JP2008527290A - Heat exchanger assembly, cryogenic distillation apparatus incorporating the same, and cryogenic distillation method using the same - Google Patents
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Abstract
熱交換器アセンブリであって、少なくとも1つの第1および少なくとも1つの第2の熱交換器本体(5、7)を含み、各々の本体はプレート熱交換器タイプであり、第1の寸法すなわち長さおよび第2の寸法すなわち幅に沿って広がる実質的に似通った外形で、第3の寸法すなわち厚さに沿って互いから離間し互いに対して平行な列をなして配置された複数の金属プレートと、前記プレートとともに扁平流路を制限して少なくとも1つの第1のタイプの流路および少なくとも1つの第2の流路を形成するシール手段(前記シール手段は1つの流体入口および1つの流体出口を開放する各々の流路に割り当てられている)を含み、少なくとも1つの第1の熱交換器本体の幅および厚さによって制限される1つの面が、少なくとも1つの第2の熱交換器本体の幅および厚さによって制限される1つの面に少なくとも部分的に対向して配置され、2つの面は断熱材(I)によって分離されていることを特徴とする。
【選択図】 図1A heat exchanger assembly comprising at least one first and at least one second heat exchanger body (5, 7), each body being a plate heat exchanger type and having a first dimension or length A plurality of metal plates arranged in rows parallel to each other and spaced apart from each other along a third dimension or thickness, with a substantially similar profile extending along the length and the second dimension or width And a sealing means for restricting the flat flow path together with the plate to form at least one first type flow path and at least one second flow path (the sealing means is one fluid inlet and one fluid outlet) One face limited by the width and thickness of the at least one first heat exchanger body is at least one second heat Is arranged at least partially opposed to the one surface is limited by the width and thickness of the exchanger body, two surfaces are characterized by being separated by a heat insulating material (I).
[Selection] Figure 1
Description
本発明は熱交換器のアセンブリ、これを組み込んでいる深冷蒸留装置、およびこれを用いる深冷蒸留方法に関する。 The present invention relates to a heat exchanger assembly, a cryogenic distillation apparatus incorporating the same, and a cryogenic distillation method using the same.
空気を蒸留するために、空気を非常に低い温度まで冷却する。外部環境との熱交換を制限するために、空気のガスから生じる流体の種々な段階の分離/液化が起こる種々のカラムおよび熱交換器は、1つ以上の断熱材(パーライト、ロックウール、など)によって断熱され、この断熱材は機械的な理由から通常コールドボックスと呼ばれる大きな構造体内に収容される。 In order to distill the air, the air is cooled to a very low temperature. Various columns and heat exchangers in which various stages of separation / liquefaction of fluids originating from air gases occur to limit heat exchange with the external environment include one or more insulations (perlite, rock wool, etc. This insulation is housed in a large structure, usually called a cold box, for mechanical reasons.
これらのコールドボックスの寸法は、カラムの数、熱交換器の数、これらのサイズ、種々の配管および二次的な低温要素、ならびに全てのこれらの低温要素と断熱材を収容する外部構造体との断熱距離に依存する。 The dimensions of these cold boxes include the number of columns, the number of heat exchangers, their size, various piping and secondary cold elements, and the external structure that houses all these cold elements and insulation. Depends on the insulation distance.
多くの場合に、この空気分離装置にとって、品質および制御の理由のために、「貴重な」部品、すなわちカラムおよび全てのまたは実質的に全ての二次的な低温要素および低温配管、ならびに熱交換器を含むこれらの構造体を、専門の作業場で予め組み立てることが有利である。これらの「コールドボックスパッケージ」の実現可能性の限界は、製造場所と最終設置場所との間の輸送のための形態となる。 In many cases, for this air separation unit, for quality and control reasons, “precious” parts, ie columns and all or substantially all secondary cryogenic elements and piping, and heat exchange It is advantageous to pre-assemble these structures, including the vessel, in a specialized workshop. The limit of feasibility of these “cold box packages” is the form for transport between the manufacturing site and the final installation site.
空気分離装置に送る空気の冷却に2つの異なる熱交換器本体を使用することは既知である。FR−A−2 846 077、US−A−4 555 256、EP−A−0 044 679およびEP−A−0 042 676は高圧下で流体の冷却および加熱に用いる第1の熱交換器本体ならびに中圧下で流体の冷却および加熱に用いる第2の熱交換器本体を記載している。 It is known to use two different heat exchanger bodies for cooling the air sent to the air separator. FR-A-2 846 077, US-A-4 555 256, EP-A-0 044 679 and EP-A-0 042 676 are first heat exchanger bodies used for cooling and heating fluids under high pressure and A second heat exchanger body for use in fluid cooling and heating under medium pressure is described.
