專利名稱：冷凝器再沸器系統(tǒng)的制作方法
冷凝器再沸器系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域0001本發(fā)明涉及結(jié)合空氣分離裝置使用的冷凝器再沸器系統(tǒng)，以冷凝通過(guò)部分地蒸發(fā)在低壓塔內(nèi)產(chǎn)生的富氧的液體而作為高壓塔的 塔頂部物產(chǎn)生的富氮的蒸氣。更特別地，本發(fā)明涉及使用下降流類型 的并且設(shè)計(jì)為允許在冷關(guān)閉后迅速重新起動(dòng)空氣分離裝置的冷凝器再 沸器的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
0002長(zhǎng)期以來(lái)，眾所周知，在使用低溫精餾將空氣分離為其 組成部分以產(chǎn)生氧、氮和氬產(chǎn)品的空氣分離裝置中分離空氣。典型地， 空氣被壓縮并且去除更高沐點(diǎn)的雜質(zhì)，并且隨后在主熱交換器內(nèi)冷卻 到適用于在蒸餾塔內(nèi)精餾的溫度。0003設(shè)計(jì)為產(chǎn)生氧和氮產(chǎn)品的空氣分離裝置具有通過(guò)冷凝器再沸器以熱傳遞關(guān)系與彼此操作地相關(guān)的高壓塔和低壓塔。將進(jìn)入的 壓縮的和冷卻的空氣引入高壓塔的底部以將空氣分離為富氮的蒸氣塔頂部物和在本技術(shù)領(lǐng)域中還稱作未加工的液體氧或罐液體的富氧的液 體塔底部物。將富氧的塔底部物的流引入低壓塔，以便將流分離為富 氧的液體和富氮的蒸氣，全部二者能夠分別作為氧和氮產(chǎn)品。如果氬 為希望的產(chǎn)品，氬塔能夠連接到低壓塔以從自低壓塔移除的富氬的流 分離氬。0004通過(guò)冷凝作為高壓塔內(nèi)的塔頂部物產(chǎn)生的富氮的蒸氣實(shí)現(xiàn)向高壓塔和低壓塔的回流。此冷凝在冷凝器再沸器內(nèi)發(fā)生，其中， 富氧的液體部分地蒸發(fā)，相反，冷凝富氮的蒸氣。0005存在用于制造這樣的冷凝器再沸器的不同的設(shè)計(jì)。在一 個(gè)普通的設(shè)計(jì)中，已知為熱對(duì)流再沸器，作為低壓塔內(nèi)的塔底部物收 集的富氧的液體部分地蒸發(fā)為從再沸器出口放出的二相液體-蒸氣混 合物。密度差異提供足夠的液體頭以將塔底部物輸送到再沸器。還存 在例如通過(guò)用來(lái)自定位在再沸器頂部處的液體貯液器的富氧的液體供 給的銅焊的鋁熱交換器形成的下降流類型的再沸器。當(dāng)富氧的液體在 這樣的再沸器的通道內(nèi)下降時(shí)，其部分地蒸發(fā)為液體和蒸氣相分餾部
分。這樣的熱交換器內(nèi)的通道通過(guò)銅焊在一起的平行的鋁板形成，具 有內(nèi)部片以增加熱傳遞面積。另外，存在下降流外殼和管設(shè)計(jì)的再沸 器，其中，管接附到上部和下部管板。貯液器定位在上方以將富氧的 液體分配到管。入口和出口提供在外殼內(nèi)，用于富氮的蒸氣進(jìn)入外殼 并且通過(guò)與富氧的液體的間接的熱交換冷凝。富氧的液體的蒸氣和液 體相從管的底部放出。板-片設(shè)計(jì)和外殼和管設(shè)計(jì)的下降流冷凝器再 沸器的優(yōu)點(diǎn)在于，它們?cè)试S將要進(jìn)行間接的熱交換的液體和蒸氣的更 加接近的溫度。這導(dǎo)致對(duì)于進(jìn)入的空氣的更低的壓縮需求。0006為了使得下降流冷凝器再沸器發(fā)揮作用，部分地蒸發(fā)的 液體必須能夠從通道或管的底部放出。然而，在冷裝置關(guān)閉期間，存 在于低壓塔內(nèi)的富氧的液體將傾倒到提供在低壓塔的底部處的池內(nèi)， 導(dǎo)致下降流冷凝器再沸器部分地被淹沒(méi)。