CN109069942A - 用于液-气接触单元的外部气体混合管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液‑气接触单元(1)，其包括塔(100)、在塔内的至少一个较低填充床(110)和设置成高于该较低填充床(110)的较高填充床(120)、在塔(100)内的布置在较低与较高填充床(110；120)之间的气密性液体收集且再分配装置(130)以及在塔(100)外的外管(140)，该外管(140)包括入口端(141)、出口端(142)以及在入口端(141)与出口端(142)之间的***壁(143)；入口端(141)设置在较低填充床(110)与气密性液体收集且再分配装置(130)之间，并且出口端(142)设置在较高填充床(120)与气密性液体收集且再分配装置(130)之间。本发明还涉及通过外管将气体从较低填充床引导到较高填充床来提高液‑气接触单元的效率的方法。

Description

用于液-气接触单元的外部气体混合管
技术领域
本发明涉及提高置于浮动支撑件上的振荡液-气接触单元中的气体处理效率。
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，原料天然气必须在原料天然气处理厂中纯化，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-气接触单元和去除不同类型污染物的吸附单元(例如汞)。这些液-气接触单元在逆流或并流液-气流动条件下操作。
在逆流液-气流动条件下操作的液-气接触单元的传统填充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，且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-气接触单元。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，因为整个处理都在气体提取位置进行，即不需要建造管线和使用压缩单元以从海上气田泵送气体并将其带到岸上，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，因为构建管道，向陆上泵送气体会过于昂贵。
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到空间有限的浮动支撑件中，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，以保护浮动支撑件，然后优化处理单元，特别是液-气接触单元的设计。
浮动支撑件的运动可以导致液-气接触单元离开垂直方向，这通常是单元设计期间考虑的方向。液-气接触单元的运动以及由此产生的液-气接触单元的角加速度对填充床内的液体分布具有显著影响，导致出现由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。根据通过其中的液体载荷，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。这导致气体组成的不均匀以及气体处理的不规则。这损害了液-气接触单元的效率。这可能会显著影响塔设计基准(需要增加液-气接触单元的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，并且不能准确预测液-气接触单元的气体处理效率的整体损失。从浮动支撑件到液-气接触单元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 PackingEfficiency",SPE 143766,Brasil Offshore Conference,Macaé,Brazil)。