专利名称：低温分离空气的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及低温分离空气的设备。
背景技术：
例如Hausen/Linde低温技术1985年第2版第4章(第281 337页)就公开了低温分离空气的方法和装置。可以将本发明的“氮氧分离蒸馏塔系统”设计成单塔、双塔系统(例如传统型 Linde双塔系统)，也可设计成三塔或多塔系统。除了用于氮氧分离的蒸馏塔系统中的分馏塔之外，还可以才有其他装置来获得高纯产物和/或者其他空气成分尤其是惰性气体，例如获取氩气和/或者获取氪-氙。“主热交换器”可用于与用于氮氧分离的蒸馏塔系统(或者其他塔)的回流间接进行热交换对进料空气进行冷却，并且原则上可以由单个的热交换器模块构成。主热交换器可以由一个或多个并联和/或者串联的换热段构成，例如可以由一个或多个片式热交换器 模块构成。根据本发明的主热交换器具有至少两个热交换器模块。“逆流式过冷器”是与主热交换器分开的单元，其用于对来自用于氮氧分离的蒸馏塔系统的一个塔或者来自混合塔的一种或多种液体在相对于一股或多股低温气态回流的逆流中进行过冷或者加热。这些回流均来自于蒸馏塔系统的某一个塔(若为双塔或多塔系统，通常来自低压塔)，并且通常在逆流式过冷器的下游将其送入另一个塔或者冷凝器-蒸发器。例如在逆流式过冷器中将以沸点温度从较高压力的塔(例如双塔系统的高压塔)泄压到较低压力的塔(例如低压塔)之中的液体流尽可能冷却到接近相当于较低压力水平的沸点温度。可在从较高压力泄压到较低压力的过程中将蒸汽量(Flash)减小到最低程度。 如果使得来自低压塔的液态氧在送入混合塔中之前经过逆流式过冷器，就会反过来将其加热，从而在通常较高的混合塔压力下尽可能接近于沸点。与此相比，在较低压力下对来自塔具有露点温度的低温回流进行加热。由于这些流体进入主热交换器之中，因此进入高压塔中的工艺气体同样会变得比较热，也就是接近于露点温度。预液化空气的成分被减小到最低程度。一种特殊种类的空分设备具有一个混合塔，在其中使得来自用于氮氧分离的蒸馏塔系统的液态氧与一部分进料空气进行逆流物质交换。这类系统自从上个世纪七十年代以来就已为人所知(DE 2204376 = US4, 022，030)。此外 US 5, 454, 227, US 5, 490, 391, DE 19803437AUDE 19951521AUEP 1139046B1 ( = US 2001/052244A1)、EP 1284404A1 ( = US 6，662，595B2)、DE 10209421A1、DE 10217093A1、EP 1376037B1( = US 6，776，004B2)、EP 1387136A1和EP 1666824A1均公开了此类方法。冷箱用于对设备部件进行隔热(例如Hausen/Linde,低温技术,1985,尤其是第 490和491页)。所谓“冷箱”指的是绝热外壳，包括一个绝热的内腔与外壁；将需要绝热的设备部件布置在内腔中，例如一个或多个分离塔和/或者热交换器。可以通过外壁的形状和/或者在设备部件与外壁之间的孔隙中填入一种绝热材料来形成绝热作用。就后一种方案而言，优选使用粉末状材料，例如珠光岩。不仅用于氮氧分离的蒸馏塔系统、而且主热交换器和逆流式过冷器也必须被一个或多个冷箱所包围。若为比较小的设备，则逆流式过冷器在蒸馏塔旁边。如果逆流式过冷器的附加占用空间超过塔冷箱的运输尺寸，则将其安置在主热交换器旁边的主热交换器箱(“第一冷箱”)之中。
发明内容
本发明的目的在于寻找一种特别有益的设备部件布置结构。本发明的目的是通过用于低温分离空气的设备实现的，其包括具有至少两个热交换器模块的主热交换器(6)、具有至少一个高压塔的用于氮氧分离的蒸馏塔系统(5)、与主热交换器分离且由一个热交换器模块构成的逆流式过冷器 (Unterkuhlungs-Gegenstromer) (2)、用于将进料空气经由主热交换器(6)导入高压塔中的装置、用于将液体流从用于氮氧分离的蒸馏塔系统(5)导入逆流式过冷器(2)中的装置、以及用于将气体流(16)从用于氮氧分离的蒸馏塔系统(5)导入逆流式过冷器(2)中的装置，其中主热交换器(6)和逆流式过冷器(2)布置在第一冷箱(12)中，其特征在于，逆流式过冷器(2)的上端布置在主热交换器(6)下端的下方，并且逆流式过冷器(2)经由以流通技术(strSmungstechnisch)连接主热交换器(6)和逆流式过冷器(2)的至少一个管路 (17，18，19)悬挂在主热交换器(6)上。 