流体接触塔的最佳填料结构及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种由管(1)束的有序布置组成的填料结构。对于每个管束，管(1)在由长方体的对角线形成的四个方向上定向，所述长方体所具有的一个尺寸大于其它尺寸。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及流体接触设备的领域。接触塔的用途是提供流体之间的接触，以便实现流体之间的物质或热传递。该类型的流体接触设备广泛地用于实施蒸馏、精馏、吸收、热交换、萃取、化学反应操作等。接触塔通常由设置有促进流体之间交换的内部接触元件的外壳组成。一般来讲，该塔允许在上升气相和下降液相之间提供紧密接触，或者反之亦然。在塔内，流体可以同流或逆流循环。增大流体之间接触表面的接触元件可以是盘、规整填料(即，若干相同的或不同的单一元件并置，其以有序的方式布置，例如，波纹片材)或散堆填料(即，杂乱无章地堆叠地单一元件，例如，环、螺旋)。
技术介绍
文献EP-0,449,040描述了一种内部填料元件，其允许促进流体之间的交换，克服流体循环块阻碍限度，同时对化学侵蚀和腐蚀的抵抗力。在流体接触塔的应用中，尤其是在需要用吸收溶液洗涤流体的蒸馏或反应吸收中，例如天然气脱氧或燃烧气脱碳，有必要具有最好的可行的接触元件，以在限制塔内压降并具有最大(液体和气体)传递系数的同时提供最大接触表面。因此，专利FR-2,913,897(US-8,505,884)公开了一种用于流体接触塔的内部填料结构，其适合蒸馏和反应吸收的应用，所述应用尤其在限制压降增加的同时允许流体之间的交换表面增大。该专利中所述的填料结构由管束的有序布置组成，管包括促进交换的孔。每个管束中的管在立方体的两个方向或四个方向上定向。然而，该填料结构的容量对于预期应用保持为低的。填料的容量对应于穿过填料而没有液泛，即在填料的一部分中没有形成气体积聚的气体量。本专利技术因此涉及一种由管束的有序布置组成的填料结构。对于每个管束，管在由长方体的对角线形成的四个方向上定向，所述长方体所具有的一个尺寸大于其它尺寸。因此，该管布置允许管在塔轴线上的倾斜，从而提供增加的填料结构容量。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于流体接触塔的填料结构，所述结构形成包括管束的有序布置的体积，所述管的壁包括经提供以便促进流体在所述结构中循环和混合的孔。每个管束包括分别在由长方体的对角线形成的四个方向上定向的四根管，所述长方体所具有的一个边尺寸大于其它边尺寸。根据本专利技术，长方体的较大尺寸在所述填料结构的垂直方向上定向。有利地，所述管的轴线相对于垂直轴线的定向角度的范围在20°和50°之间，优选地在30°和45°之间。优选地，管的液压直径的范围在5mm和50mm之间。根据本专利技术的实施例，所述管具有基本上圆形或椭圆形截面。优选地，所述管的截面为多边形。根据本专利技术的实施例，所述结构包括由管束的有序布置组成的多个平行六面体块。根据特性，所述孔内接于矩形，所述矩形的边的范围在2mm和45mm之间，并且所述孔中的每一个在大于2mm2的表面积上延伸。根据本专利技术的设计，孔的表面积与所述管的所述固体部分的表面积的比率的范围在10％和90％之间，优选地在25％和50％之间。优选地，所述管包括缠绕成两个交叉螺旋的至少两个条带的织布，所述螺旋沿相同轴线延伸并且具有相同直径，所述条带彼此远离以便形成所述孔。根据实施例，所述管由通过至少一个杆连接的多个环组成，所述杆沿所述管的母线布置。根据变型，所述管由选自通过碳沉积凝结成的碳、金属、陶瓷、聚合物材料或热塑性材料、热固性材料的材料制成。此外，本专利技术涉及一种包括填料的流体接触塔，所述填料包括根据以上特性中的一个所述的填料结构。另外，本专利技术涉及根据本专利技术的流体接触塔在蒸馏工艺、反应吸收工艺诸如酸性气体捕捉以及天然气处理中的使用。本专利技术也涉及一种制造用于流体接触塔的填料结构的方法，其中执行以下阶段：a)制造管，该管包括被布置成以便促进流体在结构中循环和混合的孔，b)通过并置管束构造所述管的有序组件，所述管束包括分别在由长方体的对角线形成的所述四个方向上定向的四根管，所述长方体所具有的一个尺寸大于其它尺寸，以及c)将管在其接触部分处连结在一起。根据实施例，其中在阶段a)中，制造圆形或椭圆形截面的管。另选地，所述管的截面为多边形。根据变型实施例，所述长方体的较大尺寸在所述填料结构的垂直方向上定向。根据特性，所述方法包括加工有序组件以便形成长方体块的阶段以及将块铺在所述流体接触塔中的阶段。附图说明参考附图阅读由非限制性示例给出的实施例的描述，将清楚根据本专利技术的方法的其它特征和优点，在附图中：-图1示出根据本专利技术的填料结构的管的示例，-图2示出根据本专利技术的填料结构的管的第二示例，-图3示出根据本专利技术的填料结构的管束，-图4示出根据本专利技术的填料结构的管束布置，-图5示出根据本专利技术的实施例的填料结构，-图6示出根据本专利技术的填料结构的管的第三示例，-图7是根据本专利技术的实施例的管束布置中椭圆形管的横截面通道区域的视图，-图8示出根据本专利技术的变型实施例的椭圆形管的截面，-图9示出根据本专利技术的实施例的包括填料结构块的接触塔，-图10示出根据现有技术的填料结构和根据本专利技术的填料结构的100m3/h/m2润湿比的线性压降，以及-图11示出根据现有技术的填料结构和根据本专利技术的填料结构的50m3/h/m2润湿比的线性压降。