文献(Kobayashi等.,"An experimental study on the behaviour of the two types ofabsorption towers installed in the float type LNG facilities",AIChE NationalMeeting,118C,1999；Yoshinaga等.,"Effects of barge motion on absorptioncolumn",90th AICHE national meeting,Houston,5-9 April,Prepr.N26D 25P,1981；Berger等.,"LNG production on marine structures with clarification of motioninfluence on absoprtion and rectification",Seventh International Conferenceon Liquefied Natural Gas,Vol 1&2,Sessions I et II,1983；Tanner等."Modellingthe performance of a packed column subjected to tilt",Tran IChemE,vol 74,PartA,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)以及船上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。
数值模拟表明，如果气体不均匀，液-气接触单元的效率会急剧下降。已经考虑了不同的装置以补偿液-气接触单元的效率损失，诸如在US 4,820,455、WO 2014/070352和WO2015/090476中描述的那些。这些装置布置在液-气接触单元的塔内的两个填充床之间。它们都是基于将气体混合以使所述气体均匀化，然后在液-气接触单元的塔内将该均匀气体均匀地重新分布的原理。
发明简述
因此，本发明的一个方面是液-气接触单元，其包括：
-塔，
-在塔内的至少一个较低填充床和设置成高于该较低填充床的较高填充床，
-在塔内的布置在较低与较高填充床之间的气密性液体收集且再分配装置；
其特征在于，
它还包括在塔外的外管，该外管包括入口端、出口端以及在入口端与出口端之间的***壁；并且
外管的入口端设置在较低填充床与气密性液体收集且再分配装置之间，并且外管的出口端设置在较高填充床与气密性液体收集且再分配装置之间。
归功于外管，在操作中，可以将从较低填充床向上流动的气体从塔中提取，在外管内收缩并且注射回到塔内的较高填充床，并且同时在两者之间混合且均匀化，即气体混合和均匀化发生在塔外。已经发现，这导致更均匀化地处理向上流动的气体，并且提高了液-气接触单元的效率。
附加地或另选地，塔具有内部平均横截面Sci并且外管具有内部平均横截面Spi，使得Spi为Sci的0.1％至20％。
附加地或另选地，液-气接触单元还包括在外管内的气体混合器。该气体混合器可以是静态的一个或多个混合器、一个或多个孔板、一个或多个叶片或一个或多个挡板。
附加地或另选地，液-气接触单元还包括换热器，流过外管的气体与换热器热接触。
附加地或另选地，液-气接触单元还包括在较高填充床与气密性液体收集且再分配装置之间的气体再分配器。该气体再分配器可以是加气机、气体导向器、或具有烟道的气体分配板。
附加地或另选地，液-气接触单元包括在塔内的编号为1至n的n个气密性液体收集且再分配装置、编号为1至n+1的n+1个填充床以及在塔外的编号为1至n的n个外管。该气密性液体收集且再分配装置j设置在填充床j与填充床j上方的填充床j+1之间，并且外管j的入口端设置在填充床j与气密性液体收集且再分配装置j之间，并且外管j的出口端设置在填充床j+1与气密性液体收集且再分配装置j之间。
附加地或另选地，液-气接触单元包括m个外管，其中m为1至10，特别为1至4的整数，更特别地，m为1。m个外管的入口端设置在较低填充床j与气密性液体收集且再分配装置j之间，并且m个外管的出口端设置在较高填充床j+1与气密性液体收集且再分配装置j之间。
附加地或另选地，塔呈现内表面并且将气密性液体收集且再分配装置紧密地固定到该内表面。
附加地或另选地，液-气接触单元在逆流或并流液-气流动条件下操作。
附加地或另选地，液-气接触单元为吸收单元、分离单元或换热单元。
本发明的另一方面是通过外管将气体从较低填充床引导到较高填充床，以提高如上所述的液-气接触单元的效率的方法。
附加地或另选地，较高填充床与较低填充床之间的压降为5mbar至100mbar，特别为25mbar至75mbar，更特别为50mbar。
