CN1282266A - 非竖直蒸馏塔的液体分配器及相应的蒸馏塔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液体分配器,它包括一个具有钻孔底部(2)的主容器(1)以及一个输送件(10),该输送件适于通过重力使来自钻孔底部至少一个开孔(3)的液体输送到一个与所述开孔不相垂直的供给点(12,112)。本发明适用于装载在浮动结构、例如石油浮台或平底驳船上的常压蒸馏塔。

Description

非竖直蒸馏塔的液体分配器 及相应的蒸馏塔

本发明涉及一种用于蒸馏塔的液体分配器，这种液体分配器包括一个主容器，其底部具有分布在一定区域的出口孔。

石油浮台都会产生残余气体。为了节约能源，减少环境污染，越来越需要回收这些气体。一种回收方法是，采用费-托法，将所述气体转换成较重的易于输送的液状碳氢化合物，这种方法要耗费大量的氧。

因此，值得关注的方法是，将一个空气蒸馏塔安装在一个浮台或平底驳船上，但是这种设备进行良好运转的难度非常大。因此，首先需要解决的是，尽管由于波涛起伏使蒸馏塔的轴线摆动不定，但是，仍然要使液体均匀分布在塔顶整个截面上。

本发明旨在提出一种在工作时对所述摆动很不敏感的液体分配器。

为此，本发明涉及一种上述类型的液体分配器，其特征在于，这种液体分配器包括一个输送件，该输送件适于通过重力使来自钻有开孔的底部的至少一个开孔的液体输送到一个与所述开孔不相垂直的供给点。

本发明分配器可以具有下列一个或若干特征：

-开孔由一个单个开孔或若干彼此相邻的开孔构成；

-输送件包括一个输入端，该输入端位于所述开孔的下方，与该开孔相垂直，并且同该开孔的输出端相隔一段距离；

一输送件包括一个导管，该导管朝上开口呈漏斗状或封闭成一个管子的形状，所述导管或者是直管，或者是在一处或多处弯曲的弯管，或者是弯曲管；

-输送件的输出端包括一个喷洒装置，该喷洒装置具有一个喷洒区域，其面积大于所述开孔的面积；

-所述区域的平均直径小于配有输送件输出孔的表面的平均直径，直径之比尤其为1到6左右；

-分配器包括输送件，这些输送件与一组彼此相隔一段距离的开孔相连接，适于使来自这些开孔的液流基本输送到一个与所述开孔不相垂直的供给点；

-输送件包括导管尤其是管子，其入口适于接收来自所述开孔的液流，所述导管汇集成一个用于一组开孔的单一导管；

-当分配器倾斜时，所述液流的总流量基本保持恒定；

-同两个相对于所述区域的中央轴线基本完全相对布置的开孔相连接且面积相同的输送件，基本通向一个共同的供给点；

-来自至少一个开孔或一组开孔的液流通过一个或若干输送件进行输送，当喷洒区域在倾斜作用下处于高位时，其流量较大，反之，流量较小；

-与每个开孔相连的输送件通向一个相对于分配器的中央轴线同所述开孔呈180°的供给点；

-开孔在一个基本呈水平的第一平面上布置成基本呈环状的同心圆环，每个圆环对应于布置在一个基本呈水平的第二水平面上的一个具有输出孔的圆环，第二平面位于第一平面之下，并且具有同样数目的供给点，一个输送件使第一圆环的每个供给点同第二圆环的一个配合的供给点相连接；

