CN108290108B - 用于液-气接触塔的气体转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及呈现上平面和多个包括入口端和出口端的气体转向管(3)的气体转向装置(100)。对于每个气体转向管，入口端和出口端在上平面上的正交投影具有被正交投影覆盖的总面积的至多50％的重叠面积。本发明还涉及包括这种气体转向装置(100)的液‑气接触塔(201)、包括这种液‑气接触塔的浮动支撑件、至少两个填充床(210，220)以及用于提高液‑气接触塔效率的方法，该方法基于将来自较低填充床的湿区的气体转向到较高填充床的湿区，通过该较低填充床的湿区的液体载荷不同于通过该较高填充床的湿区的液体载荷。

Description

用于液-气接触塔的气体转向装置
技术领域
本发明涉及提高置于浮动支撑件上振荡的液-气接触塔中的气体处理效率。
背景技术
主要来自原油井、气井和凝析井的原料天然气包括不同量的污染物，诸如酸性气体(二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)和诸如甲硫醇的硫醇)、水和汞。为了销售，原料天然气处理厂必须对原料天然气进行纯化，以达到分销公司或LNG规格规定的质量标准。天然气处理厂包括不同的处理单元以去除杂质，诸如去除酸性气体和水的几个液-气接触塔和吸附单元以去除不同类型的污染物，例如汞。这些液-气接触塔在逆流或并流液-气流动条件下操作。
在逆流液-气流动条件下操作的传统填充液-气接触塔是装备有位于顶部的气体出口、位于底部的液体出口、分别位于底部和顶部或两者都在塔中部附近的气体入口和液体入口、多个填充床和两个填充床之间的塔内部机构的圆柱形塔。在操作中，液流向下循环，待处理气体向上循环。液体和气体在填充床中接触。例如，原料天然气与胺水溶液接触以从天然气中去除酸性气体。在塔顶回收经处理的天然气，而在塔底回收酸化的胺水溶液。塔内部机构收集液体以将收集到的液体从一个较高的填充床重新分布到一个较低的填充床，同时允许气体通过。
天然气处理厂可以进一步包括用于液化经处理的天然气以易于储存或运输的液化单元。到目前为止，液化天然气已在建成的陆上天然气处理厂中生产，从而包括陆上液-气接触塔。但是自二十世纪九十年代中期以来，海上技术已经发展到在浮动支撑件上处理并液化原料天然气。例如，海上塔可以安装在船舶、浮式驳船或海上平台上，例如FPSO(浮式生产、储存和卸载)型或FLNG(浮式液化天然气)型。浮式驳船也可以包括蒸馏塔或脱水塔。
FLNG技术提供了许多环境优势，诸如减少项目的环境足迹以及保护海洋和沿海环境，因为整个处理过程都在气体提取位置进行，即不需要建造管道和使用压缩单元从海上气田泵送天然气并将其带到岸上，或建造石油平台或陆上天然气处理厂。FLNG技术还提供了许多经济优势，例如，由于建设管道，向陆上泵送天然气会过于昂贵。
但是，目前FLNG技术面临的挑战是天然气处理厂和液化装置的每个元件都需要安装在空间有限的浮动支撑件上，同时保持适当的安全水平并且达到所需的规格。
为了迎接上述挑战，有必要首先考虑由于波浪和天气引起的运动对浮动支撑件的影响，以确保浮动支撑件的安全，然后优化处理单元的设计，特别是液-气接触塔。
浮动支撑件的运动可以导致液-气接触塔离开垂直方向，这通常是单元设计期间考虑的方向。液-气接触塔的运动以及由此产生的液-气接触塔的角加速度对填充床内的液体分布具有显著影响，导致出现通过其中的液体载荷来区分的湿区。这种现象被称为液体分布不均，即一些湿区接收了比其他湿区更多的液体，使得总体上不均匀地处理不同的气体部分。根据其中的液体载荷，可以将湿区分为欠载区域或过载区域。在欠载区域，气体未得到有效处理，而在过载区域，气体被过度处理。这导致气体处理的不均匀和液-气接触塔的整体效率损失。这可能会显著影响塔设计基准(需要增加塔的直径和高度以补偿效率损失)并且由此影响整个FLNG项目。
关于浮动支撑件的工业反馈是有限的，并且不能准确预测气-液接触塔气体处理效率的整体损失。从浮动支撑件到液-气接触塔的以往经验推断主要基于脱水应用或分离塔(Cullinane,Yeh,Grave,2011"Effect of Tower Motion on Packing Efficiency",SPE143766,Brasil Offshore Conference,Macaé,Brazil)。