[实用新型]集成式换热器及冷箱

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种换热设备，尤其涉及一种板翅式换热器以及具有该换热器的冷箱。

背景技术

在化工产品生产的工艺过程中，往往是把原料(如原油、煤炭等)按要求先裂解成原料气，再把原料气进一步分离纯化成所需的各个单一组分的产品气或混合气。单一组分的纯气体往往就是要求的产品，而纯化后的混合气有时再匹配某些纯气体组成新的混合气，作为合成气合成所需的化工产品。有时原料就是混合气(如天然气)，也是需要分离纯化成所需的各个单一组分的产品气或新的某几种气体的混合气。因此，分离纯化原料气是化工产品生产过程中很普遍的工艺过程。而低温分离纯化又是很重要的工艺方法。像合成氨工艺过程中的液氮洗冷箱、乙烯生产过程中的乙烯冷箱等都是使用低温分离纯化的工艺设备。

在低温分离纯化的工艺设备中，为了能量的合理组织，需要大量的适应各种换热过程和条件的换热器，如液化器、蒸发器、高压换热器、低压换热器等。在以往的化工设备中，这些换热器往往都是单独按各自的换热方式及条件，进行单独适应性的设计，制造成多台各式各样的换热器。这些换热器在冷箱中的布置，都是用管路按程序连接组成一个换热系统。这种设计方案的最大缺点是：换热器台数多、连接管路长、冷箱的体积大、能量消耗多、制造周期长、成本高等。这是此类设备技术水平要提高时必须要解决的问题。

图1为国外某公司为我国某化肥厂设计制造的合成氨工艺设备的液氮洗冷箱流程图。参见图1，裂解的原料气1的组分为：H₂81.28％，CH₄9.56％，CO6.46％，N₂：1.54％，Ar 1.0％，C₂H₆0.16％。原料气1以-62℃的温度2.3MPa的压力进入冷箱中的板翅式换热器EX1，其最终的要求是：该裂解原料气经液氮洗工艺处理后，把其中的CH₄、CO、Ar、C₂H₆等杂质去除，并把氮气的组分提高，得到H₂含量为75％、N₂含量为25％的两股合成氨原料气，分别是14和17。原料气14的状态为：温度为35℃，压力为2.09MPa，产品气17的温度为-65℃，压力为2.19MPa。裂解的原料气在板翅式换热器EX1中冷却到-167℃时，其中甲烷气CH₄大部分液化，因此抽出换热器，进入分离器C1进行气液分离，气相混合物继续进入板翅式换热器EX2进一步冷却达到-182℃时出换热器进入氮洗塔19底部，作为氮洗塔19的上升气。分离器C1得到的液相混合物节流后和氮洗塔19釜液10的节流产物12混合后，进入分离器C4，气液分离后，气相和液相单独分别进入板翅式换热器EX3，作为板翅式换热器EX3冷却高压氮气4的一股冷源，该冷源在EX3中复热后得燃料气15，其组分为：H₂2.38％、CH₄76.67％、CO13.85％、N₂2.19％、Ar3.37％、C₂H₆1.54％，压力为0.135MPa，温度为35℃。当然，该气也可以作为提取甲烷CH₄的原料气，也可以作为提取其他组分的原料气。氮洗塔19的釜液10的另一股，经节流得气液混合物11进入气液分离器C2，气液分离后气相和液相单独分别进入换热器EX2，作为换热器EX2的冷源，进一步冷却裂解原料混合气。该股冷流体出换热器EX2后，气液混合物进入分离器C3，把气液分离开，气相和液相单独分别进入板翅式换热器EX3，作为换热器EX3冷却高压氮气4的另一股冷源，这股冷源在板翅式换热器EX3中复热后得到另一股混合气16，其组分为：H₂2.67％、CH₄14.25％、CO43.49％、N₂34.05％、Ar5.64％，压力为0.13MPa，温度为35℃。因此该股混合气又可以作为提取CO或Ar气的原料，当然也可以作为燃料烧掉。高压氮气4以压力2.6MPa温度40℃进入换热器EX3后，在换热器EX3中冷却并液化，出换热器后分成三股：主要的一股是5，它在板翅式换热器EX4中进一步冷却(过冷)，进入工作压力为2.26MPa左右的氮洗塔19塔顶，作为氮洗塔的洗涤液；另外两股都是产品气，为了达到H2含量为75％、N2含量为25％的要求而作为配料用，分别在产品气14和17在复热前加入。裂解原料气1在换热器EX1中，甲烷被液化，抽出经分离器C1分离后，气相继续在换热器EX2中冷却，出冷却器后则进入氮洗塔，经液氮洗涤后，在氮洗塔塔顶得到仅仅含有H286.5％、N213.5％的原料混合气7，该原料混合气经换热器EX4时，把进入氮洗塔的液氮进一步冷却，自己温度升到-186.5℃后分别进入换热器EX3和EX1，并在进入时加入液氮，把组分匹配成：H2含量为75％、N2含量为25％的产品气，复热后得产品气14和17。由于产品气14和17的温度及量有区别，因此产品气14在换热器EX 3中当温度压力达到和产品气17相当的温度压力时，抽出一股18作为调节使用。而整个冷箱的冷量平衡调节是由外界加入的液氮来实现的，尤其是在开车时，要从外界加入大量的液氮到物流5的管路中，才能实现开车的要求，正常运行时，加入的液氮量仅仅维持冷箱的能量平衡即可。