附加地或另选地，在外管内改变气体的温度。
附加地或另选地，外管的入口端与出口端之间的气体温度变化为-50℃至+50℃，特别为-30℃至+30℃。
本发明的另一方面是浮动支撑件，其包括如上所述的液-气接触单元。
附图简要说明
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是根据本发明的在逆流液-气流动条件下操作的液-气接触单元的内部示意图。
具体实施方式
下面参照在液-气接触单元中从较低填充床向上流动到设置成高于该较低填充床的较高填充床的气体，而液体从上部填充床向下流到较低填充床更精确地描述本发明。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“上部”、“较高”、“顶部”、“较低”、“底部”和“上方”来描述根据本发明装置的操作位置和装置的组件，并且由此参照处于其操作位置的装置来考虑。
本发明的液-气接触单元1包括塔100、在塔100内的至少一个较低填充床110和设置成高于较低填充床110的较高填充床120、在塔100内的布置在较低与较高填充床110、120之间的气密性液体收集且再分配装置130。该液-气接触单元1还包括在塔100外的外管140，外管140包括入口端141、出口端142以及在入口端141与出口端142之间的***壁143。在液-气接触单元1中，外管140的入口端141设置在较低填充床110与气密性液体收集且再分配装置130之间，并且外管140的出口端142设置在较高填充床120与气密性液体收集且再分配装置130之间。
在操作中，通过气密性液体收集且再分配装置130，液流8从较高填充床120向下流到较低填充床110。由于液体收集且再分配装置130是气密性的，通过入口端141进入外管140并且通过出口端142离开，将所有气体9通过外管140收集并且从较低填充床110引导到较高填充床120。
将外管140配置成使气体9在其内混合以获得均匀气体，并将该均匀气体分配到较高填充床120。因此，提高了液-气接触单元1的效率。
液-气接触单元1还可以包括换热器，流过外管140的气体与该换热器热接触，从而改变气体9的温度，即在外管140内加热或冷却气体9并且因此进一步提高液-气接触单元1的效率。
填充床
在本发明的液-气接触单元1中，每个填充床110、120可以是中空管、管道或其他类型的容器。它是填充有填充材料的装置。填充材料可以由小物体组成(例如rings)，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，填充材料提高了大接触区域上液体和气体之间的接触。
塔
塔100典型地呈现纵轴A和内表面、在其顶部的气体出口103和在其底部101的液体出口105。此外，塔100典型地具有内部横截面和内部平均横截面Sci。
在下文中，在一个点处取得的“横截面”应理解为具有穿过该点的最小面积的截面。因此，“平均横截面”是所有点处的横截面之间的平均值。
塔100可以呈现圆柱形，优选为直圆柱形。或者，塔100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，使得塔100的内部横截面沿其长度变化。
液-气接触单元1可以在逆流或并流液-气流动条件下操作。例如，液-气接触单元1可以是吸收单元、分离单元或换热单元。
液-气接触单元1也可以是浮式海上液-气接触单元或陆上液-气接触单元。
吸收单元的塔100还包括在其顶部的液体入口104，通过该液体入口104将液体注入形成液流的塔100中，和在其底部的气体入口102，通过该气体入口102将气体9作为气体混合物提供。气体混合物意在用该液体处理。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塔100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。
在较低和较高填充床110、120中，向上流动的气体混合物9和向下流动的液流8接触，使得将气体混合物9的一种或多种气体组分优先吸收。通过气体出口103，将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单元的塔100的顶部回收。通过液体出口105，将具有较高浓度的一种或多种气体组分的饱和液流在吸收单元的塔100的底部回收。