-若干对相配合的供给点以同一个角度围绕圆环的轴线呈一定角度错开，输送件连接两个圆环，形成一个套管状罩面，所有输送件形成一系列彼此相套的罩面；

一所述呈一定角度的错开从一个罩面到下一个罩面是颠倒的；

-所述呈一定角度的错开约为80-100°；

-所述呈一定角度的错开约为100-180°；

-输送件的输出端将液体提供给具有钻孔底部的二级分配容器。

本发明还涉及一种蒸馏塔，其特征在于，它在至少一个高度上包括一个如上所述的液体分配器，该液体分配器置于一个蒸馏区段之上。

这种蒸馏塔的其它特征在于：

-蒸馏区段为交叉波纹状填料式；

-分配器是塔顶分配器，所述主容器至少局部地置于所述蒸馏塔的上罩内；

-蒸馏塔装载在一个浮动结构、例如一个石油浮台或一个平底驳船上。

现在参照附图来描述本发明的若干实施例。

附图如下：

图1是一个底部钻孔的处于倾斜位置的容器的轴向剖面示意图；

图2是配置在一个蒸馏塔顶部的本发明一个液体分配器的立体示意图；

图3是图2所示分配器的平面示意图；

图4是所述分配器的一个液体输送件的示意图；

图5和图5A是其它两个实施例的类似视图；

图6是另一个实施例中本发明液体分配器的示意图；

图7是立体示意图，示出另一个实施例中本发明液体分配器的工作原理；

图8是在一个具体实施例中图7所示分配器的第二级的俯视图；

图9和图10是其它两个实施例中本发明分配器的细部图。

图1示出一个槽状容器1，其底部2钻有开孔3，呈环状，具有通常竖直的轴线X-X。开孔3尤其可以是圆形孔，除非另有标示，否则都是这样，而且这些开孔都相同。

当容器装有液体L，轴线X-X与垂直线倾斜成一个角度α时，与所述轴线相距同一距离r的开孔3提供不同的液体流量，因为这些开孔上面的液体高度不同。因此，在图1所示的倾斜平面上，高开孔3A提供与 $\sqrt{h-r\sin \mathrm{\α}}$ 成比例的流量Q_A，而低开孔3B则提供与 $\sqrt{h+r\sin \mathrm{\α}}$ 成比例的流量Q_B。在由于波涛起伏而造成摆动的情况下，如果容器形成一个装载蒸馏塔的塔顶分配器，其半径基本与蒸馏塔的半径相同，那么，流量的差别约为10％或10％以上，这不利于确保蒸馏塔顺利工作。

图2和图3示出一个包括容器1的液体分配器4，相反，在上述摆动情况下，不管蒸馏塔怎么倾斜，所述液体分配器4都确保液体实际上均匀地分布在蒸馏塔5的整个截面上。在其它实施例中，容器1还可以由一系列底部钻孔的漏斗或由钻孔的管子加以替换。

蒸馏塔5上部包括一个具有轴线X-X的圆柱形套管6和一个上罩7。蒸馏塔装载在一个浮动结构S上，如图2所示。蒸馏塔的上部蒸馏区段8由一个交叉波纹状填料构成。

众所周知，这种填料包括一叠交叉波纹状叠段或叠板9，每个叠板呈圆柱形盘状，占据蒸馏塔的整个截面。

每个叠板9由一叠斜波纹状瓦楞带组成。每个瓦楞带包括一个一般竖直的平面，所有瓦楞带具有同样的高度，瓦楞沿一个方向以及沿下一个瓦楞带的另一个方向交替倾斜。因此，相邻瓦楞带的瓦楞邻接成大量交叉点。另外，叠板9从一个叠板到下一个叠板相对于蒸馏塔的轴线呈90°错开。

容器1位于罩7中，该容器朝上开口，其直径明显小于套管6的内径。直径之比通常为1到6。容器1底部2所包括的开孔3，在数量上同液体在上叠板9上的分配点一样多，就直径约为4米的蒸馏塔而言，开孔数目通常为1000至3000个。

分配器4还包括与开孔3连通的直管10。每个直管10配有一个上入口孔11和一个下出口孔12，所述上入口孔刚好布置在对应的开孔3之下，所述下出口孔正好布置在上叠板9的上表面13之上。若r和R分别标示从开孔11和12到轴线X-X的距离，则R＞r。另外，点12围绕轴线X-X相对于点11呈90°错开，如图2和图3所示。

