化工蒸馏塔用催化剂-降液管-塔盘的制作方法

专利名称：化工蒸馏塔用催化剂-降液管-塔盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及化工艺塔的汽-液接触塔盘。更具体地说，本发明涉及一种改进的装有催化剂介质的降液管-塔盘组件以及一个配置在该塔降液管下方的凸起的有效进气区。
蒸馏塔被用来从多组分物流中分离所选择的组分。通常，这样的气-液接触塔不是使用塔盘、填料就是使用它们的组合。近年来，在大多数板式塔设计中倾向于用筛板和浮阀板代替所谓的“泡罩”塔板，以及填料塔的普及(或者无规则(堆放)填料或者规整填料)已用于与塔盘相结合，以便实现物流中各组分更好的分离。
在塔中成功的分馏取决于液相和汽相之间充分的接触。某些汽液接触设备(如塔盘)具有相当高的压降和相当高的液体滞留量。另一类汽液接触设备，即规整高效填料对于某些应用场合也已变得受欢迎。这样的填料塔是节能的，因为它有低的压降和低的液体滞留量。但是，正是这些性质有时使得装有规整填料的填料塔难以按稳定恒一的方式操作。而且，有许多场合只需要使用塔盘。
分馏塔盘流行两种结构错流和逆流。塔盘一般由实心塔盘或有许多小孔的板构成，并安装在塔内的支撑环上。
在错流塔盘中，蒸汽通过小孔上升，并与横向流过塔盘的液体接触;通过其“有效”区;在这一区域中，液体与蒸汽混合，并进行分馏。液体通过竖直通道从上一塔盘送入该塔盘。该通道称为进口降液管。液体横向流过塔盘并通过称为出口降液管的类似通道排出。这样的降液管安装在这样的地方使它在催化蒸馏的情况下有足够的液体体积进行液相化学反应。降液管的位置决定了液体流动模式。如果有两个进口降液管以及液体在每个塔盘上分成两股物流，它称为双通路塔盘。如果只有一个进口降液管和一个出口降液管分别配置于塔盘的两边，它称为单通路塔盘。对有两个或两个以上通路的塔盘，该塔盘常常称为多通路塔盘。随着所需(设计)液体流速增加，通常要增加通路数。但是，塔盘的有效区是十分重要的。
对于汽/液接触来说，不是所有的塔盘区域都是有效的。例如，在进口降液管下方的区域通常是死区。为了得到更大的汽/液接触的塔盘区域，降液管常常是倾斜的。塔盘最大的汽/液处理能力通常随有效区域或鼓泡区的增加而增加。但是，为了增加鼓泡区，降液管可以倾斜到什么程度有一定限制，否则通道变得太小。这样可能限制了液流和/或限制了在液体中夹带的或在降液管中产生的蒸汽的分离，引起液体在降液管中反冲，因此过早地限制了塔盘的正常最大汽/液处理能力。本发明具体针对液体中夹带蒸汽或在降液管内产生的或引入降液管内的蒸汽的受限分离的问题。
增加鼓泡区因而增加汽/液处理能力的一种变型是多降液管(MD)塔盘。通常有许多以对称方式安装的盒型竖直通道穿过塔盘，使液体进出塔盘。这些降液管不是全部都伸到塔盘上方，而是按预定的距离差点达到塔盘，该距离取决于使进入出口降液管的液体中夹带的所有蒸汽都能分离所需的足够空间。在逐个塔盘之间降液管管件被旋转90°。除了使液体导入塔盘下方的鼓泡区的齿缝外，盒底是实心的，鼓泡区位于所述的塔盘的出口降液管之间。多降液管塔盘属于多通路塔盘的范畴，通常用于高液体流速。本发明的特点即催化剂介质用在降液管中以促进化学反应也可用于多降液管塔盘。
众所周知，蒸汽和液体之间的浓度差是进行传质的推动力。可用许多方法产生所述的浓度差;某些会降低效率。例如，当操作压力增加，下降的液体当它横向流过塔盘时开始吸收蒸汽。其吸收量高于通常由享利定律所确定的有关溶解的气体的量。并且它意味着有多得多的汽泡被液体混合或“夹带”。该蒸汽被液体“抓住”得并不紧密而在降液管内会被释放出来，事实上，大部分所述的蒸汽必须释放出来，否则该降液管不能接纳液体/蒸汽混合物并会满溢，因此有碍塔的成功操作。
这一现象通常当操作压力使蒸汽密度超过约1.0磅/尺3并且蒸汽的典型量为约10-20%(体积)时就会出现。
同样，在降液管中的放热反应也会从平衡混合物中产生必须释放的蒸汽，对于传统的塔盘来说，释放出的蒸汽必须与流过溢流堰进入降液管的下降的泡状汽/液混合物相持。在许多情况下，这样的相持都会导致塔的操作变坏的过早液泛。