雖然能夠傾倒液體以清除通 道或管，這存在制冷的損失，并且，另外，為了重新起動(dòng)裝置，必須 通過(guò)用于這樣的目的的貨車或軌道帶入附加的液體。0007當(dāng)使用下降流冷凝器再沸器時(shí)，在冷關(guān)閉之后重新起動(dòng) 空氣分離裝置的問(wèn)題已經(jīng)在U.S. 5,071,458中提到，其中，提供在塔內(nèi) 在足夠的高度處定位在主冷凝器再沸器上方的輔助的冷凝器再沸器， 在裝置關(guān)閉時(shí)，輔助的冷凝器再沸器將不會(huì)被淹沒(méi)并且能夠重新起動(dòng) 裝置。這樣的裝備的問(wèn)題為塔必須更高以容納輔助的冷凝器再沸器。 這導(dǎo)致不合需要的增加的制造成本以及運(yùn)送比平均的塔更長(zhǎng)的塔的潛 在的問(wèn)題。0008如將要討論的，本發(fā)明提供結(jié)合空氣分離裝置使用的下 降流類型的冷凝器再沸器系統(tǒng)，其中，能夠在不從池排出任何液體的 情況下重新起動(dòng)塔，并且> 具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，下降流冷凝器再沸器的 配置不需要增大塔以容納輔助的冷凝器再沸器，如將在下文中變得明 顯的，本發(fā)明還具有其它優(yōu)點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容0009本發(fā)明提供定位在用于空氣分離系統(tǒng)內(nèi)的雙塔裝備的低 壓塔的底部區(qū)內(nèi)的冷凝器再沸器系統(tǒng)。0010冷凝器再沸器系統(tǒng)使用第一和第二熱交換器將熱從來(lái)自 雙塔裝備的高壓塔的富氮的蒸氣流間接地交換到在低壓塔內(nèi)下降的富 氧的液體，以冷凝富氮的蒸氣流并且部分地蒸發(fā)富氧的液體，由此，
初始在低壓塔內(nèi)形成上升的富氧的蒸氣相并且在其池區(qū)內(nèi)收集富氧的 液體相。第 一和第二熱交換器為下降流構(gòu)造并且具有在其底部處的流 動(dòng)通道開(kāi)口以放出富氧的液體相和富氧的蒸氣相。0011第一和第二熱交換器處于并排關(guān)系。熱交換器中的第一個(gè)具有比熱交換器中的第二個(gè)的長(zhǎng)度更短的長(zhǎng)度，并且相對(duì)于熱交換 器中的第二個(gè)定位，使得在空氣分離系統(tǒng)冷關(guān)閉之后，起動(dòng)空氣分離 系統(tǒng)時(shí)，作為冷關(guān)閉的結(jié)果傾倒到池內(nèi)的富氧的液體的液體水平在熱 交換器中的第一個(gè)下方，以允許在熱交換器中的第二個(gè)至少部分地被 淹沒(méi)的同時(shí)起動(dòng)空氣分離系統(tǒng)。從而，能夠在不延伸蒸餾塔的高度的 情況下利用本發(fā)明的冷凝器再沸器系統(tǒng)。0012如上文中所述，第一和第二熱交換器中的每個(gè)能夠?yàn)榘?片構(gòu)造或?yàn)楣芎屯鈿?gòu)造。0013冷凝器再沸器系統(tǒng)能夠提供有流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)具有 流動(dòng)管道，流動(dòng)管道裝備為將富氮的蒸氣流循環(huán)到笫 一和第二熱交換 器，并且將包括冷凝的富氮的蒸氣的富氮的冷凝物從第 一和第二熱交 換器循環(huán)返回高壓塔。流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)能夠具有再循環(huán)管道以將包括富氧的 液體相的富氧的液體流從低壓塔的池再循環(huán)到第 一和第二熱交換器， 以防止定位在笫一和第二熱交換器內(nèi)的通道干透。泵能夠提供為與再 循環(huán)管道流體連通以泵送再循環(huán)管道內(nèi)的富氧的液體流。流動(dòng)管道能 夠構(gòu)造為使得將富氮的蒸氣流的補(bǔ)充的供給流并行地供給到第一和第 二熱交換器，并且同樣并行地從第 一和第二熱交換器放出富氮的冷凝 物的補(bǔ)充的放出流。0014如能夠理解的，在任何實(shí)施例中，能夠有多個(gè)第一和第 二熱交換器。


