由一組規整填料組成的交換塔接觸器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及海上氣/液接觸塔領域，更具體地涉及海上氣處理、CO2捕集、脫水或蒸餾單元。
[0002]發明背景
[0003]采用氨洗工藝的海上氣處理和/或CO2捕集單元包含液態或氣態流體吸收和再生塔。這些塔在氣/液逆向或同向流動條件下工作，它們安裝在例如FPSO (浮式生產、儲油和卸油)型或FLNG(浮式液化天然氣)型船舶、鉆井浮船或海上平臺上。鉆井浮船也包含蒸餾塔或脫水塔。
[0004]這些海上氣處理和/或CO2捕集和/或蒸餾和/或脫水單元中所用的塔一般基于塔中流動的氣體與液體之間的物質交換和/或熱交換原理。接觸塔通常由圓柱形外殼和在其內部配備的接觸元件組成，所述接觸元件促進流體之間的交換。增大接觸表面積的接觸元件(接觸器)可以是規整填料(structured packing)、無規則填料(random packing)或塔板。圖1顯示了氣體處理塔I的具體實例，塔頂配有分配塔板。在該例子中，氣體(G)和液體(L)以逆流方式流動。該氣體處理塔I通常包含裝有接觸器的若干區段3，分配塔板2安置在每個接觸器3的上方。氣體/液體接觸器使氣體G與液體L接觸，從而進行交換。
[0005]所考慮的氣/液接觸塔放置在對波浪運動敏感的浮動結構上，例如船舶型、平臺型或駁船型浮動結構。因此，安裝在這些單元上的設備，特別是氣/液分配塔板，發生多達六個自由度的波浪運動(艏搖，縱搖，橫搖，垂蕩，橫蕩，縱蕩)。
[0006]作為提示性信息，與縱搖和橫搖振蕩的組合相關的角度約為+/-5°，周期為10-20秒。塔中遇到的縱向、橫向和垂向加速度的數量級在高出甲板6米處(塔安裝在此處)分別是0.2/0.8/0.2m/s2，在高出甲板50米處分別是0.3/1.3/0.3m/s2。在這種條件下，常規接觸塔的工作可能受到極大干擾。實際上，波浪運動的影響會降低塔區段中相分布的均勻性。
[0007]若不加以控制，填料床中這種糟糕的分布會顯著降低接觸塔的性能。為了避免此類問題，人們開發了多種合適的規整填料堆。
[0008]例如，專利申請US 5，486，318公開了將填料區段隔開的接觸器實施方式。在第一個實施方式中，用多孔壁將填料區段隔開。因此，塔由多個裝有規整填料的隔室組成。在第二個實施方式中，每個填料區段與另一個區段垂直相鄰，因而整個塔區段由多個規整填料區段組成。然而，在該專利所述的實施方式中，所采用的分隔模式會降低塔中的流動均勻性。事實上，當部分流體在海洋運動的影響下從一個區段到另一個區段徑向移動時，液體匯集在障礙面上；視【具體實施方式】，該障礙面是多孔壁或填料板。液體從多個填料片匯集會形成液體和氣體的優先通道，從而降低接觸塔的傳遞性能。
[0009]此外，專利申請US 5，984，282公開了接觸器組的實施方式，其中規整填料以特定方式排布，從而實現均勻分布。但是，這種實施方式比較復雜。
[0010]此外，專利申請US 7，559，539和US 7，559，540公開了接觸器實施方式，其中填料床由兩種類型的規整填料(就幾何表面積、角度等而言)組成。根據該專利，具有不同面積的填料床可在塔的軸向或徑向疊置。在專利申請US 7，559，539和US 7，559，540中，塔區段沒有分成幾個填料區段，因而在三維波浪運動作用下，其實施方式不能防止液體在所有方向上的側向位移。因此，在海上環境中，這些實施方式沒有提供良好的液相和蒸氣相分布。
[0011]為了克服這些缺陷，本發明涉及用于熱和/或物質交換塔的接觸器，它包含具有不同幾何表面積并且具有彼此平行的主方向的兩種規整填料。因此，本發明能確保規整填料床中分布的良好均一性和一致性，從而使塔能夠順利工作，特別是在塔傾斜的情況下，而不管它傾斜的方向如何。
【發明內容】
[0012]本發明涉及塔用接觸器，所述塔用于兩種流體之間的熱交換和/或物質交換，所述接觸器包含至少一個填料層，該填料層至少由第一規整填料和第二規整填料組成，所述第二規整填料的幾何比表面積大于所述第一規整填料的幾何比表面積。所述第一規整填料的主方向平行于所述第二規整填料的主方向。
[0013]根據本發明，所述第一和第二規整填料設置成規整填料塊，每塊所述第一規整填料被多塊所述第二規整填料包圍。
