CN118043615A - 同心再沸器中的蒸汽分配系统 - Google Patents
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Abstract
提供热交换器(在本文中也称为交换器)，该热交换器适配在蒸馏塔的底部贮槽内。这些热交换器可至少部分浸没在蒸馏塔的底部流体中，使得热交换器的外表面可增加热交换器的总面积。交换器的内部构造允许热流体(冷凝蒸汽流)环形同轴流动，并且不需要使用顶部通道头和底部通道头。
Description
优先权声明
本申请要求2021年9月7日提交的美国临时申请序列第63/241,283号的优先权，该美国临时申请全文并入本文。
热交换器普遍存在于精炼、石化和其它工业应用，以便将一种工艺流体中的可用热量有效传递到另一种流体，从而降低总体实用性要求。例如，使用热交换器来优化热量的回收并由此最大程度地降低与冷却/制冷介质(例如，冷却水)和/或加热介质(例如，燃料气体)的外部源相关的成本的优点得到公认。
通常例如在相对较热的反应器流出流体与相对较冷的反应器馈送流体之间进行热交换。热交换器的具体应用涉及在其它处理设备(诸如蒸汽液体接触装置和甚至反应器)内(而不是外部)使用热交换器。
已知利用内部热交换器，并且具体地利用冷凝器的蒸汽液体接触装置包括蒸馏塔。采用内部热交换器的蒸馏塔的具体工作条件可能迥然不同，以实现从可经受蒸馏的类型截然不同的混合物中分离出范围较广的组分。蒸馏塔的示例包括用于进行多种塔分离(诸如反萃取和精馏)的那些蒸馏塔，以及用于进行各种形式的蒸馏(诸如分馏、蒸汽蒸馏、反应蒸馏以及在分壁塔中进行的蒸馏)的那些蒸馏塔。可使用蒸馏塔以间歇模式或连续模式操作这些分离方法，通常的设计目的是降低安装成本和操作成本。
将热交换器安装在蒸馏塔或其它装置的内部，而不是在圆柱形塔壳的外部，可实现各种有益效果。可参考常规外部热交换器的操作来理解这些有益效果，这需要移除塔中的流，使其通过外部交换器以供应或移除热量，并且使经受热或经冷却的流的至少一部分流返回到塔中。
通过使热交换器位于蒸汽液体接触装置(诸如蒸馏塔)内，可不需要使用一些设备(例如，塔顶回流泵)和相关的支撑结构，从而降低设备成本和节省空间。
可在内部使用(或以其它方式通常在商业上使用)的特定类型的热交换器是包括多根管的管式交换器，由此在管外部的流体与经过管的流体之间传递热量。所谓的“插入式”管束在易于取出以进行维护或更换方面优于内部焊接板束。在插入式管式冷凝器的情况下，其中，管在蒸馏塔的顶部区段中水平或垂直定向，塔中的塔顶蒸汽在管的外侧或外部表面上冷凝。因此，在本领域中，一直存在这样的需求，即改进管式冷凝器的热量传递系数(以及相应降低所需的冷凝器管表面面积)和/或总体性能，并且具体地，设置在蒸汽液体接触装置(诸如蒸馏塔)内的那些管式冷凝器。
发明内容
提供热交换器(在本文中也称为交换器)，该热交换器适配在蒸馏塔的底部贮槽内。这些热交换器可至少部分浸没在蒸馏塔的底部流体中，使得热交换器的外表面可增加热交换器的总面积。交换器的内部构造允许热流体(冷凝蒸汽流)环形同轴流动，并且不需要使用顶部通道头和底部通道头。热交换器中可存在内部导流板，诸如同心环形导流板，以确保流动分布均匀并提供结构性支撑以防止管振动。这种类型的排布结构可适用于多种应用。
附图说明
图1示出导流板位于蒸馏塔中的热交换器。
图2A示出一组热交换器保持在适当的位置的蒸馏塔的俯视图。
图2B示出具有两个热交换器的蒸馏塔的侧视图，该热交换器具有支撑件和连接管道。
图3示出同心热交换器的俯视图。
图4示出同心热交换器的壳体内部的横截面视图。
图5A示出两个环形导流板的示例，图5B示出三个环形导流板的示例并且图5C示出四个环形导流板的示例。
图6示出具有简化的管侧流动路径的浸没管束。