0015雖然說(shuō)明書以清楚地指出申請(qǐng)人看作他們的發(fā)明的主題的權(quán)利要求書作為結(jié)束，相信結(jié)合附圖將更好地理解本發(fā)明，其中， 單獨(dú)的附圖為根據(jù)本發(fā)明的冷凝器再沸器系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施方式
0016參考附圖，如圖所示的根據(jù)本發(fā)明的冷凝器再沸器裝備1 結(jié)合將在空氣分離單元內(nèi)使用的雙塔裝備2使用。雙塔裝備2包括連 接到彼此的低壓塔10和高壓塔12。在這里并且在現(xiàn)有技術(shù)中，"高，，
和"低"壓塔表示高壓塔以比低壓塔更高的壓力操作。0017雖然沒(méi)有示出，但是，如本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員已知 的，將壓縮的和提純的流引入高壓塔12的底部。高壓塔12包含諸如 篩盤的質(zhì)量傳遞元件，結(jié)構(gòu)化填料或隨機(jī)填料以使得要分離的進(jìn)入的 空氣的蒸氣和液體相物理地接觸。壓縮的和提純的空氣流的引入初始 上升的蒸氣相的形成，當(dāng)上升的蒸氣相在高壓塔12內(nèi)上升時(shí)，上升的 蒸氣相變得更富氮，以在高壓塔12的頂部區(qū)14內(nèi)產(chǎn)生富氮的蒸氣。 富氮的蒸氣通過(guò)冷凝器再沸器系統(tǒng)1冷凝以初始下降的液體相的形成， 如上文所述，當(dāng)下降的液體相在高壓塔12內(nèi)下降時(shí)，下降的液體相變 得更富氧，以產(chǎn)生未加工的氧塔底部物。0018同樣沒(méi)有示出，但是，如領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員已知的， 未加工的液體氧底部物的流在低壓塔10內(nèi)更進(jìn)一步地提純。此外，雖 然沒(méi)有示出，低壓塔IO將包含諸如高壓塔12內(nèi)包含的相似的質(zhì)量傳 遞接觸元件。當(dāng)下降的液體相在低壓塔10內(nèi)下降時(shí)，下降的液體相變 得更富氧，以產(chǎn)生富氧的液體。如將更進(jìn)一步地討論的，通過(guò)冷凝的 富氮的蒸氣的一部分回流低壓塔10以初始下降的液體相的形成。在示 出的實(shí)施例中，富氧的液體收集在分配器盤18內(nèi)并且供給到冷凝器再 沸器系統(tǒng)1以冷凝富氮的蒸氣。富氧的液體的部分蒸發(fā)產(chǎn)生收集在低 壓塔的池19內(nèi)的富氧的液體相16，和將要討論的富氧的蒸氣相，富氧 的蒸氣相在低壓塔10內(nèi)初始上升的蒸氣相的形成。0019在示出的實(shí)施例中，冷凝器再沸器系統(tǒng)1包括第一熱交 換器20和第二熱交換器22。第一熱交換器20和第二熱交換器22全部 為下降流類型并且為外殼和管構(gòu)造。應(yīng)該理解，能夠使用其它已知的 下降流熱交換器，例如那些通過(guò)將鋁板銅焊在一起制造的板-片構(gòu)造 的下降流熱交換器。然而，在示出的實(shí)施例中，第一熱交換器20提供 有外殼24，其中，裝入并且連接管板26和28。管板26和28支持形 成用于部分蒸發(fā)富氧的液體的通道的管30。