开孔3按一系列同心圆环加以布置。与每个平均半径为r的圆环14相连的是表面13上的一个平均半径为R的圆环15，连接这两个圆环的所有管子沿同一方向倾斜。因此，与两个相似圆环14和15相连的所有直管10构成一个回转双曲面的母线16。

对于两对相邻圆环14和114来说，直管10沿相反方向倾斜，从而形成两个彼此相套的回转双曲面16和116。因此，图2所示的双曲面116对应于紧靠所述圆环14和15内部的圆环114和115。

所有直管10按照这种方式形成一叠回转双曲面，其母线沿两个方向交替倾斜。

当轴线X-X竖直的时候，由于分配器4的回转对称性，所有直管10提供相同的液体流量。

当轴线X-X倾斜时，明显小于蒸馏塔半径的容器1的半径，具有减小其底部2的开孔3之间流量差别的作用。

另外，相邻两个圆环14、114的基本完全对置的两对开孔，通过其直管10连接到彼此相邻的两个点12、112上，因为这两个点基本位于通过轴线X-X的相同的径向半平面上，属于两个相邻的圆环15和115。

因此，刚好位于点12和112之下的表面区域13接收来自容器1的基本完全对置的一对开孔的总流量，实际上，对于所有的若干对开孔来说，所述总流量是恒定的。

因此，尽管轴线X-X摆动不定，所述区域的面积小得足以使两个流量由交叉波纹状填料加以重新混合，足以使整个表面13上的液体分配始终保持基本均匀。

另外，应当指出，分配器1的结构使上升气体无显著压力损失地在直管10之间并围绕容器1进行通过。

图4示出一个直管10，直管10的入口配有一个漏斗17，漏斗17确保汇集来自相应开孔3的所有液体。所有漏斗17通过一个具有孔口的板18固定就位，板18的直径与容器1相同，板18近距离地布置在底部2之下，并固定在底部2上。

另外，如图2所示，所有直管10通过一个适宜的定位构架118彼此相对地定位在容器1和表面13之间的一个中间高度上。

图5示出图4所示配置的改进之处：

-一方面，取消漏斗17，管10的入口孔11的直径明显大于开孔3的直径，入口孔11刚好定位在开孔3的下端部的下方，但是通过与容器1相连的板18与开孔3隔开。

-另一方面，管10为弯曲管，液体加速流动的上游部分20坡度大，而下游部分21坡度比较小。

-最后，管10的下端部12配有一个喷洒泵22，这有利于将液体喷洒到表面13上。实际上，喷洒泵22使液体喷洒到表面13上的面积大于相应的开孔3的面积。

在该实施例中，与两个相似圆环相连的所有弯管盘绕成围绕轴线X-X形成一个筒形表面。因此，所有弯管形成一系列这种彼此相套的表面，这些弯管盘绕的方向从一个表面换向到下一个表面。

图5A所示的实施例与前述实施例的不同之处在于喷洒泵22的取消和管10的形状。实际上，如图4所示，管10包括一个主要的倾斜直管部分，并且弯曲成两个竖直的直管端部。

图6示出另一种纠正蒸馏塔倾斜影响的方法，可以弥补由于蒸馏塔倾斜而造成的填料中液体分配的缺陷。实际上，在倾斜作用下，液体趋向于聚集在蒸馏塔一侧，而在另一侧逐渐干燥。这样，可以合理地用较大的液体流量供给干燥的一侧，而用较小的流量供给另一侧。

为此，与基本完全对置的开孔3A和3B相连的管子10A和10B通向表面13上的点12A和12B，点12A、12B也是基本完全对置的，但是相对于两个开孔来说却是颠倒的。因此，相对于轴线X-X来说，点12A(或12B)与开孔3B(或3A)基本位于相同的径向半平面上。因此，这种布置可以较多地喷洒到容易在倾斜作用下干燥的填料区域。但是，为了如前所述获得一种可以透过上升气体而在管10之间又不发生交叉的结构，在这种情况下，数量多的管10的实施必须采用复杂的形状尤其是螺旋形状，这比图1和2所示实施例中的实施方式更为复杂。

