[发明专利]带混合器的液体分配器

说明书

技术领域

本申请人的设备和方法涉及用于混合和分配在交换柱中下降的液体的装置和方法，交换柱用于传热和/或传质工艺。这种设备和方法在利用蒸馏的低温空气分离工艺中具有特别的应用，但是这种设备和方法还可用于其它使用填料(例如随机填料或规整填料)的传热和/或传质工艺中。本申请人的方法还涉及用于将用于混合和分配在交换柱中下降的液体的装置组装起来的方法。

发明背景

这里使用的术语“柱”(或“交换柱”)意味着蒸馏柱或分馏柱即，在这种柱中，液相和气相进行逆流接触以实现流体混合物的分离，例如通过使气相和液相在填料元件上(在“填料柱”中)或在一系列安装于柱中的沿竖向间隔开的托盘或板上接触来实现流体混合物的分离。

在蒸馏柱中执行低温空气分离，其中液体和蒸气混合物彼此发生紧密接触。在各个蒸馏柱中，气相混合物上升，伴随着挥发性较高的组分(例如氮)的浓度逐步增加，而液相混合物下降，伴随着挥发性较低的组分(例如氧)的浓度逐步增加。例如填料或托盘等各种器件可用于使混合物的液相和气相接触，以实现相态之间的质量传递。

对于空气低温分离成其主要组分，即氮、氧和氩，存在许多工艺循环。在图1中示意性地显示了被称为双柱循环的典型工艺。在这个示意图中出于简便起见只显示了蒸馏柱和相关联的低温热交换器。双柱循环包括高压柱10、低压柱12、氩柱14、主重沸器冷凝器16、过冷却器18、氩冷凝器20和氩冷凝器罐22。

在大约4.5-5.5巴压力下且接近其露点的高压进料空气24被输送到高压柱10的底座中。在高压柱10中，空气被分离成富含氮的蒸气26和富含氧的液体28。富含氧的液体28在过冷却器18中进行过冷却，使压力下降至大约1.2-1.4巴，并被输送到氩冷凝器罐22中。富含氮的蒸气26被传送到主重沸器冷凝器16中，在这里使其逆着沸腾的氧冷凝，沸腾的氧为低压柱12提供沸腾作用。冷凝的富含氮的液体30部分地用作用于高压柱10的逆流32，并且在过冷却器18中对逆流34进行过冷却并使其压力下降至大约1.2-1.4巴之后，部分地用作用于低压柱12的逆流34。在低压柱12中，各种进料通过低温蒸馏分离成富含氧的组分和富含氮的组分。

气态氧产物35(也被称为GOX)从低压柱12的底部抽出，并且气态氮产物36(也被称为LPGAN)从低压柱12的顶部抽出，并通过过冷却器18进行加热，之后输送至工厂的其它部分。还从低压柱12中的中间位置抽出废物流38，通过过冷却器18进行加热并输送至工厂的其它部分。

气相侧流40从低压柱12中的另一中间位置抽出并输送至氩柱14的底部，其中，在经氩柱14向上流动和冷凝之后，其作为液体流42返回，液体流42被输送回至低压柱12中。通过氩冷凝器罐22中的流28的部分蒸发来提供氩冷凝器20的制冷，从氩冷凝器罐22，流28部分地作为蒸气46和部分地作为液体48而被输送至低压柱中。在氩柱14的顶部，部分蒸气被作为原生氩50抽出，也被称为CGAR，并被输送至工厂的其它部分，以用于进一步处理。

在各个蒸馏柱中，分离是在一个或多个区段中完成的，例如高压柱10中的区段11、低压柱12中的区段13,15,17,19和21、以及氩柱14中的区段23和25。虽然在本申请人所论述的示例中可使用不同类型的接触器件，例如托盘或填料，但是接触器件都被假定为由规整填料制成，并是如此显示的。

有许多装置用于将液体流均匀地分配在填料柱的填料区段上。在各种专利和教科书中公开了这种装置。例如，存在具有多个平行区的槽型分配器，其中液体通过孔阵列收集并流向下面的填料。液体槽可均匀地布置在柱横截面上，并可通过中心通道进行进料，中心通道垂直于槽而延伸，并且其本身可覆盖柱直径的主要部分。在大型柱中，液体槽还可通过环形沟槽而连接在壁附近，环形沟槽可以是一种用于平衡液压梯度的器件。蒸气在大体矩形升管中的液体槽之间的平行区流动。蒸气区可具有放置在其上面的盖子，以防止液体从上部区段下落，并且改为将液体引导至槽中，槽将液体收集和传送至下面的柱区段。这种分配器可被称为烟囱式分配器。还有盘式分配器，其中蒸气升管的横截面可大体为圆形的，并且液体在其周围流动，并通过孔流向下面的填料。因而，有许多基本设计，并且在基本设计上具有许多变化。