УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ДВУХФАЗНОЙ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, ИНТЕГРИРОВАННОЕ В РАЗДЕЛИТЕЛЬНУЮ КОЛОННУ ГАЗА И ЖИДКОСТИ Российский патент 2021 года по МПК B01D3/26 

Областью, к которой относится настоящее изобретение, являются разделительные колонны газа и жидкости, более конкретно, устройства для разделения двухфазной текучей среды, предназначенные для взаимодействия с такими колоннами.

Разделительные колонны газа и жидкости известны уже многие годы; благодаря им возможно, например, разделение различных химических элементов, входящих в состав текучей среды, например, путем дистилляции.

Например, такие колонны могут быть заключены в изолированные камеры, именуемые холодильными камерами, т.е., камерами, в которых поддерживается очень низкая температура, порядка -180°С, которые иногда снабжены несколькими отверстиями, через которые может быть введена жидкая фаза или газовая фаза текучей среды, содержащей подлежащие разделению элементы.

В качестве альтернативы, холодильная камера может полностью заключать в себе каналы подачи холодной текучей среды. Будучи введенной в такую колонну, газовая фаза поднимается к верхней части колонны, тогда как жидкая фаза опускается к нижней части колонны.

Другими словами, жидкая фаза и газовая фаза текучей среды циркулируют в таких колоннах в противоположных направлениях. Обычно, жидкую и газовую фазы текучей среды подают в колонну отдельно.

Такие колонны дополнительно включают несколько контактных элементов, благодаря которым жидкая фаза и газовая фаза текучей среды, содержащей подлежащие разделению элементы, вступают в контакт.

Между двумя последовательными контактными элементами в этих колоннах может находиться коллектор, собирающий жидкость, образовавшуюся на первом контактном элементе, и направляющий ее в распределительное устройство, предназначенное для подачи жидкости на второй контактный элемент и для ее гомогенного распределения по второму контактному элементу.

В то же время, коллектор и распределительное устройство позволяют газу, выходящему со второго контактного элемента, проходить через них к первому контактному элементу.

Как описано, например, в документе IPCOM000253197D, одно или несколько разделительных устройств, с помощью которых возможно разделить жидкую и газовую фазы двухфазной жидкости, могут быть соединены с такими колоннами с целью инжекции одной и/или другой из этих, жидкой и газовой, фаз через отверстия, расположенные на разной высоте колонны. Как описано в указанном документе, разделительные устройства, обычно, установлены в холодильных камерах, где также находятся колонны, соединенные с этими разделительными устройствами, таким образом, двухфазную текучую среду разделяют на жидкую фазу и газовую фазу вне колонны, после чего эти две фазы независимо друг от друга инжектируют в колонну.

Для поддержания заданной температуры холодильных камер стенки камер включают термоизолирующий материал. Поэтому изготовление холодильных камер является очень дорогостоящим, и производители стремятся снизить производственные затраты, в частности, путем уменьшения размеров.

В данном контексте настоящим изобретением предлагается разделительная колонна газа и жидкости, включающая, по меньшей мере, одно разделительное устройство, позволяющее отделять жидкую фазу от газовой фазы двухфазной текучей среды так, что холодильная камера, заключающая в себе разделительную колонну газа и жидкости и разделительное устройство, характеризуется уменьшенными размерами по сравнению с известным уровнем техники.

В DE10352294, US5464573 и US4235847 описано отверстие, позволяющее инжектировать текучую среду непосредственно в разделительную камеру. Таким образом, разделение текучей среды в канале не поддерживается. Кроме того, канал не расположен так, чтобы текучая среда направлялась на наружную стенку.

В US2874798 описан прямой и длинный канал, проходящий через большую часть диаметра колонны. Этот канал включает множество расширительных камер, открытых сверху и снизу, обеспечивая возможность падения жидкости в трубу. Жидкость опускается в трубу и не направляется к наружной стенке колонны.

Таким образом, одним из объектов настоящего изобретения является разделительная колонна газа и жидкости, прохлдящая, главным образом, вдоль вертикальной оси и включающая наружную стенку, ограничивающую внутреннее пространство, в котором расположен, по меньшей мере, один первый контактный элемент, в котором вступают в контакт жидкость и газ, и, по меньшей мере, одно распределительное устройство, предназначенное для сбора жидкости, образующейся в первом контактном элементе, и для распределения ее во втором контактном элементе. По меньшей мере, одно устройство для разделения двухфазной текучей среды расположено во внутреннем пространстве колонны между первым контактным элементом и распределительным устройством. Разделительное устройство предназначено для отделения жидкой фазы от газовой фазы двухфазной текучей среды.

Благодаря настоящему изобретению возможна инжекция двухфазной текучей среды, содержащей подлежащие разделению элементы, в колонну, более конкретно, между первым контактным элементом и распределительным устройством без необходимости предварительного разделения газовой и жидкой фазы этой двухфазной текучей среды.

По меньшей мере, одно отверстие для инжекции двухфазной текучей среды выполнено в наружной стенке колонны, при этом, это инжекторное отверстие выполнено с возможностью инжекции двухфазной текучей среды во внутреннее пространство колонны между первым контактным элементом и распределительным устройством. Другими словами, отверстие для инжекции двухфазной текучей среды противоположно разделительному устройству. Разделительное устройство включает, по меньшей мере, один канал, расположенный, по меньшей мере частично, между отверстием для инжекции двухфазной текучей среды во внутреннее пространство колонны и, по меньшей мере, одной разделительной камерой.

В соответствии с изобретением, эта, по меньшей мере, одна разделительная камера выполнена с возможностью разделения жидкой и газовой фаз двухфазной текучей среды и находится вблизи наружной стенки. По меньшей мере, одна разделительная камера ограничена периферийной стенкой и вертикальной стенкой, образующей хорду круглого поперечного сечения колонны, при этом, канал проходит сквозь вертикальную стенку так, что конец канала расположен в разделительной камере. По меньшей мере, один канал, необязательно, образованный из нескольких ветвей, имеет такую длину, что расстояние, проходимое двухфазной текучей средой между инжекторным отверстием и разделительной камерой, равно, по меньшей мере, 80% или даже, по меньшей мере, 90% диаметра колонны.

Канал может быть прямым или иметь L-, V- или Т-образную форму.

В соответствии с преимущественной конфигурацией настоящего изобретения, канал выходит за наружную стенку колонны внутри холодильной камеры, в которой размещена колонна, и вовне колонны. Другими словами, в соответствии с этой конфигурацией, канал проходит сквозь наружную стенку колонны через инжекторное отверстие.

В соответствии с конкретным примерным вариантом осуществления настоящего изобретения, колонна включает несколько разделительных устройств, каждое из которых расположено во внутреннем пространстве колонны между контактным элементом и распределительным устройством.

Канал разделительного устройства может иметь постоянный диаметр между отверстием для инжекции двухфазной текучей среды и, по меньшей мере, одной разделительной камерой. Этот диаметр может быть рассчитан так, чтобы скорость циркуляции двухфазной текучей среды была достаточно низкой, чтобы предварительное разделение жидкой и газовой фаз происходило внутри канала, по потоку выше, по меньшей мере, одной разделительной камеры. Благодаря предварительному разделению жидкой и газовой фаз двухфазной текучей среды возможно уменьшить размеры, по меньшей мере, одной разделительной камеры, что особенно выгодно с точки зрения ограничений, накладываемых на размер колонны из-за производственных затрат.

В соответствии с одной из отличительных особенностей настоящего изобретения, разделительное устройство включает две разделительных камеры, а канал разделительного устройства включает три ветви, из которых первая ветвь проходит через отверстие для инжекции двухфазной текучей среды, вторая и третья ветви, соответственно, соединяют первую ветвь с одной из разделительных камер.