吸收单元可以是酸性气体吸收单元，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在水中稀释的胺或在水中稀释的胺的混合物或在水中稀释的胺加上化学分子(如环丁砜或硫代二醇)的混合物或物理溶剂(诸如冷甲醇或聚乙二醇的烷基醚(DMPEG))。
吸收单元也可以是脱水单元，其中甘醇类(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。
分离单元的塔还包括用于向所述塔进料包括化学组分混合物的进料流的入口(未在图中示出)。该入口更典型地设置于中等高度，尽管它可以设置于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底部。通过气体出口在分离单元的塔顶部回收气体，而通过液体出口在塔底部回收液体。
换热单元的塔100还包括在其顶部的液体入口204，通过该液体入口204将液体注入形成液流的所述塔100中，和在其底部的气体入口202，通过该气体入口202将气体作为气流提供。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103在塔100的顶部回收较热的气体，而通过液体出口105在塔100的底部回收较冷的液体，或
-通过气体出口103在塔100的顶部回收较冷的气体，而通过液体出口105在塔100的底部回收较热的液体。
液-气接触单元1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，所以其经受水体的移动，这可以导致液-气接触单元移动，特别是倾斜，即塔100的纵轴不再垂直。
在下文中，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-气接触单元1的问题在于填充床110、120中的液体分布不均，导致在所述填充床110、120中形成湿区，每个湿区具有特定的液体载荷，从而导致气体处理的不均匀和液-气接触单元1的整体效率损失。
通过本发明的液-气接触单元1的外管140克服该缺点。实际上，通过外管140从较低填充床110引导到较高填充床120的气体9在外管140内混合，使得均匀气体分配到较高填充床120。已经发现这导致更均匀化地处理向上流动的气体，并且提高了液-气接触单元1的效率。还发现，当外管140内的气体温度在其入口端与出口端之间变化时，进一步提高了液-气体接触单元1的效率。
外管
外管140可以包括至少一个弯曲部分。如果外管140包括至少一个弯曲部分，则它可以包括两个或多个的直部分以及一个或多个的弯曲部分，每个弯曲部分将两个直部分彼此连接。在后一种情况下，或者，它可以仅由具有或不具有任何拐点的一个弯曲部分组成。
外管140的数量是通过塔100与外管140的内部横截面之间的的可接受压降的折衷，并且适合于包括在液-气接触单元1的塔100内的气密性液体收集且再分配装置130和填充床110、120的数量。
外管140的数量可以首先根据通过塔100的最大可接受压降和它们的平均内截面确定，然后四舍五入到最接近的较大整数。有利地，增加外管的数量减少了通过塔100的压降，从而提高了液-气接触单元1的效率。
液-气接触单元1可以包括在塔100内的编号为1至n的n个气密性液体收集且再分配装置130、编号为1至n+1的n+1个填充床110、120，以及在塔100外的编号为1至n的n个外管，n为整数。特别地，气密性液体收集且再分配装置j设置在填充床j与置于填充床j上方的填充床j+1之间，并且外管j的入口端设置在填充床j与气密性液体收集且再分配装置j之间，并且外管j的出口端设置在填充床j+1与气密性液体收集且再分配装置j之间，j为1至n的整数。
液-气接触单元1还可以包括m个外管140，其中m为整数，m个外管140的入口端141设置在较低填充床与气密性液体收集且再分配装置之间，并且该m个外管140的出口端142设置在较高填充床与气密性液体收集且再分配装置之间。