图7示出具有成角度的入口通道的蒸馏塔，该入口通道具有热交换器。
具体实施方式
提供一种蒸馏塔，其中至少一个热交换器的底部部分位于蒸馏塔的底部贮槽内。至少一个热交换器可被构造为允许冷凝蒸汽流同轴流动。至少一个热交换器包含内部同心环形导流板。另外，每个热交换器具有中心蒸汽入口管道，其中，中心蒸汽入口管道具有一连串开口。入口管道附接到中心蒸汽入口管道的一个端部，并且液体出口管道连接到底部管板，在中心蒸汽入口管道的正下方。蒸馏塔内可有多个热交换器，诸如在一个具体实施方案中有四个热交换器。塔的类型可包括再沸器单元或分离器塔。为了使热量分布高效，可有多个金属管填充在位于热交换器的直径的中心点周围的中心蒸汽入口管道与热交换器的外部壳体的内表面之间的环形空间。同心热交换器的外部壳体可以是非绝缘的。在热交换器中，每个金属管在底部端部和顶部端部处敞开，并且被构造为允许液体进入底部端部并且允许液体和蒸汽从顶部端部流出。中心蒸汽入口管道包括在连接到入口管道的热交换器的上部区段中的开口以及在与出口管道连通的热交换器的下部区段中的开口。蒸馏塔还可包括一连串托盘，该一连串托盘位于塔内，以使蒸馏塔内的气体流动偏转和改变方向。金属管的直径(外径)可以是0.75至1.25英寸，并且包括碳钢、不锈钢、铜/镍、铝或其它合适的冶金。在优选实施方案中，金属管可由高通量铝管材制成，该高通量铝管材具有用于沸腾的内部涂层以及用于增强冷凝的外部沟槽。铝管的重量小于现有技术的碳钢管的重量的1/3。外部沟槽提供50％以上的外部表面面积并且改善液体排放，因为液体在沟槽尖端上冷凝，然后排放到沟槽之间的凹部中。由于考虑到安装和维护，蒸馏塔可包括成角度的侧面人行巷道，其可用于允许安装和取出一个或多个热交换器。
在本发明的一种型式中，存在一连串管支撑件/同心导流板。这些可以是360度同心环形导流板，以促进环形流动蒸汽分布。可使用2至6个不同直径的环形导流板，这取决于环形导流板的模型设计。理想的是，沿着导流板支撑件的边缘，环形导流板成排重叠以支撑管。导流板通常被放置成在其间平衡，防止管振动并且最大程度地降低壳体侧的压降。这种排布结构非常适合热量积聚。
通过参考附图可更好地理解本发明。在图1中，示出具有两个换热器32和34的蒸馏塔10的侧面剖视图。热交换器34示出为使得内部部件得到展示。顶部毂部示出为具有入口管道28，该入口管道示出为进入热交换器的具有中心管道24和导流板26的部分。如这里所示，具有用于四个热交换器的空间，如在热交换器的底部和顶部处的入口和出口所示。图2a中示出有助于将热交换器定位在适当位置的支撑件33。图2a示出围绕中心毂部42定位的四个热交换器32，其中管材28示出为从毂部42到每个热交换器32的顶部。在图2b的侧视图中，可以看到其中的两个热交换器32，其中，管道28从顶部延伸到毂部42，该毂部连接到中心管道40。还示出离开热交换器32的底部的管道20。
图3示出同心热交换器34的俯视图，其中，蒸汽从中心管道28沿径向方向从中心管道穿过竖直狭槽(未示出)。有管填充在中心管道28与热交换器34的外壁42之间的环带。管在顶部和底部处敞开，以允许液体流动进入热交换器的底部并且作为液体和蒸汽从顶部离开。热交换器可部分浸没在塔贮槽中。外部壳体42是非绝缘的，这有助于增加总有效热量传递面积。
图4是热交换器100内的横截面的简化视图。中心管道102的上部部分被示出为用于引入蒸汽108，其中，按照位于壳体内部的导流板104和106引导流动。冷凝蒸汽110落到热交换器的壳体的底部，并且在壳体的外部和管的内部(未示出)存在沸腾温度。
图5A、图5B和图5C示出环形导流板位于热交换器200内。在图5A的左侧，示出围绕中心管道202的两个不同尺寸的环形导流板204和206。在图5B的中间示出具有环210、212和214的三环构造。在右侧，图5C是被示出为具有四个环220、222、224和226的最复杂的构造。虽然未示出，但是更复杂的构造(诸如六个环)也可行。