Преимущественно, все ветви канала лежат, по существу, в одной и той же плоскости. Например, вторая и/или третья ветви могут частично входить в одну или другую из этих разделительных камер.

В соответствии с одной из отличительных особенностей настоящего изобретения, колонна имеет круглое поперечное сечение, при этом, разделительные камеры расположены диаметрально противоположно.

В соответствии с изобретением, по меньшей мере, одна разделительная камера включает, по меньшей мере, одно отверстие, через которое газовая фаза двухфазной текучей среды может выходить из соответствующей разделительной камеры, и по меньшей мере, один проем, через который жидкая фаза двухфазной текучей среды может выходить из разделительной камеры, при этом, по меньшей мере, одно отверстие выполнено вблизи первого вертикального конца разделительной камеры, а проем выполнен вблизи второго вертикального конца разделительной камеры, противоположного первому вертикальному концу.

Преимущественно, первый вертикальный конец, вблизи которого выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, является верхним по вертикали концом соответствующей разделительной камеры, то есть, концом этой разделительной камеры, ближайшим к первому контактному элементу, когда камера установлена в колонне, следовательно, второй вертикальный конец, вблизи которого выполнен, по меньшей мере, один проем, является нижним по вертикали концом этой разделительной камеры, то есть, концом этой разделительной камеры, ближайшим к распределительному устройству, когда камера установлена в колонне.

В соответствии с одной из отличительных особенностей настоящего изобретения, по меньшей мере, одно отверстие выполнено над зоной соединения канала и, по меньшей мере, одной разделительной камеры. Преимущественно, множество отверстий выполнено над этой зоной соединения.

В соответствии с одним из примерных вариантов осуществления изобретения, каждое из этих отверстий имеет продолговатую форму, большая ось которой параллельна вертикальной оси. В соответствии с этой отличительной особенностью настоящего изобретения, двухфазная текучая среда, поступающая, по меньшей мере, в одну разделительную камеру по второй или третьей ветви канала, направляется на периферийную стенку.

Это направление облегчает разделение жидкой и газовой фаз, происходящее в этой, по меньшей мере, одной разделительной камере. Двухфазная текучая среда, направленная таким образом на периферийную стенку, разделяется на жидкую фазу, которая спускается к проему, выполненному вблизи нижнего по вертикали конца разделительной камеры, и газовую фазу, которая поднимается, по меньшей мере, к одному отверстию, выполненному вблизи верхнего по вертикали конца разделительной камеры. В качестве альтернативы, каждое из отверстий может иметь отличающуюся форму, например, круглую, что не выходит за рамки контекста настоящего изобретения.

В соответствии с одной из отличительных особенностей изобретения, по меньшей мере, одна разделительная камера ограничена периферийной стенкой, вертикальной стенкой и, по меньшей мере, одной нижней горизонтальной стенкой, расположенной между нижним концом вертикальной стенки и периферийной стенкой, при этом, нижняя горизонтальная стенка расположена по существу в плоскости, перпендикулярной основной плоскости, в которой расположена вертикальная стенка, при этом, по меньшей мере, один проем, через который жидкая фаза двухфазной текучей среды может выходить из соответствующей разделительной камеры, выполнен в нижней горизонтальной стенке.

Как указано выше, нижняя горизонтальная стенка разделительной камеры соответствует стенке этой разделительной камеры, ближайшей к распределительному устройству, когда разделительное устройство расположено в колонне. В соответствии с этой отличительной особенностью изобретения, по меньшей мере, одно отверстие, через которое газовая фаза может выходить из соответствующей разделительной камеры, выполнено вблизи верхнего конца вертикальной стенки. Подразумевается, что выражение «верхний конец» означает конец вертикальной стенки, ближайший к первому контактному элементу.

Преимущественно, периферийная стенка, которая частично ограничивает, по меньшей мере, одну разделительную камеру, имеет полукруглый профиль, соответствующий форме наружной стенки колонны, для установки для которой предназначается разделительной устройство.

В качестве альтернативы, периферийная стенка, ограничивающая, по меньшей мере, одну разделительную камеру, совпадает с наружной стенкой колонны. Другими словами, в соответствии с этой альтернативой, по меньшей мере, одна разделительная камера частично ограничена наружной стенкой колонны.

В соответствии с изобретением, в проеме, выполненном в нижней горизонтальной стенке разделительной камеры, может быть расположена труба, при этом, труба имеет верхний по вертикали конец, который входит в соответствующую разделительную камеру, при этом, труба предназначена для прохождения по ней жидкой фазы двухфазной текучей среды.

Труба может иметь диаметр, по существу, равный диаметру проема, в котором она расположена, так что жидкая фаза двухфазной текучей среды не может выйти из разделительной камеры, не пройдя через трубу.

Также подразумевается, что жидкость проникает в трубу через ее верхний по вертикали конец, расположенный в нижней горизонтальной стенке или внутри соответствующей разделительной камеры.

В соответствии с одной из отличительных особенностей изобретения, верхний по вертикали конец каждой трубы скошенный. Преимущественно, благодаря скошенному концу возможно ограничить засорение труб и флюидизировать циркуляцию жидкой фазы, образующейся в соответствующей разделительной камере.

Например, наклонный край скошенного конца может быть обращен от периферийной стенки соответствующей разделительной камеры так, что, по меньшей мере, часть жидкой фазы должна огибать трубу, чтобы пройти по ней, благодаря чему циркуляция жидкой фазы флюидизируется. Чтобы жидкая фаза могла легко достигать трубы, нижняя точка наклонного края ее скошенного верхнего по вертикали конца находится на одном уровне с нижней горизонтальной стенкой соответствующей разделительной камеры.

Предпочтительно, по меньшей мере, одно отверстие для инжекции двухфазной текучей среды находится вне какой-либо разделительной камеры.

Предпочтительно, подача в разделительные камеры осуществляется только по каналу.

Предпочтительно, канал открывается только в разделительные камеры.

Предпочтительно, часть канала, находящаяся в разделительной камере, является горизонтальной.

Предпочтительно, отверстие конца канала обращено к периферийной стенке.

Предпочтительно, канал включает, по меньшей мере, две или даже, по меньшей мере, три ветви, перпендикулярные части канала, непосредственно соединенной с инжекторным отверстием.

Предпочтительно, колонна включает только одно отверстие для инжекции двухфазной текучей среды.

Предпочтительно, число разделительных камер является четным числом.

В соответствии с изобретением, разделительное устройство включает, по меньшей мере, один распределительный элемент, проходящий поперек колонны вдоль поперечной оси, по существу, перпендикулярной вертикальной оси. По меньшей мере, одна труба разделительного устройства имеет нижний по вертикали конец, который открывается, по меньшей мере, в один распределительный элемент, при этом, распределительный элемент предназначен для распределения жидкой фазы двухфазной текучей среды по всей поверхности распределительного устройства.

Подразумевается, что нижний по вертикали конец каждой трубы противоположен верхнему по вертикали концу соответствующей трубы вдоль вертикальной оси. Преимущественно, в силу вышесказанного, разделительное устройство позволяет не только разделять жидкую фазу и газовую фазу двухфазной текучей среды, но и гомогенно распределять жидкую фазу по всей поверхности распределительного устройства.

В соответствии с одной из отличительных особенностей изобретения, по меньшей мере, один распределительный элемент проходит между двумя разделительными камерами. Другими словами, жидкая фаза, выходящая из каждой разделительной камеры, поступает на, по меньшей мере, один распределительный элемент. Преимущественно, благодаря этому возможно компенсировать вероятную неравномерность распределения одной из разделительных камер. Например, если одна из камер блокируется, на распределительный элемент поступает жидкая фаза из другой разделительной камеры.