可以组合前两段的特征，使得液-气接触单元1可以包括在塔100内的编号为1至n的n个气密性液体收集且再分配装置130、编号为1至n+1的n+1个填充床110、120，以及在塔100外的n×m个外管，n和m为整数。将该外管分为m个外管的n个管道组，每个管道组的编号从1至n。因此，气密性液体收集且再分配装置j设置在填充床j与置于填充床j上方的填充床床j+1之间，并且管道组j的m个外管的入口端设置在填充床j与气密性液体收集且再分配装置j之间，并且管道组j的m个外管的出口端设置在填充床j+1与气密性液体收集且再分配装置j之间，j为1至n的整数。n的值取决于塔100的高度。典型地，n的值可以为1至5，特别为1至3。
m的值取决于塔100的内部横截面。在一个实施方案中，m的值大于n，特别为2至10，更特别为2至3，例如m等于k.n，k为整数。在一个实施方案中，m的值小于n，特别为1至4。在一个实施方案中，m等于n。
对于两个不同的j，m的值可以相同或可以变化。也就是说，管道组独立地包括1至m个外管，换句话说，管道组不一定包括相同数量的外管。
m个外管140通常均匀地分布在塔100的各处。均匀分布可以改善气体9从较低填充床110到较高填充床120的均一分布，从而提高液-气接触单元1的效率。
优选地，当在较低与上部填充床之间存在一个以上时，连接外管的入口端和出口端的虚轴不与塔100的轴共线，使得可以抵消液体分布不均的影响。
外管140可以全部具有相同的长度或不同的长度。
外管140可以全部具有相同的内部平均横截面或不同的内部平均横截面，例如2至5个内部平均横截面。例如，外管的内横截面可以是大体上圆形、椭圆形。
外管140的内横截面可以适应气体和气流的性质，以在气流中产生湍流，从而混合气体。
典型地，外管140可以具有内部横截面和内部平均横截面Spi。两个给定填充床之间的所有外管140的内部平均横截面的总和小于塔的内部平均横截面Sci的20％，优选大于Sci的0.1％。
外管140的内部横截面沿其长度可以是恒定的。外管140的内部横截面也可以沿其长度变化。
有利地，如果外管140的内部平均横截面小于塔100的内部平均横截面Sci的20％，则流过外管140的气体9在外管140中混合并均匀化。
或者，如果对于至少一个点，外管140的内部横截面小于塔100的内部平均横截面Sci的20％，则有利地，流过外管140的气体9在外管140中混合并被均匀化。
气密性液体收集且再分配装置
在本发明的液-气接触单元1中，液体收集且再分配装置130是气密性的。
气密性液体收集且再分配装置130包括呈现上表面、下表面、侧壁和至少一个孔口的板。
该板可以具有足以使气密性液体收集且再分配装置130紧密地固定到塔100的内表面的形状和尺寸，例如通过焊接、衬垫连接、螺栓连接、螺纹连接、夹紧或压装。有利地，通过确保将所有气体都引导到外管140，该紧密固定增加了引导到外管140的气体量，从而提高了液-气接触单元1的效率。
板的上表面用于接收并且收集从较高填充床120向下流动的液体。
该上表面可以是平坦的、凹入的、凸起的或波纹的。如果上表面是凹入的，则液体在其最低部分收集，优选其最低部分位于其中心。如果上表面是凸起的，则液体在其外边缘收集。如果上表面是波纹的，则液体在波纹或褶皱的底部收集。
至少一个孔口旨在使液体通过板并被设置在收集液体的位置。例如，如果上表面是凹入的，则至少一个孔口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。如果上表面是凸起的，则至少一个孔口可以位于其外边缘处。如果上表面是波纹的，则至少一个孔口可以位于波纹或褶皱的底部。
气密性液体收集且再分配装置130还可以包括集液管，该集液管包括液体入口端、液体出口端以及液体入口端与液体出口端之间的***壁。典型地，集液管可以通过布置在塔100内的较低与较高填充床之间的气密性液体收集且再分配装置。由于它是气密性的，气体9不能在集液管的周围或内部向上流动到较高填充床120。
可以调整***壁的高度，使得由液体入口与液体出口之间存在的液体量产生的压力高于由气体9产生的压力，以避免所述气体9流过集液管并因此流过气密性液体收集且再分配装置130。
可以调整***壁的高度，使得液-气接触单元1的运动不会通过气密性液体收集且再分配装置130改变液体分布，特别是确保液体均匀分布到较低填充床110。
如果气密性液体收集且再分配装置130包括一个孔口，则集液管流体连接到所述孔口，使得液体能够流过板，通过液体入口端进入集液管并且通过液体出口端离开集液管。
