CN107137950A - 一种塔顶冷凝分离器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种塔顶冷凝分离器，属于化工设备领域。分离器主体为板翅式换热器，塔顶气的进气口和出气口分别设置于板翅式换热器的下部和上部，板翅式换热器中两层翅片的端部设置有用于使下层翅片中的塔顶气转向进入上层翅片的封头，不同翅片层之间通过封头形成一条从进气口到出气口的弓字形塔顶气通路；板翅式换热器的上部和下部分别设置有冷流体进口和冷流体出口；板翅式换热器中的翅片采用多孔型翅片，且底部设置有封头，用于收集塔顶气冷凝过程中在重力作用下通过翅片孔流下的冷凝液；收集有冷凝液的封头底部冷凝液出口通过接管伸入塔顶液槽中。本发明用于替代低温精馏塔塔顶气所需要的换热器和气液分离器两个独立装置。

Description

一种塔顶冷凝分离器
技术领域
本发明属于化工设备领域，具体涉及一种塔顶冷凝分离器。
背景技术
焦炉气制液化天然气，低温分离CO项目中，常采用低温分离方法从甲烷、一氧化碳、氢气、氮气中分离出需要的产品。低温分离中主要采用精馏塔设备，而精馏塔顶气采用合适冷源(液氮或低温液化天然气)作为冷源，将塔顶气体中产品(天然气、一氧化碳)冷凝，分离回收，以提高产品收率。
低温分离中塔顶气相进入换热器进行降温，形成气液两相，然后通过气液分离装置进行气液分离。本过程需要换热器，气液分离器设备。塔顶气需要经过换热器，然后流过气液分离器进行分离。
塔顶气体经过塔顶管道然后进入换热器，降温后再进入气液分离器，然后通过管道回流至精馏塔，该方法塔顶气经过大量管道，弯头和设备，需要浪费较多压头。低温分离设备大多集成在冷箱内，为提高气液分离器效果，气液分离器通常尺寸较大，因此会增加冷箱尺寸，从而提高冷箱制造成本和运输成本。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种塔顶冷凝分离器，用于替代低温精馏塔塔顶气所需要的换热器和气液分离器两个独立装置。
本发明所采用的具体技术方案如下：
塔顶冷凝分离器，分离器主体为板翅式换热器，塔顶气的进气口和出气口分别设置于板翅式换热器的下部和上部，板翅式换热器中两层翅片的端部设置有用于使下层翅片中的塔顶气转向进入上层翅片的封头，不同翅片层之间通过封头形成一条从进气口到出气口的弓字形塔顶气通路；板翅式换热器的上部和下部分别设置有冷流体进口和冷流体出口，用于使冷流体进入翅片并与塔顶气进行换热；板翅式换热器中的翅片采用多孔型翅片，且底部设置有封头，用于收集塔顶气冷凝过程中在重力作用下通过翅片孔流下的冷凝液；收集有冷凝液的封头底部冷凝液出口通过接管伸入塔顶液槽中。
本发明中，气相在换热器中水平流动，液相受重力影响成垂直流动，在实现气液分离的同时能够充分传质。而且，气相通过再分布封头进入换热器不同高度的翅片，其传热效果高于气相一次性水平通过换热器与冷物流错流换热。
作为优选，所述的进气口处设有导流片，塔顶气经过导流片后进入板翅式换热器中的翅片。
作为优选，所述的冷流体进口、冷流体出口处设有封头，冷流体通过封头流入和流出板翅式换热器。
作为优选，所述的板翅式换热器中每层翅片形成的塔顶气通道呈水平。
作为优选，所述的接管直接伸入塔顶液槽的液面以下并形成液封。
作为优选，所述的板翅式换热器中，每层翅片上的翅片孔开孔位置相同，形成一条垂直的冷凝液流通通道。
本发明的另一目的在于提供一种塔顶气冷凝分离方法，具体为：将塔顶气通过导流板导入设置有多层多孔型翅片的板翅式换热器中，塔顶气在翅片中水平流动与冷流体进行换热，并在到达该层翅片末端时转向进入上层翅片中继续水平流动换热，直至从出气口排出；塔顶气通过多孔型翅片换热冷凝后，冷凝水在重力作用下沿着壁面从翅片孔逐层流至设置于换热器底部的封头处，然后从封头接管流到塔顶液槽内。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
1、相对于气相进过换热器后，在通过管道进入气液分离器分离。可以减少气相流过的当量长度，减少流动压头的损失。
2、换热器内部翅片通道小，有利于小液滴的捕捉和汇聚，而且气相为水平流动，液体垂直流动有利于气液分离，因此无需设置气液分离器，简化了设备。
3、换热器内部翅片单位体积内的表面积偏大，换热器内部冷凝的液体从上至下流动可以气相充分接触并传质，起到精馏效果。
附图说明
图1为本发明的塔顶冷凝分离器的结构示意图。
图2为本发明的板翅式换热器内部塔顶气和冷凝液的流动示意图。
