8. Coluna, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a dita coluna (CO) compreende uma pluralidade de leitos de enchimento (7), uma pluralidade de pratos coletores (1), e uma pluralidade de meios de distribuição (4, 5, 6).
9. Coluna, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que os ditos meios de recirculação do dito líquido (8) recolhem o dito líquido em uma zona situada entre dois leitos de enchimento (7).
10. Coluna, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizada pelo fato de que os ditos meios de recirculação do dito líquido (8) encaminham o dito líquido para uma zona situada entre dois leitos de enchimento (7).
11. Coluna, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que os ditos meios de recirculação do dito líquido (8) distribuem o dito líquido no topo da dita coluna (CO).
12. Coluna, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que os ditos meios de recirculação do dito líquido (8) compreendem um balão de flash (15) para regenerar parcialmente o dito líquido.
13. Coluna, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que os ditos meios de distribuição compreendem pelo menos um conduto vertical (5) de alimentação ligado ao dito prato coletor (1), e pelo menos um tubo (6) substancialmente horizontal ligado ao dito conduto de alimentação (5), o dito tubo horizontal (5) compreendendo pelo menos um orifício e/ou um bico para a distribuição do dito líquido.
14. Utilização de uma coluna (CO) como definida em qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de

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15. Utilização de uma coluna (CO) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de ser para um processo de tratamento de um gás que compreende especificamente COS além do CO2 e do H₂S.