如果气密性液体收集且再分配装置130包括一个以上的孔口，则一个集液管可以流体连接到每个孔口或一个以上的孔口。因而，液体可以流过板，通过所有液体入口端进入流体连接到孔口的所有集液管，并且通过所有液体出口端离开所有集液管。在这种情况下，部分液体出口端或所有液体出口端可以流体连接，使得形成整体液体出口端。
由于液体收集且再分配装置130是气密性的，紧密地安装在液体入口端的孔口或***壁内的圆柱形集液管紧密地固定到板的下表面，从而围绕一个或多个孔口。
气密性液体收集且再分配装置130还可以包括本领域技术人员已知的液体分配器，诸如喷雾器型液体分布器。液体分配器可以流体连接到至少一个孔口、集液管的液体出口端或集液管的整体液体出口端。
由于液体收集且再分配装置130是气密性的，液体分配器可以紧密地安装在孔口内或紧密地固定到板的下表面，从而围绕一个或多个孔口。液体分配器也可以紧密地安装在集液管的液体出口端内或紧密地固定在集液管的液体出口端或集液管的整体液体出口端。液体分配器也可以紧密地安装在一个或多个集液管的一个或多个液体出口端内或紧密地固定在一个或多个集液管的一个或多个液体出口端和集液管的整体液体出口端。
通过板的上表面，气密性液体收集且再分配装置130使从较高填充床110收集的液体均匀化，并将该均匀化液体分配到较低填充床。有利地，气密性液体收集且再分配装置130通过限制遍布塔100的液体分布不均来提高液-气接触单元1的效率。
气体混合器
液-气接触单元1还可以包括改善外管内的气体混合的装置。该装置(称为气体混合器)使流过外管140的气体9混合，以提高通过出口端142离开外管140的气体的均匀性，从而提高了液-气接触装置1的效率。气体混合器的数量适应于外管的数量。
典型地，气体混合器可以是静态的一个或多个混合器、一个或多个孔板、一个或多个叶片或一个或多个挡板。
术语“静态混合器”应理解为用于连续混合气体的装置。典型地，“静态混合器”包括置于外管140内的静态元件，该外管140以气流的方式形成障碍物。它迫使气体运动，以导致气体混合。特别地，静态混合器的一种设计是板式混合器。静态混合器的尺寸取决于外管140的内部横截面和较高填充床120与较低填充床110之间可接受的压降。其他静态混合器可以包括实现减少气体通道截面的装置。它们可以是文丘里孔口、阀或串联安装的半板或阻挡气体通道截面的杆。
术语“孔板”应理解为具有一个或多个孔的板。迫使气体会聚以通过一个或多个孔，并由于通过一个或多个孔产生的湍流而因此混合并均匀化。孔板的尺寸取决于外管140的内部横截面和较高填充床120与较低填充床110之间可接受的压降。
典型地，计算静态混合器和孔口的尺寸，使得较高填充床120与较低填充床110之间的可接受压降可以为5mbar至100mbar，特别为25mbar至75mbar，更特别为50mbar。
换热器
液-气接触单元1还可以包括换热器，流过外管140的气体与该换热器热接触。典型地，换热器连接到外管140。典型地，换热器设置在塔100外。
在下文中，“换热器”应理解为使用外部空气来冷却或加热流体、气体或液体的空气冷却器，或供有传热流体(冷却流体或加热流体)来冷却或加热流体、气体或液体的任何机械装置。该传热流体可以是水、乙二醇溶液、二甘醇溶液、丙二醇溶液、压缩空气、气态或液态CO2、气态或液态氮、丙烷或天然气、热油或加热蒸汽。
在下文中，“热接触(thermally in contact)”和“热接触(thermal contact)”意味着相对于彼此布置，以便发生热交换。特别地，当它们的流体(气体或液体)用于交换热时，两个装置是热接触的。
由于流过外管140的气体9与换热器热接触，所述气体9可以与外部空气或传热流体进行热交换，使得改变外管140内的所述气体9的温度，即冷却或加热所述气体9。有利地，换热器提高了塔的效率。
典型地，当换热器和流过外管140的气体之间的接触表面在外管140内增加时(例如通过使用挡板)，改进了热交换。有利地，这些挡板也形成障碍物，该障碍物混合流过外管140的气体9，使得改进其混合。
有利地，换热器用作气体混合器，因为它阻碍了气体通过。
