CN106415174A - 冷凝器-重沸器系统及方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于在基于蒸馏塔的空气分离单元中同时冷凝富氮蒸汽和汽化富氧液体的系统及方法。公开的系统包括冷凝器‑重沸器换热器，其位于低压塔与高压塔之间，且构造成冷凝来自高压塔的富氮蒸汽，且部分地汽化来自低压塔的富氧液体。在冷凝器‑重沸器换热器内，富氮蒸汽沿向上方向流动，使得存在于富氮蒸汽中的任何非可冷凝物将累积在冷凝器‑重沸器模块的上部或顶部附近，在该处，它们可通过排放而容易地除去。

Description

冷凝器-重沸器系统及方法
技术领域
本发明涉及用于基于蒸馏塔的低温空气分离单元的冷凝和汽化系统。更具体而言，本发明是适于使用冷凝器-重沸器内的富氮蒸汽的向上流来冷凝富氮蒸汽且将非可冷凝物累积在冷凝器-重沸器的顶部或上方区域处的改进的冷凝器-重沸器系统及方法。
背景技术
使用蒸馏塔的低温空气分离系统的重要方面为冷凝和汽化系统，且更具体而言，高压塔蒸汽相对于低压塔底部液体的重沸冷凝，以提供塔的回流，且经由低压塔中的规整填料提供足够的蒸汽向上流。液氧的重沸由与来自高压塔的顶部的氮蒸汽的换热执行。在换热过程期间，氮蒸汽冷凝，且至少一些冷凝物返回高压塔，以用作高压塔的回流源。在一些冷凝器-重沸器构造中，沸腾液氧与冷凝氮之间的换热在管壳式换热器中执行，其中液氧通常在换热器的管内流动，而高压塔顶部蒸汽在换热器的壳侧上处理。此管壳式换热器提供从安全观点改善操作特征的优点。管壳式换热器的紧凑性通过增强的沸腾和冷凝表面来实现，这大体上在美国专利号7,421,856; 6,393,866;和5,699,671和美国公开专利申请号2007/0028649中描述。
存在两个主要类型的冷凝-重沸过程中使用的换热器，其包括热虹吸类型的换热器和向下流动类型的换热器。在热虹吸类型的换热器中，液氧液体在底部处进入管，且在其向上穿过管时汽化。在向下流动的换热器中，液氧液体在其在管内向下流动时汽化。尽管这些构造中的两者确保了氧汽化过程的安全操作，但这两种构造都还具有某些缺点。
降低冷凝器-重沸器的热性能且继而又不利地影响低温空气分离单元的能量效率和操作成本的其它问题是非可冷凝物累积在主冷凝器-重沸器中。非可冷凝物如氖和氦以很小的量存在于空气中，但主冷凝器-重沸器内的非可冷凝物的累积导致对目标传热的较高阻力，目标传热需要冷凝的氮与沸腾的氧之间的较高总体温差。如上文所述，冷凝的氮与沸腾的氧之间的较高总体温差转换成到来的氮蒸汽的较高压力需求，这最终导致较高压缩功率和空气分离单元的相关联的成本。除非非可冷凝物从主冷凝器-重沸器的冷换热表面除去，否则冷凝的氮与沸腾的氧之间的最高温差可较高。
此外，由于非可冷凝物趋于集合或累积在主冷凝器-重沸器的传热表面上，在该处，总体蒸汽速度较低，故许多当前设计中的非可冷凝物的高浓度区域分散到主冷凝器-重沸器的各处，使得其变得难以收集和除去它们，这对于具有显著的商业价值的一些非可冷凝物如氖，其不可能以成本效益合算的方式回收。
因此，所需的是一种改善的冷凝和汽化系统，其可有效地用于在低温空气分离单元中冷凝氮蒸汽和汽化液氧，其不存在上文提到的缺点。
发明内容
本发明为一种改进的管壳式冷凝器-重沸器系统和方法来用于低温空气分离单元，且适于使用冷凝器重沸器内的冷凝介质如富氮蒸汽或空气蒸汽的向上流，且从而将非可冷凝物累积在冷凝器-重沸器的顶部或上方区域处。冷凝介质可引入几乎任何位置的模块，包括底部、顶部或侧部，但释放到邻近壳的下部或底部的壳中，以开始冷凝介质的大体上向上的流，同时冷凝物向下流动，且在壳的底部附近除去。