[0014]較佳的是，所述塊基本上為平行六面體形、圓柱形、棱柱形和/或它們具有圓柱體上各個部分的形狀。
[0015]每塊所述第二規整填料的體積優選小于每塊所述第一規整填料的體積。
[0016]根據本發明的一個實施方式，所述塊基本上為平行六面體形，所述第二規整填料的所述塊在水平面上形成基本上垂直的帶。
[0017]或者，所述塊基本上為圓柱形，所述第二規整填料的所述塊在水平面上形成基本上同心的圓。
[0018]較佳的是，所述接觸器的周邊由所述第二規整填料組成。
[0019]根據本發明的一個方面，所述第一規整填料的幾何比表面積在100-375m2/m3的范圍內，優選基本上等于250m2/m3。
[0020]此外，所述第二規整填料的幾何比表面積在250-750m2/m3的范圍內，優選基本上等于 500m2/m3。
[0021]所述接觸器優選包含多個填料層，它們的主方向基本上彼此垂直。
[0022]此外，本發明涉及用于氣體與液體之間的熱交換和/或物質交換的塔，其中兩種流體借助本發明的至少一個接觸器相互接觸。
[0023]本發明還涉及浮式結構，特別是用于回收烴的浮式結構。它包含本發明的至少一個用于氣體與液體之間的熱交換和/或物質交換的塔。
[0024]此外，本發明涉及本發明的塔在氣體處理、CO2捕集、蒸餾或空氣轉化工藝中的用途。
[0025]附圖簡要說明
[0026]通過閱讀下文中以非限制性實施例的方式給出的實施方式的描述并參考附圖，可以了解本發明方法的其他特征和益處，其中:
[0027]圖1，上文已作描述，顯示了氣體處理或CO2捕集塔的特定實例，該塔的塔頂配有分配塔板；
[0028]圖2顯示了由兩個規整填料層組成的接觸器；
[0029]圖3-8顯示了本發明接觸器中規整填料的配置的不同實施方式；以及
[0030]圖9顯示了兩個連續的規整填料板。
[0031]發明詳述
[0032]本發明涉及塔用接觸器，所述塔用于兩股流體之間的熱交換和/或物質交換。接觸器是讓兩股流體接觸，從而促進所述兩股流體之間的熱交換和/或物質交換的元件。本發明的接觸器包含至少一個填料層，所述填料層至少由第一規整填料和第二規整填料組成，所述第二規整填料的幾何比表面積大于所述第一規整填料的幾何比表面積。根據本發明，在每個填料層中，第一規整填料的主方向平行于第二規整填料的主方向。
[0033]所謂規整填料是指一疊波紋板或折疊片，它們有條理地排布成大的塊的形式，如專利申請 FR 2，913，353 (US 2010/0，213，625)、US 3，679，537 和 US 4，296，050 所特別描述。規整填料具有在代表性直徑一定的情況下提供大幾何表面積的優勢。構成規整填料的板具有位于橫平面上的主方向。因此，主方向是垂直于縱軸的方向，由板的結構限定。圖9顯示了規整填料的兩個連續波紋板5的實例。在此圖中，z軸對應于縱軸，流體流動沿此軸發生，而X軸和y軸限定了水平面(橫平面)。此圖顯示了規整填料的主方向Dir，該方向對應于與縱軸正交的方向，穿過規整填料板的波褶的頂部(或空當)。在此圖中，規整填料的主方向平行于X軸。
[0034]接觸器通常包含幾個層層疊起的規整填料層。圖2顯示了由兩個規整填料層4組成的接觸器3。為了促進流體之間的交換，接觸器的各層具有不同的主方向，它們的主方向優選基本上彼此垂直。層的高度可在0.1-0.3m的范圍內，優選等于0.21m。
[0035]規整填料的幾何比表面積對應于填料所形成的總面積，該表面積表達為單位體積的填料的幾何表面積。規整填料通常可形成100-750m2/m3之間的幾何比表面積。由于其幾何排布的原因，規整填料的比表面積大于具有相同水流容量的無規則填料的比表面積。
[0036]根據本發明，具有不同幾何表面積的規整填料區段的主方向彼此平行。規整填料可具有相同結構而具有不同尺寸，或者它們可具有不同結構。將填料區段分成幾個具有不同幾何比表面積的床可防止在波浪運動影響下液體發生大規模側向位移，或者在填料中形成優先通道。實際上，具有更大幾何表面積的填料區段削弱/減小液相和蒸氣相的慣性和側向位移，從而在規整填料中提供良好的相分布均勻性。此外，各填料區段之間的邊界不受阻礙。因此，本發明通過設置兩個具有幾何比表面積梯度的填料區段，提供了液相和氣相的均勻、一致的分布。
[0037]較佳的是，對第一和第二規整填料進行設置，形成規整填料塊。每個規整填料塊由一種類型的規整填料(第一規整填料或第二規整填料)組