专利名称：冷凝器再沸器系统的制作方法
冷凝器再沸器系统技术领域0001本发明涉及结合空气分离装置使用的冷凝器再沸器系统，以冷凝通过部分地蒸发在低压塔内产生的富氧的液体而作为高压塔的 塔顶部物产生的富氮的蒸气。更特别地，本发明涉及使用下降流类型 的并且设计为允许在冷关闭后迅速重新起动空气分离装置的冷凝器再 沸器的系统。
背景技术：
0002长期以来，众所周知，在使用低温精馏将空气分离为其 组成部分以产生氧、氮和氩产品的空气分离装置中分离空气。典型地， 空气被压缩并且去除更高沐点的杂质，并且随后在主热交换器内冷却 到适用于在蒸馏塔内精馏的温度。0003设计为产生氧和氮产品的空气分离装置具有通过冷凝器再沸器以热传递关系与彼此操作地相关的高压塔和低压塔。将进入的 压缩的和冷却的空气引入高压塔的底部以将空气分离为富氮的蒸气塔顶部物和在本技术领域中还称作未加工的液体氧或罐液体的富氧的液 体塔底部物。将富氧的塔底部物的流引入低压塔，以便将流分离为富 氧的液体和富氮的蒸气，全部二者能够分别作为氧和氮产品。如果氩 为希望的产品，氩塔能够连接到低压塔以从自低压塔移除的富氩的流 分离氩。0004通过冷凝作为高压塔内的塔顶部物产生的富氮的蒸气实现向高压塔和低压塔的回流。此冷凝在冷凝器再沸器内发生，其中， 富氧的液体部分地蒸发，相反，冷凝富氮的蒸气。0005存在用于制造这样的冷凝器再沸器的不同的设计。在一 个普通的设计中，已知为热对流再沸器，作为低压塔内的塔底部物收 集的富氧的液体部分地蒸发为从再沸器出口放出的二相液体-蒸气混 合物。密度差异提供足够的液体头以将塔底部物输送到再沸器。还存 在例如通过用来自定位在再沸器顶部处的液体贮液器的富氧的液体供 给的铜焊的铝热交换器形成的下降流类型的再沸器。当富氧的液体在 这样的再沸器的通道内下降时，其部分地蒸发为液体和蒸气相分馏部
分。这样的热交换器内的通道通过铜焊在一起的平行的铝板形成，具 有内部片以增加热传递面积。另外，存在下降流外壳和管设计的再沸 器，其中，管接附到上部和下部管板。贮液器定位在上方以将富氧的 液体分配到管。入口和出口提供在外壳内，用于富氮的蒸气进入外壳 并且通过与富氧的液体的间接的热交换冷凝。富氧的液体的蒸气和液 体相从管的底部放出。板-片设计和外壳和管设计的下降流冷凝器再 沸器的优点在于，它们允许将要进行间接的热交换的液体和蒸气的更 加接近的温度。这导致对于进入的空气的更低的压缩需求。0006为了使得下降流冷凝器再沸器发挥作用，部分地蒸发的 液体必须能够从通道或管的底部放出。然而，在冷装置关闭期间，存 在于低压塔内的富氧的液体将倾倒到提供在低压塔的底部处的池内， 导致下降流冷凝器再沸器部分地被淹没。虽然能够倾倒液体以清除通 道或管，这存在制冷的损失，并且，另外，为了重新起动装置，必须 通过用于这样的目的的货车或轨道带入附加的液体。0007当使用下降流冷凝器再沸器时，在冷关闭之后重新起动 空气分离装置的问题已经在U.S. 5,071,458中提到，其中，提供在塔内 在足够的高度处定位在主冷凝器再沸器上方的辅助的冷凝器再沸器， 在装置关闭时，辅助的冷凝器再沸器将不会被淹没并且能够重新起动 装置。这样的装备的问题为塔必须更高以容纳辅助的冷凝器再沸器。 这导致不合需要的增加的制造成本以及运送比平均的塔更长的塔的潜 在的问题。0008如将要讨论的，本发明提供结合空气分离装置使用的下 降流类型的冷凝器再沸器系统，其中，能够在不从池排出任何液体的 情况下重新起动塔，并且> 具有这样的优点，下降流冷凝器再沸器的 配置不需要增大塔以容纳辅助的冷凝器再沸器，如将在下文中变得明 显的，本发明还具有其它优点。 发明内容0009本发明提供定位在用于空气分离系统内的双塔装备的低 压塔的底部区内的冷凝器再沸器系统。0010冷凝器再沸器系统使用第一和第二热交换器将热从来自 双塔装备的高压塔的富氮的蒸气流间接地交换到在低压塔内下降的富 氧的液体，以冷凝富氮的蒸气流并且部分地蒸发富氧的液体，由此，