具体而言，本发明可特征为用于基于蒸馏塔的空气分离单元的冷凝和汽化系统，包括：(i)一个或多个冷凝器-重沸器模块，其设置在低压塔与高压塔之间，且构造成在冷凝介质入口处接收冷凝介质，以及在富氧液体入口处接收来自低压塔的富氧液体；(ii)换热器，其设置在冷凝器-重沸器模块中，且构造成部分地汽化富氧液体来形成富氧流出物，且冷凝该冷凝介质来形成冷凝物；以及(iii)一个或多个排放口，其设置成邻近壳体的上部或顶部，且构造成从一个或多个冷凝器-重沸器模块内除去累积的非可冷凝物。冷凝介质在冷凝器-重沸器模块内沿向上和径向向外的方向流动，使得存在于冷凝介质中的任何非可冷凝物将累积在冷凝器-重沸器模块的上部或顶部附近。冷凝器-重沸器模块还包括邻近模块的底部的冷凝物出口和富氧流出物出口。
换热器可为管壳式换热器，其包括两个相对的管板、连接两个相对的管板的圆柱形壳，以及在两个相对的管板间延伸的多个管，用于在该多个管内流动的富氧液体与在圆柱形壳内向上流动的冷凝介质之间间接热交换。换热器可为热虹吸类型的换热器，其中富氧液体入口设置在冷凝器-重沸器模块的底部附近，且富氧流出物出口设置在顶部附近。
作为备选，换热器可为向下流动类型的换热器，其中富氧液体入口设置在冷凝器-重沸器模块的顶部附近，且富氧流出物出口设置在冷凝器-重沸器模块的底部附近。在向下流动类型的换热器的情况中，富氧液体可从低压塔的底部泵送至冷凝器-重沸器模块的顶部或上部来用于重沸，或富氧液体可使用设置在冷凝器-重沸器模块顶部上方的收集器从低压塔中的下降液体收集，其中其可供应至冷凝器-重沸器模块的顶部或上部来用于重沸。
冷凝器-重沸器模块可以以多种布置构成，包括一个实施例，其中冷凝物出口设置成邻近冷凝器-重沸器模块的底部，且同心地围绕冷凝介质或富氮蒸汽入口。另一个实施例提供了邻近冷凝器-重沸器模块底部但在壳体的侧向侧或周缘附近的冷凝物出口。更进一步，多个冷凝物出口可提供成包括中心地设置和外周地设置的出口。
本冷凝器-重沸器的其它实施例构想出了提供冲击板或挡板，其中心地设置在冷凝器-重沸器模块的下部或上部中。冲击板或挡板构造成沿径向偏转冷凝介质(例如，富氮蒸汽或空气蒸汽)的向上流，以加强冷凝介质分散至冷凝表面，且还最小化穿过轴向方向的可能的旁通流。作为备选，冷凝器-重沸器模块的一些实施例可包括分送器结构，其设置在冷凝器-重沸器模块的下部中心，且构造成将冷凝介质的流沿径向分送来将富氮蒸汽分散至冷凝表面。冷凝介质入口可设置在冷凝器-重沸器模块的顶部或侧向侧处，且经由导管引导至穿孔分送器结构，在该处，富氮蒸汽的向上流开始。作为备选，冷凝介质入口可设置在冷凝器-重沸器模块的底部处，在该处，冷凝介质的向上和沿径向向外的流一旦其进入壳体或壳中就开始。
本发明还可包括设置成邻近冷凝器-重沸器模块的顶部附近的一个或多个排放口。排放口构造成且连续地从一个或多个冷凝器-重沸器模块内除去累积的非可冷凝物。一个或多个排放口可中心地设置成邻近冷凝器-重沸器模块的顶部或邻近冷凝器-重沸器模块壳体的侧向侧或周缘，或两者。在从冷凝器-重沸器模块除去时，非可冷凝物可分离且净化，以便回收选定的非可冷凝物气体。
本发明还可特征为一种用于执行低温空气分离的方法，包括以下步骤：(i)通过低温精馏来在高压塔内分离进料空气，以产生富氮蒸汽和富氧流体，使富氧流体从高压塔进入低压塔，且通过低温精馏在低压塔内产生富氧液体；(ii)将富氧液体和冷凝介质引导至具有多个垂直地定向的管的一个或多个冷凝器-重沸器模块；(iii)经由一个或多个冷凝器-重沸器模块中的多个垂直地定向的管部分地汽化富氧液体；(iv)将冷凝介质释放到一个或多个冷凝器-重沸器模块的底部附近，以便沿大体上向上且径向向外的方向流过一个或多个冷凝器-重沸器模块，且与垂直地定向的管的外表面接触，以通过与部分地汽化的富氧液体间接热交换来冷凝该冷凝介质(例如，富氮或空气蒸汽)，且产生冷凝物和富氧流出物，其中存在于冷凝介质的非可冷凝物累积在一个或多个冷凝器-重沸器模块的上部或顶部附近；以及(v)打开设置在一个或多个冷凝器-重沸器模块的上部或顶部附近的一个或多个排放口，以从一个或多个冷凝器-重沸器模块内除去累积的非可冷凝物。