По меньшей мере, одна разделительная камера может быть дополнительно ограничена верхней горизонтальной стенкой, расположенной между верхним концом вертикальной стенки и периферийной стенкой. Преимущественно, благодаря наличию верхней горизонтальной стенке возможно предотвратить проникновение жидкости, образующейся в первом контактном элементе, в соответствующую разделительную камеру и нарушение процесса разделения фаз в этой разделительной камере непосредственно на выходе из канала разделительного устройства.

Преимущественно, верхняя горизонтальная стенка может проходить за вертикальную стенку в направлении внутреннего пространства колонны. Тогда верхняя горизонтальная стенка образует борт, предотвращающий проникновение жидкости, образующейся в первом контактном элементе, в разделительную камеру через отверстия, предназначенные для выхода газовой фазы из разделительной камеры.

В соответствии с одной из отличительных особенностей изобретения, по меньшей мере, одна разделительная камера включает байпасный элемент, жестко соединенный с периферийной стенкой, который открыт в соответствующую разделительную камеру, при этом, байпасный элемент предназначен для направления жидкой фазы, по меньшей мере, в один проем, выполненный вблизи второго вертикального конца указанной разделительной камеры.

Как указано выше, периферийная стенка, ограничивающая разделительные камеры, может быть образована наружной стенкой колонны, и в этом случае байпасный элемент жестко прикреплен к наружной стенке колонны. Преимущественно, байпасный элемент также жестко прикреплен к верхней части конца канала, открытого в разделительную камеру.

Например, байпасный элемент может быть приварен к каналу разделительного устройства. Как указано выше, разделение жидкой фазы и газовой фазы двухфазной текучей среды происходит, в частности, благодаря направлению двухфазной текучей среды на периферийную стенку, которая частично ограничивает разделительную камеру.

Таким образом, возможно, что часть жидкой фазы двухфазной текучей среды направлена к верхнему по вертикали концу разделительной камеры. Тогда байпасный элемент, преимущественно, предназначен для отклонения этой части жидкой фазы и ее направления к нижней горизонтальной стенке, через которую она может выходить из разделительной камеры.

Таким образом, байпасный элемент препятствует тому, чтобы эта часть жидкой фазы мешала подъему газовой фазы, по меньшей мере, к одному отверстию, выполненному вблизи верхнего по вертикали конца разделительной камеры.

В соответствии с изобретением, распределительное устройство включает, по меньшей мере, одну перфорированную пластину, через которую жидкость может выходить из распределительного устройства, множество патрубков, поднимающихся над перфорированной пластиной, которые предназначены для прохождения по ним газа, присутствующего в колонне, при этом, патрубки расположены один за другим вдоль поперечной оси, перпендикулярной вертикальной оси, при этом, по меньшей мере, один распределительный элемент проходит, в основном, в направлении, параллельном поперечной оси, проходя через каждый патрубок.

По меньшей мере, один распределительный элемент включает множество прорезей, через которые жидкая фаза может достигать распределительного устройства, при этом, прорези выполнены между патрубками распределительного устройства.

Преимущественно, прорези выполнены сбоку распределительного элемента и предназначены для достижения жидкой фазой распределительного устройства путем переливания.

Другими словами, жидкая фаза накапливается в распределительном элементе до тех пор, пока не достигает уровня одной из боковых прорезей, тогда жидкая фаза может переливаться через боковую прорезь.

В соответствии с одним из примерных вариантов осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одна прорезь выполнена между двумя последовательными патрубками. В соответствии с другим примерным вариантом осуществления настоящего изобретения, несколько прорезей может быть выполнено между двумя последовательными патрубками.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, все прорези имеют одинаковый или, по существу, одинаковый размер по вертикали. В качестве альтернативы, прорези могут иметь разные размеры по вертикали, рассчитанные так, чтобы жидкая фаза двухфазной текучей среды гомогенно распределялась по всей поверхности распределительного устройства.

В соответствии с одним из примерных вариантов осуществления настоящего изобретения, разделительное устройство включает два распределительных элемента, при этом, два распределительных элемента проходят в двух взаимно параллельных направлениях.

Подразумевается, что трубы, по которым жидкая фаза выходит из разделительных камер, открыты в один или другой распределительный элемент. Преимущественно, каждая распределительная камера включает, по меньшей мере, две трубы, при этом, каждая из труб открывается в один или другой распределительный элемент.

Настоящее изобретение также относится к дистилляционной установке, включающей, по меньшей мере, одну разделительную колонну газа и жидкости, соответствующую изобретению, при этом, колонна заключена в холодильную камеру.

Одним из предметов настоящего изобретения является способ разделения, например, способ дистилляции с использованием разделительной колонны газа и жидкости, ориентированной, в основном, вдоль вертикальной оси и включающей наружную стенку, ограничивающую внутреннее пространство, в котором расположен, по меньшей мере, один первый контактный элемент, в котором вступают в контакт жидкость и газ, причем жидкость, образующаяся в первом контактном элементе, собирается, по меньшей мере, в одном распределительном устройстве, которое также используется для распределения жидкости во втором контактном элементе, и двухфазная текучая среда, поступающая из источника вне колонны, направляется во внутреннее пространство колонны между первым контактным элементом и распределительным устройством через отверстие для инжекции двухфазной текучей среды, выполненное в наружной стенке колонны, и подвергается разделению при помощи, по меньшей мере, одного устройства для разделения двухфазной текучей среды, расположенного во внутреннем пространстве, при этом, разделительное устройство включает, по меньшей мере, один канал, размещенный, по меньшей мере частично, между отверстием для инжекции двухфазной текучей среды во внутреннее пространство колонны и, по меньшей мере, одной разделительной камерой, находящейся вблизи наружной стенки, при этом, разделение жидкой и газовой фаз двухфазной текучей среды происходит, по меньшей мере, в, по меньшей мере, одной разделительной камере.

Предпочтительно, двухфазную текучую среду разделяют на две фазы сначала в канале, затем, по меньшей мере, в одной разделительной камере.

В соответствии с другими отличительными особенностями способа, колонна может иметь, по меньшей мере, одну из отличительных особенностей, описанных выше.

Источником двухфазной текучей среды может являться канал. Предпочтительно, источник двухфазной текучей среды не включает никакого разделителя фаз.

Альтернативно источник двухфазной текучей среды может содержать разделитель фаз.

Очевидно, что размеры разделителя фаз уменьшены по сравнению с теми, которые имел бы разделитель фаз без разделительного устройства во внутреннем пространстве.

Во внутреннем пространстве, предпочтительно, отсутствуют тарелки и/или насадка, облегчающие разделение двухфазной текучей среды.

Термин «холодильная камера» означает камеру, в которой поддерживается температура порядка -180°С. Под размещением разделительного устройства непосредственно во внутреннем пространстве колонны понимается, что благодаря настоящему изобретению, преимущественно, возможно уменьшить размеры холодильной камеры и, следовательно, сократить производственные затраты.

Другие подробности, отличительные особенности и преимущества могут быть лучше поняты по прочтении подробного описания, приведенного далее для сведения, в сочетании со следующими фигурами:

На фиг. 1 схематично показана верхняя часть разделительной колонны газа и жидкости, соответствующей настоящему изобретению, в которую интегрировано устройство для разделения жидкой фазы и газовой фазы двухфазной текучей среды, при этом, колонна заключена в холодильную камеру; на фиг. 1, в частности, показано два контактных элемента, между которыми расположено распределительное устройство, при этом, разделительное устройство расположено между первым контактным элементом и распределительным устройством.

Фиг. 2 представляет собой вид сверху в изометрии части разделительной колонны газа и жидкости, частично показанной на фиг. 1, при этом, эта часть колонны включает разделительное устройство и устройство для распределения жидкости.

Фиг. 3 представляет собой вид в поперечном сечении части колонны, показанной на фиг. 2, при этом, сечение сделано вдоль вертикальной и поперечной плоскости.