初始在低压塔内形成上升的富氧的蒸气相并且在其池区内收集富氧的 液体相。第 一和第二热交换器为下降流构造并且具有在其底部处的流 动通道开口以放出富氧的液体相和富氧的蒸气相。0011第一和第二热交换器处于并排关系。热交换器中的第一个具有比热交换器中的第二个的长度更短的长度，并且相对于热交换 器中的第二个定位，使得在空气分离系统冷关闭之后，起动空气分离 系统时，作为冷关闭的结果倾倒到池内的富氧的液体的液体水平在热 交换器中的第一个下方，以允许在热交换器中的第二个至少部分地被 淹没的同时起动空气分离系统。从而，能够在不延伸蒸馏塔的高度的 情况下利用本发明的冷凝器再沸器系统。0012如上文中所述，第一和第二热交换器中的每个能够为板-片构造或为管和外壳构造。0013冷凝器再沸器系统能够提供有流动网络，流动网络具有 流动管道，流动管道装备为将富氮的蒸气流循环到笫 一和第二热交换 器，并且将包括冷凝的富氮的蒸气的富氮的冷凝物从第 一和第二热交 换器循环返回高压塔。流动网络能够具有再循环管道以将包括富氧的 液体相的富氧的液体流从低压塔的池再循环到第 一和第二热交换器， 以防止定位在笫一和第二热交换器内的通道干透。泵能够提供为与再 循环管道流体连通以泵送再循环管道内的富氧的液体流。流动管道能 够构造为使得将富氮的蒸气流的补充的供给流并行地供给到第一和第 二热交换器，并且同样并行地从第 一和第二热交换器放出富氮的冷凝 物的补充的放出流。0014如能够理解的，在任何实施例中，能够有多个第一和第 二热交换器。
0015虽然说明书以清楚地指出申请人看作他们的发明的主题的权利要求书作为结束，相信结合附图将更好地理解本发明，其中， 单独的附图为根据本发明的冷凝器再沸器系统的示意图。
具体实施方式
0016参考附图，如图所示的根据本发明的冷凝器再沸器装备1 结合将在空气分离单元内使用的双塔装备2使用。双塔装备2包括连 接到彼此的低压塔10和高压塔12。在这里并且在现有技术中，"高，，
和"低"压塔表示高压塔以比低压塔更高的压力操作。0017虽然没有示出，但是，如本领域中的普通技术人员已知 的，将压缩的和提纯的流引入高压塔12的底部。高压塔12包含诸如 筛盘的质量传递元件，结构化填料或随机填料以使得要分离的进入的 空气的蒸气和液体相物理地接触。压缩的和提纯的空气流的引入初始 上升的蒸气相的形成，当上升的蒸气相在高压塔12内上升时，上升的 蒸气相变得更富氮，以在高压塔12的顶部区14内产生富氮的蒸气。 富氮的蒸气通过冷凝器再沸器系统1冷凝以初始下降的液体相的形成， 如上文所述，当下降的液体相在高压塔12内下降时，下降的液体相变 得更富氧，以产生未加工的氧塔底部物。0018同样没有示出，但是，如领域中的普通技术人员已知的， 未加工的液体氧底部物的流在低压塔10内更进一步地提纯。此外，虽 然没有示出，低压塔IO将包含诸如高压塔12内包含的相似的质量传 递接触元件。当下降的液体相在低压塔10内下降时，下降的液体相变 得更富氧，以产生富氧的液体。如将更进一步地讨论的，通过冷凝的 富氮的蒸气的一部分回流低压塔10以初始下降的液体相的形成。在示 出的实施例中，富氧的液体收集在分配器盘18内并且供给到冷凝器再 沸器系统1以冷凝富氮的蒸气。富氧的液体的部分蒸发产生收集在低 压塔的池19内的富氧的液体相16，和将要讨论的富氧的蒸气相，富氧 的蒸气相在低压塔10内初始上升的蒸气相的形成。0019在示出的实施例中，冷凝器再沸器系统1包括第一热交 换器20和第二热交换器22。第一热交换器20和第二热交换器22全部 为下降流类型并且为外壳和管构造。应该理解，能够使用其它已知的 下降流热交换器，例如那些通过将铝板铜焊在一起制造的板-片构造 的下降流热交换器。然而，在示出的实施例中，第一热交换器20提供 有外壳24，其中，装入并且连接管板26和28。管板26和28支持形 成用于部分蒸发富氧的液体的通道的管30。顶部区段32形成贮液器以 收集和将在收集盘18上收集的富氧的液体的流34引入第一热交换器 20的管30。