换热器的数量适合于外管的数量。例如，存在m个外管的情况下，可以存在从一个换热器到与外管一样多的换热器。优选地，存在一个换热器或与外管一样多的换热器。在m个外管分为n个管道组的情况下，每个管道组可以存在一个换热器或每个单个外管可以存在一个换热器。也可以考虑任何数量的换热器和外管分组。最后，一些外管可能不与任何换热器热接触。
典型地，如果换热器连接到外管140，较高填充床120与较低填充床110之间的压降可以为50mbar至700mbar，特别为100mbar至350mbar。
气体再分配器
外管140将通过出口端142离开的气体转向到较高填充床120。然而，为了改善气体转向的均匀性，液-气接触单元1还可以包括较高填充床120与气密性液体收集且再分配装置130之间的气体再分配器。
在下文中，“气体再分配器”应理解为用于将通过出口端142离开外管140的均匀气体均匀地转向到较高填充床120的任何装置。
典型地，气体再分配器可以是加气机、气体导向器、或具有一个或多个烟道的气体分配板或蒸气喇叭气体分配器。
有利地，通过气体再分配器，均匀气体被均匀地再分配到较高填充床120，从而提高液-气接触单元1的效率。
气体再分配器可以紧密地固定到外管140的出口端142。
在较低与上部填充床之间存在m个外管的情况下，所有外管的出口端部优选地连接到相同且唯一的气体再分配器。
方法
本发明的另一个方面是提高液-气接触单元1效率的方法，例如该液-气接触单元1包括塔100、在塔100内的至少一个较低填充床110和设置成高于该较低填充床110的较高填充床120、在塔100内的布置在较低与较高填充床110、120之间的气密性液体收集且再分配装置130、和在塔100外的外管140，外管140包括入口端141、出口端142以及在入口端141与出口端142之间的***壁143，外管140的入口端141设置在较低填充床110与气密性液体收集且再分配装置130之间，并且外管140的出口端142设置在较高填充床120与气密性液体收集且再分配装置130之间。本发明的方法包括通过外管140，将气体从较低填充床110引导到较高填充床120。
首先通过气体入口102将气体引入液-气接触单元1的塔100中，同时通过液体入口104引入液体。
如果塔100包括两个以上的填充床，则通过外管140，将来自较低填充床110的气体转向至较高填充床120。从气体入口102重复该顺序，直到通过气体出口103回收气体。此外，与现有技术的方法不同，在两个填充床之间，气体在外管140内(即在塔100外)混合并均匀化。
如前所述，根据本发明的方法，提高了通过液-气接触单元1的塔100的气体处理的均匀性和效率。
可以进行本发明的方法，使得较高填充床120和较低填充床110之间的压降为5mbar至100mbar，特别为25mbar至75mbar，更特别为50mbar。
典型地，压降取决于气体流量、塔100的内部平均横截面、外管140的内部平均横截面和外管140的数量。
包括在上述范围内的气流有利于流过外管140的气体的混合和均匀气体的形成。此外，压降减小。有利地，提高了本发明方法的效率。
如果液-气接触单元1还包括换热器，流过外管140的气体将与该换热器热接触，则气体9的温度可以在外管140内变化，即可以在外管140的入口端与出口端之间冷却或加热气体9。
因此，甚至进一步提高了通过包括所述换热器的液-气接触单元1的塔100的气体处理效率。这增加了换热器偏爱的气体的混合。
典型地，外管140的入口端与出口端之间的气体温度变化为-50℃至+50℃，特别为-30℃至+30℃。
典型地，如果换热器连接到外管140，较高填充床120与较低填充床110之间的压降可以为50mbar至700mbar，特别为100mbar至350mbar。
以下实施例提供本发明的另一个非限制性说明。
实施例
实施例1：CO2吸收单元，其中液体溶剂是胺的混合物。
作为CO2吸收单元的液-气接触单元包括内部平均横截面为20.4m2的塔、四个填充床以及三个气密性液体收集且再分配装置。填充床以及气密性液体收集且再分配装置交替地布置在塔内，使得在两个连续填充床之间存在气密性液体收集且再分配装置。
液-气接触单元还包括在塔外的六个外管，使得在两个连续的给定填充床之间存在两个外管。
待由液-气接触单元处理的气体的物理化学性质列于下表1中。
由于待处理气体的流速设定为580,000Sm3/h并且两个填料床之间的压降设定为50mbar，每个外管的内部平均横截面Spi为1.1m2。