文献(Kobayashi等.,"Anexperimental study on the behaviour of the two types of absorption towersinstalled in the float type LNG facilities",AIChE National Meeting,118C,1999；Yoshinaga等.,"Effects of barge motion on absorption column",90th AICHEnational meeting,Houston,5-9April,Prepr.N26D 25P,1981；Berger等.,"LNGproduction on marine structures with clarification of motion influence onabsoprtion and rectification",Seventh International Conference on LiquefiedNatural Gas,Vol 1&2,Sessions I et II,1983；Tanner等."Modelling the performanceof a packed column subjected to tilt",Tran IChemE,vol 74,Part A,177-182,1996)表明，填充床的性能可减少高达60％。这种整体效率损失高度取决于***(分离，吸收)、气/液接触器(填料，塔板)以及船浮动支撑件上塔的总体几何形状和位置。
由于气体处理效率的整体损失，预期增加塔容量，例如通过增加塔的尺寸。但是，这会增加对浮动支撑件本身结构施加的限制。这意味着浮动支撑件的尺寸会非常大，因此项目的经济可行性会受到损害。
已经考虑了不同的装置以补偿由于液-气接触塔中的液体分布不均引起的效率损失，诸如在US 4,820,455、WO 2014/070352和WO 2015/090476中描述的那些。这些装置设置在两个填充床之间或在液-气接触塔的一个填充床内。它们都是基于首先将气体混合以使所述气体均匀化，然后在液-气接触塔内将混合气体均匀地重新分布的原理。
发明简述
本发明提供气体-转向装置，其可以将来自第一湿区的气体转向到第二湿区，第一湿区和第二湿区相对于垂直线彼此偏移。
本发明的一个方面涉及用于液-气接触塔的气体-转向装置，该气体-转向装置包括：
-板，其呈现上平面并且具有允许气体通过该板的多个通孔；
-多个气体-转向管，每个气体-转向管包括入口端和出口端并且被流体连接到板的通孔，并且；
其特征在于，对于每个气体-转向管，入口端和出口端在上平面上的正交投影具有被入口端和出口端的投影覆盖的总面积的至多50％的重叠面积。
归功于本发明的气体-转向装置，在操作中，向上流动的部分气体可以从第一填充床的湿区转向到液-气接触塔的第二填充床的湿区，第一填充床的湿区和第二填充床的湿区相对于垂直线彼此偏移，即如果从第一填充床的湿区画垂直线，该垂直线将不会穿过第二填充床的湿区。因此，向上流动的气体既不旨在填充床之间被混合也不旨在填充床之间被均匀化。已经发现，这导致更均匀化地处理向上流动的气体的所有部分。
优选地，入口端和出口端在上平面上的正交投影具有被入口端和出口端的投影覆盖的总面积的0％的重叠面积；换句话说，它们不重叠。
附加地或另选地，多个气体-转向管中的每一个的出口端适于使气体以与上平面基本正交的方向流动。在另一个实施方案中，多个气体-转向管中的每一个的出口端适于使气体以与上平面基本平行的方向流动。
附加地或另选地，每个气体-转向管固定在板上，优选地，每个气体-转向管焊接、衬垫连接、螺栓连接、螺纹连接、夹紧或压装到板上。
附加地或另选地，气体-转向装置进一步呈现允许液体通过板的孔口，优选地，该孔口在板中提供。可以存在允许液体通过板的多个孔口。多个孔口可以均匀地分布在整个气体-转向装置中以均匀地分布液体。
附加地或另选地，气体-转向装置进一步包括至少一个集液管，该集液管包括入口端和出口端并且通过其入口端流体连接到一个孔口。
本发明的另一方面涉及液-气接触塔，其包括：
-至少两个填充床；
-如上文所述的设置在两个填充床之间的气体-转向装置。
在一个实施方案中，液-气接触塔可以进一步包括呈现内表面的封闭侧壁，并且气体-转向装置可以紧密地固定到该内表面上。
附加地或另选地，该壁是圆柱形的并且具有纵轴并且板的上平面与所述纵轴正交。
附加地或另选地，液-气接触塔为吸收塔、分离塔或热交换塔。
本发明的另一方面是包括如上文所述的液-气接触塔的浮动支撑件。
本发明的另一方面是用于提高至少具有第一填充床和设置成高于该第一填充床的第二填充床的液-气接触塔效率的方法，各自具有通过其中的液体载荷来区分的湿区，包括以下步骤：
-将来自第一填充床的湿区的气体转向到第二填充床的湿区，其特征在于，第一填充床的湿区和第二填充床的湿区相对于垂直线彼此偏移。
第一填充床的湿区可以是欠载区域并且第二填充床的湿区是过载区域或正常载荷区域。
附加地或另选地，第一填充床的湿区是过载区域并且第二填充床的湿区是欠载区域或正常载荷区域。
附加地或另选地，第一填充床的湿区是正常载荷区域并且第二填充床的湿区是欠载区域或过载区域。
附加地或另选地，根据流过其中的液体载荷，将被区分的湿区分成多种类型的湿区，并且其中将气体转向，使得当其从底部气体入口流到液-气接触塔的顶部气体出口时，它通过至少两种类型的湿区，优选通过三种类型的湿区，更优选通过每种类型的湿区。