本発明は、検討される分離のタイプおよびユニットの空気処理容量にかかわらず、断熱材を収容する外部構造体の寸法の実質的な制限に適切であり、コールドボックスパッケージの場合には工場で予め組み立てた分離装置の容量限界の拡張に適切である。 The present invention is suitable for substantial limitations on the dimensions of the external structure housing the insulation, regardless of the type of separation considered and the air handling capacity of the unit, and in the case of a cold box package, it is pre-installed at the factory. Suitable for expanding capacity limit of assembled separators.
本発明の1つの目的によれば、熱交換器アセンブリが提供され、熱交換器アセンブリは、少なくとも1つの第1および少なくとも1つの第2の熱交換器本体を含み、各々の本体はプレート熱交換器タイプであり、第1の寸法すなわち長さおよび第2の寸法すなわち幅に沿って広がる実質的に似通った外形で、第3の寸法すなわち厚さに沿って互いから離間し互いに対して平行な列をなして配置された複数の金属プレートと、前記プレートとともに扁平流路を制限して少なくとも1つの第1のタイプの流路および少なくとも1つの第2の流路を形成するシール手段(前記シール手段は1つの流体入口および1つの流体出口を開放する各々の流路に割り当てられている)を含み、第1の本体の1つの入口は冷却される流体の第1の配給ラインに接続され、第1の本体の1つの出口は冷却された流体の第1の収集ラインに接続され、第1の本体の他の入口は加熱される流体の第1の配給ラインに接続され、第1の本体の他の出口は加熱された流体の第1の収集ラインに接続され、第2の本体の1つの入口は冷却される流体の配給ラインに接続され、第2の本体の1つの出口は冷却された流体の収集ラインに接続され、第2の本体の他の入口は加熱される流体の配給ラインに接続され、第2の本体の他の出口は加熱された流体の収集ラインに接続されており、少なくとも1つの第1の熱交換器本体の幅および厚さによって制限される1つの面が、少なくとも1つの第2の熱交換器本体の幅および厚さによって制限される1つの面に少なくとも部分的に対向して配置され、2つの面は断熱材によって分離されていることを特徴とする。 In accordance with one object of the present invention, a heat exchanger assembly is provided, the heat exchanger assembly including at least one first and at least one second heat exchanger body, each body plate heat exchange. Is of a vessel type and has a substantially similar profile extending along a first dimension or length and a second dimension or width, spaced from each other along a third dimension or thickness and parallel to each other A plurality of metal plates arranged in a row, and a sealing means that restricts a flat flow path together with the plates to form at least one first type flow path and at least one second flow path (said seal) Means are assigned to each fluid passage opening one fluid inlet and one fluid outlet, and one inlet of the first body is in contact with the first delivery line of the fluid to be cooled. One outlet of the first body is connected to a first collection line of cooled fluid, the other inlet of the first body is connected to a first distribution line of heated fluid, The other outlet of the body is connected to a first collection line of heated fluid, one inlet of the second body is connected to a delivery line of fluid to be cooled, and one outlet of the second body is Connected to the cooled fluid collection line, the other inlet of the second body is connected to the heated fluid delivery line, and the other outlet of the second body is connected to the heated fluid collection line. One surface limited by the width and thickness of at least one first heat exchanger body to one surface limited by the width and thickness of at least one second heat exchanger body. At least partly facing each other, the two faces are heat insulation Characterized in that it is separated me.
他の任意の態様によれば、
−第2の系列の少なくとも1つの本体は第1の系列のいかなる本体とも接続されていない少なくとも1つの流体配給ラインに接続され、任意に、第2の系列の少なくとも1つの本体は第1の系列のいかなる本体とも接続されていない流体収集ラインに接続されている。
According to any other aspect,
The at least one body of the second series is connected to at least one fluid delivery line that is not connected to any body of the first series, and optionally the at least one body of the second series is the first series Connected to a fluid collection line that is not connected to any body.
−第1の熱交換器本体は少なくとも3つの実質的に整列された熱交換器本体からなる第1の系列の一部を形成し、第1の系列の少なくとも2つの第1の本体は冷却される流体の少なくとも1つの第1の配給ライン、加熱される流体の少なくとも1つの第1の配給ライン、加熱された流体の少なくとも1つの第1の収集ライン、および冷却された流体の少なくとも1つの第1の収集ラインに並列に接続され、および/または、第2の熱交換器本体は少なくとも3つの実質的に整列された熱交換器本体からなる第2の系列の一部を形成し、第2の系列の少なくとも2つの第2の本体は冷却される流体の少なくとも1つの配給ライン、加熱される流体の少なくとも1つの配給ライン、加熱された流体の少なくとも1つの収集ライン、および冷却された流体の少なくとも1つの収集ラインに並列に接続されている。 The first heat exchanger body forms part of a first series of at least three substantially aligned heat exchanger bodies, the at least two first bodies of the first series being cooled; At least one first delivery line of fluid, at least one first delivery line of heated fluid, at least one first collection line of heated fluid, and at least one first of cooled fluid. Connected in parallel to one collection line and / or the second heat exchanger body forms part of a second series of at least three substantially aligned heat exchanger bodies; At least two second bodies of the series of at least one delivery line of cooled fluid, at least one delivery line of heated fluid, at least one collection line of heated fluid, and cooled It is connected in parallel to at least one collection line of the fluid.