附图说明
尽管说明书以清楚指出申请人认作是其发明主题的权利要求结束，但相信，本发明将在参照附图时最佳理解，其中：
图1为根据本发明的实施例的空气分离单元中的蒸馏塔布置的简图，绘出了用于使液氧流沸腾和氮蒸汽的向上流的向下流动类型的布置的冷凝器-重沸器；
图2为根据本发明的备选实施例的空气分离单元的蒸馏塔布置的另一个简图，绘出了用于使液氧流沸腾和氮蒸汽的向上流的热虹吸类型的布置中的冷凝器-重沸器；
图3为用于使液氧流沸腾和富氮蒸汽的向上流的具有热虹吸类型的布置的冷凝器-重沸器模块的又一个实施例的立面截面视图；
图4为用于使液氧流沸腾和富氮蒸汽的向上流的具有向下流动类型的布置的冷凝器-重沸器模块的又一个实施例的立面截面视图；
图5为用于使液氧流沸腾和富氮蒸汽的大体上向上流动分布的具有热虹吸类型的布置的冷凝器-重沸器模块的又一个实施例的立面截面视图；
图6为用于使液氧流沸腾和富氮蒸汽的大体上向上流动分布的具有向下流动类型的布置的冷凝器-重沸器模块的又一个实施例的立面截面视图；
图7为用于使液氧流沸腾和利用穿孔分送器的富氮蒸汽的大体上向上流动分布的具有热虹吸类型的布置的冷凝器-重沸器模块的又一个实施例的立面截面视图；
图8为用于使液氧流沸腾和利用穿孔分送器的富氮蒸汽的大体上向上流动分布的具有向下流动类型的布置的冷凝器-重沸器模块的又一个实施例的立面截面视图；
图9为用于使液氧流沸腾和富氮蒸汽的大体上向上流动分布的具有热虹吸类型的布置的冷凝器-重沸器模块的再一个实施例的立面截面视图；
图10为用于使液氧流沸腾和富氮蒸汽的大体上向上流动分布的具有向下流动类型的布置的冷凝器-重沸器模块的再一个实施例的立面截面视图；
图11为用于使液氧流沸腾和氮蒸汽的向上流的具有热虹吸类型的布置的冷凝器-重沸器模块的另一个实施例的立面截面视图；
图12为用于使液氧流沸腾和氮蒸汽的向上流的具有向下流动类型的布置的冷凝器-重沸器模块的另一个实施例的立面截面视图；
图13为根据本发明的用于使液氧流沸腾和氮蒸汽的向上流的具有热虹吸类型的布置的冷凝器-重沸器模块的实施例的立面截面视图；
图14为根据本发明的用于使液氧流沸腾和氮蒸汽的向上流的具有向下流动类型的布置的冷凝器-重沸器模块的实施例的立面截面视图；
图15为用于使液氧流沸腾和氮蒸汽的向上流的具有热虹吸类型的布置的冷凝器-重沸器模块的备选实施例的立面截面视图；以及
图16为用于使液氧流沸腾和氮蒸汽的向上流的具有向下流动类型的布置的冷凝器-重沸器模块的备选实施例的立面截面视图。
为了避免重复，各图中一些共同的元件使用相同的标号，其中此类元件的阐释将不会从图到图改变。
具体实施方式
现在转到图1和2，示出了空气分离单元中的蒸馏塔布置的简图，绘出了具有如氮蒸汽或空气蒸汽的冷凝介质的向上流的典型冷凝器-重沸器模块。图1示出了构造为向下流动类型的换热器的具有氮蒸汽的向上流的本冷凝器-重沸器，而图2示出了构造为热虹吸类型的换热器的具有氮蒸汽的向上流的本冷凝器-重沸器。
