带孔板式塔及其改造方法与流程

本发明涉及一种带孔板式塔。

背景技术：

带孔板式塔是在许多化工厂中的已知设备。

塔内的空间由带孔塔板组件分隔以促进两个工艺流之间的相互作用，通常是向下流动的液体和上升的气体或蒸气之间的相互作用。特别地，带孔塔板增强工艺流之间的热交换和传质。

在板上流动的液体在进入下导管中之前与向上流动的蒸气相互作用，该蒸气穿过在塔板的选定部分中提供的开口。

以下是在带孔板式塔的描述中通常采用的定义列表。

有效面积：该有效面积是整个塔截面面积的一部分，所述开口可以提供在该部分中并且在该部分中发生液体-蒸气接触。

开口面积：该开口面积为有效面积的提供有开口的一部分(即，开口面积表示开口的总表面)。

下导管面积：下导管面积是允许液体从上塔板供应到下塔板的下导管占据的面积，并且其中液体与蒸气之间不存在有效接触。借助于开口在有效面积中实现有效接触。

塔总表面积：带孔板式塔的塔总表面积表示为塔板覆盖的所有截面积，包括有效面积和下导管面积。

除此之外，带孔板式塔被用于在一些合成氨装置的co2去除区段中制造吸收器或再生器。

在这种塔的设计中遇到的技术问题是确保向下流动的液流在每个塔板上有一定的停留时间并且被输送到下方的下一个塔板。

通常，每个带孔塔板具有围绕其周边的密封环以避免液体旁通，并且可包括一个或更多个挡板以限定液体路径或允许在塔板上方形成液位。提供下导管以收集来自塔板的选定位置的液体并将该液体输送到下方的下一个塔板。

现有技术的常见实施例具有用于每个塔板的单个下导管。通常，下导管位于带孔塔板的一侧。因此，每个塔板具有接收来自上方的液体的一侧，和收集液体并将其送至下一个塔板的相对侧。因此，每个塔板具有下导管入口面积和下导管出口面积，两者都减小了可用的有效面积。为此，现有技术遭受的缺点是：塔板面积的相对大部分被下导管入口面积和下导管出口面积所占据，因此不可用作有效面积。

通常，下导管的尺寸由液体穿过下导管本身的最大速度来决定，因此需要相对大的下导管。大尺寸的下导管不仅减小有效面积，而且影响系统的流体动力。挡板也会减小有效面积。

例如，单通路塔板的现有技术实施例具有圆形横截面，其中仅中心带可用作有效面积。剩余的左/右部段被下导管占据并且属于下导管入口面积和出口面积。

另一个缺点是，每个塔板趋于产生基本上水平的主流动方向和层状液流，该主流动方向和层状液流是从接收液体的液体输入侧到液体进入导向下一个塔板的下导管的液体输出侧。该液流与向上流动的气相呈交叉流布置。然而，已经发现对于所需的与气相的相互作用而言，该流态不是最佳的。在多通路塔板或等同设计的情况下，交叉流态也在两个主要方向上发展；通常，所述两个主方向彼此之间以180°定向。

us2016/0271516公开了一种用于传质塔的交叉流塔板。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的带孔板式塔的以上缺点。特别地，本发明的一个目的是增加带孔塔板中的有效面积。另一个目的是提供更有效的流态。

通过根据权利要求1所述的带孔板式塔实现了该目的。在从属权利要求中列举了优选的特征。

在本发明中，液体经由多个下导管管道从一个塔板转移到另一个塔板。每个塔板具有成组的下导管管道，并且每个下导管管道具有在塔板上方延伸的上部入口区段和朝向下一个塔板延伸的下部出口区段。下部出口区段终止于端部防护件以防止上升的气体进入下导管管道中。

根据本发明的带孔塔板包括具有竖直轴线的容器和带孔塔板组件，该带孔塔板组件至少包括第一带孔塔板和第二带孔塔板，该第二带孔塔板与第一带孔塔板相邻且在第一带孔塔板下方，以及第一带孔塔板包括多个下导管管道，其中每个下导管管道包括：