На фиг. 1 схематично показана верхняя часть разделительной колонны 1 газа и жидкости, соответствующей настоящему изобретению. Колонна 1 ориентирована, в основном, вдоль вертикальной оси V и имеет, например, круглое поперечное сечение.

Колонна 1 включает наружную стенку 100, в которой выполнен, по меньшей мере, один впуск 101 жидкости и один впуск газа (не показан), а также один выпуск жидкости (не показан) и один выпуск 102 газа.

В соответствии с представленным примером, впуск 101 жидкости и выпуск 102 газа имеют форму труб. Наружная стенка 100 ограничивает внутреннее пространство колонны 1, в котором циркулируют жидкая фаза и газовая фаза гомогенной текучей среды, и составные элементы этой гомогенной текучей среды желательно разделить.

Жидкая фаза циркулирует во внутреннем пространстве колонны 1 в нисходящем первом направлении S1 потока, газовая фаза циркулирует во внутреннем пространстве колонны 1 в восходящем втором направлении S2 потока, противоположном первому направлению S1. Следовательно, понятно, что выпуск жидкости и впуск газа расположены в нижней части колонны 1, не показанной на чертеже.

В остальной части описания термины «выше по потоку», «ниже по потоку», «вверху», «внизу», «впуск», «выпуск», «верхний» и «нижний» относятся к нисходящему первому направлению S1 потока жидкой фазы во внутреннем пространстве колонны 1. В остальной части описания термины «жидкая фаза» и «жидкость» и термины «газовая фаза» и «газ» используются без различия.

Так, в порядке вдоль первого направления S1 потока жидкости по колонне 1 внутреннее пространство колонны 1 включает первое распределительное устройство 110, предназначенное для сбора жидкости, поступающей в колонну 1 через впуск 101 жидкости, и ее распределения по всей поверхности, в данном случае, верхней поверхности, первого контактного элемента 120. Жидкость, выходящая из первого контактного элемента 120, затем собирается во втором распределительном устройстве 130.

Второе устройство 130 предназначено для распределения собранной жидкости по всей поверхности второго контактного элемента 140, при этом, второй контактный элемент 140 показан на фиг. 1 только частично. Как показано на фигуре, колонна 1, соответствующая изобретению, заключена в холодильную камеру 300, т.е., камеру, в которой поддерживается очень низкая температура. Стенка холодильной камеры 300 включает термоизолирующий материал, позволяющий поддерживать очень низкую температуру.

Каждое из распределительных устройств 110, 130 колонны 1 включает, по меньшей мере, одну перфорированную пластину 111, 131, т.е., пластину, в которой выполнены отверстия 112, 132, через которые жидкость может выходить из соответствующего распределительного устройства 110, 130. Как показано на фигуре, патрубки 113, 133 отходят от пластины 111, 131 и идут параллельно вертикальной оси V, когда распределительное устройство размещено в разделительной колонне 1. В соответствии с изобретением, патрубки 113, 133 предназначены для прохождения по ним газа во втором направлении S2 потока. С этой целью в каждой пластине 111, 131 распределительных устройств 110, 130 выполнено множество вырезов 114, 235, расположенных напротив каждого из патрубков 133. Другими словами, в каждой пластине 111, 131 имеется столько вырезов 114, 235, сколько патрубков 113,133 включает распределительное устройство 110, 130.

Второе распределительное устройство 130 отличается от первого распределительного устройства 110, в частности, наличием заслонки, расположенной на каждом патрубке 133, на его верхнем конце. Заслонки 134, преимущественно, предназначены для предотвращения поступления жидкости, выходящей из первого контактного элемента 120, в патрубки 133 второго распределительного устройства 130 и нарушения ею восходящего движения газа по патрубкам 133.

Отверстия 135 выполнены между каждой заслонкой 134 и патрубком 133, на котором она размещена, чтобы газ, циркулирующий по патрубкам 133, мог выходить из второго распределительного устройства 130 и достигать первого контактного элемента 120. Например, отверстия 135 могут представлять собой отверстия, просверленные в верхней области каждого патрубка 133 под соответствующей заслонкой 134.

Как показано на фиг. 1, каждая из заслонок 134 включает две наклонных стенки, и заслонки 134 имеют форму пирамид, открытых у основания. Подразумевается, что жидкость, стекающая по наклонным стенкам заслонок 134, отклоняется так, что не может попасть в патрубки 133. Кроме этого, можно видеть, что два соседних патрубка 133 вместе образуют лоток 136, предназначенный для сбора жидкости, поступающей из первого контактного элемента 120. Как показано на фигуре, нижний по вертикали конец лотков 136 образован частью перфорированной пластины 131.

Преимущественно, отверстия 132, через которые жидкость может выходить из второго распределительного устройства 130, выполнены в частях перфорированной пластины 131, образующих дно лотков 136. Также понятно, что наклонные стенки заслонок 134 наклонены в направлении лотков 136, так что жидкость, поступающая на заслонки 134, отклоняется к лоткам 136 и, следовательно, к отверстиям 132. Следует понимать, что фигура 1 является схематичной, и что второе распределительное устройство 130 может включать, в зависимости от его размера, например, его диаметра, множество патрубков 133, а также множество лотков 136.

Преимущественно, второе распределительное устройство 130 имеет форму диска, размер которого совместим с круглым поперечным сечением колонны 1.

Лотки 136 и патрубки 133 расположены последовательно, параллельно друг другу и попеременно, так что размещены по всей поверхности диска.

В соответствии с изобретением, колонна 1 включает разделительное устройство 200, расположенное во внутреннем пространстве колонны 1. Разделительное устройство 200, преимущественно, размещено между первым контактным элементом 120 и вторым распределительным устройством 130. Для обеспечения введения двухфазной текучей среды во внутреннее пространство колонны 1, по меньшей мере, одно отверстие 103 для инжекции текучей среды выполнено в наружной стенке 100 колонны 1 по потоку ниже первого контактного элемента 120. Это инжекторное отверстие 103 показано, например, на фиг. 2.

Другими словами, инжекторное отверстие выполнено между первым контактным элементом 120 и вторым распределительным устройством 130. Текучую среду инжектируют во внутреннее пространство колонны 1 в двухфазной форме, т.е., инжектируемая текучая среда содержит газовую фазу и жидкую фазу.

Как указано выше, жидкость и газ циркулируют во внутреннем пространстве колонны 1 в двух противоположных направлениях. Следовательно, подразумевается, что для функционирования колонны 1 в оптимальном режиме желательно отделять жидкую фазу и газовую фазу двухфазной текучей среды, инжектируемой через указанное инжекторное отверстие 103. Такое разделение фаз должно быть выполнено при очень низкой температуре, т.е., температуре порядка температуры, поддерживаемой в холодильной камере 300.

Как показано на чертежах, разделительное устройство 200 расположено напротив инжекторного отверстия, через которое двухфазную текучую среду инжектируют в колонну 1. Преимущественно, разделительное устройство 200 не такое громоздкое, как другие компоненты, присутствующие во внутреннем пространстве колонны 1, так что его размещение в колонне может быть выполнено без существенного увеличения высоты колонны 1.

Разделительное устройство 200 включает канал 210, проходящий, по меньшей мере, между инжекторным отверстием 103, выполненным в наружной стенке 100 колонны 1, и, по меньшей мере, одной разделительной камерой 220, 221, в которой происходит разделение жидкой фазы и газовой фазы двухфазной текучей среды. В соответствии с представленным примером, разделительное устройство 200 включает две диаметрально противоположных разделительных камеры 220, 221.

Также возможно, что канал 210 не разделяется, а проходит по прямой линии через колонну и достигает единственной разделительной камеры, диаметрально противоположной инжекторному отверстию. Другой возможностью для случая единственной разделительной камеры мог бы быть L-образный или V-образный канал 210.