蒸馏塔布置10和11各自具有高压蒸馏塔12和低压蒸馏塔13，以及以传热关系联接高压蒸馏塔和低压蒸馏塔的主冷凝器-重沸器模块14。蒸馏塔布置10和11特别设计成进行连接(in connection)的蒸馏过程。蒸馏塔布置10和11用于分开地产生富氮和富氧产物。尽管未示出，但也如公知那样，在空气分离单元(ASU)中，到来的空气压缩、净化和冷却至适用于其精馏的温度。净化和冷却的空气然后引入高压蒸馏塔12中，在该处，上升的汽相通过已知的传质接触元件与下降的液相接触，传质接触元件可为规整填料、散装填料或筛盘，或此类填料和盘的组合。空气的上升汽相在其上升时变为富氮，且下降的液相变为富氧。结果，称为粗液氧或釜液的塔底残留物液体收集在高压塔12的底部中，且富氮蒸汽15收集在高压塔12的顶部或上部中。
富氮蒸汽22的流引入入口导管24中，该入口导管24联接到冷凝器-重沸器模块的底部附近的冷凝器-重沸器模块14上。作为备选，富氮流可引入冷凝器-重沸器模块的顶部或侧部附近的冷凝器-重沸器模块，且释放到壳的底部处或附近的壳内。如下文更详细所述，在壳内释放的富氮蒸汽22沿大体上向上的方向在冷凝器-重沸器壳内流动，且与在冷凝器-重沸器管中的富氧液体间接热交换，以部分地汽化氧液体且冷凝富氮蒸汽22。在图1的实施例中，取自塔底残留物16的富氧液体可经由泵21从低压塔的底部循环至冷凝器-重沸器模块14的顶部或最上部，在该处，其收集为23，且在向下流动类型的换热器布置中的冷凝器-重沸器管内下降。富氧液体的汽化产生两相富氧流出物流26，其在冷凝器-重沸器模块14的底部附近流出。该流可作为氧产物取得，或可变为低压蒸馏塔13内的上升汽相19的一部分。未汽化的任何氧液体返回至低压蒸馏塔13的底部和富氧液体塔底残留物16。
作为备选，在图2的实施例中，取自塔底残留物16的富氧液体可通过热虹吸效应在冷凝器-重沸器管内上升，如上文所述。富氧液体的汽化产生富氧流出物流26，其在部分地汽化的富氧流出物流26流出冷凝器-重沸器模块14时形成低压蒸馏塔13内的上升汽相19的一部分。未汽化的任何氧液体可返回至低压蒸馏塔13的底部和氧液体塔底残留物16。
在图1和图2中所示的两个实施例中，由富氮液体构成的所得的冷凝物20从冷凝器-重沸器模块14的底部排放。第一部分的冷凝物20A联接至高压塔12来用作富氮液体构成的回流。第二部分的冷凝物20B的一部分联接至低压塔13上，而此流20B的另一个部分可取得而作为液体产物，或泵送和加热，取得作为加压产物。作为优选，液体分送器(未示出)设在高压塔12的顶部和低压塔13的顶部内，以分别收集富氮回流20A和20B，且将回流分送至传质接触元件。
由上述实施例提供的优点涉及较低操作成本，其可由于主冷凝器的热效率的改善来实现，这转化成功率节省和空气分离单元的构造期间的潜在资金节省。热效率的改善可通过从冷凝器-重沸器14排出排放流29，经由累积的非可冷凝物如氖和氦的加强的分离和除去来实现。
氖和氦以很少的量存在于空气中，氖粗计18ppm，而氦大约5ppm。这些非可冷凝物趋于在富氮蒸汽冷凝且除去来形成回流时以高很多的水平集中在空气分离单元的主冷凝器中。这些集中的非可冷凝物还趋于累积或集合在特别在远离富氮蒸汽入口的冷凝器-重沸器模块内的区域或位置的冷传热表面处或附近，在该处，总体富氮蒸汽速度较低。非可冷凝物的累积或集合可导致对冷凝器-重沸器模块内发生的传热的较高阻力，这继而又需要冷凝氮与沸腾氧之间的较高的总体温差。较高的总体温差驱动对于高压塔的升高压力的需求，富氮蒸汽源自高压塔，这最终导致了用于空气分离单元的较高压缩功率。
在上述实施例中，富氮蒸汽经由入口引入，该入口引起富氮蒸汽沿大体上向上且略微径向方向流过冷凝器-重沸器模块。使用该向上和径向流动布置和相反于重力，存在于富氮蒸汽中的非可冷凝物如氖和氦将趋于累积在冷凝器-重沸器模块的顶部或最上部附近(见图3-16中的区域80)。在冷凝期间，蒸汽持续向上流动，而冷凝物沿相反方向流动，这允许了增大的蒸汽非可冷凝物浓度梯度，这将导致加强的分离和较高的冷凝传热。此外，在富氮蒸汽从高压塔的顶部直接给送到主冷凝器-重沸器的下部或底部的实施例中，压降可相比于现有技术的设计减小。