第一部分，其在第一带孔塔板上方延伸；第二部分，其在第一带孔塔板下方朝向第二带孔塔板延伸，

其中下导管管道的第一部分终止于下导管管道的位于第一带孔塔板上方的入口区段，

其中下导管管道的第二部分终止于第二带孔塔板上方的出口区段和端部防护件，

端部防护件被配置成保持出口区段被流动经过下导管管道的液体浸没，

其中，和第一塔板相关联的每个下导管管道与和第二塔板相关联的相应的下导管管道轴向对准。

通常，塔包括若干(多于两个)带孔塔板。在这种情况下，对于包括第一塔板(即上塔板)和第二塔板(即下塔板，紧邻第一塔板下方)的每对相邻的带孔塔板，和该对带孔塔板中的所述第一塔板相关联的每个下导管管道与和该对带孔塔板中的第二塔板相关联的相应的下导管管道轴向对准。

对于每对相邻的带孔塔板，该对带孔塔板中的第一带孔塔板的下导管管道基本上与该对带孔塔板中的第二带孔塔板的下导管管道堆积(堆叠)。这适用于所有相邻的塔板，即，一对带孔塔板中的上述第二塔板可被视为另一对带孔塔板中的第一塔板。

一些优选实施例由从属权利要求描述。

在优选实施例中，下导管管道是竖直管道并且是竖直对齐的，即第一带孔塔板的每个下导管管道与第二带孔塔板的相应下导管管道共享共同的竖直轴线。

优选地，第一塔板的下导管管道的第二部分在第二带孔塔板上方距第二带孔塔板一定距离处终止，该距离大于第二塔板的下导管管道的第一部分的高度。

下导管管道的第二部分基本上悬挂至第一带孔塔板。下导管管道的底端在第二带孔塔板上方，并且优选地也在下一组的下导管管道的入口上方。这种下导管管道的布置不需要下导管入口面积，因为带孔塔板接收从上方落下的液体，而不需要在接收塔板中的下导管入口面积(即，液体接收面积)。

因此，本发明的第一个优点是，与现有技术相比，可以增加有效面积。

本发明的第二个优点是，液体经过多个下导管管道而不是大的单个下导管输送。因此，每个塔板在多个点处接收液体，并且液体更均匀地分配在塔板上。这也是由于当下导管管道可被分配时可获得大的有效面积。每个下导管管道可以被认为是塔板之间的液体输送装置，并且因此，与现有技术相比，在较大面积上分布若干下导管管道的设置提供了更均匀的液体输送。

第三个优点是，经过若干下导管管道分配液体以促进液体在带孔塔板表面上的湍流，从而改善与气相的接触、热交换和传质。这种效果通过以下方式来进一步改善：规则地间隔开布置下导管管道，例如以正方形节距或三角形节距。减少了对挡板的需要，并且在塔板上可以获得更多的有效表面。

申请人还发现，若干相对小的下导管管道可以以有效的方式输送液体，同时增加塔板的有效面积。

本发明的又一优点是，下导管管道的入口区段可以在带孔塔板的表面上方的显著高度处；因此，塔板上的液位(堰高)可大于现有技术，从而提供较长的接触时间和较高的塔板效率。

优选地，根据本发明的带孔板式塔供应有液流(液相)和气流(气相)，其中液流向下流动经过塔且气体蹒跚向上流动，与穿孔面积中的液流逆流。

优选地，带孔塔板垂直于反应器的竖直轴线。

优选地，每个下导管管道是竖直直管道。更优选地，每个下导管是具有圆形横截面的竖直直管道。

下导管管道的入口区段优选地在第一带孔塔板的上表面上方300mm至2.5m处。因此，第一带孔塔板上方的相应容积可填充有液体，从而形成大量液体，向上流动的气相穿过该大量液体。如此获得的塔板上方的液体高度显著大于现有技术所能达到的液体高度。相关的优点是在液相和气相之间的相互作用方面提高了带孔塔板组件的效率。

在本发明的一个方面中，下导管管道以以下方式布置：液体围绕每个下导管在塔板上流动，其中径向流围绕下导管均匀地分布在所有径向方向上，即没有优选的液体流动方向。以上方式可应用于塔的所有塔板的下导管。因此，避免了交叉流的缺点并且改进了液-气相互作用。