Разделительное устройство 200 дополнительно включает, по меньшей мере, один распределяющий жидкость элемент (распределительный элемент) 230, предназначенный для распределения жидкой фазы двухфазной текучей среды по всей поверхности второго распределительного устройства 130. На фиг. 1 также можно видеть, что, по меньшей мере, одна труба 240 соединяет каждую разделительную камеру 220, 221 с распределительным элементом 230. Каждая из труб 240 предназначена для транспортировки жидкой фазы двухфазной текучей среды из разделительной камеры 220, 221, в которой она была отделена, к распределительному элементу 230.

Другими словами, жидкость поступает на распределительный элемент 230 непосредственно из двух разделительных камер 220, 221. В соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения, представленным на фиг. 2 и 3, разделительное устройство 200, преимущественно, включает два распределяющих жидкость элемента 230, на каждый из которых, преимущественно, поступает жидкость из каждой из разделительных камер 220, 221.

Обратимся к фиг. 2 и 3; далее более подробно описана конструкция и функционирование разделительного устройства 200, расположенного во внутреннем пространстве колонны 1.

Фиг. 2 представляет собой вид сверху в изометрии части колонны, включающей разделительное устройство 200 и второе распределительное устройство 130.

В частности, на фиг. 2 можно видеть, что патрубки 133 второго распределительного устройства 130 расположены один за другим вдоль поперечной оси Т, перпендикулярной вертикальной оси. Также можно видеть, что каждый патрубок 133 проходит, по существу, вдоль продольной оси L, перпендикулярной поперечной оси Т и вертикальной оси, и что каждая заслонка 134 расположена вдоль всего продольного измерения патрубка 133, на котором она расположена. На фиг. 2 также, в частности, хорошо видны отверстия 135, через которые газ, проходящий по патрубкам 133, выходит из второго распределительного устройства 130.

Для ясности восприятия отверстия 135 на фиг. 2 показаны только на части патрубков 133, однако, подразумевается, что в реальности отверстия 135 выполнены на каждом патрубке 133.

Как указано выше, разделительное устройство 200 включает, в частности, канал 210 и две разделительных камеры 220, 221. Канал 210 включает, по меньшей мере, первую входную ветвь, по которой двухфазная текучая среда может достигать разделительного устройства 200, вторую подводящую ветвь, которая соединяет первую входную ветвь с одной из разделительных камер 220, и третью подводящую ветвь, которая соединяет первую входную ветвь с другой разделительной камерой 221. В представленном примере разделительные камеры 220, 221 диаметрально противоположны, канал 210 имеет Т-образную форму.

Другими словами, канал 210 включает первую ветвь 211, первый конец 212 которой выходит вовне колонны, вторую ветвь 213, второй конец которой входит в первую разделительную камеру 220, и третью ветвь 214, третий конец которой входит во вторую разделительную камеру 221. Второй конец и третий конец, входящие, соответственно, в первую разделительную камеру 220 и вторую разделительную камеру 221, на фиг. 2 не видны. Как показано на фигуре, первый конец 212 проходит сквозь наружную стенку 100 колонны через инжекторное отверстие 103, упоминаемое выше.

По меньшей мере, один канал 210, образованный из нескольких ветвей 211, 212, 213, имеет такую длину, что расстояние, проходимое двухфазной текучей средой между инжекторным отверстием и разделительной камерой, равно, по меньшей мере, 80% или даже, по меньшей мере, 90% диаметра колонны. Такое расстояние благоприятно для стабилизации потока до поступления в разделительную камеру.

По поступлении в разделительную(ые) камеру(ы), текучая среда из канала направляется на стенку колонны, благодаря чему интенсифицируется разделение фаз.

Разделительная(ые) камера(ы) находится вблизи стенки, чтобы насколько возможно меньше препятствовать прохождению газа в колонне и, таким образом, обеспечивать благоприятные условия для осуществления дистилляции.

Преимущественно, тот факт, что первый конец 212 выходит за наружную стенку 100 колонны, облегчает соединение канала 210 с устройством подачи (не показано), предназначенным для подачи двухфазной текучей среды в разделительное устройство 200. Следовательно, подразумевается, что двухфазная текучая среда инжектируется в канал 210 через его первый конец 212, затем движется к каждой из разделительных камер 220, 221, которых достигает посредством второй и третьей ветвей 213, 214 канала 210.

В соответствии с представленным примером, канал 210 имеет постоянный диаметр по всей своей длине, чтобы исключить возникновение неоднородностей потока текучей среды от впуска канала 210 к разделительным камерам 220, 221. Преимущественно, этот диаметр рассчитан так, что двухфазная текучая среда циркулирует по каналу с достаточно малой скоростью, так что предварительное разделение жидкой и газовой фаз происходит по потоку до разделительных камер 220, 221. Под «предварительным разделением» понимается, что уже в канале 210 газовая фаза двухфазной текучей среды имеет тенденцию к подъему вверх, тогда как жидкая фаза опускается.

Таким образом, разделение фаз, которое впоследствии имеет место в разделительных камерах 220, 221, облегчается, благодаря чему становится возможным уменьшение размера разделительных камер 220, 221 и, следовательно, снижение производственных затрат при изготовлении колонны, соответствующей изобретению.

Разделительные камеры 220, 221, преимущественно, диаметрально противоположны по поперечной оси Т. В соответствии с представленным примером, разделительные камеры 220, 221 симметричны относительно медианной вертикальной плоскости, т.е., плоскости, в которой расположены вертикальная ось и продольный диаметр колонны, так что описание одной из этих камер также справедливо для другой разделительной камеры.

Как указано выше, разделительное устройство 200 также включает два распределительных элемента 230, идущих в двух параллельных направлениях. Как показано на чертежах, эти направления также параллельны поперечной оси Т, так что распределительные элементы 230 простираются от первой разделительной камеры 220 до второй разделительной камеры 221, проходя через каждый из патрубков 133 второго распределительного устройства 130.

Другими словами, каждый патрубок 133 имеет первую сквозную выточку 137 и вторую сквозную выточку 138, через которые проходит один или другой распределительный элемент 230.

Преимущественно, первая выточка 137 одного из двух последовательных вдоль поперечной оси Т патрубков 133 параллельна поперечной оси Т. Точно так же, вторая выточка 138 одного из двух последовательных вдоль поперечной оси Т патрубков 133 параллельна поперечной оси Т.

Другими словами, все первые выточки 137 расположены параллельно оси, параллельной поперечной оси Т, и все вторые выточки 138 расположены параллельно другой оси, также параллельной поперечной оси Т. Подразумевается, что первая и вторая выточки 137, 138, выполненные в патрубках 133, герметичны, так что жидкость, протекающая по одному или другому распределительному элементу 230, не может поступать в патрубки 133. Два распределительных элемента 230 идентичны, и приведенное ниже описание одного из них может быть непосредственно отнесено к другому.

Как показано на фиг. 2, каждая разделительная камера 220, 221 ограничена, по меньшей мере, периферийной стенкой, вертикальной стенкой 222, т.е., стенкой, проходящей, по существу, в плоскости, в которой расположены вертикальная ось и продольная ось L, и верхней горизонтальной стенкой 223, т.е., стенкой, проходящей, по существу, в горизонтальной плоскости, т.е., в плоскости, перпендикулярной вертикальной стенке 222, в которой расположены поперечная ось Т и продольная ось L.

Более конкретно, вертикальная стенка 222 включает основную часть 322, через которую проходит вторая или третья ветвь 213, 214 канала 210, и две боковых части 323. Как показано на фиг. 2, основная часть 322 и две боковых части 323 проходят в трех различных, взаимно пересекающихся плоскостях. Как показано на чертежах, эти вертикальные плоскости расположены так, что следуют кривизне периферийной стенки соответствующей разделительной камеры 220, 221.