頂部區(qū)段32形成貯液器以 收集和將在收集盤18上收集的富氧的液體的流34引入第一熱交換器 20的管30。0020第二熱交換器22為與第一熱交換器24相似的構(gòu)造并且 提供有外殼36、頂部和底部管板38和40以保持管42。頂部區(qū)段44 延伸超過(guò)頂部管板38以產(chǎn)生貯液器以將在收集盤18上收集的富氧的 液體的流46引入第二熱交換器22的管42。0021冷凝器再沸器系統(tǒng)1還包括流動(dòng)管道以將富氮的蒸氣14 引入第一和第二熱交換器20和22。主流動(dòng)管道48連接到高壓塔12的 頂部區(qū)14,富氮的蒸氣的流通過(guò)主流動(dòng)管道48流動(dòng)。主流動(dòng)管道48 分支并且具有分支50和52以將富氮的蒸氣的補(bǔ)充的流分別分配到第 一熱交換器20和第二熱交換器22。這樣，第一熱交換器20具有入口 集管54，入口集管54連接到分支50以允許將富氮的蒸氣的補(bǔ)充的流 引入第一熱交換器20的外殼24。相似地，第二熱交換器22具有集管 56，集管56連接到分支52以允許富氮的蒸氣的另一個(gè)補(bǔ)充的流進(jìn)入 第二熱交換器22的外殼36。0022當(dāng)富氧的液體在第一熱交換器20的管30和第二熱交換 器22的管42內(nèi)下降時(shí)，富氧的液體通過(guò)與引入其外殼24和36內(nèi)的 富氮的蒸氣的間接的熱交換部分地氣化。由冷凝的富氮的蒸氣形成的 冷凝物，或換句話說(shuō)，富氮的液體從分別與第一和第二熱交換器20和 22的外殼24和36相關(guān)的集管58和60放出。主放出流動(dòng)管道66的分 支62和64連接到集管58和60，主放出流動(dòng)管道66連接到高壓塔12 的頂部區(qū)14以將回流引入高壓i荅12的頂部區(qū)14內(nèi)。主管道66還具 有另一個(gè)分支67以將富氮的液體作為回流引入低壓塔10。0023如剛剛上文中描述的，將富氮的蒸氣的補(bǔ)充的流并行地 供給到第一和第二熱交換器20和22,并且將富氮的液體作為補(bǔ)充的流 并行地收集并且作為回流供給返回高壓塔12。然而，可能將富氮的蒸 氣塔頂部物的全部流從高壓塔12供給到第一熱交換器20并且將任何 從部分蒸發(fā)剩余的富氧的液體相串行供給到第二熱交換器22。由富氮 的蒸氣形成的冷凝物能夠相似地串行地供給到第 一和第二熱交換器20 和22。0024將要在第一和第二熱交換器20和22內(nèi)冷凝的全部富氮 的蒸氣事實(shí)上冷凝是重要的，或者，換句話說(shuō)，防止稱作"干透"的 已知的不合需要的狀態(tài)是重要的。為了避免此問(wèn)題，通過(guò)再循環(huán)管道 70將富氧的液體相的流從低壓塔10的池16再循環(huán)返回第一和第二熱 交換器20和22,以確保全部富氧的液體沒(méi)有蒸發(fā)。再循環(huán)管道70具 有用于這樣的目的的泵72。泵送的富氧的液體相的流能夠以本技術(shù)領(lǐng) 域中已知的方式作為產(chǎn)品流74。
0025可能設(shè)計(jì)第一和第二熱交換器20和22,使得防止如上文 中討論的這樣的干透并且將不會(huì)使用泵72。另外，能夠提供其它循環(huán) 設(shè)備，諸如將結(jié)合泵或閥使用的噴射器，以部分地蒸發(fā)流并且降低其 密度以提供用于這樣的循環(huán)的足夠的頭。0026如上文中所述，當(dāng)富氧的液體在管30和42內(nèi)下降時(shí)， 這樣的富氧的液體部分地蒸發(fā)以產(chǎn)生富氧的液體相流，通常通過(guò)參考 數(shù)字76和78指示，富氧的液體相流收集在低壓塔10的池19內(nèi)。