[发明专利]低温冷凝及蒸发系统

说明书

技术领域

本发明大体涉及通过间接换热进行的蒸气冷凝及液体蒸发，特别适合与低温空气分离系统一起使用。

背景技术

应用复合塔(double column)进行的低温空气分离系统的重要一点是对应于汽化的压力较低的塔底液体，压力较高的塔顶蒸气冷凝，向塔内提供回流液，并为压力较低的塔提供汽化量。这一换热过程通常是在管壳式换热器或钎焊铝换热器内进行的。由于塔底液体含氧，通常在换热器的管内对其进行处理，而在换热器的壳程处理压力较高的塔顶蒸气。

针对这一用途的换热器主要有两种类型。在热虹吸式结构中，液体氧在底部进入管内，在通过管子时被蒸发。在下流式结构中，液体氧在管内向下流动时被蒸发。虽然这两种结构均能确保换热器安全操作，而这一点是蒸发液体氧时着重考虑的，但这两种结构均有缺点。热虹吸式结构的缺点是由于汽化部分的入口处的液压头需要冷、热流体之间存在较大的温度差。下流式结构则需要特定的流量分布器，以在管子入口处有效分布液体，这大大增加了系统的成本及复杂性。

因此，本发明的目的是提供一种改进的冷凝及蒸发系统，在进行低温空气分离时，可以有效地利用该系统蒸发液体氧。

发明概述

在阅读了本说明书之后，对于本领域的技术人员来说，本发明所达到的上述及其它目的将变得很清楚，其中一方面是：

一种进行低温空气分离的方法，包括：

(A)在压力较高的塔内通过低温精馏分离进料空气，产生富氮蒸气和富氧流体，将来自压力较高的塔的富氧流体通入压力较低的塔，在压力较低的塔内通过低温精馏产生富氧液体；

(B)将富氮蒸气通入多根竖直延伸的管子中，所述的每根管子均具有带沟槽的内表面及带有多个凹槽的外表面；

(C)使富氮蒸气在管内向下通过，使富氧液体沿着管子的外表面向下通过，通过与部分蒸发的富氧液体间接换热，使富氮蒸气冷凝，产生富氧蒸气和剩余的富氧液体；

(D)对富氧蒸气及剩余的富氧液体中的至少一种的至少一部分进行回收，作为产物氧。

本发明的另一方面为：

一种用于蒸发和冷凝流体的方法，包括：

(A)提供一个带有多根竖直延伸的管子的冷凝器/汽化器，所述的每一根管子均有顶部入口和底部出口，内表面带有沟槽，外表面带有多个凹槽；

(B)将蒸气通入管子入口，并在管内向下通过，在管内冷凝蒸气，由管底出口采出所形成的冷凝液；

(C)使液体沿着管子的外表面向下通过，使向下流动的液体部分蒸发，产生蒸发了的液体和剩余的液体；

(D)收集剩余液体，并使剩余液体循环回到管子的外表面上，使其在上面向下流动。

本发明的另一方面是：

用于汽化和冷凝流体的装置，包括：

(A)多根纵向延伸的管子，所述的每根管子均具有入口和出口，并且具有带沟槽的内表面和带有多个凹槽的外表面；

(B)使蒸气通入管子入口的元件及由管子出口采出液体的元件；

(C)向管子外表面提供液体使之在上面向下流动的元件；

(D)由管子外表面收集液体、并使收集到的液体循环到管子外表面上的元件。

本说明书中所采用的术语“进料空气”指的是主要含有氧和氮的混合物，如环境空气。

本说明书中所采用的术语“带有沟槽的表面”指的是表面上带有纵向延伸的凸肋。在图4中给出了带沟槽的表面的一个例子。

本说明书中所采用的术语“塔”指的是蒸馏或精馏塔或区域，即接触塔或区域，其中液体和蒸气相逆流接触实现流体混合物的分离，例如使蒸气和液体相在一系列沿竖直方向间隔排列于塔内的塔盘或塔板和/或填料元件如规整或乱堆填料上接触。有关蒸馏塔的进一步讨论，可参见化学工程师手册(the Chemical Engineer’s Handbook)，第五版，由R.H.Perry和C.H.Chilton编辑，McGraw-Hill图书公司，New York，第13卷，连续精馏过程。

所使用的术语“复合塔(double column)”指的是一个压力较高的塔，其上部与压力较低的塔的下部为换热关系。在Ruheman的“气体分离(The Separation of Gases)”0xford大学出版社，1949，第VII章，工业空气分离中可以看到有关复合塔(double column)的进一步讨论。