В соответствии с примером, представленным на чертежах, периферийная стенка, участвующая в установлении границы каждой разделительной камеры 220, 221, образована наружной стенкой колонны. В качестве альтернативы, эта периферийная стенка может быть отдельна от наружной стенки колонны при условии, что в этом случае она имеет изогнутую полукруглую форму, комплементарную форме круглого поперечного сечения наружной стенки колонны, с тем, чтобы разделительное устройство полностью соответствовало форме колонны. Верхняя горизонтальная стенка 223 именуется «верхней» в том смысле, что это стенка разделительной камеры 220, 221, ближайшая к первому контактному элементу, когда разделительное устройство 200 установлено в колонне. Так, верхняя горизонтальная стенка 223 проходит между верхним концом вертикальной стенки 222 и периферийной стенкой соответствующей разделительной камеры 220, 221.

Преимущественно, верхняя горизонтальная стенка 223 позволяет предотвратить проникновение жидкости, стекающей из первого контактного элемента колонны, в соответствующую разделительную камеру 220, 221 и нарушение разделения двухфазной текучей среды, происходящее в указанной разделительной камере 220, 221.

Также можно видеть, что в вертикальной стенке 222, более конкретно, вблизи верхнего конца вертикальной стенки 222, выполнено множество отверстий 224. Как показано на чертежах, отверстия 224 равномерно распределены по основной части 322 и по боковым частям 323 вертикальной стенки 222.

Как будет более подробно описано ниже, отверстия 224 предназначены для обеспечения выхода газовой фазы двухфазной текучей среды из соответствующей разделительной камеры 220, 221.

Отверстия 224, преимущественно, выполнены над концом канала 210, который открывается в соответствующую разделительную камеру 220, 221, т.е., над зоной соединения канала и соответствующей разделительной камеры.

Другими словами, когда разделительное устройство 200 установлено в колонне 1, расстояние, измеренное параллельно вертикальной оси V между отверстиями 224 и первым контактным элементом, меньше, чем расстояние, измеренное параллельно вертикальной оси V между каналом 210 и первым контактным элементом.

Также подразумевается, что в вертикальной стенке 222, более конкретно, в основной части 322 вертикальной стенки 222 имеется вырез, через который канал 210, более точно, второй конец второй ветви 213 или третий конец третей ветви 214 канала 210 может быть введен в разделительную камеру 220.

Далее со ссылкой на фиг. 3 более подробно описано функционирование разделительного устройства 200. Фиг. 3 представляет собой вид в поперечном сечении части колонны, показанной на фиг. 2, при этом, сечение сделано вдоль вертикальной и поперечной плоскости, т.е., плоскости, в которой расположены вертикальная ось V и поперечная ось Т.

Как указано выше, двухфазная текучая среда поступает в канал 210 через его первый конец (на фиг. 3 он не виден), затем по первой ветви достигает разветвления 217, у которого первая часть Р1 двухфазной текучей среды направляется ко второму концу 215 второй ветви 213, а вторая часть Р2 двухфазной текучей среды направляется к третьему концу 216 третьей ветви 214 канала 210.

Как показано на чертежах, второй конец 215 открывается в первую разделительную камеру 220, третий конец 216 открывается во вторую разделительную камеру 221. Как описано выше, первая разделительная камера 220 и вторая разделительная камера 221 симметричны, и приведенное ниже описание одной камеры справедливо и для другой. Точно так же, номера позиций для одной из разделительных камер 220, 221 могут быть перенесены на другую.

Во-первых, отмечается, что помимо периферийной стенки, вертикальной стенки 222 и верхней горизонтальной стенки 223, каждая разделительная камера 220, 221 ограничена нижней горизонтальной стенкой 225.

Горизонтальная стенка 225 именуется «нижней» в том смысле, что это стенка, ближайшая ко второму распределительному устройству 130, когда разделительное устройство 200 установлено в колонне. Так, нижняя горизонтальная стенка 225 расположена в плоскости, перпендикулярной основной плоскости вертикальной стенки 222, более конкретно, в плоскости, перпендикулярной основной плоскости основной части 322 вертикальной стенки 222, от нижнего конца вертикальной стенки 222 до периферийной стенки.

Как указано выше, двухфазная текучая среда поступает в разделительные камеры 220, 221 уже частично разделенной. Преимущественно, второй и третий концы 212, 213 канала 210, каждый, открываются на относительно небольшом расстоянии от периферийной стенки, так что двухфазная текучая среда, выходящая из канала 210, по меньшей мере частично, направляется на периферийную стенку. После соприкосновения с периферийной стенкой соответствующей разделительной камеры 220, 221 газовая фаза двухфазной текучей среды поднимается к верхней горизонтальной стенке 223, тогда как жидкая фаза опускается к нижней горизонтальной стенке 225.

Как указано выше, газовая фаза затем выходит из разделительной камеры через отверстия 224, выполненные в вертикальной стенке 222, и достигает первого контактного элемента, описанного выше.

Кроме этого, по меньшей мере, один проем выполнен в нижней горизонтальной стенке 225, при этом, этот проем предназначен для размещения трубы 240, по который жидкая фаза может поступать на распределительные элементы 230. В соответствии с представленным примером, каждая труба 240 проходит, главным образом, в направлении, параллельном вертикальной оси V. Как показано на чертежах, труба 240 имеет верхний по вертикали конец 241, который входит в соответствующую разделительную камеру 220, 221, и нижний по вертикали конец (на фигурах не виден), который открывается в один из распределительных элементов 230.

В представленном примере верхний по вертикали конец 241 трубы 240 скошенный. Преимущественно, наклонный край скошенного конца обращен от периферийной стенки, так что жидкая фаза, выливающаяся из канала, которая может опускаться, главным образом, между верхним по вертикали концом 241 трубы 240 и периферийной стенкой, должна огибать трубу 240, чтобы пройти по ней.

Преимущественно, благодаря этому возможно флюидизировать циркуляцию жидкой фазы и замедлить засорение трубы 240 с целью достижения максимальной эффективности соответствующей разделительной камеры 220, 221. Чтобы еще более облегчить поток жидкой фазы в трубе 240, отмечается, что самая нижняя точка наклонного края расположена на одном уровне с нижней горизонтальной стенкой 225.

Как описано выше, каждый распределительный элемент 230 проходит параллельно поперечной оси Т между первой разделительной камерой 220 и второй разделительной камерой 221 так, что на распределительный элемент 230 поступает жидкая фаза из каждой из разделительных камер 220, 221.

Преимущественно, такая конструкция позволяет компенсировать возможный выход из строя одной или другой из разделительных камер 220, 221. А именно, подразумевается, что даже когда из одной из разделительных камер жидкая фаза по тем или иным причинам не поступает на распределительный элемент, на этот распределительный элемент по-прежнему поступает жидкая фаза из другой разделительной камеры.

Как описано выше, разделительное устройство 200, соответствующее изобретению, включает два идентичных распределительных элемента 230. Следовательно, подразумевается, что в каждой нижней горизонтальной стенке 225 каждой разделительной камеры выполнено, по меньшей мере, два проема, при этом, каждый проем предназначен для трубы 240.

Так, по меньшей мере, две трубы 240 открываются в каждую разделительную камеру 220, 221, при этом, каждая из труб 240 достигает одного из распределительных элементов. Другими словами, на каждый распределительный элемент 230 поступает жидкая фаза из каждой из разделительных камер 220, 221.

Каждый распределительный элемент 230 предназначен для распределения жидкой фазы двухфазной текучей среды по всей поверхности второго распределительного устройства 130. Более конкретно, подразумевается, что жидкая фаза может быть распределена в каждый из лотков 136 второго распределительного устройства 130, чтобы затем выйти из него через отверстия, выполненные в нижних стенках лотков 136. С этой целью каждый распределительный элемент 230 включает множество прорезей 231, выполненных между патрубками 133 второго распределительного устройства 130. Отмечается, что прорези 231 выполнены сбоку распределительного элемента 230.

