用于实现传质过程的管道、设备以及该设备的使用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于输送可凝结气体或包括可凝结组分的气体的管道(13)，其具有相对于水平倾斜的至少一个部分(15)。环(17)被容纳在相对于水平倾斜的所述部分(15)中，所述环通过第一端面(21)以液密方式在其整个周边接合到所述管道(13)，所述环的直径朝着与所述第一端面(21)相对的第二端面(25)减小，使得在所述环(17)和所述管道(13)的内壁之间形成空间(27)，所述环(17)被定位在所述管道(13)中以便使得凝结在所述管道壁上的液体流入所述环(17)和所述管道(13)的内壁之间的腔(27)，以及出口(19)通过所述管道(13)的壁而开口到所述腔(27)中，所述液体通过所述出口(19)流出。本发明还涉及一种用于实现传质过程的设备以及该设备的使用。
【专利说明】用于实现传质过程的管道、设备以及该设备的使用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于输送可凝结气体或含有可凝结组分的气体的管道，所述管道包括相对于水平倾斜的至少一部分。本发明进一步涉及一种用于实现传质过程、包括柱和用于输送可凝结气体或含有可凝结组分的气体的管道、的设备，并涉及所述设备的用途。
【背景技术】
[0002]用于输送可凝结气体或包括可凝结组分的气体的管道可用作柱上的蒸气管线。为此目的，该管道连接到所述柱的顶部，这样蒸气可以从所述柱流入所述管道。在许多情况下，管道采用包括通常平行于柱的垂直延伸部分的降液管形式。虽然常规来说管道是绝缘的，它们不会被加热，这样气体或气体的可凝结组分可能会凝结到管道的壁上。这些在管道壁上形成溪流，并且通常尽可能远地流到管道的弯曲部分，在此处流动被转向。特别的，当上升管道部分或甚至水平管道部分与管道弯曲部分接合时，液体聚集在管道的弯曲部分。该液体然后与管道输送的气体再次混合。一方面，混入气溶胶液滴形式的液体，而另一方面，一些液体也因为管道输送的热气体而再次蒸发。
[0003]特别地，在管道输送希望被分离成可凝结和非凝结成分的气体的过程中，在管道弯曲部分的这种混合是不希望的，因为这样的话会削弱分离作用。在这种情况下，液体分离通常在所述管道所通往的液体分离器中进行。
[0004]相应的管道也可用作诸如在硝酸生产中的吸收柱上的降液管(downcomer)。这种情况下，酸凝结在管道上。然而这是不希望的，因为凝结酸会加速管道之后的装置例如热交换器的腐蚀。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种管道和用于实现要输送可凝结气体或包含可凝结组分的气体的传质过程的设备，该设备可以防止在管道弯曲中的液体积累以及可选地在管道弯曲中的液体与气体的混合。
[0006]所述目的通过用于一种用于输送可凝结气体或包括可凝结组分的气体的管道实现，该管道包括相对于水平倾斜的至少一个部分，其中环被容纳在相对于水平倾斜的所述部分中，所述环通过第一端面以液密方式在其整个周边接合到所述管道，所述环的直径朝着与所述第一端面相对的第二端面减小，使得在所述环和所述管道之间形成空间，所述环被定位在所述管道中以便使得凝结在所述管道壁上的液体流入所述环和所述管道之间的空间，以及出口通过所述管道的壁导引到所述空间，所述液体通过所述出口流出。
[0007]作为所述环以液密形式贴着管壁的结果，凝结在所述管壁的液体被收集在所述环和所述管道之间的空间，这样所述液体不能流动到管道弯曲中。这样，收集在管道弯曲中的液体量被最小化。这也减少了管道弯曲区域中气体和液体的再混合。为了防止环和管道之间的空间的液体溢出，所述空间设置有出口，在该空间中累积的液体可以通过所述出口流出。[0008]在一个优选实施例中，所述环与水平成一角度地被放入所述管道。这意味着所述环固定到所述管道的端面相对于水平是倾斜的。由于上述倾斜，环和管道壁之间的空间没有水平基底。在这个空间中收集的液体流向最低点。因此优选地，自环和管道之间的空间的出口设置在空间的最低点。这保证了液体能从环和管道之间的空间完全排出。在这种情况下，完全排出指的是基本上所有液体都可以被排出，但不能排除的是残余液体可能会附着在管壁或环上，从而不能到达出口。这些液体通常会是单个液滴或薄膜形式。