在这样的操作应用中本身表现出的另外一系列问题是在上升的蒸汽中夹带液滴。这一现象(它实际上与上述蒸汽夹带相反)可能妨碍有效的汽液接触。在某种意义上来说，液体夹带是一动态流条件。高速蒸汽流可使下降的液滴悬浮，并阻止它们有效的通过下面的泡状混合物段。当蒸馏塔应用于需要高体积下降的液流方向正好与高体积蒸汽流方向相反时，特别难以避免这一问题。
气-液接触技术提出许多性能问题。在几个背景技术的专利中可看到一些实例，这些专利包括US3959419、4604247和4597916，它们都授与本发明的受让人，以及US4603022颁发给日本东京的MitsubishiJukogyoKabushikiKaisha公司。另一参考可看转让给联合碳化物公司的US4499035，该专利提出一种有改进入口鼓泡设备的气-液接触塔盘。这里示出一种上述类型的错流塔盘，它具有能促使鼓泡活动的改进设备，在塔盘进口处有留有一定间隔的无孔壁部件，它基本上竖直向上延伸并横切过液体流路。据称该结构促使比简单的开孔塔盘组件更大塔盘表面上的鼓泡活动。这一点通过在邻近降液管区的地方提供一个加速蒸汽上升通过这里的凸面区来部份地实现。
授与壳牌石油公司的US4550000提出在塔中竖直叠加的塔盘之间液体与气体接触的设备。在给定塔盘中的孔以使来自相邻上层塔盘的卸料设备中的液体受到较少妨碍地为气体提供通道。这一点通过固定到降液管下方的塔盘板使下降的液流断开的开孔罩来达到。这样的进展在背景技术结构的范围内提高了塔盘效率。同样，授与日本东京的NipponKayakuKabushikiKaisha公司的US4543219中提出一种挡板塔。描述了高气-液接触效率的操作参数和低的压力损失。这些参考文献用来说明在板式工艺塔中高效汽液接触的必要性。授与CarlTChuang等并转让给加拿大原子能有限公司的US4504426是气-液接触设备的另一个例子。该专利同样提出了许多提高分馏效率和改进降液管-塔盘设计的优点。降液管下方增加塔盘的开孔区，而开孔面积则小了0-25%。
另一参考文献见授与W.Bruckert(1968)的US3410540。在文中示出一种降液管出口挡板，用来控制液体从降液管中流出。该挡板可为固定焊接或活动焊接。在这方面，降液管开孔足够小以控制液体流出，可以比塔盘小孔要大，它可为圆形的或矩形的。在这里还十分详细地描述了可能破坏降液管操作的瞬变力。对于降液管进入下层塔盘的每一个应用场合，都必须考虑这些力和有关的汽-液流问题。
蒸馏塔的最新应用是同时或分级分馏与化学反应相结合。根据在化学工业中熟悉的勒夏忒列原理，化学反应动力学可通过改变反应物与产物的平衡来改善。例如，US3629478和3634534中的机械设计列举了在降液管中装有催化剂的蒸馏塔反应器。在有气体产物生成的放热反应的情况下，降液管进口处蒸汽释放空间可能变得严重超负荷，使整个塔原要求的蒸馏功能受到破坏。因此一个操作上的考虑因素是排放降液管中产生的气体以及从塔盘带入的气体。当使塔的操作效率最大时，这些考虑因素必须强调。
所以提供一种改善降液管-塔盘蒸汽流动(其中使用催化剂介质)的方法和设备是有益的。本发明提供这样的降液管-塔盘组件，其中将一系列均匀凸起的有效进气区板装在其中装有催化剂的包的降液管的下方。该板上有许多小孔，有些有导流叶片，它安装在催化剂-降液管组件下方，使蒸汽注入液流中，这在达到更大的汽-液处理能力方面它是有效的。同样，来自下层降液管的过量蒸汽通过凸起的有效进气板排放。
本发明涉及化工蒸馏塔催化剂-降液管-塔盘蒸汽流动的改进。更具体地说，本发明的一个方面包括用于这类工艺塔的改进的降液管-塔盘组件，其中液流向下通过第一降液管进入第一塔盘，并横流过第一塔盘的有效区域。向上的蒸汽流穿过该有效区域与液体相互作用并进行传质。然后液体从该塔盘流过第二降液管。本发明的改进包括在降液管中放置催化剂介质包，降液管安装在基本上均匀凸起的有效进气区上方，该进气区用来形成排放定向导流的蒸汽流。用这一方式，来自催化剂和下层塔盘的蒸汽可通过凸起的有效进气区排放使下降的液体充气，同时给它提供水平流矢量。