Таким образом, прорези 231 выполнены в частях распределительного элемента 230, расположенных в лотках 136. Прорези 231 позволяют распределять жидкость путем переливания.

Другими словами, жидкость накапливается в распределительном элементе 230 до некоторого уровня, когда накопившаяся жидкость достигает одной из боковых прорезей 231 распределительного элемента 230. Таким образом, жидкость может переливаться из распределительного элемента 230 и достигать распределительного устройства 130.

В соответствии с представленным примером, все прорези 231 имеют, по существу, одинаковые размеры.

В соответствии с другим примером, не показанном на чертежах, прорези более или менее глубокие в зависимости от своего положения.

Другими словами, чем ближе прорезь к центру распределительного устройства, тем больше размер прорези по горизонтали, чтобы обеспечить совершенно гомогенное распределение жидкой фазы по всей поверхности распределительного устройства.

Как описано выше, второй и третий концы 212, 213 канала 210, каждый, открываются на относительно небольшом расстоянии от периферийной стенки, так что двухфазная жидкость, выходящая из канала 210, по меньшей мере частично, направляется на периферийную стенку. Для предотвращения того, что, в силу такого направления, жидкая фаза будет отклоняться к верхней горизонтальной стенке 223 и мешать циркуляции газовой фазы, между вторым или третьим концом 215, 216 канала 210 и периферийной стенкой, преимущественно, расположен байпасный элемент 250. Так, каждая разделительная камера 220, 221 включает байпасный элемент 250, жестко закрепленный на соответствующем конце канала 210, более конкретно, на верхней части этого конца.

Как показано на чертежах, байпасные элементы 250 направлены к периферийной стенке. Например, байпасные элементы 250 могут быть приварены к каналу 210. Их продольный размер, соответственно, по существу, равен наружному диаметру канала 210, так что газовая фаза может огибать байпасный элемент и достигать отверстий 224, выполненных в вертикальной стенке 222.

Наконец, отмечается, что в соответствии с примером, представленным на фиг. 3, верхняя горизонтальная стенка 223 каждой разделительной камеры 220, 221 наклонена, образуя уклон к центру колонны, при этом, верхняя горизонтальная стенка 223 делает возможным не только предотвращение попадания жидкости, уже присутствующей в колонне, в соответствующую разделительную камеру, но и направляет жидкость, стекающую по верхней горизонтальной стенке 223, во второе распределительное устройство 130.

В соответствии с одним из примеров, не показанном на фигурах, верхняя горизонтальная стенка также может проходить за вертикальную стенку в направлении внутреннего пространства и образовывать борт, предотвращающий попадание жидкости, нисходящей с первого контактного элемента, в соответствующую разделительную камеру через отверстия в вертикальной стенке, предназначенные для прохода газовой фазы.

Таким образом, согласно настоящему изобретению предлагается разделительная колонна газа и жидкости, в которую может быть подана двухфазная текучая среда без предварительного разделения фаз выше по потоку. Преимущественно, благодаря этому возможно уменьшить размеры холодильной камеры, в которую обычно заключают колонну вместе с наружным разделительным устройством, и, таким образом, сократить производственные затраты на такую холодильную камеру.

Однако, настоящее изобретение не ограничивается описанными средствами и конструкциями, а распространяется также на любое эквивалентное средство, любую эквивалентную конструкцию и любое технически эффективное сочетание таких средств.

В частности, форма, число и расположение разделительных камер разделительного устройства может быть изменено без ущерба для изобретения при условии, что разделительные камеры осуществляют функции, описанные в настоящем документе.

Например, как показано на фиг. 4, можно использовать четыре разделительных камеры. При этом, разделительные камеры ограничены периферийной стенкой, вертикальной стенкой 222, образующей хорду поперечного сечения колонны, показанной на фиг. 2, т.е., стенкой, расположенной, по существу, в плоскости, в которой расположены вертикальная ось и продольная ось L, и верхней горизонтальной стенкой 223, т.е., стенкой, расположенной, по существу, в горизонтальной плоскости, т.е., плоскости, перпендикулярной вертикальной стенке 222, в которой расположены поперечная ось Т и продольная ось L. Четыре камеры 220, 221, 320, 321 образованы путем размещения вертикальной стенки 325, 326 в середине этого пространства.

Как указано выше, двухфазная текучая среда через отверстие 103 поступает в канал 210 через первый конец 212 и направляется по первой ветви к первому разветвлению, у которого первая часть Р1 двухфазной текучей среды направляется ко второму концу 215 второй ветви 213, а вторая часть Р2 двухфазной текучей среды направляется к третьему концу 216 третьей ветви 214 канала 210.

Как показано на чертежах, второй конец 215 открывается в первую разделительную камеру 220, третий конец 216 открывается во вторую разделительную камеру 221. Как описано выше, первая разделительная камера 220 и вторая разделительная камера 221 симметричны, и описание, приведенное ниже для одной из них, распространяется на другую. Точно так же, номера позиций для одной из разделительных камер 220, 221 могут быть перенесены на другую.

Третья часть Р3 двухфазной текучей среды продолжает движение по первой ветви и достигает второго разветвления, где вся оставшаяся текучая среда направляется либо в третью ветвь 313, либо в четвертую ветвь 314. Третья ветвь достигает третьей камеры 321, четвертая ветвь - четвертой камеры 320.

После соприкосновения с периферийной стенкой соответствующей разделительной камеры 220, 221, 320, 321 газовая фаза двухфазной текучей среды поднимается к верхней горизонтальной стенке 223, тогда как жидкая фаза опускается к нижней горизонтальной стенке 225.

Как указано выше, газовая фаза затем выходит из разделительной камеры через отверстия 224, выполненные в вертикальной стенке 222, и достигает первого контактного элемента, описанного выше.

Изобретение относится к разделительным колоннам газа и жидкости. Разделительная колонна газа и жидкости, ориентированная, по существу, вдоль вертикальной оси и включающая цилиндрическую наружную стенку, ограничивающую внутреннее пространство, в котором расположены, по меньшей мере, один первый контактный элемент, в котором вступают в контакт жидкость и газ, по меньшей мере, одно распределительное устройство, выполненное с возможностью сбора жидкости, образующейся в первом контактном элементе, и с возможностью распределения ее ко второму контактному элементу, устройство для разделения двухфазной текучей среды, расположенное во внутреннем пространстве колонны между первым контактным элементом и распределительным устройством, отверстие для инжекции двухфазной текучей среды, выполненное в наружной стенке колонны, при этом инжекторное отверстие выполнено с возможностью инжекции двухфазной текучей среды во внутреннее пространство колонны между первым контактным элементом и распределительным устройством, при этом разделительное устройство включает канал, расположенный между отверстием для инжекции двухфазной текучей среды во внутреннее пространство колонны и разделительной камерой, при этом разделительная камера выполнена с возможностью разделения жидкой и газовой фаз двухфазной текучей среды и находится вблизи наружной стенки, канал имеет такую длину, что расстояние, проходимое двухфазной текучей средой между инжекторным отверстием и разделительной камерой, равно 80% или 90% диаметра колонны, при этом разделительная камера ограничена периферийной стенкой и вертикальной стенкой, образующей хорду круглого поперечного сечения колонны, при этом канал проходит сквозь вертикальную стенку так, что конец канала расположен в разделительной камере. Технический результат – повышение эффективности разделения и уменьшение размеров разделительной колонны. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Разделительная колонна (1) газа и жидкости, ориентированная, по существу, вдоль вертикальной оси (V) и включающая цилиндрическую наружную стенку (100), ограничивающую внутреннее пространство, в котором расположены, по меньшей мере, один первый контактный элемент (120), в котором вступают в контакт жидкость и газ, по меньшей мере, одно распределительное устройство (130), выполненное с возможностью сбора жидкости, образующейся в первом контактном элементе (120), и с возможностью распределения ее ко второму контактному элементу (140), по меньшей мере, одно устройство (200) для разделения двухфазной текучей среды, расположенное во внутреннем пространстве колонны (1) между первым контактным элементом (120) и распределительным устройством (130), по меньшей мере, одно отверстие (103) для инжекции двухфазной текучей среды, выполненное в наружной стенке (100) колонны (1), при этом инжекторное отверстие (103) выполнено с возможностью инжекции двухфазной текучей среды во внутреннее пространство колонны (1) между первым контактным элементом (120) и распределительным устройством (130), при этом разделительное устройство (200) включает, по меньшей мере, один канал (210), расположенный, по меньшей мере частично, между отверстием (103) для инжекции двухфазной текучей среды во внутреннее пространство колонны (1) и, по меньшей мере, одной разделительной камерой (220, 221, 320, 321), при этом, по меньшей мере, одна разделительная камера (220, 221, 320, 321) выполнена с возможностью разделения жидкой и газовой фаз двухфазной текучей среды и находится вблизи наружной стенки, по меньшей мере, один канал (210) имеет такую длину, что расстояние, проходимое двухфазной текучей средой между инжекторным отверстием и разделительной камерой (220, 221, 320, 321), равно, по меньшей мере, 80% или, по меньшей мере, 90% диаметра колонны, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна разделительная камера ограничена периферийной стенкой и вертикальной стенкой (222), образующей хорду круглого поперечного сечения колонны, при этом канал проходит сквозь вертикальную стенку так, что конец (215, 216) канала расположен в разделительной камере.

