[发明专利]多级储液式冷凝蒸发器以及使用多级储液式冷凝蒸发器的氮制造装置

说明书

本发明的目的在于提供一种在不增加用于制造氮的动力的情况下能够制造两种不同组成的气体的紧凑的多级储液式冷凝蒸发器、以及使用所述多级储液式冷凝蒸发器的氮制造装置，本发明提供一种多级储液式冷凝蒸发器，其特征在于，进一步具备：最下级储液部，用于储存被供给到下级的蒸发通道的液体而不使之循环；以及流体收集部，用于收集从最下级的蒸发通道流出的流体并使之排出到外部而不返回所述最下级储液部。

技术领域

本发明涉及多级储液式冷凝蒸发器以及使用所述多级储液式冷凝蒸发器的氮制造装置，用于将设置在至少两个蒸发区域中的储液部内的液体导入蒸发通道，利用所述液体与流过冷凝流道的气体的换热而产生的热虹吸作用使所述液体蒸发，并且使所述气体冷凝。

背景技术

主要制造氮的氮制造装置的冷凝蒸发器通过使来自从空气中浓缩氮的蒸馏塔的塔顶的氮气与来自蒸馏塔塔底的富氧液态空气进行换热，从而使氮气冷凝，生成蒸馏塔的回流液。

随着氮气的冷凝，作为冷媒的富氧液态空气蒸发，一部分用于产生氮制造装置的寒气。另外，一部分为了改善氮的回收率而作为原料空气的一部分，或者作为第二蒸馏塔的原料来使用。

作为这样的冷凝蒸发器，通常使用采用板翅型换热器芯的冷凝蒸发器。这种冷凝蒸发器具有换热器芯被浸渍到储液内的形态(储液式)或者不浸渍的形态(干式)。

在干式中，富氧液态空气经由头部供给到换热芯内，通过与氮气的换热完全气化并被取出。因此，取出的气体的氮浓度等于供给的富氧液态空气的氮浓度。

另一方面，在储液式中，储存在容器内的富氧液态空气从通过热虹吸效应浸渍的换热芯的底部流入，一部分蒸发，在气液二相状态下从芯上部流出。蒸发后的气体从容器中取出，未蒸发的液体返回容器。由此，从容器底部取出的富氧液态空气的氮浓度比供给的富氧液态空气小，从容器取出的蒸发气体的氮浓度增加。这样，在储液式中可以对供给的富氧液态空气进行成分分离。

但是，在储液式中，由于取出容器内的富氧液态空气，蒸发气体的氮量比干式少。即使将该蒸发气体作为原料空气的一部分或作为第二蒸馏塔的原料来使用，也不能改善氮的回收率。

为了解决这样的问题，考虑利用多级储液式冷凝蒸发器。例如，专利文献1公开了一种多级储液式冷凝蒸发器，具备分隔为多级的蒸发通道、以及储存向该通道供给及从该通道流出的液体的储液部。

该专利文献1所公开的多级储液式冷凝蒸发器的作用如下所示。

当向具有级数为2的蒸发区域的多级储液式冷凝蒸发器的最上级储液部供给富氧液态空气时，储存在储液部中的富氧液态空气从位于下方的蒸发导入流道流入蒸发通道，在储液部内与蒸发通道内液面变为同一高度。

在这种状态下，当氮气通过冷凝通道时，进行换热，富氧液态空气的一部分蒸发成为气液二相，由于热虹吸效应产生上升流，从位于上方的蒸发流出流道以气液二相导出。导出的气体从储液部的蒸发气体取出口取出。另一方面，未蒸发的液体返回到储液部，在储液部与蒸发通道之间形成循环流。通过此时的蒸发和循环，蒸发的气体的氮浓度增加，储存在储液部中的富氧液态空气的氮浓度减少。

当储液部的液面达到连通导入流道的液面的高度以上时，氮浓度减少的富氧液态空气从连通导入流道流入连通流道并从连通流出流道导出，被储存在下一级储液部中。在该级也同样进行富氧液态空气的蒸发和循环，取出氮浓度比上级低的气体。这样能够制造两种不同氮浓度的气体。可通过将氮浓度高的蒸发气体作为原料空气的一部分，或者作为第二蒸馏塔的原料来使用，从而提高氮的回收率。

但是，储存在最下级储液部中的富氧液态空气的氮浓度约为30％以下。这种氮浓度的降低使富氧液态空气的沸点上升。因此，流过最下级蒸发通道的流体与流过冷凝通道的氮之间的温度差变小。因此，希望增大最下级中的所述温度差。

另外，为了使多级储液式冷凝蒸发器更加紧凑，降低向最上级储液部供给的富氧液态空气的压力时，存在用于制造氮的动力增加的问题。