−第2の熱交換器本体の1つの入口は、冷却される流体の第1の配給ラインおよび/または加熱される流体の第1の配給ラインに接続されている。 One inlet of the second heat exchanger body is connected to a first delivery line of the fluid to be cooled and / or a first delivery line of the fluid to be heated.
−第2の本体の1つの入口は、冷却される流体の第1の配給ライン以外の冷却される流体の1つの配給ラインに接続されている、および/または第2の本体の1つの他の入口は、加熱される流体の第1の配給ライン以外の加熱される流体の1つの配給ラインに接続されている。 One inlet of the second body is connected to one delivery line of the cooled fluid other than the first delivery line of cooled fluid and / or one other of the second body The inlet is connected to one delivery line of heated fluid other than the first delivery line of heated fluid.
−アセンブリは第2の本体の流路に接続された少なくとも1つの第2の熱交換器本体に液体を運ぶ液体配給ラインを含み、前記流路は冷却されるガスの1つの入口の近くに配置された、気化された液体の1つの出口に接続されている。 The assembly comprises a liquid distribution line for transporting liquid to at least one second heat exchanger body connected to the flow path of the second body, said flow path being located near one inlet of the gas to be cooled Connected to one outlet of the vaporized liquid.
−(第1の系列の)少なくとも1つの第1の本体は少なくとも1つのガス配給ラインおよび/または冷却される液体の少なくとも1つのラインにのみ接続されている。 The at least one first body (of the first series) is connected only to at least one gas distribution line and / or at least one line of liquid to be cooled;
−互いに対向して配置された第1および第2の本体の面の間に少なくとも1つの熱交換器本体が設けられている。 -At least one heat exchanger body is provided between the faces of the first and second bodies arranged opposite each other.
「整列された」熱交換器は長い方向に並んで配置されている。 “Aligned” heat exchangers are arranged side by side in the long direction.
「液体」という用語は擬液体すなわち臨界圧を超える液体を含む。 The term “liquid” includes pseudo-liquids, ie, liquids that exceed a critical pressure.
「液体注入」とは熱を抽出する目的で低温液体をカラムのシステムに注入することを意味する。 “Liquid injection” means injecting a cryogenic liquid into a system of columns for the purpose of extracting heat.
本発明のさらなる目的によれば、ガス混合物の深冷分離のための装置が提供され、装置は、回収ユニットと、請求項1ないし8の1項によるアセンブリと、カラムのシステムと、ガス混合物を回収ユニットに運ぶ手段と、第1および第2の熱交換器本体の少なくとも1つで少なくとも1つの圧力まで冷却される回収ガス混合物を熱交換器アセンブリに運ぶ手段と、第1および第2の熱交換器本体の少なくとも1つで冷却された少なくともいくつかのガス混合物をカラムのシステムに運ぶ手段と、カラムのシステムからの少なくとも1つの生成物を第1および第2の系列の熱交換器本体の各々に運ぶ手段とを含む。
According to a further object of the invention, there is provided an apparatus for cryogenic separation of a gas mixture, the apparatus comprising a recovery unit, an assembly according to one of
本発明の他の任意の態様によれば、装置は、
−ガス混合物の1つの成分で富化された加圧液体流を(第2の系列の)少なくとも1つの第2の熱交換器本体に運ぶ手段と、ガス混合物のうちの1つの成分で富化されたガスを(第1の系列の)1つの第1の熱交換器本体に運ぶ手段とを含む。
According to any other aspect of the invention, the device comprises:
Means for conveying a pressurized liquid stream enriched with one component of the gas mixture to at least one second heat exchanger body (second series) and enriched with one component of the gas mixture; Means for transporting the resulting gas to a first heat exchanger body (of the first series).
−第1の系列の熱交換器本体の下、好ましくは第2の系列の熱交換器本体の下に設置されたサブクーラーを構成する少なくとも1つの熱交換器本体を含む。 -Including at least one heat exchanger body constituting a subcooler installed below the first series of heat exchanger bodies, preferably below the second series of heat exchanger bodies.