图6示出具有在热交换器内的浸没管束的构造。蒸馏塔的外壁400示出为热交换器460的底部部分部分浸没在液体450中。由管410组成的管束被示出为在每两个管之间存在空间430。冷液体405向上穿过管410，以作为两相液体/蒸汽在440处离开。示出中心蒸汽管道的壁420。
图7示出具有外壁22的蒸馏塔10的构造，该外壁具有成角度的入口通道85，使得它们能够安装或维修热交换器32，其中，三个热交换器位于适当位置，并且第四个热交换器示出在根据需要进行安装或更换的位置。
在一个实施方案中，本发明涉及一种蒸馏塔，其中，至少一个热交换器的底部部分位于所述蒸馏塔的底部贮槽内。该至少一个热交换器被构造为允许冷凝蒸汽流同轴流动。热交换器可包含导流板，诸如内部同心导流板、径向导流板叶片或螺旋状导流板。热交换器还可包括中心蒸汽入口管道，其中，中心蒸汽入口管道具有一连串开口。可具有附接到所述中心蒸汽入口管道的一个端部的入口管道，并且设置出口管道，以允许液体冷凝物从底部喷嘴排出。在一些构造中，可具有2至6个对称位于蒸馏塔内的热交换器。蒸馏塔可以是再沸器装置、分离器塔或用于分离混合物的其它类型的塔。在一些实施方案中，可以有多个金属管填充在位于热交换器的直径的中心点周围的中心蒸汽入口管道与所述蒸馏塔的外部壳体的内表面之间的环形空间。外部壳体可以是非绝缘的外部壳体。在蒸馏塔中，每个金属管可在底部端部和顶部端部处敞开，并且被构造为允许液体进入底部端部，并且被构造为允许液体和蒸汽从顶部端部流出。根据权利要求4所述的蒸馏塔，其中，所述中心蒸汽入口管道包括在连接到入口管道的所述蒸馏塔的上部区段中的开口以及在与出口管道连通的所述蒸馏塔的下部区段中的开口。蒸馏塔还可包括一连串托盘，该一连串托盘位于塔内，以使所述蒸馏塔内的气体流动偏转和改变方向。金属管可包括碳钢或铝。在蒸馏塔内可以有朝向通道敞开的入口，用于安装和取出换热器或其它部件。平行于热交换器的底部和顶部定位的一连串导流板的尺寸可不相同，例如，2种、3种或4种不同的尺寸。热交换器的中心蒸汽入口管道可包含被构造用于使蒸汽通过的竖直狭槽。热交换器可处于部分浸没在液体中的位置。蒸馏塔内的管可在所述热交换器的顶部和底部处敞开，其中，所述底部贮槽部分填充有液体。
Claims (10)
1.一种蒸馏塔，其中至少一个换热器的底部部分位于所述蒸馏塔的底部贮槽内。
2.根据权利要求1所述的蒸馏塔，其中所述至少一个热交换器被构造为允许冷凝蒸汽流同轴流动。
3.根据权利要求1所述的蒸馏塔，其中所述至少一个热交换器包含导流板。
4.根据权利要求3所述的蒸馏塔，其中所述导流板选自内部同心导流板、径向导流板叶片或螺旋状导流板。
5.根据权利要求1所述的蒸馏塔，其中所述至少一个热交换器还包括中心蒸汽入口管道，其中所述中心蒸汽入口管道具有一连串开口。
6.根据权利要求1所述的蒸馏塔，其中多个金属管填充在位于所述热交换器的直径的中心点周围的中心蒸汽入口管道与所述蒸馏塔的外部壳体的内表面之间的环形空间。
7.根据权利要求1所述的蒸馏塔，其中所述金属管中的每个金属管在底部端部和顶部端部处敞开，并且被构造为允许液体进入所述底部端部，并且被构造为允许液体和蒸汽从所述顶部端部流出。
8.根据权利要求1所述的蒸馏塔，所述蒸馏塔还包括一连串托盘，所述一连串托盘位于所述塔内，以使所述蒸馏塔内的气体流动偏转和改变方向。
9.所述蒸馏塔还包括入口，所述入口朝向所述蒸馏塔的通道敞开，以供进行安装和取出。
10.根据权利要求1所述的蒸馏塔，所述蒸馏塔还包括一连串导流板，所述一连串导流板被定位成平行于所述交换器的底部和顶部，其中所述导流板具有2种、3种或4种不同的尺寸。
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