[发明专利]化工蒸馏塔用催化剂-降液管-塔盘

说明书

本发明涉及化工工艺塔的汽-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过排出。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。