−リボイラ−コンデンサと、カラムのシステムからの凝縮されるガスおよびカラムのシステムからの気化される液体をリボイラ−コンデンサに送る手段とを含み、リボイラ−コンデンサはシステムのあらゆるカラムの外側で、かつ第2の系列の熱交換器本体の上、好ましくは第1の系列の熱交換器本体の上に配置されている。 A reboiler-condenser and means for sending the condensed gas from the column system and the vaporized liquid from the column system to the reboiler-condenser, the reboiler-condenser being outside of every column of the system and It is arranged on the second series of heat exchanger bodies, preferably on the first series of heat exchanger bodies.
本発明のさらなる目的によれば、ガス混合物の深冷分離のための装置が提供され、装置は、回収ユニットと、少なくとも1つの第1の熱交換器および少なくとも1つの第2の熱交換器のアセンブリと、カラムのシステムと、ガス混合物を回収ユニットに運ぶ手段と、第1および第2の熱交換器本体の少なくとも1つで少なくとも1つの圧力まで冷却される回収ガス混合物を熱交換器のアセンブリに運ぶ手段と、第1および第2の熱交換器本体の少なくとも1つで冷却された少なくともいくつかのガス混合物をカラムのシステムに運ぶ手段と、カラムのシステムからの少なくとも1つの生成物を第1および第2の熱交換器本体の各々に運ぶ手段とを含み、第1の熱交換器は第2の熱交換器の上、好ましくは第2の熱交換器の真上に配置されることを特徴とする。 According to a further object of the invention, an apparatus for cryogenic separation of a gas mixture is provided, the apparatus comprising a recovery unit, at least one first heat exchanger and at least one second heat exchanger. An assembly, a system of columns, means for transporting the gas mixture to a recovery unit, and an assembly of the heat exchanger with the recovered gas mixture cooled to at least one pressure in at least one of the first and second heat exchanger bodies Means for conveying to the system of the column at least some gas mixture cooled in at least one of the first and second heat exchanger bodies, and at least one product from the system of the column to Means for conveying to each of the first and second heat exchanger bodies, wherein the first heat exchanger is disposed on the second heat exchanger, preferably directly above the second heat exchanger. The features.
任意の態様によれば、装置は、カラムのシステムのあるカラムからの液体を、液体が気化される第2の熱交換器に送る手段と、第2の熱交換器からの気化された液体を収集する手段とを含み、第1の熱交換器からの気化された液体を収集する手段を含まない。 According to an optional aspect, the apparatus comprises means for sending liquid from one column of the system of columns to a second heat exchanger where the liquid is vaporized, and vaporized liquid from the second heat exchanger. Means for collecting, and no means for collecting the vaporized liquid from the first heat exchanger.
本発明のさらなる態様によれば、回収ユニットと、請求項1ないし8の1項によるアセンブリと、カラムのシステムとを含む装置におけるガス混合物の深冷分離のための方法が提供され、この方法においては、ガス混合物を回収ユニットに運び、回収ガス混合物をその中で少なくとも1つの圧力まで冷却される少なくとも1つの第1の熱交換器本体に運び、回収ガス混合物をその中で少なくとも1つの圧力まで冷却される少なくとも1つの第2の熱交換器本体に運び、第1の熱交換器本体で冷却された混合物をカラムのシステムに運び、第2の熱交換器本体で冷却された混合物をカラムのシステムに運び、少なくとも1つの流体をカラムのシステムから少なくとも1つの第1の熱交換器本体に運び、少なくとも1つの流体をカラムのシステムから少なくとも1つの第2の熱交換器本体に運ぶものであって、第1の本体(第1の本体の少なくとも1つ)は循環流体を収容し、その少なくとも1つは閾値を超える圧力にあり、第2の本体(第2の本体の少なくとも1つ)はこの閾値を下回る圧力しかない循環流体を収容することを特徴とする。
According to a further aspect of the present invention there is provided a method for cryogenic separation of a gas mixture in an apparatus comprising a recovery unit, an assembly according to one of
少なくとも1つの熱交換器本体は1つの第2の熱交換器本体の上に配置される。好ましくは第1の系列の全ての本体は第2の系列の全ての本体の上に配置される。 At least one heat exchanger body is disposed on one second heat exchanger body. Preferably all the bodies of the first series are arranged on all the bodies of the second series.