在图6所示的实施例中，点12A围绕X-X相对于点11A错开180°。若错开角度为100°至180°，则获得一种对液体分配的多少进行修正的作用或过度补偿作用，最大错开角度为180°。

图1和图2所示的流量补偿方式在于图7所示的分配器4的实施方式，而且在于两级分配的结构。因此，容器1的底部2上开孔3的数目n比表面13上供给点的总数N少得多，例如有32个开孔，容器1形成一个液体精确预分配级104。开孔3布置成一个靠近容器1的周边壁的单个圆环。

在一个下部高度上配置一个液体局部分配附加级105，该附加级105由n／2=16个二级容器101构成，这些二级容器朝上开口，具有钻孔底部102，面积相同，钻孔率也相同，均匀分布在蒸馏塔的截面上(为简明起见，图中仅示出两个二级容器)。每个底部102钻有n’个开孔103，例如(n／2)Xn’=N，或者n’=200，这相当于N=3200个孔。

每个二级容器101都由两个管子10A和10B供给液体，而这两个管子本身分别由两个如前所述完全对置的开孔3A、3B供给液体。因此，一方面对分配级104处的倾斜进行补偿，另一方面由于二级容器101尺寸小，则大大减小每个二级容器101中的倾斜作用。

在其它实施例中，如图7中虚线所示，可以用一个单个T形管110取代两个管10A和10B，连接开孔3A和3B，接收来自两个完全对置的开孔的液流，使之在T形管的杆部汇合成单独一支液流。

图7示出一组彼此相隔的容器101，以说明分配器的工作情况。但是实际上，将使用单独一个容器101(图8)，该容器101基本具有表面13的直径，以轴对称的方式分成十六个隔间123，这些隔间面积相同，钻孔率也相同，这里，每个隔间200个孔(未示出)。这十六个隔间例如可以用五个隔板23相隔而成，这五个隔板彼此平行，形成容器101的隔壁，这些隔壁的直径是10个同上述隔板相垂直的隔板24。

在一个两级分配器的情况下，图6所示的流量校正方式或过度补偿方式也可以用来将容器1的液体输送到容器101或隔间123中。

在上述各个实施方式中，每个开孔3可以不是单独一个直径较大的开孔，而是由一组彼此靠近的直径较小的开孔203构成。由此而带来的优越性是，液位高度H₂(图10)小于液位高度H₁时，可以获得一定的液体流量，液位高度H₁是在单独一个开孔的情况下所需要的(图9)，这产生一种扰动涡流效应。但是，多个开孔203的直径必须足以避免发生被要分配的液体中含有的杂质堵塞的危险。

本发明也适用于一个其轴线不完全竖直的固定蒸馏塔中回流液体的分配。

文献WO-A-90／10497描述了一种同上述交叉波纹状填料相类似的填料，但是这种填料以不同的方式进行钻孔。本发明所使用的术语“交叉波纹状填料”也包括这种填料以及所有类似的填料。

Claims (23)

1．一种用于蒸馏塔的液体分配器，包括一个主容器(1)，该主容器在底部具有出口孔(3)，这些出口孔分布在一个区域(2)，其特征在于，这种液体分配器包括一个输送件(10；110)，该输送件适于通过重力使来自至少一个开孔(3)的液体输送到一个与所述开孔不相垂直的供给点(12，112；101，123)。

2．根据权利要求l所述的分配器，其特征在于，开孔(3)由一个单个开孔或若干彼此相邻的开孔(203)构成。

3．根据权利要求1或2所述的分配器，其特征在于，输送件(10；110)包括一个输入端(11)，该输入端位于所述开孔(3)的下方，与该开孔相垂直，并且同该开孔的输出端相隔一段距离。

4．根据权利要求1至3之一所述的分配器，其特征在于，输送件(10；110)包括一个导管，该导管朝上开口呈漏斗状或者封闭成一个管子的形状，所述导管或者是直管，或者是在一处或多处弯曲的弯管，或者是弯曲管。