0020第二热交换器22为与第一热交换器24相似的构造并且 提供有外壳36、顶部和底部管板38和40以保持管42。顶部区段44 延伸超过顶部管板38以产生贮液器以将在收集盘18上收集的富氧的 液体的流46引入第二热交换器22的管42。0021冷凝器再沸器系统1还包括流动管道以将富氮的蒸气14 引入第一和第二热交换器20和22。主流动管道48连接到高压塔12的 顶部区14,富氮的蒸气的流通过主流动管道48流动。主流动管道48 分支并且具有分支50和52以将富氮的蒸气的补充的流分别分配到第 一热交换器20和第二热交换器22。这样，第一热交换器20具有入口 集管54，入口集管54连接到分支50以允许将富氮的蒸气的补充的流 引入第一热交换器20的外壳24。相似地，第二热交换器22具有集管 56，集管56连接到分支52以允许富氮的蒸气的另一个补充的流进入 第二热交换器22的外壳36。0022当富氧的液体在第一热交换器20的管30和第二热交换 器22的管42内下降时，富氧的液体通过与引入其外壳24和36内的 富氮的蒸气的间接的热交换部分地气化。由冷凝的富氮的蒸气形成的 冷凝物，或换句话说，富氮的液体从分别与第一和第二热交换器20和 22的外壳24和36相关的集管58和60放出。主放出流动管道66的分 支62和64连接到集管58和60，主放出流动管道66连接到高压塔12 的顶部区14以将回流引入高压i荅12的顶部区14内。主管道66还具 有另一个分支67以将富氮的液体作为回流引入低压塔10。0023如刚刚上文中描述的，将富氮的蒸气的补充的流并行地 供给到第一和第二热交换器20和22,并且将富氮的液体作为补充的流 并行地收集并且作为回流供给返回高压塔12。然而，可能将富氮的蒸 气塔顶部物的全部流从高压塔12供给到第一热交换器20并且将任何 从部分蒸发剩余的富氧的液体相串行供给到第二热交换器22。由富氮 的蒸气形成的冷凝物能够相似地串行地供给到第 一和第二热交换器20 和22。0024将要在第一和第二热交换器20和22内冷凝的全部富氮 的蒸气事实上冷凝是重要的，或者，换句话说，防止称作"干透"的 已知的不合需要的状态是重要的。为了避免此问题，通过再循环管道 70将富氧的液体相的流从低压塔10的池16再循环返回第一和第二热 交换器20和22,以确保全部富氧的液体没有蒸发。再循环管道70具 有用于这样的目的的泵72。泵送的富氧的液体相的流能够以本技术领 域中已知的方式作为产品流74。
0025可能设计第一和第二热交换器20和22,使得防止如上文 中讨论的这样的干透并且将不会使用泵72。另外，能够提供其它循环 设备，诸如将结合泵或阀使用的喷射器，以部分地蒸发流并且降低其 密度以提供用于这样的循环的足够的头。0026如上文中所述，当富氧的液体在管30和42内下降时， 这样的富氧的液体部分地蒸发以产生富氧的液体相流，通常通过参考 数字76和78指示，富氧的液体相流收集在低压塔10的池19内。另 外，形成通常通过参考数字80和82指示的蒸气相，在低压塔10内初 始上升的蒸气相，在上升的蒸气相在低压塔10内上升并且特别地其质 量传递接触元件时，上升的蒸气相变得更富氮。0027在正常操作期间，收集的富氧的液体相处于在图中指示 为"L1"的水平。然而，在装置关闭时，包含在这样的质量传递元件 内的全部液体在低压塔10内下降，或者，换句话说，倾倒到池区16 内以产生包括富氧的液体的液体的更高的水平并且在图中指示为水平 "L2"。当液体的水平上升到"L2"时，第二交换器22的管42将部分 地被淹没在富氧的液体内以防止热交换器22发挥作用。相似的情形将 发生在板-片构造的下降流类型的热交换器内。然而，因为第一热交 换器20和第二热交换器22处于并排关系，第一热交换器20具有比第 二热交换器22的长度更短的长度，并且相对于笫二热交换器22定位， 使得在关闭期间，当液体上升到水平"L2"时，在这样的液体导致第 二热交换器22部分地被淹没的同时，第一热交换器20将保持没有液 体并且能够发挥作用。