另外，通过将非可冷凝物累积在冷凝器-重沸器模块的顶部或最上部附近，它们更容易通过排放非可冷凝物收集和除去，导致冷凝器-重沸器模块的性能提高。同样重要的是，非可冷凝物如氖和氦的容易收集和除去便于选定的高值气体(high value gas)如氖的分离、净化和回收。
如下文更详细所述，非可冷凝物的排放通过提供一个或多个排放口和设置在冷凝器-重沸器模块的顶部附近的相关联的排放控制阀(未示出)实现，在该处，非可冷凝物累积或集合。通过排放控制阀的控制，累积的非可冷凝物从冷凝器-重沸器模块清除（purge）或除去。作为优选，排放口中心地设置在冷凝器-重沸器模块的顶部处，或在邻近侧向侧或周缘的冷凝器-重沸器模块的顶部处。还可能有利的是将多个排放位置置于各个冷凝器-重沸器模块上，包括中心地设置和沿外周地设置的排放口。
不同于将富氮蒸汽进料歧管的位置与液氮冷凝物歧管分开的许多现有技术的设计，本系统允许共同定位(co-locate)进料歧管和冷凝物歧管。将给送至冷凝器-重沸器模块的富氮蒸汽与液氮冷凝物收集点共同定位在冷凝器-重沸器模块的底部处或下方，导致与主冷凝器相关联的净歧管体积的减小，且提高了冷凝器-重沸器模块的总体热性能。减小净歧管体积和使富氮蒸汽进料歧管与液氮冷凝物歧管共同定位在各个冷凝器-重沸器模块的底部下方允许了塔高度和相关联的资金费用的降低。
在许多现有技术的冷凝器-重沸器设计中，多个冷凝器-重沸器模块通常由单个内部或外部富氮蒸汽管路给送，该管路使富氮蒸汽从高压塔的上部移动至冷凝器-重沸器模块上方的位置(point)。输送的富氮蒸汽流然后分流且给送到各个冷凝器-重沸器模块的顶部中，在该处，其以向下的定向流动，以接触冷凝表面。在组合到单个冷凝物歧管或管路中之前，液氮冷凝物收集在各个冷凝器-重沸器模块的底部处。不管路线怎样，大多数当前冷凝器-重沸器设计中的富氮蒸汽进料歧管都占据组件上方的较大空间，这提高了塔高度、复杂性和花费。
现在转到图3, 4, 11, 12, 13, 14, 15, 16，示出了本冷凝器-重沸器模块14的各种实施例。在所有所示实施例中，冷凝器-重沸器模块14包括管壳式换热器30A,30B，其设有两个相对的管板36和38。圆柱形壳40连接管板36和38。波纹状膨胀接头42可出于局部膨胀(differential expansion)目的提供。在两个相对的管板之间延伸的多个垂直定向的管布置成在多个管内流动的富氧液体与在圆柱形壳40内向上流动的冷凝介质如富氮蒸汽或空气蒸汽之间间接热交换。管板38设有中心富氮蒸汽或冷凝介质入口44，以允许冷凝介质进入壳40中。入口管46可连接到管板38上，以便于冷凝介质经由中心冷凝介质入口44流入壳40的内部空间中。尽管未示出，但入口管46还连接到高压塔的上部上，在该处，找到了冷凝介质且更具体是富氮蒸汽的供应。
冷凝物出口48设在管板38中，以用于排放由冷凝富氮蒸汽产生的冷凝物20，且从而形成富氮液体来用作分别用于高压塔和低压塔的回流20A,20B。此外，此流20B可作为液体产物取得或泵送和加热，作为加压产物取得。在图13和图14中，冷凝物出口48相对于冷凝介质入口44同心地设置在冷凝器-重沸器模块的底部的中心。在图15和图16中，冷凝物出口48设置在冷凝器-重沸器模块14的底部处，但更接近冷凝器-重沸器模块14的边缘或外周。图3,4,11和12示出了具有多个冷凝物出口48的实施例，包括中心地设置的冷凝物出口48A和沿外周地设置的冷凝物出口48B，两者位于冷凝器-重沸器模块14的底部处或附近。