附图说明
通过参照说明性和非限制性附图阅读以下描述，本发明的其它目的、特征和优点将变得显而易见，其中：
图1是示意性示出的根据本发明的具有八个气体-转向管的气体-转向装置的轴测投影图；
图2是图1的气体-转向装置的示意性顶视图；
图3是沿图2的气体-转向装置III-III方向的示意性剖视图；
图4是示出了气体-转向管的入口端和出口端的正交投影的图2的气体-转向装置上平面的示意性顶视图；
图5是用于根据本发明的具有平坦上表面的气体-转向装置的一个气体-转向管的入口端和出口端的上平面以及正交投影的示意图；
图6是用于根据本发明的具有波纹上表面的气体-转向装置的一个气体-转向管的入口端和出口端的上平面以及正交投影的示意图；
图7是示意性示出根据本发明的具有三个气体-转向管的气体-转向装置的顶视图；
图8是图7的气体-转向装置的示意性侧视图；
图9是示出了气体-转向管的入口端和出口端的正交投影的图7的气体-转向装置的上平面的示意性顶视图；和
图10是在逆流液-气流动条件下操作的包括根据本发明的气体-转向装置的液-气接触塔的内部示意图。
发明详述
下面参照在液-气接触塔中从第一填充床向上流动到设置成高于第一填充床的第二填充床的气体更精确地描述本发明，而液体从第二填充床向下流到第一填充床。第一填充床也可以描述为较低填充床，第二填充床可以描述为较高填充床。但是，本发明不限于以下描述的实施方案，并且对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在不脱离本发明范围的情况下进行各种改变和修改。
进一步地，在本公开中，使用词语“上”、“上部”、“较高”、“顶部”、“较低”和“底部”来描述根据本发明装置的组件，并且由此参照处于其操作位置的装置来考虑。
在参照图10描述液-气接触塔之后，参照图1-图9在下文中描述用于液-气接触塔的气体-转向装置。
图10示意性地示出了包括用于本发明的液-气接触塔200的气体-转向装置100的液-气接触塔200。这种液-气接触塔200进一步地至少包括第一填充床210和第二填充床220并且典型地呈现纵轴A并且包括具有限定内部空间的内表面的封闭侧壁201、在侧壁201顶部的气体出口203、在侧壁201底部的液体出口205。
在操作中，气体9从第一填充床210向上流到第二填充床220，而液体8从第二填充床220向下流到第一填充床210。第一和第二填充床210、220包括在液-气接触塔200的内部空间内，第二填充床220设置成高于第一填充床210。
每个填充床可以是空心管、管道或其他类型的容器。它是一种装有填充材料的装置。填充材料可以由诸如拉西环的小物体组成，以随机填充填充床。填充材料也可以是典型地由波纹金属板组成的特定结构的填充物。在所有情况下，填充材料提高液体与气体在较大接触面积上的接触。
封闭侧壁201可以呈现圆柱形，优选地为直圆柱体。另选地，该封闭壁可以包括至少一个截头圆锥形部分和通过该截头圆锥形部分彼此连接的至少两个圆柱形部分，使得液-气接触塔的截面沿着其长度变化。
液-气接触塔200可以在逆流液-气流动条件下操作。例如，液-气接触塔200可以为吸收塔、分离塔或热交换塔。
液气接触塔200也可以是浮式海上液-气接触塔或陆上液-气接触塔。
吸收塔进一步包括在封闭侧壁201顶部的液体入口204，通过该液体入口204将液体注入形成液流的吸收塔中，和在封闭侧壁201底部的气体入口202，通过该气体入口202气体作为气体混合物提供。气体混合物意在待用液体处理。如此，该液体是意在优先吸收希望从气体混合物中去除的从吸收塔的底部流到顶部的气体混合物的一种或多种气体组分的溶剂。
在第一和第二填充床210、220中，向上流动的气体混合物9和向下流的液流8接触，使得一种或多种气体组分被优先吸收。具有较低浓度的一种或多种气体组分的经处理的气流在吸收塔的顶部通过气体出口203被回收。具有较高浓度的一种或多种气体组分的饱和液流在吸收塔的底部通过液体出口205被回收。
吸收塔可以是酸性气体吸收塔，其中，例如酸性气体是二氧化碳(CO2)或硫化氢(H2S)，并且例如液体溶剂是胺或胺的混合物。
吸收塔也可以是脱水塔，其中二元醇(例如三甘醇、二甘醇、乙二醇、和四甘醇或其混合物)形成液体干燥剂***，该干燥剂***从气体混合物(诸如天然气)中去除气态水。
分离塔进一步包括用于向分离塔进料包括化学组分混合物(未在图中示出)的进料流的入口。该入口更典型地设置在中等高度，尽管它可以设置在中等高度附近的其他任何地方。在填充床中，将化学组分物理分离成气体部分和液体部分。该分离是基于在特定操作温度和操作压力下化学组分的沸点和蒸汽压力的差异。在每个填充床中发生化学化合物的冷凝和汽化，导致较低沸点组分上升到分离塔的顶部，并且使较高沸点组分下降到塔底。通过气体出口在分离塔顶部回收气体，而通过液体出口在塔底回收液体。