在另一方面，本发明包括上述的改进的催化剂-降液管-塔盘组件，其中降液管做成有具有一定角度的外形，以便制约上升的蒸汽流并增加它的水平流特征。在这一实施方案中，降液管中的部份结构具有指向凸起的有效进气区的角度，以便产生主要有水平流特征的蒸汽流。降液管的排放区可有许多穿过降液管较低部分的小孔，并以相互间隔而又平行的方式配置在有效进气区上方。在本发明另一实施方案中，排放区有通过它形成的锥形文立里区，并以相互间隔的方式安装在有效进气区上方，锥体提供一个形成基本上有水平蒸汽流特征的表面。
在另一方面，本发明包括一个蒸汽与从工艺塔降液管排放到下层塔盘上的液体混合的改进方法。该塔有许多塔盘和降液管，彼此在竖直方向留有一定间隔，并维持塔中液-汽流动的稳定性。其改进包括构成其中有支撑催化剂介质的设备的降液管并构成在催化剂-降液管下方在均匀凸起的有效进气区的塔盘。凸起的进气区还包括在催化剂-降液管的排放区下方有蒸汽流开口，以便通过均匀凸起的有效进气区排放从催化剂-降液管和其下的塔盘区来的蒸汽。排放的蒸汽与从进气区和降液管出来的排放液体相接触。
在另一方面，本发明包括一种蒸汽与从工艺塔的降液管排放到下层横流塔盘上的液体混合的改进方法，其中下降的液体与通过塔盘上升的蒸汽混合。其改进包括这样几步在邻近塔盘的催化剂-降液管组件下方，安装凸起的有效进气区;通过该塔盘的有效进气区提供最好是水平蒸汽流，以及使蒸汽流按一定角度定向进入液体，以便使它具有所选的水平流特征。
另一方面，本发明包括排放在从外部来源引入降液管流中的气体的液相催化反应中产生的气体的方法。它还包括固定促进化学反应的催化剂介质的机械设计。
为了更全面了解本发明和本发明的其他目的和优点，现在结合附图进行如下描述，其中

图1是有不同部位剖面的填料塔的透视图，以便说明塔的各个部位的内部构件和一个按照本发明的原理制作并安装在塔中的降液管-塔盘组件的实施方案。
图2是本发明之改进的降液管-塔盘组件的侧视剖面图，组件固定在工艺塔内，该图说明了液体和蒸汽通过它的流动;
图3是背景技术的筛板的俯视图，说明通过它的液体流动;
图4是降液管-塔盘组件的透视图，为了清楚起见其中部分剖开;
图5是取自沿图4的5-5线的有效塔盘区的放大侧视剖面图;
图6是图4的塔盘组件的放大俯视图;
图7是图6的降液管-塔盘组件的侧视图;
图8是图4的降液管-塔盘区的放大侧视局剖图，该图示出本发明的蒸汽排放;
图9是图8的降液管的另一实施方案;
图10是图4的有效进气区的放大的局部透视图;
图11是图4的有效进气板的透视图;
图12a是表示其中装有催化剂介质的降液管-塔盘组件的放大侧视图;
图12b是说明图12a的降液管-塔盘组件的另一实施方案的放大侧视图，使用外部蒸汽源，催化剂介质装在降液管-塔盘组件中。
首先参见图1，它表示有不同剖面的例证性填料交换塔的部分透视图，以便说明塔的各种内部构件和一个本发明之改进的催化剂-降液管-塔盘组件的实施方案。图1的交换塔10包括内部有许多填料床层14和塔盘的圆筒形塔体12。也设有许多人孔16，以便很容易进入塔体12的内部。还装有出料侧线20、液体进料侧线18和蒸汽进料侧线或重沸器返回线32。回流返回线34装在塔10顶部。
在操作中，液体13通过回流返回线34和进料侧线18送入塔10。液体13经塔向下流动，最终在出料侧线20或在塔底出料线30离开塔。在向下流动时，当液体13通过塔盘和填料床时它减少某些从液体中汽化的物质，同时富集或加入一些从蒸汽流中冷凝到其中的物质。
继续参见图1，为了清楚起见，交换塔10在一半处切开。在这一说明中，塔10包括安装在塔体12顶部的塔顶线26的蒸汽出口和安装在塔的下部环绕着连接到重沸器(未表示出)的塔底出料线30的塔裙28。重沸器返回管32安装在塔裙28上方，使循环蒸汽由此在塔中向上通过塔盘和/或填料层14。来自冷凝器的回流通过进料管34送入上部塔区23，其中回流通过液体分配器36分配穿过上部填料床38。可以看出，上部填料床38是规整填料类。为了说明，示出在上部填料床38下方的交换塔10的区域，它包括安装在支撑格栅环41下方的液体收集器40，支撑格栅环41支撑上部规整填料38。用于再分配液体13的液体分配器42同样也安装在它的下方。在断面线43以下示出第二种类型分配器42A，它安装在床层14的上方。塔10中采用断面线43是为说明这一事实塔的内部构件的排列仅仅是图示并为提供其中各种构件排列的参考。
仍参见图1，为了说明也示出一对塔盘组件。在许多情况下，工艺塔只有填料、只有塔盘或填料和塔盘的组合。但是，为了讨论整体塔及其操作，本说明是它们的组合。板式塔一般有许多这里所示类型的塔盘48。在许多情况下，塔盘48是浮阀塔盘或筛板塔盘。这些塔盘包含有一些打了孔或开缝的板。蒸汽和液体在塔盘上或沿塔盘接合。在某些组件中，允许蒸汽和液体按逆流方式通过相同的开口流动。最好是，蒸汽和液体的流动达到一定的稳定性。由于使用降液管(下文将更详细地描述)，因此可在相当低的流速下达到这一稳定性以使上升蒸汽与下降液体相混合。在一些实施方案中不使用降液管，蒸汽和液体使用相同的开口，随各自的压力变化而改变。但这里情况不是这样。
在本实施方案中，横流塔盘48和49以及降液管53和69被说明。塔盘48为传统设计，具有传统的开孔或齿缝的表面50。但是，塔盘49包括在降液管53下方有凸起的进气区51，降液管制成能使催化剂介质固定在其中。然而，催化剂介质400在该图的降液管53中不能看到，但可在降液管69中图示说明。正如下面所述，降液管53还向下开成楔形。在进口区51中的小孔可为单纯的孔或有定向流动叶片，如下面所述，它是无数重要设计考虑的结果，其中包括液体。蒸汽比/液体冷却、液流/返混、泡沫高度和均匀性、固体或淤浆的存在以及排放下层塔盘过高压力的必不可少的需要。在许多情况下，腐蚀也是填料塔中各种元件的考虑因素，并且材料的选择、设计和塔的内部构件的制造是这些考虑因素的结果。如图1所示，工艺塔的构造在GilbertChen题为“填料塔的内部构件”的文章中有更详细的描述，该文发表在1984年3月5日版“化学工程”上，在此作为参考并入本发明。
现在参见图2，表示本发明几个方面的侧视剖面图。上部塔盘48正如所示，为开孔的平板，下部塔盘49在其中心有效区52也是通常的平面结构。液体13从安装在上方的塔盘下移到降液管53，通过催化剂400并从底部54流出。蒸汽15常常产生或吸收在液体13中，正如用降液管69中所示的催化剂床402中逸出的汽泡15A所示。降液管的楔形部分54为来自有效进气区的蒸汽流提供后角，该后角为通过凸起板51和71排放的蒸汽提供水平流动矢量。液体13与从在降液管53下方凸起的有效板区51排放的蒸汽15相接触。下方的排气区也被标出。从下部降液管和装在里面位于排放区下方的催化剂介质404逸出的由催化剂产生的或夹带的气体能够直接上升到并通过板区51。如果没有凸起的板51，就没有从降液管逸出的气体的有利的蒸汽流向，它将趋向于通过传统的有效区52上升。这一接触控制了排放蒸汽的方向和横过塔盘49的中心有效区52的液流方向;斜面部分的楔54产生水平流特征。凸起板51使任何过大的蒸汽压通过该板排放，并形成有助于正常塔操作的流动构型而不是产生更多的操作问题。例如，正如下面描述的，由于这一流动构型使夹带的液体13A沉降出来。仍然通过所述的有效区52之许多小孔上升的蒸汽15可竖直上升产生泡沫61。该泡沫为一充气区，在这一区域内液体13相为连续相。当泡沫61不存在或变成不连续时，向气体连续区的转变可引起气体通过此处向上喷射。使用本发明的降液管-塔盘组件时，形成这种气体连续区的可能大大减少。
仍参见图2，泡沫61以相当均匀的高度扩展，它以横穿过塔盘49的线63到相对端65的部分剖视图表示，在相对端65有溢流堰67以维持泡沫高度63。在该处积累的泡沫流过堰67顶进入相联的降液管69，它带着泡沫向下进入斜面区70，在那里液体积累并分散在下方的有效进气区71。仅仅是为了说明，在这里也图示出有效进气区71。正如这里所说的，对于单横流塔板，孔区构成了板和段的有效长度，在这一有效长度中形成泡沫61。应该注意，本发明也可用于多降液管结构，其中降液管和凸起的有效进气区可配置在塔盘的中间区。通过用有效进气区51和71来增加总有效面积可得到更大的处理能力和效率。在本实施方案中，还有液体13横流过塔盘49的流动方式，它对塔盘的效率是重要的。为了说明本发明产生的效率，下面将讨论常规筛板塔盘的流向图。
现在参见图3，它表示横流过筛板塔盘的流向图。这里说明背景技术的筛板塔盘72，圆形塔盘有将液体送到实心底板73然后到塔盘74的第一常用降液管。第二降液管74A将液体从塔盘送出。许多箭头75说明液体13横流过常用的塔盘的不均匀流向。