在优选实施例中，下导管管道以正方形或三角形节距规则地分布在塔板表面的至少一部分上。这种布置尤其产生围绕每个塔板下导管的上述径向流，而没有优选的液体流动方向。

所述下导管管道的总横截面积优选地在塔总表面积的4％至30％的范围内。每个单独的下导管管道的横截面积优选地在塔总表面积(如上定义)的0.4％至10％的范围内。

端部防护件优选地具有在出口区段下方的底表面以及周边壁，该周边壁围绕出口区段从所述底表面延伸至出口区段上方的上边缘。所述周边壁优选为圆柱形壁。

在优选的应用中，根据本发明的塔是合成氨装置的co2去除区段的吸收器或再生器。co2去除可以例如在通过烃的重整获得的用于合成氨的补给气体上进行。co2在一氧化碳co的变换反应中产生并且必须在转化之前被去除，因为co2损害了用于合成氨的催化剂。从补给气体中除去co2的已知技术包括在合适的介质中吸收co2并随后再生该介质。这些步骤在吸收器和再生器中进行，该吸收器和再生器可以实施为带孔塔板容器。

带孔塔板组件中的带孔塔板数量通常在3至9的范围内。优选地，塔板在竖直方向上均匀地间隔开。

因此，本发明包括用于使向下流动的液体与上升的气流相互作用的带孔板式塔，该塔包括具有竖直轴线的容器和包括多个带孔塔板的带孔塔板组件，其中所述多个带孔塔板中的每个带孔塔板包括多个下导管管道，其中每个下导管管道包括：

在第一带孔塔板上方延伸的第一部分，在第一带孔塔板下方朝向第二带孔塔板延伸的第二部分，该第二部分悬挂至上方塔板并且不需要到下方塔板的入口下导管面积，

其中下导管管道的第一部分终止于下导管管道的位于第一带孔塔板上方的入口区段，

其中下导管管道的第二部分终止于第二带孔塔板上方的出口区段和端部防护件，

然后端部防护件被配置成保持出口区段被流动经过下导管管道的液体浸没，

其中，对于包括第一塔板和第二塔板的每对相邻的带孔塔板，和该对相邻的塔板中的第一塔板相关联的每个下导管管道与和该对相邻的塔板中的第二塔板相关联的相应的下导管管道轴向对准。

在优选实施例中，上塔板的端部防护件还用作位于下部后续塔板中的轴向对准的下导管的顶盖，从而避免任何直接液体从上部下导管落到下部下导管。

接收从上方带孔塔板(上塔板)向下流动的液体的每个带孔塔板(下塔板)优选地不具有下导管入口面积；该液体以下降液体形式从悬垂至上部带孔塔板的下导管管道接收。

然后，该液体围绕每个安装的管在优先径向方向上流动，而没有该流动的优先方向。

本发明的一个方面还是改造塔。该方法包括移除原始组件并安装新带孔塔板组件，其中该新组件具有带孔塔板的布置，且下导管管道是根据上述公开的优选实施例中的至少一个。

借助于以下关于优选实施例的详细说明，本发明的优点将更清楚地呈现。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的带孔板式塔的方案。

图2是在优选实施例中图1的塔的带孔板组件的下导管管道底端的横截面。

图3是板的横截面。

图4是基于多个塔板管道的新配置与基于单通路塔板的标准配置之间的比较。

具体实施方式

带孔板式塔具有带竖直轴a-a的压力容器1，并且包括用于使向下流动的液体l与上升的气相g接触的带孔塔板组件2。

带孔塔板组件2包括在容器1内规则地间隔开的多个带孔塔板。图1示出包括第一带孔塔板3和第二带孔塔板4的成对的塔板。第二塔板4位于第一带孔塔板3旁边并且在第一带孔塔板3下方定位。两个塔板3、4具有多个孔5(在图3中可见)。优选地，所有塔板的形状和尺寸相同。

第一带孔塔板3包括多个下导管管道6，以将液体l输送到下方的塔板4。

每个下导管管道6包括在第一带孔塔板3上方延伸的第一部分(上部)7、在第一带孔塔板3下方朝向第二带孔塔板4延伸的第二部分(下部)8以及底部防护端9。

上部7终止于下导管管道6的入口区段10。所述入口区段位于第一带孔塔板3上方的高度h处。

由于下导管管道6的细长形状，高度h可显著大于现有技术的塔，例如大于300毫米并且优选地在300毫米至2.5米的范围内。优选地，所有管道6的入口区段10处于塔板3上方的相同高度处。