本発明のさらなる態様によれば、回収ユニットと、請求項1ないし8の1項によるアセンブリと、カラムのシステムとを含む装置におけるガス混合物の深冷分離のための方法が提供され、この方法においては、ガス混合物を回収ユニットに運び、回収ガス混合物をその中で少なくとも1つの圧力まで冷却される少なくとも1つの第1の熱交換器本体に運び、回収ガス混合物をその中で少なくとも1つの圧力まで冷却される少なくとも1つの第2の熱交換器本体に運び、第1の熱交換器本体で冷却された混合物をカラムのシステムに運び、第2の熱交換器本体で冷却された混合物をカラムのシステムに運び、少なくとも1つの流体をカラムのシステムからその中で加熱される少なくとも1つの第1の熱交換器本体に運び、少なくとも1つの流体をカラムのシステムからその中で加熱される少なくとも1つの第2の熱交換器本体に運ぶものであって、第1の本体(第1の本体の少なくとも1つ)は循環ガスのみ、および/または少なくとも1つの冷却する循環液体を収容し、第2の本体(第2の本体の少なくとも1つ)は、カラムのシステムから生じ、その中で気化される少なくとも1つの循環液体を収容することを特徴とする。
According to a further aspect of the present invention there is provided a method for cryogenic separation of a gas mixture in an apparatus comprising a recovery unit, an assembly according to one of
少なくとも1つの熱交換器本体は1つの第2の熱交換器本体の上に配置される。好ましくは第1の系列の全ての本体は第2の系列の全ての本体の上に配置される。 At least one heat exchanger body is disposed on one second heat exchanger body. Preferably all the bodies of the first series are arranged on all the bodies of the second series.
本発明のさらなる態様によれば、回収ユニットと、1つの第1の熱交換器および1つの第2の熱交換器を含む熱交換器アセンブリと、カラムのシステムとを含む装置におけるガス混合物の深冷分離のための方法が提供され、この方法においては、ガス混合物を回収ユニットに運び、回収ガス混合物をその中で少なくとも1つの圧力まで冷却される少なくとも1つの第1の熱交換器本体に運び、回収ガス混合物をその中で少なくとも1つの圧力まで冷却される少なくとも1つの第2の熱交換器本体に運び、第1の熱交換器本体で冷却された混合物をカラムのシステムに運び、第2の熱交換器本体で冷却された混合物をカラムのシステムに運び、少なくとも1つの流体をカラムのシステムからその中で加熱される少なくとも1つの第1の熱交換器本体に運び、少なくとも1つの流体をカラムのシステムからその中で加熱される少なくとも1つの第2の熱交換器本体に運ぶものであって、第1の熱交換器(第1の本体の少なくとも1つ)は循環流体を収容し、その少なくとも1つは閾値を超える圧力にあり、第2の熱交換器(第2の本体の少なくとも1つ)はもっぱらこの閾値を下回る圧力にある循環流体を収容し、第1の熱交換器は第2の熱交換器の上に配置されていることを特徴とする。 According to a further aspect of the invention, the depth of the gas mixture in an apparatus comprising a recovery unit, a heat exchanger assembly comprising one first heat exchanger and one second heat exchanger, and a system of columns. A method for cold separation is provided, in which the gas mixture is conveyed to a recovery unit and the recovered gas mixture is conveyed to at least one first heat exchanger body in which it is cooled to at least one pressure. Carrying the recovered gas mixture to at least one second heat exchanger body cooled therein to at least one pressure, carrying the mixture cooled in the first heat exchanger body to a system of columns; At least one first heat exchanger in which the mixture cooled in the body of the heat exchanger is transported to the column system and at least one fluid is heated therein from the column system Carrying at least one fluid from a system of columns to at least one second heat exchanger body heated therein, wherein the first heat exchanger (at least one of the first bodies). One) contains circulating fluid, at least one of which is at a pressure above a threshold, and the second heat exchanger (at least one of the second bodies) contains exclusively circulating fluid at a pressure below this threshold. The first heat exchanger is disposed on the second heat exchanger.