在垂直于流向的两侧形成回流区76。这些逆向流区的形成，即回流区使塔盘的效率下降。这些回流区是工艺塔壁附近逆向流动的结果。当塔的直径增加时，这一逆流问题变得更显著。由于逆流增加和回流区产生的滞流影响，降低了逆向流动物流之间传质的浓度差推动力。浓度差推动力的下降导致了为在塔内达到给定的分离效果所需的更长的接触时间或接触高度。虽然返混仅仅是板效率的单一方面，但它的下降同时伴随着其他一些优点。再次引用上面提到的待审专利申请号07/304942所陈述的板效率讨论。
现在参见图4，它表示降液管-塔盘组件100的放大的局部透视图，说明各种流动特征。如里所示，塔盘49放置在塔体12中，这样有斜面103的进料降液管102安装在进料区104上方，将液体13送入塔盘49。溢流堰82安装在塔盘49的相对一侧，该处安装第二降液管，将泡沫61和液体13送离塔盘49。液体13流到有效进气板104上，并越过竖立的棱边进入塔盘49。液体13按箭头83和84的方向横流过塔盘。如果板104装有导流叶片，按照本发明的原理来自板104的蒸汽流会影响流向并且导流基本上是均一的，而没有上面讨论的逆流问题产生。箭头105反映从下层塔盘排放的蒸汽的水平流动特征，该流动特征由板104和斜面103产生。照此，可认识到两个明显的优点。没有返混会提高逆向流动物流之间传质的浓度差推动力。箭头105表示的水平蒸汽流动特征将有助于使蒸汽流105夹带的液滴沉降出来。这样的夹带在有上升蒸汽流的塔中是常有的，但它由于由进气板104产生的排放流而恶化。
现在参见图5，图示了塔盘组件49的放大剖面图。在这一实施方案中，筛板型塔盘装有梯形即V型金属丝头55。它属于SCREENTRAY型筛板塔盘。SCREENTRAY是本发明的受让人的商标，它表示塔盘49的中心有效区装有一系列V型金属丝头55，按通常的平行间隔关系安装。相邻的V型金属丝头55用横梁58固定，并在每两个金属丝头之间形成“文丘里”形狭缝87，因此导致很低的能量损失。孔51和塔盘49的相对尺寸未按比例制图，只是用来说明塔盘组件。每一金属丝头55都有梯形外周面56，形成上面规定的锥形狭缝87。这样的塔盘可在宽的条件范围内在最大效率下在泡沫区操作。示出气体15上升并与垂直于它流动的来自图4中降液管102的液体接触。结果是产生影响有效传质的气液接触的紊流模式。同样，泡沫高度达到最大，夹带达到最少，且低的压力降使降液管的反冲减少。来自凸起的进气板104的定向流使塔盘效率增加，高度下降。还应该指出，任何式样的孔都可用在塔盘49的有效区。虽然示出V型金属丝头，但本发明也可使用泡罩塔盘、其他开缝、孔、浮阀(固定的和可动的)。
现在参见图6，它表示图4的塔盘49的放大俯视图，说明其另外的流动方面。塔盘49装有几块板区。为了清楚起见，这些板区未画出小孔的详细情况。板区120有弧形侧壁121的外板，板区122相邻120安装，由一般的矩形结构构成。板区124与相邻板122同样安装，同样有一般的矩形结构。板区120、122和124中的每一个都由适合的塔盘材料构成，如图5所示的筛板塔盘结构。可以看出，竖直棱边106将塔盘122和124与凸起的进气板104分开。
仍参见图6，从图中可看到，有效进气板104和塔盘49的中心有效区之间的相对尺寸比例。在这一具体的实施方案中，板104由第一板110和第二板112组成，它们毗连接缝113且穿过毗连接头113与之焊接在一起。板110和112每一个都装有面向所选方向的格片114。板110的格片114按箭头116的方向与蒸汽流动矢量成一定角度。同样，板112的格片114按箭头118的方向与蒸汽流动矢量成一定角度。选择的蒸汽和液体流则横过板120、122和124流到对面的降液管。示出了降液管板126向下倾斜向底部排放板128，在它的最外部分有矩形孔130。按这一方式，排放液体的流路最大限度横过塔盘。使液体传送的距离最长可使塔盘效率最大，该长度在图6下方标出。
