[發(fā)明專利]集成式傳質傳熱深冷空氣分離系統(tǒng)

無效

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• 申請日: 2001-04-13
• 公開（公告）號: CN1318727A
• 公開（公告）日: 2001-10-24
• 發(fā)明（設計）人: T·C·恩古蕓;B·阿曼;D·P·波納奎斯特;K·K·王;J·F·比林哈姆
• 申請（專利權）人: 普萊克斯技術有限公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 盧新華,鐘守期

一般地說，本發(fā)明涉及深冷空氣分離，更具體地說，涉及使各種水平的傳熱傳質的集成，以便提高熱力學效率并降低投資費用。

在將氣體混合物分離為重組分和輕組分、典型地分別為氧和氮的技術領域中，大家知道有深冷空氣分離系統(tǒng)。通常，分離過程是在如下裝置中發(fā)生，該裝置在通過質量傳遞法為蒸餾和/或回流冷凝(分凝)將混合氣體的不同組分分離以前，先要借助于與其它物流進行(直接的或間接的)熱交換來冷卻進入系統(tǒng)的混合物流。一旦不同組分的物流在分離達到要求的純度后，就被升溫回到環(huán)境溫度。典型地，這些不同的升溫、冷卻和分離步驟都是在分開的設備部件中進行，這樣的方式，除需要安裝和配備管系外，還將給整個裝置增加制造費用。

能將某些分散的傳熱部件結合起來以提供出能實施多種功能的集成式裝置的多種空氣分離系統(tǒng)已被推薦出來。具體地說，已經建議有一些系統(tǒng)，它能部分地將給流體流升溫或冷卻的不同換熱器、以及使該物流中的輕重組分分離的分離設備結合成一個單一的換熱芯，以便減少空氣分離裝置中的設備件數(shù)。這樣做，可以降低該裝置的總費用。

本發(fā)明涉及具有獨一無二集成設計的空氣分離系統(tǒng)，它用單一的釬接芯把分離網(wǎng)絡與一大群換熱功能結合起來。

增大傳熱芯的總橫截面積可使各路物流之間的傳熱機會更大，因此可提高效率。這項改進會在單位換熱面積的費用方面具有吸引力。

本發(fā)明還借助于利用能在單一芯內最佳結合傳質和傳熱功能的設計，而降低了空氣分離系統(tǒng)(特別是深冷空氣分離系統(tǒng)的制冷單元)的投資費用，并提高了總的熱力學效率，這種設計的效果是減少或消除了大量的連接管道和獨立的支撐結構，以及制冷單元的容積，從而降低了管道和安裝費用。

典型的情況是，集成芯被用來：(ⅰ)將工藝原料空氣的溫度降到深冷溫度；(ⅱ)使重組分產品(典型的是液態(tài)氧)沸騰：以及(ⅲ)使各路工藝物流過熱/過冷。所述集成芯優(yōu)選是鋁制釬接板翅式芯。集成芯內可包括多個通道，它們的布置要能有效地將多種水平的傳熱、以及多種水平和方式(如精餾和汽提)的傳質結合起來。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選設計中，規(guī)定集成芯與具有高壓塔(通常稱為下塔)和低壓塔(通常稱為上塔)的雙塔分離裝置能相互流通。雙塔分離裝置可以是任何能從多種蒸氣物流中將重組分和輕組分分離出來的傳統(tǒng)設計的裝置。

在一個優(yōu)選設計中，集成芯包括有第一組輸入通道(雖然應該承認，為了取得本發(fā)明的效益，須要求系統(tǒng)中的每一股物流只用一個通道)，輸入的原料空氣在其中被冷卻，然后被導入雙塔分離裝置(通常為下塔)內。冷卻優(yōu)選借助于將該第一組輸入通道布置成與集成芯中至少另一個通道具有熱交換關系來實現(xiàn)。在該實施方案的不同變化中，該第一組輸入通道可包括一個傳質區(qū)域，通道中的冷凝液可在該區(qū)域中作為回流液來精餾原料空氣流。在此情況下，該第一組輸入通道將形成可導入上塔的冷凝液流。

第一組冷卻通道將來自分離裝置(通常為下塔)的第一底部物流冷卻，并將該冷卻過的第一底部物流回輸進入分離裝置(通常為上塔)中。該第一組冷卻通道可與集成芯中至少一個其它通道(或一組通道)具有熱交換關系。

第一組加溫通道將來自分離裝置(優(yōu)選為上塔)的第一頂部物流升溫，并將該已升溫的第一頂部物流排出集成芯。該第一組加溫通道可與集成芯中的至少另一組通道具有熱交換關系。

集成換熱芯中的分離區(qū)域(優(yōu)選為汽提塔)把來自分離裝置(優(yōu)選來自集成換熱芯外部的上塔)的第二底部物流分離成富氧物流和富氮物流。富氮物流可返回導入分離裝置(優(yōu)選進入上塔)上。氧物流優(yōu)選被用相分離器分離為汽相物流和液相物流。通常汽相流返回導入分離區(qū)域中。在多個優(yōu)選實施方案中，分離區(qū)域被整合在集成芯中，而分離裝置則設在集成芯之外。此外，可置備一臺泵來把液相泵經集成芯。

一組汽化通道將來自相分離器的液相物流汽化并把該已汽化的液相物流排出集成芯。汽化通道可與集成芯中的至少另一組通道具有熱交換關系。

集成芯還可包括有第二組冷卻通道，用以冷卻來自上塔的已冷凝的物流，并將該冷卻的冷凝物流返回導入分離裝置(通常導入上塔)。與第一組冷卻通道一樣，該第二組通道優(yōu)選與集成換熱器中至少另一組通道具有熱交換關系。

集成芯還可包括有第二組加溫通道用以給來自汽提裝置(優(yōu)選來自低壓塔)的第二頂部物流升溫，并將該已升溫的第二頂部物流排出集成芯。該第二組加溫通道也可與集成芯中至少另一組通道具有熱交換關系。

還可配備有第四組加溫通道來給來自分離區(qū)域的富氧物流升溫，并將該富氧物流導入相分離器。這些通道也可與集成芯中任何數(shù)量的其它通道具有熱交換關系。