图3为塔顶气在翅片内流动示意图。
图中：进气口1、出气口2、冷流体进口3、冷流体出口4、冷凝液出口5、板翅式换热器6、第一封头7、第二封头8、翅片孔9。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
一种塔顶气冷凝分离方法，具体为：将塔顶气通过导流板导入设置有多层多孔型翅片的板翅式换热器中，塔顶气在翅片中水平流动与冷流体进行换热，并在到达该层翅片末端时转向进入上层翅片中继续水平流动换热，直至从出气口排出；塔顶气通过多孔型翅片换热冷凝后，冷凝水在重力作用下沿着壁面从翅片孔逐层流至设置于换热器底部的封头处，然后从封头接管流到塔顶液槽内。
如图1所示，为实现上述方法的一种塔顶冷凝分离器，该分离器主体为板翅式换热器6，其中设置有多层水平的多孔型翅片，每层翅片形成水平的塔顶气通道，供塔顶气流通。塔顶气的进气口1和出气口2分别设置于板翅式换热器6的下部和上部，进气口1处设有导流片，塔顶气经过导流片后进入板翅式换热器6中的翅片。板翅式换热器6中两层翅片的端部设置有用于使下层翅片中的塔顶气转向进入上层翅片的封头，不同翅片层之间通过封头形成一条从进气口1到出气口2的弓字形塔顶气通路；板翅式换热器6的上部和下部分别设置有冷流体进口3和冷流体出口4，冷流体进口3、冷流体出口4处设有封头，冷流体通过封头流入和流出板翅式换热器6，冷流体在翅片中与塔顶气进行换热，使塔顶气被部分冷凝为液体。板翅式换热器6且底部设置有封头，用于收集塔顶气冷凝过程中在重力作用下通过翅片孔9流下的冷凝液。收集有冷凝液的封头底部开设冷凝液出口5，并通过接管伸入塔顶液槽的液面以下并形成液封。
该分离器设备基于板翅式换热器结构，因此具有换热功能。换热器采用液氮或低温液化天然气作为冷源，将这些冷流体从冷流体进口3进入换热器与塔顶气换热。塔顶气从换热器侧面下方进入换热器降温，塔顶气进过导流片进入翅片，水平流动换热。塔顶气流至右侧后通过导流片进入第一封头7，然后通过第一封头7调转180°方向进入上层翅片，继续水平流动至换热器左侧，然后再次通过第二封头8调转180°方向进入上层翅片，最终从换热器上部右侧流出换热器。塔顶气通过翅片换热换热器冷凝后，因重力作用液体沿着壁面从各层翅片上的翅片孔9形成的垂直流道流至换热器底部的封头，然后从封头底部冷凝液出口5接管流到塔顶液槽内。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种塔顶冷凝分离器，其特征在于，分离器主体为板翅式换热器(6)，塔顶气的进气口(1)和出气口(2)分别设置于板翅式换热器(6)的下部和上部，板翅式换热器(6)中两层翅片的端部设置有用于使下层翅片中的塔顶气转向进入上层翅片的封头，不同翅片层之间通过封头形成一条从进气口(1)到出气口(2)的弓字形塔顶气通路；板翅式换热器(6)的上部和下部分别设置有冷流体进口(3)和冷流体出口(4)，用于使冷流体进入翅片并与塔顶气进行换热；板翅式换热器(6)中的翅片采用多孔型翅片，且底部设置有封头，用于收集塔顶气冷凝过程中在重力作用下通过翅片孔(9)流下的冷凝液；收集有冷凝液的封头底部冷凝液出口(5)通过接管伸入塔顶液槽中。
2.如权利要求1所述的塔顶冷凝分离器，其特征在于，所述的进气口(1)处设有导流片，塔顶气经过导流片后进入板翅式换热器(6)中的翅片。
3.如权利要求1所述的塔顶冷凝分离器，其特征在于，所述的冷流体进口(3)、冷流体出口(4)处设有封头，冷流体通过封头流入和流出板翅式换热器(6)。
4.如权利要求1所述的塔顶冷凝分离器，其特征在于，所述的板翅式换热器(6)中每层翅片形成的塔顶气通道呈水平。
5.如权利要求1所述的塔顶冷凝分离器，其特征在于，所述的接管直接伸入塔顶液槽的液面以下并形成液封。
6.如权利要求1所述的塔顶冷凝分离器，其特征在于，所述的板翅式换热器(6)中，每层翅片上的翅片孔(9)开孔位置相同，形成一条垂直的冷凝液流通通道。
7.一种塔顶气冷凝分离方法，其特征在于，将塔顶气通过导流板导入设置有多层多孔型翅片的板翅式换热器中，塔顶气在翅片中水平流动与冷流体进行换热，并在到达该层翅片末端时转向进入上层翅片中继续水平流动换热，直至从出气口排出；塔顶气通过多孔型翅片换热冷凝后，冷凝水在重力作用下沿着壁面从翅片孔逐层流至设置于换热器底部的封头处，然后从封头接管流到塔顶液槽内。
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