图3, 5, 7, 9, 11, 13和15示出了热虹吸类型的换热器30A，其中富氧液体入口54与各个垂直地定向的管55相关联，且设置在冷凝器-重沸器模块14的底部附近。类似地，富氧流出物出口58与各个垂直地定向的管55相关联，且设置在冷凝器-重沸器模块14的顶部附近。在这些实施例中，低压塔的底部处的富氧液体供应至富氧液体入口54来在换热器30A内重沸。
图4, 6, 8, 10, 12, 14和16示出了向下流动类型的换热器30B，其中富氧液体入口54设置在邻近冷凝器-重沸器模块14的顶部和管板36的垂直地定向的管55的一端处，而富氧流出物出口58设置在冷凝器-重沸器模块14的底部和管板38处或附近的管55的另一端处。在这些实施例中，低压塔的底部处的富氧液体供应至富氧液体入口54来在换热器30B内重沸。
在所有所示实施例中，管55优选所有都为相同的设计和直径。将注意的是，所有管55可设有外沟槽表面，且管的内部可设有增强沸腾的表面。冷凝介质如富氮蒸汽经由中心冷凝介质入口44进入各个冷凝器-重沸器模块14，且然后如箭头60指出那样沿向上和径向向外的方向流动。如图3,4,11和12中所见，冷凝器-重沸器模块14还可包括中心地设置的冲击板66，其还将具有沿径向向外的方向推动到来的冷凝介质或富氮蒸汽流的效果。冲击板66借助于一组支承件68连接到管板36或垂直地定向的管55上。在图11和12中，冲击板位于换热器30A,30B的上部中，而在图3和4中，冲击板位于换热器30A,30B的下部中和壳40内。总之，冲击板66都构造成偏转冷凝介质(例如，富氮蒸汽或空气蒸汽)的向上流，且将冷凝介质沿径向分散至壳40内的冷凝表面，即，管55的外表面。
现在转到图5和图6，分别示出了热虹吸类型的换热器30A和向下流动类型的换热器30B的又一个实施例。这两个实施例与前文所述的实施例的差别在于，冷凝介质入口74并未定位在冷凝器-重沸器模块14的底部和管板38处或附近，而是位于冷凝器-重沸器模块14的顶部和管板36处或附近。尽管未示出，但备选实施例还构想出了将冷凝介质入口定位在壳40的侧部或外周处或附近。冷凝介质，优选富氮蒸汽，从高压塔的上部经由壳40内的入口导管76朝换热器30A,30B的下部引导。在入口导管76的端部处，冷凝介质或富氮蒸汽的流释放，且沿径向分散在壳40内。对于冷凝蒸汽的流动分布的进一步改善，穿孔结构可用于图7和图8中的入口导管76的底部处。在分散时，冷凝介质将沿大体上向上和沿径向向外的方向流至冷凝表面。
在图9和图10中，分别示出了热虹吸类型的换热器30A与向下流动类型的换热器30B的又一个实施例。正如图5-8中的实施例，冷凝介质入口74并非位于冷凝器-重沸器模块14的底部和管板38处或附近，而是在冷凝器-重沸器模块14的侧部或顶部和管板36处或附近。冷凝介质优选为富氮蒸汽，其从高压塔的上部经由壳40内的入口导管76朝换热器30A,30B的下部引导。在入口导管76的一端处，存在扩散器类的分送器结构79，其构造成沿径向分散富氮蒸汽流，且扩散邻近壳40的下部的富氮蒸汽流。在从导管76释放时，富氮蒸汽将大体上沿向上和沿径向向外的方向朝冷凝表面流动。一个或多个挡板67示为中心地设置在壳40内，以沿远离导管76的向外径向方向偏转或推动壳40内的释放的富氮蒸汽的所得的向上流。挡板67还用作用于冷凝管的最内阵列的中心支承部件。
图3-16中的实施例所有都包括一个或多个排放通路70，其设置在换热器30A,30B的顶部处或附近，且构造成从一个或多个冷凝器-重沸器模块内连续地除去累积的非可冷凝物。在一些实施例中，排放通路70可利用排放控制阀(未示出)开启和/或闭合，该阀与排放通路70可操作地关联。在开启时，任何非可冷凝的物质和累积的非可冷凝物从冷凝器-重沸器模块14排出。所示的排放通路70示为所有都沿换热器30A,30B的顶部设置，且示为从中心部分到周缘穿透管板36。