所有空间方位说明均涉及所述装置在分馏塔工作过程中的定位。如果某一容器(例如塔或者热交换器)的底面(顶面)处在比另一个容器的顶面 (底面)更高(更低)的水平，则该容器位于另一个容器的“上方”(或“下方”)。可以但是并非必须存在一条穿过这两个容器的垂线。这两个容器的横截面可以在水平面投影中重叠，但是也可以完全相互错开，类似说法是“上下重叠”。根据本发明将逆流式过冷器布置在主热交换器下方暂时显得不合理，因为逆流式过冷器具有明显更小的体积，并且主热交换器与逆流式过冷器构成的组合体可以说立于顶部上。但是本发明却发现根据本发明的布置机构具有令人惊奇的优点。尤其是能够以很少的管道安装费用，使得来自蒸馏塔系统或者某一混合塔并且首先在逆流式过冷器中将其加热的一股或多股气体流从逆流式过冷器的上端进入主热交换器的下端。此外与相邻排列的主热交换器和逆流式过冷器相比，第一冷箱的宽度比较小，因此比较便于运输，或者能够在最大允许运输宽度范围之内实现更大的热交换器容积。根据本发明所述，将逆流式过冷器直接悬挂在主热交换器上，而且通过至少一个管路将主热交换器和逆流式过冷器连通，可以将其与主热交换器的一个、多个或所有热交换器模块相连。与支撑于底板上相比，这样可避免固定点，并且可以在主热交换器和逆流式过冷器之间的连接中省去复杂的膨胀环。该悬挂可以通过将主热交换器和逆流式过冷器连通的一个或所有管路，或者选择工艺技术所需的管路来实现。优选放弃其他任何支撑。本发明所述装置中主热交换器下端与逆流式过冷器上端之间的垂直距离例如为I 至7m,优选为2至5m。以下所使用的术语“主热交换器的横截面”指的是将构成主热交换器的所有热交换器模块横截面覆盖的最小矩形。
根据本发明所述，优选适当布置逆流式过冷器和主热交换器，使得逆流式过冷器和主热交换器的横截面在水平面上的垂直投影重叠，尤其是主热交换器横截面在水平面上的垂直投影与逆流式过冷器横截面的相应投影完全重叠。在后一种情况下，按日常用语的说法就是将逆流式过冷器完全布置在主热交换器下方。最为适宜的布置结构是让逆流式过冷器居中位于主热交换器模块下方。所述装置适宜具有一个与第一冷箱分开的第二冷箱，将用于氮氧分离的蒸馏塔系统的至少一个塔布置在其中。采用分为这两个或更多冷箱的方式，也可以预先制作中大型设备，且不会超过允许的运输尺寸。可在工厂中预先制作每一个冷箱及其内置构件，将冷箱单独运往施工地点，在这里进行安装并且将其相互连接。可以将用于氮氧分离的蒸馏塔系统的所有塔布置在第一冷箱之外，尤其可布置在第二冷箱之中。在后一种情况下，将所述装置的所有低温部分安装在这两个可以单独运输的冷箱之中。 如上所述，可以将根据本发明的逆流式过冷器布置结构用于所有类型的低温空分设备，尤其可用于没有混合塔的单塔或双塔系统。也可以将本发明应用于混合塔设备，优选将混合塔布置在第二冷箱之中。WO 2011/116981A2描述了相应布置结构的实施例。
此外在此类情况下，所述装置还具有用于通过主热交换器将进料空气送入混合塔之中的装置、将来自氮氧蒸馏塔系统(尤其来自低压塔)的液态氧送入混合塔上部区域之中的液氧管路、以及用于从混合塔上部区域经由主热交换器排出氧气的氧产物管路。原则上可以将主热交换器支撑于任意部位上，但是特别适宜采用从上方悬挂的方式来固定主热交换器，尤其可将其悬挂在这些模块上端的横梁上。例如EP 1239254BK = US 7, 325, 594B2)就详细阐述了此类设计结构。以下将以示意图中所描绘的实施例为根据，对本发明以及本发明的其他细节进行
详细解释。
图I所示为本发明所述装置的水平横截面示意图，及图2所示为同一个装置第一冷箱作为第一实施例的垂直横截面示意图。
具体实施例方式该实施例具有第一冷箱12和第二冷箱3。图I中所示仅绘出了这两个冷箱3的侧面外壁，没有管路、阀和装置1、2、5、6的内部细节。使用珠光岩填充装置1、2、5、6和冷箱3 的外壁之间的间隙。分别通过单独的外壁构成每一个冷箱的顶面和底面。将主热交换器6和逆流式过冷器2布置在第一冷箱12之中。主热交换器6由一个以上的热交换器模块构成，在本示例中由这两个并联并且相邻排列的片式热交换器模块构成。这里通过将构成主热交换器并且在图I中以点虚线表示的所有模块的横截面覆盖的最小矩形构成主热交换器的“横截面”20。逆流式过冷器2由唯一一个片式热交换器模块构成，并且将其居中布置在主热交换器下方。适宜将逆流式过冷器布置在尽可能靠近下部， 从而使得高压塔的塔底与将要在逆流式过冷器中过冷的液体流的进入点之间的高度差尽可能小。