另 外，形成通常通過(guò)參考數(shù)字80和82指示的蒸氣相，在低壓塔10內(nèi)初 始上升的蒸氣相，在上升的蒸氣相在低壓塔10內(nèi)上升并且特別地其質(zhì) 量傳遞接觸元件時(shí)，上升的蒸氣相變得更富氮。0027在正常操作期間，收集的富氧的液體相處于在圖中指示 為"L1"的水平。然而，在裝置關(guān)閉時(shí)，包含在這樣的質(zhì)量傳遞元件 內(nèi)的全部液體在低壓塔10內(nèi)下降，或者，換句話說(shuō)，傾倒到池區(qū)16 內(nèi)以產(chǎn)生包括富氧的液體的液體的更高的水平并且在圖中指示為水平 "L2"。當(dāng)液體的水平上升到"L2"時(shí)，第二交換器22的管42將部分 地被淹沒(méi)在富氧的液體內(nèi)以防止熱交換器22發(fā)揮作用。相似的情形將 發(fā)生在板-片構(gòu)造的下降流類型的熱交換器內(nèi)。然而，因?yàn)榈谝粺峤?換器20和第二熱交換器22處于并排關(guān)系，第一熱交換器20具有比第 二熱交換器22的長(zhǎng)度更短的長(zhǎng)度，并且相對(duì)于笫二熱交換器22定位， 使得在關(guān)閉期間，當(dāng)液體上升到水平"L2"時(shí)，在這樣的液體導(dǎo)致第 二熱交換器22部分地被淹沒(méi)的同時(shí)，第一熱交換器20將保持沒(méi)有液 體并且能夠發(fā)揮作用。從而，不需要排出液體，并且在重新起動(dòng)期間， 液體水平"L2"將最終下降到液體水平"L1",允許第二熱交換器22 再次發(fā)揮作用。在示出的外殼和管熱交換器的情況中，第一和第二熱 交換器20和22的優(yōu)選的定位導(dǎo)致其區(qū)32和44與彼此直接相對(duì)定位。 如能夠理解的，假設(shè)第一熱交換器20能夠在裝置冷關(guān)閉期間在發(fā)生液 體水平上升期間發(fā)揮作用，能夠存在輕微的未對(duì)準(zhǔn)。如上面指示的， 這樣的裝備的優(yōu)點(diǎn)為低壓塔10不必須制造得更高以容納 一個(gè)在另 一個(gè) 上面而不是如圖所示的并排定位的熱交換器0028還應(yīng)該注意，雖然示出了兩個(gè)熱交換器，即，第一熱交 換器24和第二熱交換器22,在大多數(shù)情況中，可以有一系列這樣的第 一熱交換器24和第二熱交換器22。這樣，第一熱交換器24能夠在數(shù)量上大于第二熱交換器22,使得熱交換責(zé)任在笫一和第二熱交換器的 組之間相等地分擔(dān)。0029雖然已經(jīng)參考優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域中的 普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，能夠在不偏離如后附的權(quán)利要求中所述的本 發(fā)明的精神和范圍的情況下實(shí)現(xiàn)許多改變、添加和省略。
權(quán)利要求
1. 定位在用于空氣分離系統(tǒng)內(nèi)的雙塔裝備的低壓塔的底部區(qū)內(nèi)的冷凝器再沸器系統(tǒng)，所述冷凝器再沸器系統(tǒng)包括第一和第二熱交換器，用于將熱從來(lái)自雙塔裝備的高壓塔的富氮的蒸氣流間接地交換到在低壓塔內(nèi)下降的富氧的液體，以冷凝富氮的蒸氣流并且部分地蒸發(fā)富氧的液體，由此，初始在低壓塔內(nèi)形成上升的富氧的蒸氣相并且在其池區(qū)內(nèi)收集富氧的液體相；第一和第二熱交換器為下降流構(gòu)造并且具有在其底部處的流動(dòng)通道開(kāi)口以放出富氧的液體相和富氧的蒸氣相；第一和第二熱交換器處于并排關(guān)系；及熱交換器中的第一個(gè)具有比熱交換器中的第二個(gè)的長(zhǎng)度更短的長(zhǎng)度，并且相對(duì)于熱交換器中的第二個(gè)定位，使得在空氣分離系統(tǒng)冷關(guān)閉之后起動(dòng)空氣分離系統(tǒng)時(shí)，作為冷關(guān)閉的結(jié)果傾倒到池內(nèi)的富氧的液體的液體水平在熱交換器中的第一個(gè)下方，以允許在熱交換器中的第二個(gè)至少部分地被淹沒(méi)的同時(shí)起動(dòng)空氣分離系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝器再沸器系統(tǒng)，其中，第一和第 二熱交換器中的每個(gè)為板-片構(gòu)造或外殼和管構(gòu)造。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的冷凝器再沸器系統(tǒng)，其中，冷凝器再 沸器系統(tǒng)具有流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)具有流動(dòng)管道，流動(dòng)管道構(gòu)造為將 富氮的蒸氣流循環(huán)到第一和第二熱交換器，并且將包括冷凝的富氮的 蒸氣的富氮的冷凝物從第 一和第二熱交換器循環(huán)返回高壓塔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷凝器再沸器系統(tǒng)，其中，流動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 具有再循環(huán)管道以將包括富氧的液體的富氧的液體流從低壓塔的池再 循環(huán)到第一和第二熱交換器，以防止定位在用于冷凝富氮的蒸氣流的 第一和第二熱交換器內(nèi)的通道干透，和與再循環(huán)管道流體連通以泵送再循環(huán)管道內(nèi)的富氧的液體流的泵。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷凝器再沸器系統(tǒng)，其中，流動(dòng)管道 構(gòu)造為使得將富氮的蒸氣流的補(bǔ)充的供給流并行地供給到第 一和笫二 熱交換器，并且并行地從第 一和第二熱交換器放出富氮的冷凝物的補(bǔ) 充的放出流。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷凝器再沸器系統(tǒng)，其中，第一和第 二熱交換器中的每個(gè)為板-片構(gòu)造或?yàn)楣芎屯鈿?gòu)造。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝器再沸器系統(tǒng)，其中，存在多個(gè) 第一和第二熱交換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及冷凝器再沸器系統(tǒng)。定位在用于空氣分離系統(tǒng)內(nèi)以分離空氣的雙塔裝備的低壓塔的底部區(qū)內(nèi)的冷凝器再沸器系統(tǒng)。冷凝器再沸器系統(tǒng)加入處于并排關(guān)系的下降流類型的第一和第二熱交換器，并且，第一熱交換器比第二熱交換器短，使得在空氣分離系統(tǒng)關(guān)閉之后，在第二熱交換器由于傾倒到低壓塔的池區(qū)內(nèi)的特體不能操作時(shí)，第一熱交換器將保持能發(fā)揮作用。并排關(guān)系允許將塔制造為沒(méi)有額外的高度。
文檔編號(hào)F25J5/00GK101398252SQ200810168759
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者J·H·羅亞爾, V·S·查克拉瓦蒂 申請(qǐng)人:普萊克斯技術(shù)有限公司