[0009]所述管道容纳所述环的倾斜最好是5%至20%的倾斜度(gradient)，更优选地在7至13%的倾斜度范围内，特别是在9至12%的倾斜度范围。在这里，100%的倾斜度指的是在I米水平距离内的I米下降。
[0010]为了实现环直径从第一端面到第一端面相对的第二端面是减小的，例如可以假定所述环从第一端面到第二端面为锥形轮廓。这样，管道壁和环之间形成的空间具有大致为三角形的横截面，所述空间没有被向上定界。除了锥形结构，所述环也可以是诸如抛物线、椭圆、双曲线或采用圆的段的形式。所述直径从所述第一端面向所述第二端面需要是减小的，并且在该液体可以收集的环中尽可能没有拐角或边缘。
[0011]为了实现所述环的第一端面与管壁的液密连接，特别优选的，所述环其整个周边被焊接到所述管道。但是可选的，也可以通过夹紧接合或者粘合接合将所述环固定到所述管道上，其中，在粘合接合的情况下必须使用的粘合剂不能被气体中包含的组分损坏。
[0012]可替代的，使用可拆卸连接，例如通过螺纹，来固定所述环就位也是可行的。这种情况下，一方面有可能用螺丝将所述环固定到所述管壁上，或者可选的，在所述管道壁和所述环上分别提供螺纹，从而将所述环拧到管道壁上。在可拆卸连接的情况下，提供用于密封环与管内壁之间形成的空间的密封元件会更加有利。为此，诸如如果所述环是被拧入到所述管壁，可以将密封材料插入螺纹中。这种情况下，在管道安装中已知的，纤维密封材料诸如亚麻纤维是特别合适的。然而可选的，任何其他密封材料也是可行的。本文中唯一必要特征是，所述密封材料层相对于所述可凝结气体或气体中的组分是惰性的，不会被气体或气体中的组分损坏。
[0013]但是特别优选地，所述环是接合连接，这样密封同时可实现为连接。
[0014]在一个特别的优选实施例中，所述管道相对于水平倾斜的部分基本上是垂直的。基本垂直指的与水平的角度在85至95度的范围，优选地，在89至91度的范围。
[0015]根据所述管道的长度，可以提供一个或多个环。如果提供了多个环，它们被均匀地分布在所述管道的长度上。不论提供的是一个或多个环，优选地，一个环位于相对于水平倾斜的管道部分的端部。这种情况下，所述端部是在流动方向上最后流过的管道的部分。特别地，如果接下来是管道弯曲，将所述环放置在所述管道弯曲之前是有利的。
[0016]在本发明的一个实施例中，所述管道是诸如用于从柱中排出蒸气的降液管。在这一点上，蒸气应理解是从柱的头部排出的凝结气态组分。这种情况下，所述管道可导引到所述柱顶和作为所述柱的头部区域的侧向出口。
[0017]特别优选地，本发明的所述管道用来输送蒸气。这种情况下，所述管道优选的导入到凝结器，在凝结器中气态蒸气凝结。如果除了可凝结组分之外，所述蒸气还包含在凝结器的现行条件下不能凝结的组分，仅可凝结组分在所述凝结器中凝结。然后，通过可凝结组分的凝结所产生的气体/液体混合物送入到液体分离器。在液体分离器中，所述气体组分然后从所述液体组分中分离。
[0018]特别地，如果所述蒸气包含具有腐蚀作用组分，应当阻止相应的组分凝结到管壁上并在相当长的时间内留在那里，如同可能发生在管道弯曲的那样。由于凝结液体和所述管道的表面之间的长时间接触所产生的腐蚀可能会损坏管道并且有可能造成管道故障。
[0019]如果可凝结组分凝结后通过管道的蒸气被馈送到液体分离器，特别优选地，出口从环和管道之间的空间被引入到所述液体分离器。
[0020]将可凝结气体或包括可凝结组分的气体输送到所述液体分离器的管道优选地导入所述液体分离器的气体空间。在这方面，液体分离器可能同时作为凝结器，并包括可凝结部分能够从气体凝结出的温度。可替代地，也可以将所述液体分离器放置在凝结器的上游。