5．根据权利要求1至4之一所述的分配器，其特征在于，输送件的输出端包括一个喷洒装置(22)，该喷洒装置具有一个喷洒区域，其面积大于所述开孔(3)的面积。

6．根据权利要求1至5之一所述的分配器，其特征在于，所述区域(2)的平均直径小于配有输送件输出孔(12)的表面的平均直径，直径之比尤其为1到6左右。

7．根据权利要求1至6之一所述的分配器，其特征在于，这种分配器包括输送件(10；110)，这些输送件与一组彼此相隔一段距离的开孔(3A，3B)连接，适于使来自这些开孔的液流基本输送到一个与所述开孔不相垂直的供给点(12，112；101，123)。

8．根据权利要求7所述的分配器，其特征在于，输送件(110)包括导管尤其是管子，其入口适于接收来自所述开孔(3A，3B)的液流，所述导管汇集成一个用于一组开孔的单一导管。

9．根据权利要求7或8所述的分配器，其特征在于，当分配器倾斜时，所述液流的总流量基本保持恒定。

10．根据权利要求9所述的分配器，其特征在于，同两个相对于所述区域(2)的一条中央轴线(X-X)基本完全相对布置的开孔(3A，3B)相连接且面积相同的输送件(10A，10B)，基本通向一个共同的供给点。

11．根据权利要求1至8之一所述的分配器，其特征在于，来自至少一个开孔或一组开孔(3A，3B)的液流通过一个或若干输送件(10A，10B)进行输送，当喷洒区域在倾斜作用下处于高位时，其流量较大，反之，流量较小。

12．根据权利要求11所述的分配器，其特征在于，与每个开孔(3A，3B)相连的输送件(10A，10B)通向一个相对于分配器的中央轴线(X-X)同所述开孔呈180°的供给点。

13．根据权利要求1至12之一所述的分配器，其特征在于，开孔(3)在一个基本呈水平的第一平面(2)上布置成基本呈环状的同心圆环，每个圆环对应于布置在一个基本呈水平的第二水平面上的一个具有输出孔(12)的圆环，所述第二平面位于第一平面之下，并且具有同样数目的供给点，一个输送件(10)使第一圆环上的每个点同第二圆环上的一个配合点相连接。

14．根据权利要求13所述的分配器，其特征在于，若干对相配合的点以同一个角度围绕圆环的轴线(X-X)呈一定角度错开，输送件(10)连接两个圆环，形成一个套管状罩面(16，116)，所有输送件形成一系列彼此相套的罩面。

15．根据权利要求14所述的分配器，其特征在于，所述呈一定角度的错开从一个罩面(16，116)到下一个罩面是颠倒的。

16．根据权利要求9和15所述的分配器，其特征在于，所述呈一定角度的错开约为80-100°。

17．根据权利要求11和15所述的分配器，其特征在于，所述呈一定角度的错开约为100-180°。

18．根据权利要求1至17之一所述的分配器，其特征在于，输送件(10；110)的输出端将液体提供给具有钻孔底部(102)的二级分配容器(101；123)。

19．一种蒸馏塔，其特征在于，它在至少一个高度上包括一个权利要求1至18之一所述的液体分配器，该液体分配器置于一个蒸馏区段(8)之上。

20．根据权利要求19所述的蒸馏塔，其特征在于，蒸馏区段(8)为交叉波纹状填料式。

21．根据权利要求19或20所述的蒸馏塔，其特征在于，分配器(4)是蒸馏塔(5)的塔顶分配器，所述主容器(1)至少局部地置于所述蒸馏塔的上罩(7)内。

22．根据权利要求19至21之一所述的蒸馏塔，其特征在于，输送件(10)直接将液体输送到蒸馏区段(8)上。

23．根据权利要求19至22之一所述的蒸馏塔，其特征在于，这种蒸馏塔装载在一个浮动结构(S)、例如一个石油浮台或一个平底驳船上。

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