本発明のさらなる態様によれば、回収ユニットと、1つの第1の熱交換器および1つの第2の熱交換器を含む熱交換器アセンブリと、カラムのシステムとを含む装置におけるガス混合物の深冷分離のための方法が提供され、この方法においては、ガス混合物を回収ユニットに運び、回収ガス混合物をその中で少なくとも1つの圧力まで冷却される少なくとも1つの第1の熱交換器本体に運び、回収ガス混合物をその中で少なくとも1つの圧力まで冷却される少なくとも1つの第2の熱交換器本体に運び、第1の熱交換器で冷却された混合物をカラムのシステムに運び、第2の熱交換器で冷却された混合物をカラムのシステムに運び、少なくとも1つの流体をカラムのシステムからその中で加熱される少なくとも1つの第1の熱交換器に運び、少なくとも1つの流体をカラムのシステムからその中で加熱される少なくとも1つの第2の熱交換器に運ぶものであって、
第1の熱交換器(第1の熱交換器の少なくとも1つ)は循環ガスのみ(および/または冷却される少なくとも1つの循環液体)を収容し、第2の熱交換器(第2の熱交換器の少なくとも1つ)は、カラムのシステムから生じ、その中で気化される少なくとも1つの循環液体を収容し、第1の熱交換器は第2の熱交換器の上に配置されていることを特徴とする。
According to a further aspect of the invention, the depth of the gas mixture in an apparatus comprising a recovery unit, a heat exchanger assembly comprising one first heat exchanger and one second heat exchanger, and a system of columns. A method for cold separation is provided, in which the gas mixture is conveyed to a recovery unit and the recovered gas mixture is conveyed to at least one first heat exchanger body in which it is cooled to at least one pressure. Carrying the recovered gas mixture to at least one second heat exchanger body cooled therein to at least one pressure, carrying the mixture cooled in the first heat exchanger to the system of columns, Carrying the heat-cooled mixture to the column system and carrying at least one fluid from the column system to at least one first heat exchanger heated therein; Be one that carries at least one second heat exchanger to be heat one fluid therein from the system of column even without,
The first heat exchanger (at least one of the first heat exchangers) contains only the circulating gas (and / or at least one circulating liquid to be cooled) and the second heat exchanger (second heat At least one of the exchangers) contains at least one circulating liquid originating from the system of the column and vaporized therein, the first heat exchanger being arranged above the second heat exchanger It is characterized by that.
他の任意の態様によれば、
−ガス混合物は空気または空気の1つのガスまたは主な成分として水素および/または一酸化炭素および/またはメタンおよび/または窒素を有するガス混合物である。
According to any other aspect,
The gas mixture is air or a gas mixture having hydrogen and / or carbon monoxide and / or methane and / or nitrogen as the main component.
−ガス混合物は空気であり、カラムのシステムはともに熱的に結合した少なくとも1つの中圧カラムおよび少なくとも1つの低圧カラムを含み、液体酸素を気化して少なくとも1つの第2の熱交換器本体で酸素ガスを生成し、任意に、いずれの第1の本体でも気化しない。 The gas mixture is air and the system of columns comprises at least one medium pressure column and at least one low pressure column thermally coupled together, and vaporizes liquid oxygen in at least one second heat exchanger body Oxygen gas is generated and optionally does not vaporize in any first body.
−液体酸素を少なくとも1つの第1の本体で冷却し、任意に、いずれの第2の本体でも気化しない。 -Cool liquid oxygen in at least one first body and optionally do not vaporize in any second body.
−第1および/または第2の本体または複数の本体における液体流動方向は実質的に垂直であるが、液体は代わりに水平に流れてもよい。 The liquid flow direction in the first and / or second body or bodies is substantially vertical, but the liquid may instead flow horizontally.
熱交換器は一般にカラム一式よりも大きい床面積を占める。「パッケージ」アプローチを妨げるこの面積を制限するための1つの解決策は、蒸留を妨害することなく収容することができる熱交換器、典型的にはガス熱交換器を、収容することができない熱交換器、典型的には液体または液体の気化を伴う熱交換器の上に設置することである。床領域は大きく削減される。 The heat exchanger generally occupies a larger floor area than the column set. One solution to limit this area that hinders the “package” approach is to provide heat that cannot accommodate a heat exchanger, typically a gas heat exchanger, that can accommodate without disturbing distillation. Installation on an exchanger, typically a heat exchanger with liquid or liquid vaporization. The floor area is greatly reduced.
カラムと熱交換器を含む単独のパッケージアプローチを実施することができない場合には、積層された熱交換器の独立のパッケージが有利だろう。 In cases where a single package approach involving columns and heat exchangers cannot be implemented, an independent package of stacked heat exchangers would be advantageous.
このアプローチはこのパッケージの概念が無くとも踏襲され、単純に空気またはH2/COのようなガスの深冷分離ユニットの床面積を減じる。 This approach is followed without the concept of this package and simply reduces the floor area of a cryogenic separation unit of gas such as air or H 2 / CO.
本発明を図1ないし図6を参照して詳細に記述する。 The present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図1ないし図3は本発明によるアセンブリを種々の角度から示す。 1 to 3 show the assembly according to the invention from various angles.