[0021]进一步优选的，从所述环和所述管道之间的空间的出口在所述液体分离器的液体中作为浸溃管打开。通过将出口设置为在液体分离器中打开，在管道中已经凝结的液体被供给到在所述液体分离器中分离的液体。这限制了液体损失。该出口的设置使得它可以在液体分离器的液体中作为浸溃管打开，其优点在于可以实现环和管道之间空间的气密排出。特别地，在从环和管子之间空间通过出口排出少量液体的情况下，这可以防止气体从所述液体分离器通过形成出口的管道流回到管道中。
[0022]在特别优选实施例中，所述管道是用于实现传质过程的设备的一部分。这种用于实现传质过程的设备通常包括柱和作为降液管的管道。这样的管道开口于所述柱的头部处，从而使得气态顶部产物可以通过管道从柱中排出。
[0023]这种情况下所述柱是传统的传质柱，例如吸收柱或气体洗涤器。此外所述柱也还可以是蒸馏柱。
[0024]这样的用于所述传质过程的传质柱通常包括诸如结构化填装(packing)、随机倾倒填装是形式，或诸如填装件(packing pieces)或盘(tray)形式，的内件。
[0025]通常，这样的柱分两阶段进行操作。在头部排出气态产物，并在柱底部排出液体产品O
[0026]根据本发明的，用于进行质量传递过程的包含管道的所述设备特别适合于在制造硝酸的方法中使用。
[0027]为了制造硝酸，首先用氧气氧化氨得到一氧化氮和水。一氧化氮进一步用氧气氧化以产生二氧化氮。二氧化氮作为组分提供到吸收柱。这种情况下通常在柱底部的区域中提供二氧化氮。水从柱的头部加入。二氧化氮和水逆流流过所述柱，通过适当的内件可以让二氧化氮和水充分混合。作为强混合的结果，二氧化氮被水吸收，形成硝酸和一氧化氮。硝酸从柱底部排出。在柱的头部产生包括气态一氧化氮和气态硝酸的混合物。这是经由根据本发明的管道从柱的头部排出。管道中二氧化氮与气流中包含的水反应产生硝酸，硝酸会凝结到管壁上。硝酸在管道中的凝结是不希望的，因为硝酸为高腐蚀性。特别的，硝酸在诸如管道弯曲的累积导致了管道的腐蚀。
[0028]使用根据本发明形成的管道与容纳在其中的环，可以捕获凝结在管道壁上的硝酸并将其从管道中除去。这可以防止已经凝结在管道弯曲区域中硝酸与所述管道输送的气体再混合，从而还可以防止大量液体积聚在管道中的区域，特别是在管道弯曲中。聚集在环和管道之间空间的硝酸经由所述出口排出并送入气液分离器，其中以气态形式从柱中排出的所述硝酸被凝结。[0029]在吸收期间，由于释放的吸收的热量，水被蒸发，使得包含柱内没有吸收的气态水、氮、氧、一氧化氮和二氧化氮的材料流从柱的头部排出。因为管道中的水成分，二氧化氮进一步与水反应产生硝酸。
[0030]用于制成所述环和管道的材料取决于在所述管道中输送的可凝结气体或包含可凝结组分的气体。该材料优选地被选择为使其不会被气体或气体的各成分破坏。如果本发明的所述管道是用在制造硝酸的方法中，特别合适的材料是钢。一种特别适用的材料是材料号为1.4541的钢。
[0031]环和管道之间空间的出口可以具有恒定的直径或变化的直径。如果直径是变化的，特别的，可能首先提供具有较大直径的管道部分，然后减小配合(fitting)而减小至较小直径。为了将液体从环和管道之间的空间排出，进一步优选的是，出口完全不升高，即它水平地或具有向下倾斜而连接到管道。这使得凝结液体由重力控制而排出环和管道之间的空间。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]本发明的示例性实施例示于附图，并且在下面描述中更详细地进行说明。
[0033]在附图中:
[0034]图1是根据本发明形成的具有管道的传质柱的示意图。
[0035]图2是具有容纳在其中的环的管道部分的剖面图。
【具体实施方式】
[0036]图1是根据本发明的具有管道的传质柱的示意图。
[0037]传质柱I包括诸如用于第一初始材料的馈给3。该第一初始材料可以从诸如如图1所示的在柱底部被提供到柱的较低区域。如果该传质柱I是吸收柱或气体洗涤器，通过馈给3供给的第一产物是气态的。在这种情况下，经由馈给3，通过任何需要的气体分配器，可以将第一初始材料引入传质柱I。