热交换塔进一步包括位于封闭侧壁201顶部的液体入口204，通过该液体入口204将液体注入形成液流的热交换塔中，和在封闭侧壁201底部的气体入口202，通过该气体入口202气体作为气流提供。气流和液流意在交换热量。取决于气流和液流的热容量：
-通过气体出口在热交换塔顶部回收较热的气体，而通过液体出口在塔底回收较冷的液体，或
-通过气体出口在热交换塔顶部回收较冷的气体，而通过液体出口在塔底回收较热的液体。
液-气接触塔200可以在浮动支撑件上提供，诸如海洋船舶或设计用于湖泊、沼泽和较小水体的驳船上。因为支撑件是浮动支撑件，所以其受到水体的移动，这可以导致液-气接触塔被移动，特别是被倾斜，即其纵轴不再垂直。
这里使用的动词“移动”意在表示根据六个自由度(艏摇(yaw)、纵摇(pitch)、横摇(roll)、垂荡(heave)、横荡(sway)、纵荡(thrust))中的一个以及它们的任何组合的振荡移动。
如上文所述，操作振荡液-气接触塔200的问题在于第一填充床210和第二填充床220中的液体分布不均，导致在所述填充床210、220中形成湿区211、212、213；221、222、223，每个湿区211、212、213；221、222、223具有特定的液体载荷，从而导致气体处理的不均匀和液-气接触塔200的整体效率损失。
为了克服这个缺点，本发明的气体-转向装置100包括板2。
板
气体转向装置100的板2呈现上平面P和多个通孔21。
本文所用的词语“上平面”意在表示包围直圆柱体的上表面，该直圆柱体是完全包围该板的最小直圆柱体。一旦气体-转向装置处于其操作位置，上平面通常与液-气接触塔的纵轴正交。
多个通孔21意在使气体能够通过板2。它们优选均匀地分布在整个板2中。通孔21的边缘可以是平行六面体、圆形、卵形、长方形或椭圆形。
该板可以呈现上表面22、下表面23和侧壁24。
板2的上表面22意在接收并收集液体。上表面22可以是平坦的、凹入的、凸起的或波纹的。
如图5所示，在板2的上表面22平坦的情况下，上平面P是板2的平坦上表面22。在板2的上表面22凹入的情况下，上平面P是与板2的外边缘相切的平面。在板2的上表面凸起或分别是波纹的情况下(如图6所示)，上平面P是与凸起上表面22的顶点或分别与波纹上表面22的顶点相切的平面。
如果上表面22是凹入的，则液体在其最低部分收集，优选其最低部分位于其中心。如果上表面22是凸起的，则液体在其外边缘收集。如果上表面22是波纹的，则液体230在波浪或褶皱的底部收集。
板2的下表面23意在将气体引导至通孔21。下表面23可以是波纹的或包括多个凹入部。如果下表面23是波纹的，则通孔21安置在波纹或褶皱的顶部。如果下表面23包括多个凹入部，则通孔设置在每个凹入部的最高部分处。
集液管
板2可以进一步包括允许液体从其中通过的至少一个孔口25。该至少一个孔口25位于其中液体被收集的点。例如，如果上表面22是凹入的，则至少一个孔口25可以位于上表面的最低部分处，优选地其最低部分位于其中心处。如果上表面22是凸起的，则至少一个孔口25可以位于其外边缘处。如果上表面22是波纹的，则至少一个孔口25可以位于波纹或褶皱的底部。
如果板2包括至少一个孔口25，则气体-转向装置100可以进一步包括至少一个圆柱形集液管，该圆柱形集液管包括液体入口端和液体出口端以及液体入口端和液体出口端之间的***壁。圆柱形集液管流体连接到至少一个孔口25，使得液体能够流过孔口25，通过液体入口端进入圆柱形集液管并且通过液体出口端离开圆柱形集液管。如果圆柱形集液管流体连接到仅一个孔口25，则其***壁的尺寸可以紧密地配合在孔口25内，或将液体入口端处的***壁固定到板的下表面23上，从而围绕孔口25。如果圆柱形集液管流体连接到多个孔口25，则将液体入口端处的***壁固定到板的下表面23上，从而围绕多个孔口25。
集液管可以通过其液体出口端进一步流体连接到本领域技术人员已知的液体分布器，诸如喷雾器型液体分布器。
气体转向管
气体-转向装置100进一步包括多个气体-转向管3。每个气体-转向管3包括入口端31、出口端32和在入口端31和出口端32之间的***壁33。
每个气体-转向管3流体连接到板2的至少一个通孔21，使得气体可以流过通孔21，通过入口端31进入气体-转向管3并且通过出口端32离开气体-转向管3。如果每个气体-转向管3流体连接到仅一个对应的通孔21，则其***壁33的尺寸可以紧密地配合在相应的通孔21内或入口端31处的***壁33被紧密地固定到板2的上表面22上，从而围绕相应的通孔21。如果每个气体-转向管3流体连接到对应的多个通孔21，则入口端31处的***壁33被紧密地固定到板2的上表面22上，从而围绕相应的多个通孔21。
进一步地，如图4-6和9所示，对于每个气体-转向管3，入口端31在上平面上的正交投影311和出口端32在上平面上的正交投影321具有被入口端和出口端的正交投影311、321覆盖的上平面的总面积的至多50％的重叠面积。在大多数情况下，入口端31的正交投影311和出口端32的正交投影321呈现基本相同的面积，因此，入口端31的正交投影311的一部分必然不在重叠区域内并且出口端32的正交投影321的一部分必然不在重叠区域内。在一些其他情况下，正交投影之一呈现出小于另一正交投影面积的面积。因此，具有较小面积的正交投影可能落入具有较大面积的正交投影内。在这些情况下，仍然获得本发明的技术效果，因为仍有部分气体向上流动，其从液-气接触塔的第一填充床的湿区转向到第二填充床的湿区，尤其是那些来自或转向到对应于具有较大面积的正交投影的非重叠区域的气体-转向管的部分。
重叠面积优选为被正交投影覆盖的上平面的总面积的至多40％、30％、20％、10％、5％、0％。
多个气体-转向管3中的每一个的出口端32可以适于一旦气体离开气体-转向管3，就使气体以与上平面基本正交的方向上流动。换句话说，离开气体-转向管3的气体不被混合。在另一个实施方案中，多个气体-转向管3中的每一个的出口端32可以适于一旦气体离开气体-转向管3，就以与上平面基本平行的方向流动。换句话说，离开气体-转向管3的气体不被混合。
出口端32可以被盖覆盖以避免引入向下流入气体-转向管3的液体。盖可以从本领域技术人员的已知物中选择。例如，盖可以是平坦的、倒V形的(V的顶点远离出口端)等。
气体-转向管3可以是直的或包括至少一个弯曲部分。因此，当气体-转向管3是直的时，由于在上平面上的入口端31的正交投影311和在上平面上的出口端32的正交投影321不重叠，所以气体-转向管3相对于上平面以不同于90°的角度倾斜。如果气体-转向管3包括至少一个弯曲部分，则其可以包括两个或更多个直线部分和一个或更多个弯曲部分，每个弯曲部分将两个直线部分彼此连接。在后一种情况下，它可以可选地由具有或不具有任何拐点的仅一个弯曲部分构成。
多个气体-转向管3可以包括m个气体-转向管3，其中m为整数。m值取决于气体-转向装置100的大小，特别取决于板2的大小。m值可以为至少2，特别为2-50，更特别为2-30，更特别为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30。
气体转向管3的数量可以适应气体转向装置安装其中的液-气接触塔中所包含的填充床数量。例如，在具有p个填充床的液-气接触塔中，p是整数，m可以等于p或可以为p的倍数。
气体转向管3的数量可以首先根据通过塔的最大可接受的压力损失来确定，然后四舍五入到最接近的等于填充床数量或为填充床数量倍数的更大整数。
m个气体-转向管3通常均匀地分布在整个板2上。例如，多个气体-转向管3的密度可以为至少0.04个管/m2，特别为0.04个管/m2-3个管/m2。特别地，它们可以分布成呈现n-重旋转对称性，其中n是整数，特别地，n等于m或m/2，即n可以为至少2，特别为2-50，更特别为2-30，甚至更特别为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30。
可以将气体-转向装置100的每个气体-转向管3固定到板上，它们优选焊接、衬垫连接、螺栓连接、螺纹连接、夹紧或压装到板2上，使得每个气体-转向管3与板的固定是气密的。有利地，这些处理是本领域技术人员所熟知的。
气体-转向管3可以全部具有相同的长度或不同的长度，例如2-5种不同长度。具有不同长度(特别是2-5种不同长度)的气体-转向管使得可以将气体更均匀地分布在大直径(例如超过2m)塔上。
气体-转向管3可以全部具有相同的直径或不同的直径，例如2-5种不同的直径。通过选择具有不同直径(特别是2-5种不同直径)的气体-转向管3的数量m，可以使通过大直径(例如超过2m)塔的压力损失最小化。
塔
在包括至少两个填充床的液-气接触塔200中，本发明的气体-转向装置100设置在两个随后的填充床210、220之间。特别地，其设置在两个填充床之间的所述液-气接触塔200的内部空间内。
如图10所示，本发明的气体-转向装置100设置在第一填充床210和第二填充床220之间的液-气接触塔200的内部空间内。
归功于本发明的气体-转向装置100，在操作中，向上流动的部分气体9可以从第一填充床210的湿区211、212、213转向到液-气接触塔200的第二填充床220的湿区221、222、223，第一填充床210的湿区211、212、213和第二填充床220的湿区221、222、223相对于垂直线彼此偏移。
特别地，通过第一填充床210的湿区211、212、213的液体载荷可以或可能不同于通过第二填充床220的湿区221、222、223的液体载荷。
在本公开范围内，词语“不同”应理解为表示通过第一填充床210的湿区211、212、213的液体载荷比通过第二填充床220的湿区221、222、223的液体载荷高或低至少5％，优选至少10％，优选至少20％。