表1
当液-气接触单元的倾斜角为5°时，将待处理气体中CO2量减少到小于50ppmv所必需的液-气接触单元中胺的流速降低到1900Sm3/h。在相同条件下，传统的CO2吸收单元中胺的流速为2150Sm3/h。
因此，液-气接触单元的效率比传统的CO2吸收单元的效率高近12％。

Claims (15)

1.液-气接触单元(1)，其包括：
-塔(100)，
-在所述塔(100)内的至少一个较低填充床(110)和设置成高于所述较低填充床(110)的较高填充床(120)，
-在所述塔(100)内的布置在所述较低与所述较高填充床(110，120)之间的气密性液体收集且再分配装置(130)；
其特征在于，
它还包括在所述塔(100)外的外管(140)，所述外管(140)包括入口端(141)、出口端(142)以及在所述入口端(141)与所述出口端(142)之间的***壁(143)；并且
所述外管(140)的所述入口端(141)设置在所述较低填充床(110)与所述气密性液体收集且再分配装置(130)之间，并且所述外管(140)的所述出口端(142)设置在所述较高填充床(120)与所述气密性液体收集且再分配装置(130)之间。
2.权利要求1所述的液-气接触单元(1)，其中所述塔(100)具有内部平均横截面Sci并且所述外管(140)具有内部平均横截面Spi，使得Spi为Sci的0.1％至20％。
3.权利要求1或2所述的液-气接触单元(1)，其还包括在所述外管(140)内的气体混合器。
4.权利要求1-3中任一项所述的液-气接触单元(1)，其还包括换热器，流过所述外管(140)的气体与所述换热器热接触。
5.权利要求1-4中任一项所述的液-气接触单元(1)，其还包括在所述较高填充床(120)与所述气密性液体收集且再分配装置(130)之间的气体再分配器，诸如加气机、气体导向器、或具有一个或多个烟道的气体分配板、或蒸气喇叭气体分配器。
6.权利要求1-5中任一项所述的液-气接触单元(1)，其包括在所述塔(100)内的编号为1至n的n个气密性液体收集且再分配装置(130)、编号为1至n+1的n+1个填充床以及在所述塔(100)外的编号为1至n的n个外管，
其中气密性液体收集且再分配装置j设置在填充床j与填充床j上方的填充床j+1之间，
其中外管j的所述入口端(141)设置在填充床j与气密性液体收集且再分配装置j之间，并且外管j的所述出口端(142)设置在填充床j+1与气密性液体收集且再分配装置j之间。
7.权利要求1-6中任一项所述的液-气接触单元(1)，其包括m个外管(140)，其中m为1至6，特别为1至3的整数，更特别地，m为1，其中所述m个外管(140)的所述入口端(141)设置在所述较低填充床j与所述气密性液体收集且再分配装置j之间，并且所述m个外管(140)的所述出口端(142)设置在所述较高填充床j+1与所述气密性液体收集且再分配装置j之间。
8.权利要求1-7中任一项所述的液-气接触单元(1)，其中所述塔(101)呈现内表面，其中所述气密性液体收集且再分配装置(130)紧密地固定到所述内表面。
9.权利要求1-8中任一项所述的液-气接触单元(1)，其在逆流或并流液-气流动条件下操作。
10.权利要求1-9中任一项所述的液-气接触单元(1)，其为吸收单元、分离单元或换热单元。
11.提高权利要求1-10中任一项所述的液-气接触单元(1)的效率的方法，所述方法包括以下步骤：
a)通过所述外管(140)将所述气体从所述较低填充床(110)引导到所述较高填充床(120)。
12.权利要求11所述的方法，其中所述较高填充床(120)与所述较低填充床(110)之间的压降为5mbar至100mbar，特别为25mbar至75mbar，更特别为50mbar。
13.权利要求11或12所述的方法，其中在所述外管(140)内改变所述气体的温度。
14.权利要求11-13中任一项所述的方法，其中所述外管(140)的所述入口端与所述出口端之间的气体温度变化为-50℃至+50℃，特别为-30℃至+30℃。
15.浮动支撑件，其包括权利要求1-10中任一项所述的液-气接触单元(1)。
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