図1ないし図3は本発明による熱交換器アセンブリを示し、前記熱交換器アセンブリは2つの系列の熱交換器1、2を含み、第1の系列1は地上少なくとも10mまたは15mに設置され、第2の系列2は第1の系列の下に設置される。
1 to 3 show a heat exchanger assembly according to the invention, said heat exchanger assembly comprising two series of
第1の系列の熱交換器1はステンレス鋼フレーム3上に設置され、その脚部はコールドボックスパッケージの底に載っており、第2の系列の熱交換器はフレームの内部すなわち第1の系列の下に設置され、一方でこれを支持している。それらが互いからより効果的に断熱されているならば、第1の系列の熱交換器から形成される熱交換器のブロックを第2の系列から形成されるブロックの上に設置してもよい。なぜならば第1の系列の熱交換器の最も冷たい部分が第2の系列の最も熱い部分と対向して設置され、稼動中において一方がおよそ室温であり、他方が極低温だからである。コールドボックスパッケージは断熱材Iで充填される。
The first series of
2つの熱交換器本体5が整列した熱交換器本体からなる第1の系列1を構成する。2つの実質的に同一な本体5はプレート熱交換器タイプであり、第1の寸法すなわち長さおよび第2の寸法すなわち幅に沿って広がる実質的に似通った外形で、第3の寸法すなわち厚さに沿って互いから離間し互いに対して平行な列をなして配置された複数の金属プレートを含む。シール手段がプレートとともに扁平流路を制限して、4種類の流路を形成し、これらの流路は本体の全長に沿って広がってはいない。各々のタイプの流路について、各々の流路に割り当てられたシール手段はその2つの末端において1つの流体入口および1つの流体出口を開放している。各々の第1の本体5の高温端における第1の入口E1は冷却される中圧空気の配給ラインD AIR MPに接続され、各々の第1の本体の中間位置における第1の出口S1は冷却された中圧空気の収集ラインC AIRMPに接続されている。各々の第1の本体5の中間位置における第2の入口E2は加熱される廃窒素の配給ラインDNRに接続され、各々の第1の本体5の高温端における第2の出口S2は加熱された廃窒素の収集ラインCNRに接続されている。
A
この系列の熱交換器1の各々の本体5はサブクーラーの機能も果たすので、特に各々の本体5の最も冷たい部分すなわち各々の第1の本体5の低温端における第3の入口E3は冷却される液体酸素の配給ラインDOLに接続され、第1の本体の第3の出口S3は冷却された液体酸素の収集ラインCOLに接続され、各々の第1の本体5の低温端における第4の入口E4は冷却される窒素富化液体の供給ラインDLLに接続され、第1の本体の第4の出口S4は冷却された窒素富化液体の収集ラインCLLに接続されている。
Each
第1の系列の少なくとも1つの本体はサブクーラーの機能を果たし、それによってアセンブリをより小型にできることは容易に理解できる。事実、第1の系列の本体がこの機能を果たさない場合、サブクーラーは好ましくは第1と第2の系列の間に設置される少なくとも1つの独立した熱交換器からなるであろう。装置がサブクーラーを含まないことも可能である。 It can be readily appreciated that at least one body of the first series serves as a subcooler, thereby making the assembly more compact. In fact, if the body of the first series does not perform this function, the subcooler will preferably consist of at least one independent heat exchanger installed between the first and second series. It is also possible that the device does not include a subcooler.
第1の系列の本体は必ずしも同一である必要はなく、特に全てが同じ流体を受ける必要はないことも理解されるであろう。 It will also be appreciated that the first series of bodies need not be identical, and in particular not all need to receive the same fluid.
4つの第2の熱交換器本体7が配列した熱交換器本体の第2の系列を構成し、これらはフレーム3によってコールドボックスの底のわずか上に支持されている。4つの実質的に同一の本体7は各々プレート熱交換器タイプであり、第1の寸法すなわち長さおよび第2の寸法すなわち幅に沿って広がる実質的に似通った外形で、第3の寸法すなわち厚さに沿って互いから離間し互いに対して平行な列をなして配置された複数の金属プレートを含む。シール手段がプレートとともに扁平流路を制限して、本体の全長沿って広がる5種類の流路を形成する。各々のタイプの流路について、各々の流路に割り当てられたシール手段はその2つの末端において1つの流体入口および1つの流体出口を開放している。各々の第2の本体7の高温端における1つの第1の入口E1’は第1の高圧まで冷却される空気の配給ラインD1 AIR HPに接続され、各々の第2の本体7の低温端における第1の出口S1’は冷却された高圧空気の収集ラインC2 AIR HPに接続されている。各々の第2の本体7の高温端における第2の入口E2’は第2の高圧まで冷却される空気の配給ラインD2 AIR HPに接続され、各々の第2の本体の低温端における第2の出口S2’は冷却された高圧空気の収集ラインC1 AIR HPに接続されている。各々の第2の本体7の低温端の第3の入口E3’は加熱される廃窒素の配給ラインDNR’に接続され、各々の第2の本体7の高温端における第3の出口S3’は加熱された廃窒素の収集ラインCNR’に接続されている。
Four second
第1の系列と異なり、第2の系列の本体7は窒素ガス配給ラインおよび液体酸素ラインに接続されている。各々の第2の本体7の低温端における第4の入口E4’は加熱される窒素の配給ラインDNに接続され、各々の第2の本体7の高温端における第4の出口S4’は加熱された廃窒素の収集ラインCNに接続されている。各々の第2の本体7の低温端の第5の入口E5’は気化される液体酸素の配給ラインDOLに接続され、各々の第2の本体7の高温端における第5の出口S5’は気化された酸素の収集ラインCOGに接続されている。
Unlike the first series, the second series
第2の系列の本体は必ずしも同一である必要はなく、特に全てが同じ流体を受ける必要はないことも理解されるであろう。 It will also be appreciated that the second series of bodies need not be identical, and in particular not all need to receive the same fluid.