进一步地，本领域技术人员将理解，在液-气接触塔内，当考虑第一填充床的一个给定区域时，第二填充床的一些区域具有与第一填充床的给定区域不同的较高的随机可能性。短语“可能不同于”意在传达这一事实。
可以根据流过其中的液体载荷，将湿区211、212、213、221、222、223分成多种类型的湿区，诸如欠载区域211、221，正常载荷区域212、222和过载区域213、223。即使仅描述了这三种区域，本领域技术人员将会理解，在所述三种区域之间可以存在其他区域。
正常载荷区域212、222是填充床210、220的区域，特别是中心区域，其中液体载荷为非振荡液-气接触塔200中的平均液体载荷的-20％至+20％，优选为-10％至+10％，更优选为-5％至+5％。正常载荷区域基本上不受液体分布不均的影响。换句话说，气体处理在正常载荷区域212、222中基本上没有改变。
欠载区域211、221是填充床210、220的区域，特别是***区域，其中液体载荷为非振荡液-气接触塔200中的平均液体载荷的至多-20％，特别为-100％至-20％。在这些欠载区域211、221中，可以形成优先路径，使得气体9可以通过未经处理的欠载区域211、221：在欠载区域211、221中的气体处理严重受损。这种欠载区域211、221通常出现在远离液-气接触塔200移动方向的填充床的侧面。
过载区域213、223是填充床210、220的区域，特别是***区域，其中液体载荷为非振荡液-气接触塔200中的平均液体载荷的至少+20％，特别为+20％至+100％。在这种过载区域213、223中，气体9被过度冲洗。这种过载区域213、223通常出现在靠近液-气接触塔200移动方向的填充床的侧面。
可以分布并且定向m个气体-转向管3，使得气体-转向装置100可能转向：
-部分气体9从第一填充床210的欠载区域211向上流到第二填充床220的过载区域223或正常载荷区域222，
-部分气体9从第一填充床210的过载区域213向上流到第二填充床220的欠载区域221或正常载荷区域222，以及
-部分气体9从第一填充床210的正常载荷区域212向上流动到第二填充床220的欠载区域221或过载区域223。
也可以分布m个气体-转向管3，使得气体-转向装置100可能转向：
-部分气体9从第一填充床210的欠载区域211和过载区域213向上流到第二填充床220的正常载荷区域222，以及
-部分气体9从第一填充床210的正常载荷区域212向上流到第二填充床220的欠载区域221和过载区域223。
如上所解释，m个气体-转向管3通常均匀地分布在整个板2上。特别地，它们可以分布成使得气体转向装置呈现n-重旋转对称，其中n是整数，优选n等于m或m/2，即n可以为至少2，特别为2-50，更特别为2-30，甚至更特别为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30。
由于液-气接触塔200的振荡移动在浮动支撑件上不间断且不可预知，因此一个湿区的类型不间断地并且不可预知地改变。有利地，无论第一填充床210和第二填充床220中的湿区211、212、213、221、222、223的位置如何，气体-转向装置100的n-重旋转对称性增加了向上流动的气体9从第一填充床210的湿区211、212、213转向到第二填充床220的湿区221、222、223的可能性，通过第一填充床210的湿区211、212、213的液体载荷不同于通过第二填充床220的湿区221、222、223的液体载荷。
在具有p个填充床210、220的液-气接触塔200中，可以分布m个气体转向管3，使得气体转向装置100转向向上流动的部分气体9，以实现部分气体9的以2π/m角度的圆排列。在通过p个填充床210、220后，气体9的所有部分将会接触所有类型的湿区，从而提高了所述液-气接触塔200的气体处理均匀性和效率。
例如，如果p＝3并且m＝3：
-1/3的气体-转向管3转向从第一填充床210的正常载荷区域212向上流到第二填充床220的过载区域222的部分气体9，
-1/3的气体-转向管3转向从第一填充床210的过载区域213向上流到第二填充床220的欠载区域221的部分气体9，以及
-1/3的气体-转向管3转向从第一填充床210的欠载区域211向上流到第二填充床220的正常载荷区域222的部分气体9，
这些转向步骤重复2次。
在另一个例子中，p＝6并且m＝3，则：
-1/3的气体-转向管3转向从第一填充床210的正常载荷区域212向上流到第二填充床220的过载区域222的部分气体9，
-1/3的气体-转向管3转向从第一填充床210的过载区域213向上流到第二填充床220的欠载区域221的部分气体9，以及
-1/3的气体-转向管3转向从第一填充床210的欠载区域211向上流到第二填充床220的正常载荷区域222的部分气体9，
这些转向步骤重复5次。