2. Колонна (1) по п.1, в которой канал (210) разделительного устройства (200) имеет постоянный диаметр между отверстием (103) для инжекции двухфазной текучей среды и, по меньшей мере, одной разделительной камерой (220, 221, 320, 321).

3. Колонна (1) по любому из пп.1, 2, в которой разделительное устройство (200) включает, по меньшей мере, две разделительные камеры (220, 221, 320, 321), канал (210) разделительного устройства (200) включает, по меньшей мере, три ветви (211, 213, 214), из которых первая ветвь (211) проходит через отверстие (103) для инжекции двухфазной текучей среды, а другие ветви, например вторая и третья ветви (213, 214, 313, 314), соответственно, соединяют первую ветвь (214) с одной из разделительных камер (220, 221, 320, 321).

4. Колонна (1) по п.3, имеющая круглое поперечное сечение, в которой разделительные камеры (220, 221) или пары разделительных камер (220, 221, 320, 321) диаметрально противоположны друг другу.

5. Колонна (1) по любому из пп.1-4, в которой, по меньшей мере, одна разделительная камера (220, 221) включает, по меньшей мере, одно отверстие (224), для вывода газовой фазы двухфазной текучей среды из соответствующей разделительной камеры (220, 221, 320, 321), и, по меньшей мере, один проем для вывода жидкой фазы двухфазной текучей среды из разделительной камеры (220, 221), при этом, по меньшей мере, одно отверстие (224) выполнено вблизи первого вертикального конца разделительной камеры (220, 221, 320, 321), а проем выполнен вблизи второго вертикального конца разделительной камеры (220, 221, 320, 321), противоположного первому вертикальному концу.

6. Колонна (1) по п.5, в которой, по меньшей мере, одно отверстие (224) выполнено над зоной соединения канала (210) и, по меньшей мере, одной разделительной камеры (220, 221, 320, 321).

7. Колонна (1) по любому из пп.1-6, в которой, по меньшей мере, одна разделительная камера (220, 221, 320, 321) ограничена периферийной стенкой, вертикальной стенкой (222) и, по меньшей мере, одной нижней горизонтальной стенкой (225), расположенной между нижним концом вертикальной стенки (222) и периферийной стенкой, при этом нижняя горизонтальная стенка (225) расположена, по существу, в плоскости, перпендикулярной основной плоскости расположения вертикальной стенки (222), при этом, по меньшей мере, один проем для вывода жидкой фазы двухфазной текучей среды из соответствующей разделительной камеры (220, 221) выполнен в нижней горизонтальной стенке (225).

8. Колонна (1) по п.7, в которой труба (240) расположена в проеме, выполненном в нижней горизонтальной стенке (225) разделительной камеры (220, 221, 320, 321), при этом труба (240) имеет верхний по вертикали конец (241), который входит в соответствующую разделительную камеру (220, 221, 320, 321), при этом труба (240) выполнена с возможностью прохождения по ней жидкой фазы двухфазной текучей среды.

9. Колонна (1) по п.8, в которой верхний по вертикали конец (241) трубы (240) скошен.

10. Колонна (1) по любому из пп.1-9, в которой разделительное устройство (200) включает, по меньшей мере, один распределительный элемент (230), проходящий через колонну (1) вдоль поперечной оси (Т), по существу, перпендикулярной вертикальной оси (V), причем, по меньшей мере, одна труба (240) разделительного устройства (200) имеет нижний по вертикали конец, открывающийся, по меньшей мере, в один распределительный элемент (230), при этом распределительный элемент (230) выполнен с возможностью распределения жидкой фазы двухфазной текучей среды по всей поверхности распределительного устройства (130).

11. Колонна (1) по п.10, в которой, по меньшей мере, один распределительный элемент (230) проходит между двумя разделительными камерами (220, 221, 320, 321).

12. Колонна (1) по любому из пп.1-10, в которой, по меньшей мере, одна разделительная камера (220, 221, 320, 321) дополнительно ограничена верхней горизонтальной стенкой (223), расположенной между верхним концом вертикальной стенки (222) и периферийной стенкой.

13. Колонна (1) по п.12, в которой верхняя горизонтальная стенка (223) выходит за вертикальную стенку (222) в направлении внутреннего пространства колонны (1).

14. Колонна (1) по любому из пп.1-13, в которой, по меньшей мере, одна разделительная камера (220, 221, 320, 321) включает байпасный элемент (250), жестко прикрепленный к наружной стенке (100) колонны (1), который открывается в соответствующую разделительную камеру (220, 221), при этом байпасный элемент (250) выполнен с возможностью направления жидкой фазы, по меньшей мере, в один проем, выполненный вблизи второго вертикального конца разделительной камеры (220, 221).

15. Колонна (1) по любому из пп.1-14, в которой распределительное устройство (130) включает, по меньшей мере, одну перфорированную пластину (131) для вывода жидкости из распределительного устройства (130), множество патрубков (133), которые отходят от перфорированной пластины (131) и которые выполнены с возможностью прохождения по ним газа, присутствующего в колонне (1), при этом патрубки (133) расположены один за другим вдоль поперечной оси (Т), перпендикулярной вертикальной оси (V), при этом, по меньшей мере, один распределительный элемент (230) проходит, по существу, в направлении, параллельном поперечной оси (Т), проходя через каждый патрубок (133).

16. Колонна (1) по п.15, в которой, по меньшей мере, один распределительный элемент (230) включает множество прорезей (231) для направления жидкой фазы в распределительное устройство (130), при этом прорези (231) выполнены между патрубками (133) распределительного устройства (130).

17. Колонна (1) по любому из пп.1-16, в которой разделительное устройство (200) включает два распределительных элемента (230), при этом два распределительных элемента (230) проходят в двух взаимно параллельных направлениях.

18. Колонна (1) по любому из пп.1-17, в которой часть канала (210), находящаяся в разделительной камере (220, 221, 320, 321), является горизонтальной и отверстие конца (215, 216) канала обращено к периферийной стенке (100).

19. Дистилляционная установка, отличающаяся тем, что включает, по меньшей мере, одну разделительную колонну (1) газа и жидкости по любому из пп.1-18, при этом колонна (1) заключена в изолированную камеру (300).