现在参见图7，它表示图6塔盘49的侧视剖面图。示出溢流堰82由一般的L型部件邻近降液管102安装。图7左侧的降液管102装有第一倾斜壁126，它啮合有一定角度的第二倾斜壁132。有一定角度的壁区132有一斜接部分134，它使得从下方的凸面板上升的有水平流向的蒸汽有出路。有一定角度的降液管可在附近为来自凸起的进气板的蒸汽提供通道。在图7右侧的凸起的进气板104解释了装在其下方的降液管正上面的较好的蒸汽流区的取向。流入降液管并被释放出的夹带在液体中的气体必须要有逸出的区域。正如下面将更详细讨论的那样，对于从装在这样的降液管中的催化剂介质产生的蒸汽同样也是如此。示出逸出的蒸汽上升到并通过板104，蒸汽优选在这里排放。支撑梁136在板104下方形成一个小室。通过梁136的侧壁形成孔137，用作蒸汽流平衡孔。如果过量的蒸汽充满板104下方的小室，它就可通过气流平衡孔137向外逸出。
现在参见图8，它表示图4的降液管102和凸起的进气板104的放大侧视剖面图。可看出降液管102有楔形壁区103，正如上面讨论的它可用来提高蒸汽流效率。在其底部有齿缝130，用来把液体13直接排放到板104上，达到与上升的蒸汽15啮合。可看出这一具体实施方案中的进气板104有许多按箭头105、142和146的方向提供定向蒸汽流的导流叶片140。叶片140可在板区144中形成，板区144可由百叶窗式金属如预膨胀的金属等构成。使用时，叶片140很容易使蒸汽流定向。当叶片140与倾斜的降液管壁103一起使用时，赋与排放蒸汽流的水平矢量可能是十分显著的，正如下面要更详细讨论的那样。如本图所示，该板高出塔盘板49，并且开向下层塔盘和降液管，用来直接从此排放蒸汽15。在这一具体结构中，通过在排放齿缝130上方维持液头148以在降液管102中产生动态密封。这些特征将在下面更详细地讨论。
现在参见图9，它表示图8中降液管板组件的另一实施方案。降液管倾斜部分134由末端呈文丘里边缘152的倾斜部分150构成。邻近文丘里边缘152的整个降液管区可仍然是通的，以便从中排放液体，在其中产生低压区，以使蒸汽15排放入塔盘49上方的区域，并如箭头105所示具有水平流特征。
现在参见图10，它表示图8的板144板区的放大局部透视图。在这一具体的结构中，使用有许多扭转窄片162以在其中形成齿缝孔164的预膨胀型金属板。可使用任何数目的百叶窗式设计。由于扭转窄片162和狭缝孔164之间的角度关系，蒸汽按箭头166的方向从此通过。这一板区160仅仅是本发明的一个实施方案，用以从本发明的凸面进气板选择蒸汽通道。
现在参见图11，可以看出多重板260、262、264可结合成凸起部分104。这些板使用定向流动叶片，中间的板262使蒸汽直接横流过板46，而外面的板260和264使蒸汽向外侧流，以便减少通过它的逆流。按这一方式，降液管102可达到高效率和高汽液相互作用。凸起的有效进气区104使固定在特定塔盘上的总有效面积增加，并且当液体直接从降液管排入时，定向流动叶片使汽液接触达到最大。应该指出，该整个板面可以在如此处所用的基本上均匀的凸起范围内倾斜。在降液管中使用固定密封进一步简化了结构并使操作效率达到最大。在有效进气板中按所需的方向设置导向叶片用于提供适宜的流动和维持流动平衡。这就防止了液体横流过塔盘49进入对面的降液管以前产生逆流。这些因素提高了塔板效率。所有这些作用都使传质效率增加而同时保持高的处理能力，它们代表对背景技术的一个明显改进。
再参见图8，本发明为塔盘间的排气提供了好处。排气发生在安装在下层降液管上方的凸起的进气区140中，它允许来自下层催化剂-降液管和/或塔盘的蒸汽以无害的方式流通。过量的蒸汽穿过凸起的进气区104的通路，过量蒸汽不需通过有效塔盘区49，过量蒸汽通过有效塔盘区49可产生流动平衡问题。况且，通过凸起的进气区104的蒸汽15可被引向具有水平流向量的方向。在有效塔盘49上方画了X-Y图用来说明来自凸起的进气区104的大量蒸汽流相对它的竖直流向量Y有一些水平流量X。箭头146说明靠近有一定角度的降液管面103上升的蒸汽15。该流向的X向量小于箭头105所示的X向量，但大于通过塔盘49的有效区上升的蒸汽15的X向量。由于有水平流向量，对于塔盘49的传质/传热来说，夹带在汽流中的液测13A将有更多的机会滴出。
为了说明这一点，图示出一系列液滴13A。而且，当104区正在放气并释放塔盘49下方的压力Py(它比塔盘49上方的压力Px高得多)时，蒸汽流的速度就高得多。较高的压力Py可在图7讨论中描述的小室内由下面的降液管排放的或催化产生的蒸汽产生。排放的蒸汽接触并使下降的液体13充气，因此，使液体夹带在蒸汽中。由前面所述的水平流特征，Y-流向量可能足够低，使液滴滴出。这样的操作情况很可能现在高压塔应用场合。在上述方式中，蒸汽中夹带的液体和液体中夹带的蒸汽都能分散而不影响塔盘间汽-液流的稳定性。稳定的流动需要下降的液流和上升的汽流之间适当的平衡。当高速竖直向上的蒸汽流通过液体时，液体可能夹带在蒸汽中。同样，当气体和液体混合(尤其是在高压应用场合)时，蒸汽可能夹带有液体中。因此夹带的蒸汽向下带入本发明背景中描述的下行降液管中。本发明能使从下层降液管中的液体释放的蒸汽排放出来。排出的蒸汽通过上面的凸起的有效进气区释放，然后带有所选的流动特征横过上层塔盘，为了释放夹带在蒸汽中的液体，由于它与降液管排放物接触和进行充气的结果所选的流动特征可能是水平的。这一双作用夹带释放足以以有效的方式使蒸汽-液体流稳定。
现在参见图12a，它表示按照本发明的原理制作的催化剂-降液管-塔盘组件的侧视图。上面已示出并详细地讨论了降液管-塔盘和塔组件的实际结构。按照本发明的原理，催化剂介质400固定在安装于塔402内的降液管401中。该催化剂介质可含有多相催化剂等，催化剂介质固定在有高比例开孔面积并呈笼形以容纳催化剂的格栅材料或筛网406内。在工艺塔中甚至在降液管中使用催化剂是背景技术中惯用的。(参见发明背景中US3634534)。在本发明中，单个催化剂包406被彼此分开，使降液管内液体能自由流过催化剂且能为自由逸出其中产生的任何气体提供降液管中向上的通道。还可看出支撑结构、包括上结构部件410和下结构部件412，它们使催化剂包406固定在其中。分离隔板414和416也可用来使相邻的包406彼此分开。从催化剂介质产生的蒸汽泡420正在从其中产生，在降液管组件中使用催化剂介质就是这样。但在这具体的结构中，蒸汽泡420能按箭头422的方向向上外流，正如相邻的上塔盘424和下塔盘426表明的那样。如上所述一个降液管(未示出)装在塔盘426下方。塔盘426的凸起的有效进气区430说明了向上通过它上升的蒸汽泡420的排放。该催化剂蒸汽泡的排汽是一种好的排汽方式，这归因于如上所述的凸起的有效进气区430。
现在参见图12，它表示力12a的催化剂介质组件的另一实施方案。在这一具体的结构中标出了，安装在降液管401中单独蒸汽进料管线450。该蒸汽进料管线450有许多喷咀452，它们能将外来的蒸汽放入装在塔盘424内的降液管401内的液体中。如上所述，塔盘426同样包括安装在降液管401下方的凸起的有效进气区430，并示出气泡正从其中产生并按箭头422的方向向上升。使用单独的蒸汽进料管线450可能有利于简化各种操作参数，这些操作参数可通过使用配置在降液管上的凸起的有效进气区以便使通过它蒸汽优选排放的办法变得更为方便。凸起的有效进气区也允许从催化剂介质406放出的气体或降液管401中蒸汽管线450排放的蒸汽有更好的蒸汽流动。
因此可以相信，从上面的描述中，本发明的操作和结构是明白的。虽然已说明了所示的或所描述的方法和设备是较好的，但是很明显，在这里可在不违背本发明的精神和范围的条件下作出各种改变和改进。本发明的精神和范围如在下面权利要求中所规定的。
权利要求
1.一种用于工艺塔的改进的降液管塔盘组件，在该组件中使用催化剂介质，其中液体流向下通过第一降液管到第一塔盘上并横流过塔盘的有效区，蒸汽流向上通过该塔盘的有效区，以便在液体从这里通过第二降液管到第三塔盘和安装在所述的第一降液管下方的第三液管以前，与该液体相互作用和传质，所述的液体和从所述的催化剂介质中产生的蒸汽之间相互作用，其中所述的改进包括安装在所述的第三降液管内的设备用于支撑其中所述的催化剂介质，和一个安装在所述的第一降液管下方的基本上均匀凸起的有效进气区，用于排放来自所述的第三降液管的催化剂介质蒸汽并同时在所述的第一降液管下方建立较好的蒸汽流动，以及使所述的催化剂蒸汽与从所述的第一降液管排出的液体接触。
2.按照权利要求1所述的设备，其中所述的降液管制成能对来自所述的催化剂介质的蒸汽流提供动态密封的结构。
3.按照权利要求2所述的设备，其中所述降液管制成有足够狭窄的液体排放区，它在所述的有效进气区上方留有一定间隔，以便建立流体储量并均匀地从上面排放。