[0038]第二初始材料通过第二馈给5在柱顶部处供给。在传质柱I是吸收塔或气体洗涤器形式的情况下，第二初始材料是液体。气态第一初始材料和液态第二初始材料在传质柱中被逆流供给。这种情况下，合适的内件可实现气态第一初始材料和液态第二初始材料的强混合。在吸收柱中，至少一部分气态第一初始材料被吸收在液体第二初始材料中。这种情况下可能会发生化学反应，其中，气态第一初始材料的组分与液态第二初始材料的组分发生化学反应。
[0039]如果传质柱I是气体洗涤器，气态第一初始材料的成分由液态第二初始材料吸收。这种情况下同样可以发生化学反应，但也可能液体吸收的成分仅仅是溶解在该液体中。
[0040]为了实现经由第二馈给5供给的液体和经由第一馈给3供给的气体的强混合，传质柱I包含内件7。该内件可采取例如结构化填装，随机倾倒填装的形式，例如以填装件或盘的形式。如果内件7是盘，通常其包括用于液体的入口堰(weir)和出口堰和气体可以流动通过的气体通道开口。这里的盘一般采用叉流(cross-flow)盘的形式，其中液体从入口在盘之上流到出口，气体经由气体通道开口通过液体。这里，气体通道开口可以采取筛孔、阀、泡罩或槽形泡罩等形式。[0041]如果在传质柱I中实现释放热或需要热的过程，可以提供具有温度控制单元9的传质柱1，这里所述的温度控制单元9可以采用诸如围绕所述柱的双夹套形式。这种情况下，适合的温度控制介质流过双夹套。可替代的，还有可能诸如在传质柱I内部提供合适的温度控制单元，例如以加热或填装的管道等等的形式。如果内件7采取盘的形式，例如有可能将管道放置在温度控制介质流过的盘上。
[0042]为了从柱中排出液体，将液体出口 11放置在柱底部。气体成分，一般称之为蒸气，经由管道13在柱的头部排出。这种情况下，管道13，如图1所示，安装到柱顶部。可替代地，也可以将管道13安装在传质柱头部一侧。
[0043]根据本发明，管道13采用降液管的形式，即管道13包括基本上垂直延伸的部分15。
[0044]通常管道13以及垂直延伸部分15不被加热或冷却，这样在管道13中输送的一些气体或一些气体组分可凝结到管道13的壁上。
[0045]该凝结成分可能会收集在管道弯曲中。这可能造成管道的腐蚀损害，特别地如果所述组份是腐蚀作用成分。
[0046]根据本发明，管道13因而包括在垂直延伸部分15中、优选在垂直延伸部分15的端部处的环17。该环17被构造为使得在管道13和环17之间形成空间，凝结在壁上的液体积聚在该空间。该液体经由出口 19从环17和管道13之间形成的空间中排出。
[0047]如果传质柱I是用于制造硝酸的吸收柱，经由第一馈给3供给作为第一初始材料的气态一氧化氮和二氧化氮。二氧化氮的比例在这种情况下大于95体积％。此外气态第一初始材料仍可以含有痕量的氮和氧。
[0048]水经由所述第二馈给5加入。
[0049]在该柱中，二氧化氮被吸收到水中形成硝酸和一氧化氮。一氧化氮与氧气发生反
应产生二氧化氮并进一步形成硝酸，进一步产生一氧化氮。
[0050]在传质柱I底部，硝酸经由液体出口 11排出。在传质柱I的头部，产生水、氮、氧和痕量的一氧化氮和二氧化氮的混合物。二氧化氮与水反应生成硝酸。硝酸在管道13中凝结。根据本发明，凝结硝酸在环17和管道13之间的空间获得并通过出口 19从管道排出。这避免了硝酸的液膜附着在管道上并造成腐蚀。此外防止了液体硝酸引入到下游设备而同样可能对设备造成的腐蚀性损坏。
[0051]具有容纳在其中的环的管道部分用于收集凝结液，如图2所示。
[0052]环17包括第一端面21，该环17通过第一端面21固定到管道13的壁上。这种情况下，环17由焊缝23固定到管道13的垂直延伸部分15。焊缝23形成的接合产生液密接合。环17通过第一端面21固定到管道13，从该第一端面21朝向第二端面25，直径减小。在此示出的实施例中，这种情况下，环17是圆锥形结构。作为环17的锥形配置的结果，环17与管道13的壁之间形成空间27，除了这里示出的锥形配置之外，环17也可呈现任何其它所需配置，在这样的配置中第一端面21的直径大于第二端面25的直径，其中，第一端面21的直径必须总被选择为能够产生与管道的液密接合。