从而，不需要排出液体，并且在重新起动期间， 液体水平"L2"将最终下降到液体水平"L1",允许第二热交换器22 再次发挥作用。在示出的外壳和管热交换器的情况中，第一和第二热 交换器20和22的优选的定位导致其区32和44与彼此直接相对定位。 如能够理解的，假设第一热交换器20能够在装置冷关闭期间在发生液 体水平上升期间发挥作用，能够存在轻微的未对准。如上面指示的， 这样的装备的优点为低压塔10不必须制造得更高以容纳 一个在另 一个 上面而不是如图所示的并排定位的热交换器0028还应该注意，虽然示出了两个热交换器，即，第一热交 换器24和第二热交换器22,在大多数情况中，可以有一系列这样的第 一热交换器24和第二热交换器22。这样，第一热交换器24能够在数量上大于第二热交换器22,使得热交换责任在笫一和第二热交换器的 组之间相等地分担。0029虽然已经参考优选的实施例描述了本发明，本领域中的 普通技术人员应该理解，能够在不偏离如后附的权利要求中所述的本 发明的精神和范围的情况下实现许多改变、添加和省略。
权利要求
1. 定位在用于空气分离系统内的双塔装备的低压塔的底部区内的冷凝器再沸器系统，所述冷凝器再沸器系统包括第一和第二热交换器，用于将热从来自双塔装备的高压塔的富氮的蒸气流间接地交换到在低压塔内下降的富氧的液体，以冷凝富氮的蒸气流并且部分地蒸发富氧的液体，由此，初始在低压塔内形成上升的富氧的蒸气相并且在其池区内收集富氧的液体相；第一和第二热交换器为下降流构造并且具有在其底部处的流动通道开口以放出富氧的液体相和富氧的蒸气相；第一和第二热交换器处于并排关系；及热交换器中的第一个具有比热交换器中的第二个的长度更短的长度，并且相对于热交换器中的第二个定位，使得在空气分离系统冷关闭之后起动空气分离系统时，作为冷关闭的结果倾倒到池内的富氧的液体的液体水平在热交换器中的第一个下方，以允许在热交换器中的第二个至少部分地被淹没的同时起动空气分离系统。
2. 根据权利要求1所述的冷凝器再沸器系统，其中，第一和第 二热交换器中的每个为板-片构造或外壳和管构造。
3. 根据权利要求l所述的冷凝器再沸器系统，其中，冷凝器再 沸器系统具有流动网络，流动网络具有流动管道，流动管道构造为将 富氮的蒸气流循环到第一和第二热交换器，并且将包括冷凝的富氮的 蒸气的富氮的冷凝物从第 一和第二热交换器循环返回高压塔。
4. 根据权利要求3所述的冷凝器再沸器系统，其中，流动网络 具有再循环管道以将包括富氧的液体的富氧的液体流从低压塔的池再 循环到第一和第二热交换器，以防止定位在用于冷凝富氮的蒸气流的 第一和第二热交换器内的通道干透，和与再循环管道流体连通以泵送再循环管道内的富氧的液体流的泵。
5. 根据权利要求4所述的冷凝器再沸器系统，其中，流动管道 构造为使得将富氮的蒸气流的补充的供给流并行地供给到第 一和笫二 热交换器，并且并行地从第 一和第二热交换器放出富氮的冷凝物的补 充的放出流。
6. 根据权利要求5所述的冷凝器再沸器系统，其中，第一和第 二热交换器中的每个为板-片构造或为管和外壳构造。
7. 根据权利要求1所述的冷凝器再沸器系统，其中，存在多个 第一和第二热交换器。
全文摘要
本发明涉及冷凝器再沸器系统。定位在用于空气分离系统内以分离空气的双塔装备的低压塔的底部区内的冷凝器再沸器系统。冷凝器再沸器系统加入处于并排关系的下降流类型的第一和第二热交换器，并且，第一热交换器比第二热交换器短，使得在空气分离系统关闭之后，在第二热交换器由于倾倒到低压塔的池区内的特体不能操作时，第一热交换器将保持能发挥作用。并排关系允许将塔制造为没有额外的高度。
文档编号F25J5/00GK101398252SQ200810168759
公开日2009年4月1日 申请日期2008年9月28日 优先权日2007年9月28日
发明者J·H·罗亚尔, V·S·查克拉瓦蒂 申请人:普莱克斯技术有限公司