[发明专利]具有用于空气分离单元的环形收集器和分配器的环形分壁塔

说明书

本发明提供了一种用于低温精馏空气或空气成分的环形分壁塔。环形分壁塔包括第一环形塔壁和第二环形塔壁，第二环形塔壁设置在第一环形塔壁内以限定环空塔区域和内芯塔区域。本发明的环形分壁塔还包括设置在至少环空塔区域内的结构化填料元件以及环形悬臂式收集器；以及环形分配器，该环形分配器设置在环空塔区域中且位于多个结构化填料元件上方或下方。第二环形塔壁在径向方向和轴向方向上的热膨胀和收缩与第一环形塔壁在径向方向和轴向方向上的热膨胀和收缩无关。

技术领域

本发明涉及用于低温精馏空气或空气成分的环形分壁塔。更具体地，本发明涉及一种包括环空塔区域和内芯塔区域的环形分壁塔，该环空塔区域被定义为第一环形塔壁与第二环形塔壁之间的空间，并且该内芯塔区域被定义为第二环形塔壁的内部空间，所述塔具有设置在内芯塔区域和环空塔区域内的多个填料元件或塔板。

背景技术

根据空气的相对挥发度将空气分离成各组分的精馏工厂的主要资本支出是塔外壳的成本和塔所需的空间。在需要两个或更多个塔进行分离的情况下尤其如此。这种多塔系统通常用于低温精馏，诸如用于低温精馏空气，在这种情况下，塔可竖直堆叠或并排放置。非常需要一种能够在降低塔成本和减少塔空间需要的情况下进行精馏的系统。

已经在文献中提出了将分壁塔作为一种更好地利用给定的塔直径，从而降低与建造工厂有关的资本成本以有利于分离过程的方法。分壁塔实质上在单个塔壳内的同一高度包含多个蒸馏节段。在美国专利号5,946,942和6,023,945(Wong等人)中公开的使用分壁塔的早期示例公开了分壁原理在空气分离中的应用。这些现有技术系统公开了一种其中低压塔包含内部环形壁的设备。低压塔的内部环形壁与外壳之间包含的区域构成了用于生产氩气产品的节段。

现有技术分壁塔系统的缺点包括与设计挑战有关的各种结构和性能折衷，包括：(i)蒸气在分壁塔的不同节段内分布不均；(ii)由于壁表面积较大，导致向下流动的液体分布不均，特别是在使用结构化填料作为质量传递元件的情况下；(iii)由于内壳与外壳之间的瞬时热膨胀/收缩差异，导致分壁塔和塔内部构件的性能降低；以及(iv)环形分壁塔的内芯塔节段与环空塔区域之间的压力边界不足。

因此，本发明的目的是提供一种用于精馏空气的环形分壁塔系统，该系统解决了上述设计挑战并且克服了现有技术环形分壁塔的困难和缺点，从而提供了更好和更有利的性能。

发明内容

本发明可被表征为一种用于低温精馏空气或空气成分的环形分壁塔，所述塔包括：(i)第一环形塔壁；(ii)第二环形塔壁，第二环形塔壁与第一环形塔壁径向间隔开并且设置在第一环形塔壁的第一内部空间内，以限定第一环形塔壁与第二环形塔壁之间的环空塔区域，并且将内芯塔区域限定为第二环形塔壁的第二内部空间的一部分或全部；(iii)设置在所述环空塔区域内的多个结构化填料元件；(iv)一个或多个环形悬臂收集器，所述一个或多个环形悬臂收集器设置在所述环空塔区域中且位于所述多个结构化填料元件上方或下方，所述一个或多个环形悬臂收集器刚性地附接到所述第一环形塔壁或第二环形塔壁中的一者并且朝向所述另一个环形塔壁径向延伸；以及(v)一个或多个环形分配器，所述一个或多个环形分配器设置在所述环空塔区域中且位于所述多个结构化填料元件上方或下方；其中所述第二环形塔壁在径向方向和轴向方向上的热膨胀和收缩与所述第一环形塔壁在径向方向和轴向方向上的热膨胀和收缩无关。

附图说明

虽然本说明书的结论是清楚地指出申请人视为他们的发明内容的主题的权利要求，但相信在结合附图时将更好地理解本发明，其中：

图1是根据本发明的一个实施方案的双塔分壁布置的侧剖视图；

图2是根据本发明的另一个实施方案的双塔分壁布置的侧剖视图；

图3是根据本发明的一个或多个实施方案的环形分壁塔的侧剖视图；

图4是根据本发明的另外实施方案的环形分壁塔的侧剖视图；