[0053]除了通过焊缝23提供的焊接接合，环17也可以用螺纹接合或粘合接合到管道13，或以一些其他方式固定到管道13。在非联锁接合，例如螺纹接合，的情况下，附加密封是必要的，以确保没有液体可沿管道13的内壁流出空间27。在粘合接合的情况下，使用的粘合剂应不应被管道中输送的物质所损坏。任何密封还必须使用这样的密封材料制作，该密封材料相对管道中输送的组分是惰性的。
[0054]在优选实施例中,环17相对于水平是倾斜的,如图2所示。该倾鞋优选地包括从5%至20%的范围的倾斜度，特别是在7至15%的范围，特别优选的在9%至12%的范围。
[0055]作为倾斜的结果，收集在环17和管道13之间的空间27的液体流到最低点。该出口 19位于最低点。经由出口 19，液体然后从所述空间27排出。
[0056]在优选实施例中，在管道13中输送的气体通入液体分离器。在液体分离器中，可凝结组分被凝结出气体并收集。这导致分离为气相和液相。为了不丢失任何有价值的物质，已经凝结在管道中的，经由出口 19排出的液体也特别地被优选地引入到气液分离器中。为了确保没有气体通过出口 19从液体分离器流出到管道中，另外优选的是，出口 19在液体分离器的液体中以浸溃管的形式开启。该浸溃管在液体中的浸没导致气密密封，从而没有气体可以从液体分离器到达出口 19中。
[0057]附图标记列表
[0058]I传质柱
[0059]3用于第一初始材料的馈给
[0060]5第二馈给
[0061]7 内件
[0062]9温度控制单元
[0063]11液体出口
[0064]13 管道
[0065]15垂直延伸部分
[0066]17 环
[0067]19 出口
[0068]21第一端面
[0069]23 焊缝
[0070]25第二端面
[0071]27 空间。
【权利要求】
1.一种用于输送可凝结气体或包括可凝结组分的气体的管道，包括相对于水平倾斜的至少一个部分(15)，其中环(17)被容纳在相对于水平倾斜的所述部分(15)中，所述环通过第一端面(21)以液密方式在其整个周边接合到所述管道(13)，所述环的直径朝着与所述第一端面(21)相对的第二端面(25)减小，使得在所述环(17)和所述管道(13)的内壁之间形成空间(27)，所述环(17)被定位在所述管道(13)中以便使得凝结在所述管道壁上的液体流入所述环(17)和所述管道(13)的内壁之间的空间(27)，以及出口(19)通过所述管道(13)的壁导引到所述空间(27)，所述液体通过所述出口(19)流出。
2.根据权利要求1所述的管道，其中所述环(17)与水平成一角度地被放置到所述管道(13)中。
3.根据权利要求1或2所述的管道，其中所述环(17)具有从所述第一端面(21)到所述第二端面(25)的圆锥形轮廓。
4.根据权利要求1到3中的一个所述的管道，其中所述管道(13)是用于从柱(I)排出蒸气的降液管。
5.根据权利要求1到4中的一个所述的管道，其中所述管道(13)导引到液体分离器的气体空间中。
6.根据权利要求5所述的管道，其中在所述环(17)和所述管道(13)的内壁之间的所述空间(27)外面的所述出口(13)在所述液体分离器中的所述液体中作为浸溃管打开。
7.一种用于执行传质过程的设备，包括柱(I)和作为降液管的根据权利要求1到6中的一个所述的管道(13)，所述管道(13)在所述柱(I)的头部处开口，从而使得气态顶部产物能够通过所述管道(13)从所述柱(I)排出。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述柱(I)是吸收柱或气体洗涤器。
9.根据权利要求7或8所述的设备在用于制造硝酸的方法中的使用。
【文档编号】B01D5/00GK104039411SQ201280065794
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年11月27日 优先权日:2011年12月2日
【发明者】H-J·克恩皮尔, J·T·尼克尔, L·蒂雷兹 申请人:巴斯夫欧洲公司