由于向上流动的部分气体9从未在两个填充床210、220之间被混合或被均匀化，如果气体停留时间比液-气接触塔200的振荡移动的特征时间低至少10倍，则气体9的不同部分中的每一个都通过填充床210、220的所有类型的区分湿区，使得气体9的所有部分通过液-气接触塔200被均匀化处理。气体停留时间是向上流动的气体从气体入口202流到气-液接触塔200的气体出口203所花费的时间。振荡移动的特征时间是振荡移动的周期。因而，归功于气体转向装置100，本发明气体处理的均匀性和液-气接触塔200的效率得到提高。
板2可以具有足以能使气体-转向装置100固定到液-气接触塔200的封闭侧壁201的内表面上的形状和尺寸，例如通过焊接、衬垫连接、螺栓连接、螺纹连接、夹紧或压装，使得该固定是气密的。特别地，板2的侧壁24可以固定到液-气接触塔200的封闭侧壁201的内表面上。
特别地，可以固定气体-转向装置100，使得板2的上平面与液-气接触塔200的纵轴正交。
在液-气接触塔200中，如果气体转向装置100流体连接到液体分布器，其可以回收从第二填充床220向下流的液流，以将所述液流均匀地重新分布到第一填充床210中，从而限制液-气接触塔中的液体分布不均。在这种情况下，液-气接触塔200的气体处理均匀性和效率进一步有利地得到提高。
方法
本发明的另一方面涉及用于提高至少具有第一填充床和设置成高于该第一填充床的第二填充床的液-气接触塔效率的方法，所述每个填充床具有区分的湿区。该方法包括将来自第一填充床的湿区的气体转向到第二填充床的湿区，第一填充床的湿区和第二填充床的湿区相对于垂直线彼此偏移。
特别地，通过第一填充床湿区的液体载荷可以或可能不同于通过第二填充床湿区的液体载荷。
气体首先通过气体入口引入液-气接触塔，而液体通过液体入口引入。
如果塔包括两个以上的填充床，则将来自较低填充床的湿区的气体转向到较高填充床的湿区，通过较低填充床的湿区的液体载荷不同于通过较高填充床的湿区的液体载荷。从气体入口重复该顺序，直到通过气体出口回收气体。进一步地，与现有技术的方法不同，在两个填充床之间，气体既不旨在被混合也不旨在被均匀化；它简单地转向并继续向上流动，使得其从气体-转向管的出口端的流动方向基本上垂直。
如前文所述，根据本发明的方法，通过液-气接触塔的气体处理的均匀性和效率得到提高。
在填充床中，根据流过其中的液体载荷，可以将湿区分成多种类型的湿区，诸如欠载区域、正常载荷区域和过载区域。即使这里仅描述了三种类型的湿区，本领域技术人员也将理解，可以将湿区分成多于三种类型的湿区。
可以更可能将部分气体转向：
-从第一(或较低)填充床的欠载区域到第二(或较高)填充床的过载区域或正常载荷区域；
-从第一(或较低)填充床的过载区域到第二(或较高)填充床的欠载区域或正常载荷区域；以及
-从第一(或较低)填充床的正常载荷区域到第二(或较高)填充床的欠载区域或过载区域。
例如，部分气体更可能被转向：
-从第一(或较低)填充床的欠载区域和过载区域到第二(较高)填充床的正常载荷区域；和
-从第一(或较低)填充床的正常载荷区域到第二(较高)填充床的欠载区域和过载区域。
可以将气体转向，使得其通过至少两种类型的湿区，优选通过三种类型的湿区，更优选通过每种类型的湿区。
例如，如果该方法与具有p个填充床的液-气接触塔一起使用，则可以将部分气体转向，使得获得以2π/p角的圆排列。因此，在气体出口处，气体的所有部分已经接触了所有类型的湿区，从而提高了气体处理的均匀性和效率。
气体停留时间优选设定为比液-气接触塔的振荡移动的特征时间低至少2倍，优选5倍，更优选10倍。因而，气体处理的均匀性和效率得到提高。
以下实施例提供本发明的另一个非限制性说明。
具体实施方式
实施例1：m＝8的气体-转向装置
如图1至图4所示，气体-转向装置100包括八个直的气体-转向管3、具有八个圆形通孔21和圆形中心孔口25的圆形平板2。四个通孔21均匀地设置在与圆形中心孔口25同轴的第一圆C1上。其它四个通孔均匀地设置在与圆形中心孔口25同轴的第二圆C2上，并且其呈现大于第一圆C1半径的半径。第一圆C1上的通孔21与第二圆C2上的通孔成角度地交替。每个通孔21通过其入口端31流体连接到一个气体-转向管3。
将气体转向管3倾斜，使得：
-每个管的出口端31和入口端32径向对齐；
-入口端在第一圆C1上的四个气体-转向管3的每一个的出口端32的圆形平板2的上平面(其是圆形平板的上表面)上的正交投影321设置在第二圆C2上；和
-入口端在第二圆C2上的四个气体-转向管中的每一个的出口端32的圆形平板2的上平面(其是圆形平板的上表面)上的正交投影321设置在第一圆C1上。
因此，气体-转向装置100呈现4-重旋转对称性。
实施例2：气体-转向装置，其中m＝3
如图7-9所示，气体-转向装置100包括三个直的气体-转向管3、具有三个圆形通孔21和圆形中心孔口25的圆形平板2。每个通孔21通过一个气体-转向管3的入口端31流体连接到一个气体-转向管3。
将气体转向管3倾斜，使得：