具体实施方式本专利技术涉及流体接触塔的填料结构。根据本专利技术的填料结构形成包括管束的有序布置的体积。管被理解成基本上恒定截面的空心圆柱体，其垂直于截面(沿圆柱体母线)的尺寸为空心元件的最大尺寸。管可具有任何截面，例如，正方形、矩形、多边形、圆形、椭圆形。根据本专利技术，管的壁包括被布置成以便促进流体在所述结构中循环和混合的孔。根据本专利技术，每个管束包括在长方体(或矩形体)的对角线的四个方向上定向的四根管。因此，长方体不是立方体，并且因此该长方体所具有一个尺寸大于其它尺寸，这允许减小管相对于垂直面的定向角度，因为这些角度不同于由立方体的方向形成的角度。因此，可以增加填料结构的容量。需要提醒的是，填料的容量对应于穿过填料而没有液泛，即在填料的一部分中没有形成气体积聚的气体量。管的方向基本上对应于长方体的四个对角线，不同的是管在长方体中心的对角线的理论交点处不相交，而是在该点附近相交。图1通过非限制性示例示出形成根据本专利技术的规整填料的基本图案的管状元件1的实施例。所示图1的管具有基本上圆形截面，然而，该管可具有不同形状的截面：正方形、矩形、多边形、圆形、椭圆形等。任何管截面形状适合下面所述的各种实施例。元件1由呈液压直径为θ的管形式的壁组成，该管设置有孔或孔洞T。当管的截面不是圆形时，管的液压直径是用于计算管、液压管路或通路中的流量的常用符号，以便对圆形截面的管的流量进行类似的计算。液压直径θ可以用此类型的公式进行定义：其中A为管的横截面通道的表面积，并且P为管的横截面区域的周长。对于圆形截面的管，液压直径对应于几何直径。根据本专利技术，孔T和液压直径θ的尺寸经选择以使流体循环和接触最优化。根据本专利技术的实施例，管状元件1的液压直径θ的范围在5mm和50mm之间，以使由此类管组成的规整填料的每单位体积的几何面积最优化。这些尺寸在保持低压降的同时允许开发每单位体积的几何面积，以便适合预期应用。根据本专利技术的有利设计，孔T的最小表面积被选择成大于2mm2,优选4mm2，使得在管内流动的液膜可以被流经孔的气流破坏。实际上，如果孔T的尺寸小于2mm2，则在管的内壁上循环的液膜可通过毛细作用阻塞这些孔。具有大于2mm2的表面积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于流体接触塔的填料结构，所述结构形成包括管(1)束的有序布置的体积，所述管的所述壁包括经提供以便促进所述流体在所述结构中循环和混合的孔(T、E)，其特征在于，每个管束包括分别在由长方体的所述对角线形成的所述四个方向上定向的四根管(1a、1b、1c、1d)，所述长方体所具有的一个边尺寸大于其它边尺寸。

【技术特征摘要】
2015.09.15 FR 15586521.一种用于流体接触塔的填料结构，所述结构形成包括管(1)束的有序布置的体积，所述管的所述壁包括经提供以便促进所述流体在所述结构中循环和混合的孔(T、E)，其特征在于，每个管束包括分别在由长方体的所述对角线形成的所述四个方向上定向的四根管(1a、1b、1c、1d)，所述长方体所具有的一个边尺寸大于其它边尺寸。2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述长方体的所述较大尺寸在所述填料结构的所述垂直方向上定向。3.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其特征在于，所述管(1)的所述轴线相对于垂直轴线的所述定向角度的范围在20°和50°之间，优选地在30°和45°之间。4.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其特征在于，所述管(1)的液压直径(θ)的范围在5mm和50mm之间。5.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其特征在于，所述管(1)具有基本上圆形或椭圆形截面。6.根据权利要求5所述的结构，其特征在于，所述管(1)的所述截面为多边形。7.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其特征在于，所述结构包括由所述管束的所述有序布置组成的多个平行六面体块(6)。8.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其特征在于，所述孔(T、E)内接于矩形，所述矩形的边的范围在2mm和45mm之间，并且所述孔中的每一个在大于2mm2的表面积上延伸。9.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其特征在于，所述孔(T、E)的所述表面积与所述管(1)的所述固体部分的所述表面积的所述比率的范围在10％和90％之间，优选地在25％和50％之间。10.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其特征在于，所述管(1)包括缠绕成两个交叉螺旋的至少两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·罗斯勒，A·兰蔻贝，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，赫拉克勒斯公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR