[发明专利]用于低温空气分离系统的主冷凝器

说明书

技术领域

本发明一般地涉及低温空气分离，且更特定地涉及使用双塔的低温空气分离。

背景技术

使用带有高通量管同时有效地运行的向下流动主冷凝器的低温空气分离系统可能具有一个或多个缺点。一个缺点是与多孔涂层相关的高成本。另外，任何非均匀的多孔涂层将导致沸腾性能的变化。

发明内容

本发明的一个方面是：

用于运行低温空气分离设备的方法，该低温空气分离设备具有高压塔、低压塔和具有多个管的主冷凝器，其中所述的管的每个具有带槽的外表面和结构化的内表面，所述的方法包括使氮蒸气从高压塔通到主冷凝器的上部部分，使氧液体从低压塔的分离部分流到主冷凝器的管的上部部分，使氮蒸气沿主冷凝器向下通过而与管的外表面接触，使氧液体沿主冷凝器的管以与向下流动的氮蒸气具有换热关系向下通过，其中向下流动的氧液体的至少一些而非全部蒸发，且将氧蒸气和氧液体以从0.05到10的范围内的液体与蒸气的质量流量比从主冷凝器回收。

本发明的另一个方面是：

向下流动冷凝器，特别地适合作为双塔低温空气分离设备的主冷凝器，向下流动冷凝器具有多个管，其中所述的管的每个具有带槽的外表面和结构化的内表面。

如在此所使用，术语“分离部分”意味着塔的包含了塔盘和/或填料且位于主冷凝器上方的部分。

如在此所使用，术语“增强表面”意味着提供了比普通表面更高的每单位表面积传热的特殊表面几何形状。

如在此所使用，术语“塔”意味着蒸馏或分馏塔或区，即接触塔或区，其中液体相和蒸气相逆流地接触以实现流体混合物的分离，例如通过使蒸气相和液体相在一系列安装在塔内的垂直地分开的塔盘或塔板上，和/或在例如结构化的或随机的填料的填料元件上接触。术语双塔用于意味着高压塔使其上端与低压塔的下端成换热关系。

蒸气和液体的接触分离过程取决于成分的蒸气压的差异。高蒸气压(或更挥发的或低沸点的)成分将趋向于集中在蒸气相中，而低蒸气压(或更不挥发的或高沸点的)成分将趋向于集中在液体相中。部分冷凝是分离过程，由此蒸气混合物的冷却可以用于将挥发性成分(多个成分)集中在蒸汽相内，且因此将更不挥发的成分(多个成分)集中在液体相中。精馏或连续蒸馏是这样的分离过程，它将如通过逆流处理蒸气相和液体相而获得的相继的部分蒸发和冷凝组合。蒸气相和液体相的逆流接触一般是绝热的，且可以包括两个相之间的积分(分级)接触或微分(连续)接触。利用精馏原理来分离混合物的分离过程装置经常可互换地称为精馏塔、蒸馏塔或分馏塔。低温精馏是至少部分地在150开氏度(K)或以下的温度进行的精馏过程。

附图说明

图1是本发明的低温空气分离系统的一个优选实施例的简化代表性示意图。

图2是双增强管的一个实施例的部分剖视图，该管可以使用在本发明的实践中。

图3和图4每个以高度放大的侧视图图示了优选的结构化沸腾表面，在本发明的实践中该沸腾表面可以用作向下流动主冷凝器的管的内表面。目前，这些表面商业上制造在管的外表面上。

具体实施方式

本发明包括限定了双增强管表面的新颖的换热器及其在双塔低温空气分离设备内用作主冷凝器。管的特征在于具有增强沸腾表面和增强冷凝表面。增强冷凝表面对于管长度的至少部分包括槽。增强沸腾表面是结构化表面。结构化沸腾表面是由金属加工形成的增强沸腾表面，以在换热表面上形成成核位置，换热表面的特征在于捕获了蒸气且初始化了低壁过热下的沸腾的多个腔。

将参考附图更完全地描述本发明。现在参考图1，图中示出了双塔低温空气分离设备的部分示意图，双塔低温空气分离设备具有高压塔30和低压塔31，且图中示出了也称为冷凝器/再沸腾器的主冷凝器32在低压塔内的放置。本发明的主冷凝器(多个主冷凝器)可以是壳和管型的换热器，或是铜焊的铝换热器类型。主冷凝器/再沸腾器将高压塔和低压塔热联接。一般地具有从45至300磅每平方英寸绝对压力(psia)范围内的压力的氮蒸气在管路10内从高压塔30通到主冷凝器或多个主冷凝器的上部部分，其中当氮蒸气和氧液体两个流体向下流过主冷凝器(多个主冷凝器)时，氮蒸气与管内的氧液体换热。一般地具有从1至100磅每平方英寸表压(psig)范围内的压力的氧液体部分地蒸发且作为结果的氧蒸气和剩余的氧液体从主冷凝器(多个主冷凝器)回收，如分别以流动箭头34和33示出。氮蒸气由于向下流动通过主冷凝器而完全地冷凝且作为结果的氮液体在管路11内从主冷凝器回收，且当回流到高压塔和低压塔时分别在管路35和36内通过。