-气体-转向管的所有出口端32和所有入口端31的圆形平板2的上平面(其是圆形平板的上表面)上的正交投影321设置在与圆形中心孔口25同轴的同一圆C3上；和
-出口端32的正交投影321与入口端31交替。
因此，气体转向装置100呈现3-重旋转对称性，并且该气体转向装置100的三个气体转向管3可以转向向上流动的气体，使得实现部分气体的以2π/3角度的圆排列。

Claims (17)

1.用于液-气接触塔的气体-转向装置（100），所述气体-转向装置（100）包括：
- 板（2），其呈现上平面（P）并且具有允许气体通过所述板（2）的多个通孔（21）；
- 多个气体-转向管（3），每个气体-转向管（3）包括入口端（31）和出口端（32）并且流体连接到所述板（2）的通孔（21）上并且；
其特征在于，对于每个气体-转向管，所述入口端（31）和所述出口端（32）在所述上平面（P）上的正交投影（311，321）具有被所述入口端（31）和所述出口端（32）的正交投影（311，321）覆盖的总面积的至多50％的重叠面积，
其中所述多个气体-转向管（3）的第一部分朝着所述板（2）的中心倾斜并且所述多个气体-转向管（3）的第二部分朝着所述板（2）的***倾斜，或
其中所述多个气体-转向管（3）的所述气体-转向管（3）被倾斜，使得：
-所述气体-转向管（3）的所有出口端（32）和所有入口端（31）在所述上平面（P）上的正交投影被设置在同一圆上，并且
-所述出口端（32）的正交投影（311、321）与所述入口端（31）交替。
2.权利要求1所述的气体-转向装置（100），其中每个气体-转向管（3）焊接、衬垫连接、螺栓连接、螺纹连接、夹紧或压装到所述板（2）上。
3.权利要求1或2所述的气体-转向装置（100），进一步包括允许液体通过所述板（2）的至少一个孔口。
4.权利要求3所述的气体-转向装置（100），进一步包括至少一个集液管，该集液管包括入口端（31）和出口端（32）并且通过其入口端（31）流体连接到所述孔口上。
5.液-气接触塔（200），包括：
- 至少两个填充床；
- 设置在两个填充床之间的根据权利要求1-4中任一项所述的气体-转向装置（100）。
6.权利要求5所述的液-气接触塔（200），进一步包括呈现内表面的封闭侧壁（201），其中所述出口端（32）紧密地固定到所述内表面上。
7.权利要求6所述的液-气接触塔（200），其中所述液-气接触塔（200）具有纵轴并且所述板（2）的上平面（P）与所述纵轴正交。
8.权利要求5-7中任一项所述的液-气接触塔（200），其在逆流液-气流动条件下操作。
9.权利要求5-7中任一项所述的液-气接触塔（200），其为吸收塔、分离塔或热交换塔。
10.用于提高至少具有第一填充床（210）、设置成高于所述第一填充床（210）的第二填充床（220）和如权利要求1所定义的设置在所述第一填充床（210）和所述第二填充床（220）之间的气体-转向装置（100）的液-气接触塔（200）效率的方法，所述第一填充床（210）和所述第二填充床（220）中的每一个具有通过其中的液体载荷来区分的湿区（211，212，213；221，222，223），
包括以下步骤：
-使用气体-转向装置（100），将来自所述第一填充床（210）的湿区（211，212，213）的气体转向到所述第二填充床（220）的湿区（221，222，223），
其特征在于，所述第一填充床（210）的所述湿区（211，212，213）和所述第二填充床（220）的所述湿区（221，222，223）相对于垂直线彼此偏移。
11.权利要求10所述的方法，其中所述第一填充床（210）的所述湿区是欠载区域（211）并且所述第二填充床（220）的所述湿区是过载区域（223）或正常载荷区域（222）。
12.权利要求10所述的方法，其中所述第一填充床（210）的所述湿区是过载区域（213）并且所述第二填充床（220）的所述湿区是欠载区域（221）或正常载荷区域（222）。
13.权利要求10所述的方法，其中所述第一填充床（210）的所述湿区是正常载荷区域（212）并且所述第二填充床（220）的所述湿区是欠载区域（221）或过载区域（223）。
14.权利要求10-13中任一项所述的方法，其中根据流过其中的液体载荷，将区分的湿区分成多种类型的湿区，并且其中将所述气体转向，使得其通过至少两种类型的湿区。
15.权利要求10-13中任一项所述的方法，其中根据流过其中的液体载荷，将区分的湿区分成多种类型的湿区，并且其中将所述气体转向，使得其通过三种类型的湿区。
16.权利要求10-13中任一项所述的方法，其中根据流过其中的液体载荷，将区分的湿区分成多种类型的湿区，并且其中将所述气体转向，使得其通过每种类型的湿区。
17.浮动支撑件，其包括权利要求5-9中任一项所述的液-气接触塔（200）。
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