尽管本发明以各种方式特征化且关于优选实施例描述，但如本领域的技术人员想到那样，其许多添加、改变和改型可制作出，而不脱离如所附权利要求中提出的本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于基于蒸馏塔的空气分离单元的冷凝和汽化系统，包括：
一个或多个冷凝器-重沸器模块，其具有壳体，所述壳体限定顶部、底部、一个或多个侧向侧、上部和下部，所述一个或多个冷凝器-重沸器模块设置在低压塔与高压塔之间，且构造成在冷凝入口处接收冷凝介质，在富氧液体入口处接收来自低压塔的富氧液体，且还限定邻近所述底部的冷凝物出口和富氧流出物出口；
设置在所述一个或多个冷凝器-重沸器模块中的换热器，所述换热器构造成部分地汽化形成富氧流出物的富氧液体，且冷凝形成冷凝物的所述冷凝介质；
其中所述冷凝介质释放到邻近所述壳体的底部的所述冷凝器-重沸器模块中的换热器内，且沿向上和径向向外方向在所述一个或多个冷凝器-重沸器模块内流动，且所述冷凝介质中存在的非可冷凝物累积在所述一个或多个冷凝器-重沸器模块的上部或顶部附近；以及
一个或多个排放口，其设置成邻近用于所述一个或多个冷凝器-重沸器模块的所述壳体的上部或顶部，且构造成从所述一个或多个冷凝器-重沸器模块内除去累积的所述非可冷凝物。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换热器为管壳式换热器，包括：
两个相对的管板；
连接所述两个相对的管板的圆柱形壳；以及
多个管，其在所述两个相对的管板之间延伸，以用于在所述多个管内流动的所述富氧液体与在所述圆柱形壳内向上且沿径向向外流动的所述冷凝介质之间间接热交换。
3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换热器为向下流动类型的换热器，且所述富氧液体入口设置成邻近用于所述一个或多个冷凝器-重沸器模块的壳体的顶部，且所述富氧流出物出口设置成邻近所述冷凝器-重沸器模块的底部。
4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换热器为热虹吸类型的换热器，且所述富氧液体入口设置成邻近所述冷凝器-重沸器模块的底部，且所述富氧流出物出口设置成邻近用于所述一个或多个冷凝器-重沸器模块的壳体的顶部，以及其中所述低压塔的底部处的所述富氧液体供应至所述冷凝器-重沸器模块来用于重沸。
5. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷凝物出口设置成邻近用于所述一个或多个冷凝器-重沸器模块的所述壳体的底部，且围绕所述冷凝介质入口同心地设置。
6. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷凝物出口设置成邻近用于所述一个或多个冷凝器-重沸器模块的所述壳体的底部，且邻近所述壳体的侧向侧或周缘。
7. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括冲击板，其中心地设置在用于所述一个或多个冷凝器-重沸器模块的壳体的下部中，且构造成偏转所述冷凝介质的流来将所述冷凝介质分散至所述冷凝表面。
8. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括冲击板，其中心地设置在用于所述一个或多个冷凝器-重沸器模块的壳体的上部中，且构造成偏转所述冷凝介质的流来将所述冷凝介质分散至所述冷凝表面。
9. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括分送器结构，其中心地设置在用于所述一个或多个冷凝器-重沸器模块的壳体的下部中，且构造成沿径向分送所述冷凝介质的流来将所述冷凝介质分散至所述冷凝表面。
10. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷凝介质入口设置在所述壳体的顶部或侧向侧处，且经由导管引导至释放所述冷凝介质的所述一个或多个冷凝器-重沸器模块的所述壳体的底部。
11. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷凝介质入口设置在释放所述冷凝介质的所述一个或多个冷凝器-重沸器模块的所述壳体的底部处。
12. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括非可冷凝物回收系统，其联接到所述一个或多个排放口上，且构造成净化和回收除去的所述非可冷凝物。
13. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷凝介质为所述富氮蒸汽。
14. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷凝介质为空气蒸汽。
15. 一种用于执行低温空气分离的方法，包括：
通过低温精馏来在高压塔内分离进料空气，以产生富氮蒸汽和富氧流体，使富氧流体从所述高压塔进入低压塔，且通过低温精馏在所述低压塔内产生富氧液体；
将所述富氧液体和冷凝介质引导至具有多个垂直地定向的管的一个或多个冷凝器-重沸器模块；
经由所述一个或多个冷凝器-重沸器模块中的多个垂直地定向的管部分地汽化所述富氧液体；
将所述冷凝介质释放到所述一个或多个冷凝器-重沸器模块的底部附近，以便沿向上且径向向外方向流过所述一个或多个冷凝器-重沸器模块，且与所述垂直地定向的管的外表面接触，以通过与所述部分地汽化的富氧液体间接热交换来冷凝所述冷凝介质，且产生冷凝物和富氧流出物，其中存在于所述冷凝介质中的非可冷凝物累积在所述一个或多个冷凝器-重沸器模块的上部或顶部附近；以及
打开设置在所述一个或多个冷凝器-重沸器模块的上部或顶部附近的一个或多个排放口，以从所述一个或多个冷凝器-重沸器模块内除去累积的非可冷凝物。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述一个或多个冷凝器-重沸器模块包括向下流动类型的管壳式换热器，其中富氧液体入口设置在所述冷凝器-重沸器模块的顶部附近，且富氧流出物出口设置在所述冷凝器-重沸器模块的底部附近。
17. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述一个或多个冷凝器-重沸器模块包括热虹吸类型的管壳式换热器，且富氧液体入口设置在所述冷凝器-重沸器模块的底部附近，以及富氧流出物出口设置在所述一个或多个冷凝器-重沸器模块的顶部附近。
18. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括净化从所述一个或多个冷凝器-重沸器模块除去所述非可冷凝物以回收选定的非可冷凝物的步骤。
19. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述冷凝介质为所述富氮蒸汽。
20. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述冷凝介质为空气蒸汽。
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