下部8终止于出口区段11，出口区段11在第二带孔塔板4上方。出口区段11位于防护端9内(图2)。

此下部8不需要下部带孔塔板面积的任何部分来提供入口下导管面积，因为液体正好从上方的塔板落下而被供应到下方的塔板。

下部8终止于距离下塔板距离高度h2处，其中，h2大于h。因此，下部8保持在下一个塔板的下导管上方。

防护端9也位于第二带孔塔板4的上方。所述防护端9具有在出口区段11下方的底表面12和周边壁13，该周边壁13在出口区段11周围和上方、从底表面12延伸至上边缘。周边壁13的所述上边缘14在出口区段11上方。优选地，壁13是圆柱形的。

然后防护端9被配置为围绕出口区段11的容器，该容器被适配成保持出口区段11被液体l浸没。当液体l到达上边缘14时，液体l朝向第二带孔塔板4溢流。可以理解，防护端9用作液压防护件以防止上升气体g进入管道8。相反，气体g穿过孔5起泡并与塔板3上方的液体l混合。

第一塔板3具有周边密封件15，使得液体只能向下流动经过下导管管道6。每个下导管管道6除了上部入口区段10之外没有入口。

图2示出了固定到管道6的底部的端部防护件9的实施例。该图示出了一个实施例，其中管道8的末端部是圆锥形的并且端部防护件9由金属片16锚定，以便将底部12保持在出口区段11下方。在使用中，液体l从由边缘线14(壁13的上边缘)指示的水平面溢出。

图3示出了几个下导管管道6的布置的示例。下导管管道优选分布在塔板的整个表面上，或至少分布在塔板的一部分上。图3涉及板3；板4是类似的。

第二带孔塔板4具有各自的成组的下导管管道6’，以将液体l输送至塔板4下方的另一带孔塔板。下导管管道6’可根据第一塔板3的上述下导管管道6来实现。特别地，第二塔板4具有与第一塔板3相同的管道6’的塔板上方高度h。

优选地，第二塔板4的下导管管道6’的上部入口区段在第一塔板3的下导管管道6的端部防护件9的底部下方，如图1中以堆积的配置示出的。因此，更一般地说，在一个塔板的下导管管道的下端和下一个塔板的下导管的入口端之间存在自由空间。

图1示出了堆叠的下导管管道的实施例。第一塔板3的每个下导管管道6与第二塔板4的相应下导管管道6’竖直地对准。成对的对准的下导管管道6和6’具有相同的轴线。

应当理解，附图仅示出了两个塔板3、4，但是在大多数情况下，组件2将包括若干塔板，每个塔板具有成组的下导管管道，该下导管管道呈现为上述的管道6，以将液体l输送至下一个塔板。优选地，所有下导管管道如上所述的轴向对准。

在操作中，液体l覆盖第一塔板3的表面并积聚在塔板3上方，直到其到达下导管管道6的入口区段10。从这里，液体l流动经过管道6，填充底端防护件9并且从边缘14溢出到下方的塔板4上。同时，气体g的气泡与经过孔5的液体接触。因此实现了有效的传热和传质。

图4示出了a)现有技术单通路塔板与b)根据本发明实施例的塔板之间的比较。

在图4(a)的现有技术中，只有带孔塔板的中心带20可用作有效面积，剩余的区段21、22被下导管占领。特别地，一个区段(例如区段21)是下导管出口面积，而另一个区段是下导管入口面积。两者都减小了有效面积。

如图4(b)所示，本发明不需要下导管入口面积，因此增加了有效面积。而且，由于多个下导管管道的布置，液体传输更好地分布在塔板上。

示例

在从工业应用获得的以下示例(见图4)中，下导管面积必须被设计成允许0.18m/s的液体速度(液体流速570m³/h)，而总截面面积是11.3m²(圆柱形塔板直径3.8m)。

在具有单个塔板通路的标准配置与根据本发明实施例的基于具有400mm直径的7个下导管圆形管道的配置之间进行了比较。

从上表明显可见的是，新配置可获得更大的用于蒸气的有效面积，从而降低了塔中溢流问题的可能性。

在另一个观点中，在新塔架的情况下，基于悬挂至以上塔板的多个堆叠管道的新配置的应用允许设计塔架，该塔架的塔的直径小于具有基于标准配置的塔板的塔的直径。