4.按照权利要求3所述的设备，其中所述的排放区有许多穿过它的小孔，并以相互间隔而又平行的方式配置，在所述的有效进气区的上方。
5.按照权利要求3所述的设备，其中所述的排放区有穿过它的锥形的文立里区，并以相互间隔而又平行的方式配置在所述的有效进气区上方。
6.按照权利要求1所述的设备，其中所述的催化剂介质支撑设备中有将催化剂介质装在其中的笼。
7.按照权利要求6所述的设备，其中所述的笼中有将所述的催化剂分开的设备，以便让液体从其间流过。
8.按照权利要求1所述的设备，其中所述的凸起的有效区中有一进气板，该板上有许多穿过它的蒸汽导向叶片，用于使相对于所述的第一塔盘的所述的有效区有定向的、有利的蒸汽流。
9.进气板有第一和第二大体上平面的、有孔的区域，所述的第一有孔区安装有相对于所述的第二有孔区的流动叶片而言呈一定角度的导流叶片。
10.按照权利要求9所述的设备，其中所述的的第一和第二有孔区的导流叶片一般彼此垂直取向，以便给与从此出来的蒸汽流有不同的方向。
11.按照权利要求9所述的设备，其中所述的进气板有第一、第二和第三有孔区，所述的第一有孔区安装在所述的第二和第三区的中间，使横流过所述的塔盘中间部分的定向流和所述的第二和第三区分流，引导定向流从它们的外侧流过，以便减少在它们上面的回旋流。
12.按照权利要求9所述的设备，其中所述的进气板有至少一个预膨胀的金属部分，它有扭转窄片和长条形开孔，它们形成百叶窗式结构。
13.按照权利要求1所述的设备，它还包括装在至少一个所述的降液管内的外部蒸汽源，用来从中间上排放其中的排放蒸汽。
14.按照权利要求1所述的设备，其中所述的催化剂装在包里，所述的催化剂介质支撑设备有使在降液管中的催化剂包彼此分开的设备，以使液体从它们之间向下流过。
15.一种使蒸汽与从使用催化剂介质的工艺塔的降液管中排放的液体相混合的改进方法，所述的液体被排放在所述塔的错流式塔盘上，该塔有许多在竖直方向彼此留有一定间隔的塔盘和降液管，还涉及维持从所述的催化剂介质产生的蒸汽的液-汽流稳定性的改进方法，其中的改进包括构成有支撑其中催化剂介质的设备的所述降液管，用所述的降液管支撑固定催化剂介质，构成均匀凸起的有效进气区的所述的塔盘，有效进气区中有蒸汽流开孔且安装在所述的降液管的所述的排放区下方，通过所述的均匀凸起有效进气区排放从降液管和它下面的塔盘区来的蒸汽，把所述的排放蒸汽流引向与所述的排放的液体接触以及从所述的进气区和所述的降液管向外流，以及给与所述的排放蒸汽以所选的流动特征，以便使所述的接触液体分散。
16.按照权利要求15所述的方法，其中所述的塔盘构成步骤包括在邻近所述的进气区的所述蒸汽流开口处构成定向流动叶片的步骤。
17.按照权利要求15所述的方法，其中构成许多催化剂支撑物的所述的降液管，且通过所述的有效进气区排放蒸汽的步骤包括从安装在它下方的降液管排放催化剂产生的蒸汽。
18.按照权利要求15所述的方法，其中所述的给与所选流动特征的步骤包括给与所述的排放蒸汽以水平流矢量。
19.按照权利要求15所述的方法，还包括提供外部蒸汽源步骤，并将所述蒸汽源装在所述的降液管内，以便把外部蒸汽排放在其中并从此向上排放。
20.按照权利要求15所述的方法，其中将所述的催化剂介质固定在所述的降液管支撑物内的所述步骤包括将所述的催化剂装在包内的步骤和把所述的包在所述降液管内彼此分开的步骤，以便使液体从它之间向下流过。
全文摘要
汽-液接触塔用改进的催化剂-降液管-塔盘组件。降液管中装有用于促进化学反应的催化剂介质包。然后将下层塔盘的凸起的有效区安装在其下方，以改进传质效率。凸起区减低流体压力以排放来自降液管和下层塔盘的过量蒸汽。在降液管内由催化反应产生的蒸汽然后被选择地导入安装在上层塔盘的降液管排放的液体，并给与它水平流特征。按这一方式，催化反应蒸汽可有效地释放，易于得到稳定的汽-液结构，改进在工艺塔的降液管内发生的化学反应。
文档编号B01D3/22GK1087023SQ9311625
公开日1994年5月25日 申请日期1993年8月9日 优先权日1992年8月10日
发明者J·金特星, M·J·宾克利 申请人:格利特什有限公司