本实施例的用于氮氧分离的蒸馏塔系统具有一个高压塔和一个低压塔，通常将其实现为双塔5并且安装于第二冷箱3之中。双塔5通过图中没有绘出的支架支撑于同一个冷箱3的底板4上。此外还将混合塔I布置在第二冷箱之中，该混合塔通过连接元件10、11 支撑于双塔5上。混合塔I仅仅支撑于双塔上，而且是通过布置在混合塔I的上部和下部区域中的连接元件支撑于双塔上。在WO 2011/116981A2中有关于此类连接方式的详细解释。上方连接元件由一对元件10、11构成,如图I所示。虚线圆Ia表示该实施例的一种变型，其中混合塔的布置方式有所不同。在图2中还绘出了主热交换器6、逆流式过冷器2和第二冷箱3之间的其中一个管路连接。(没有绘出蒸馏塔系统与主热交换器之间的其余连接)。通过管路16从低压塔 (双塔5的上部)引入纯氮或者不纯的氮，并送入逆流式过冷器2的下端之中。通过管路17 从逆流式过冷器2的上端排出在逆流式过冷器中加热后的氮，通过一对管路18、19将其分配到主热交换器6的这两个模块，然后流入其下端之中。然后大致在环境 温度下在主热交换器的上方热端排出氮(图中没有绘出)。在该实施例中，逆流式过冷器仅仅通过管路17、 18和19悬挂在主热交换器6上；没有其他支撑装置或者悬挂装置。也可代之以将连通主热交换器和逆流式过冷器的一个或多个其他管路用于将逆流式过冷器悬挂在主热交换器上。
权利要求
1.用于低温分离空气的设备，其包括具有至少两个热交换器模块的主热交换器(6)、具有至少一个高压塔的用于氮氧分离的蒸馏塔系统(5)、与主热交换器分离且由热交换器模块构成的逆流式过冷器(2)、用于将进料空气经由主热交换器￠)导入高压塔中的装置、用于将液体流从用于氮氧分离的蒸馏塔系统(5)导入逆流式过冷器(2)中的装置、以及用于将气体流(16)从用于氮氧分离的蒸馏塔系统(5)导入逆流式过冷器(2)中的装置，其中主热交换器(6)和逆流式过冷器(2)布置在第一冷箱(12)中，其特征在于，逆流式过冷器(2)的上端布置在主热交换器(6)下端的下方，并且逆流式过冷器(2)经由以流通技术连接主热交换器(6)和逆流式过冷器(2)的至少一个管路(17，18，19)悬挂在主热交换器(6)上。
2.根据权利要求I的设备，其特征在于，逆流式过冷器(2)和主热交换器(6)的横截面在水平面上的垂直投影重叠。
3.根据权利要求2的设备，其特征在于，主热交换器￠)的横截面(20)在水平面上的垂直投影完全覆盖逆流式过冷器(2)的横截面的相应投影。
4.根据权利要求I至3之一的设备，其特征在于，用于氮氧分离的蒸馏塔系统(5)的至少一个塔布置在与第一冷箱(12)分离的第二冷箱(3)中。
5.根据权利要求4的设备，其特征在于，用于氮氧分离的蒸馏塔系统(5)的所有的塔均布置在第一冷箱(12)之外，尤其是布置在第二冷箱(3)中。
6.根据权利要求4或5的设备，其特征在于布置在第二冷箱(3)中的混合塔(l，la)。
7.根据权利要求I至6之一的设备,其特征在于,主热交换器(6)以悬挂方式从上方固定。
全文摘要
低温分离空气的设备，其包括具有至少两个热交换器模块的主热交换器(6)、具有至少一个高压塔的氮氧分离蒸馏塔系统(5)、逆流式过冷器(2)、用于将进料空气经由主热交换器(6)导入高压塔的装置、用于将液体流从氮氧分离蒸馏塔系统(5)导入逆流式过冷器(2)的装置以及用于将气体流(16)从氮氧分离蒸馏塔系统(5)导入逆流式过冷器(2)的装置。主热交换器(6)和逆流式过冷器(2)布置在第一冷箱(12)中。逆流式过冷器(2)的上端布置在主热交换器(6)下端的下方。逆流式过冷器(2)经由连接主热交换器(6)和逆流式过冷器(2)的至少一个管路(17，18，19)悬挂在主热交换器(6)上。
文档编号F25J3/04GK102706097SQ20121012018
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月23日 优先权日2011年3月25日
发明者A·兰普 申请人:林德股份公司