第1の系列の熱交換器本体と第2の系列の熱交換器本体との間の2つの主な違いを確認することができる。 Two main differences between the first series of heat exchanger bodies and the second series of heat exchanger bodies can be identified.
第一に、気化されるあらゆる液体は、第2の系列の本体の少なくとも1つ、好ましくは全てに送られる。したがって第1の系列の本体は、液体酸素を例えばいくつかの圧力まで気化させるための少なくとも1つのタイプの流路を含んでいるであろう。これらは液体窒素を気化させるための流路を含んでいるであろう。 First, any liquid to be vaporized is sent to at least one, preferably all, of the second series of bodies. Thus, the first family of bodies will include at least one type of flow path for vaporizing liquid oxygen, for example to several pressures. These will include a flow path for vaporizing liquid nitrogen.
第二に、与えられた閾値を上回る圧力にある冷却または加熱されるあらゆる流体は第2の系列に送られる。この第2の系列は明らかにより低い圧力にある流体を受けることもできるが、本体は高圧での使用を意図されている。閾値は30bar abs、20bar absもしくは15bar absでもよい。 Second, any fluid to be cooled or heated that is at a pressure above a given threshold is sent to the second series. While this second series can also receive fluids that are clearly at lower pressures, the body is intended for use at higher pressures. The threshold may be 30 bar abs, 20 bar abs or 15 bar abs.
熱交換器1および2の系列について、熱交換器本体5、7ならびに配給および収集ラインはパーライトまたはロックウールIで断熱されなければならない。各々の系列を熱交換器およびいくつかの配給および収集ラインのみを含む個々のコールドボックス4内に設置してもよいし、2つの系列を熱交換器本体およびそれらの収集および配給ラインを含む共通のコールドボックス内に設置してもよいし、両方の系列を空気分離カラムのシステムとともに共通のコールドボックス内に設置してもよい。
For the series of
図4および5はアセンブリの下部をより詳細に示す。 4 and 5 show the lower part of the assembly in more detail.
EP A 1 230 522に記載されているように、低圧の酸素に対して中圧の窒素を気化させるために用いられるダブル空気分離カラムのリボイラ−コンデンサはカラムの外側に設置してもよい。この場合、リボイラ−コンデンサは、系列1の上または2つの系列の間の熱交換器の系列1、2として同じコールドボックス4内に設置してもよい。このように、同じ製造者によって供給される全ての要素(熱交換器、リボイラ−コンデンサ)は、現場に直接供給できる1つのパッケージ内に設置される。各々の要素(上部の熱交換器、下部の熱交換器、および任意にリボイラ)は、独立のコールドボックス内で断熱されてもよいし、これらの要素のいくつかは共通のコールドボックス内に設置されてもよいことが理解されるだろう。
As described in
先行する図面に示したようなアセンブリは、図6による深冷蒸留空気分離装置への組み込みに適している。ここで、熱交換器アセンブリは熱交換器の系列1、2を含む単独の要素12として示されている。
The assembly as shown in the preceding drawing is suitable for incorporation into the cryogenic distillation air separation device according to FIG. Here, the heat exchanger assembly is shown as a single element 12 comprising a
図6は本発明による空気分離装置、特にダブルカラムを用いた深冷蒸留空気分離装置における先に記載したようなアセンブリの組み込みを示す。本発明はダブルカラム装置に限定されず、シングルカラム装置、トリプルカラム装置およびアルゴンカラムおよび混合物カラムのような他のタイプのカラムを用いる装置に適用されることが理解されるべきである。 FIG. 6 shows the assembly of an assembly as described above in an air separation device according to the invention, in particular a cryogenic distillation air separation device using a double column. It should be understood that the present invention is not limited to double column devices but applies to devices using other types of columns such as single column devices, triple column devices and argon columns and mixture columns.
図6はかなり模式的であり、特に2つの交換器ブロックとして示されるアセンブリ1、2における流体入口および出口を正確に示しているわけではない。部分1は少なくとも1つの熱交換器本体を含み、部分2は少なくとも1つの熱交換器本体を含む。この例について、各々の部分は一連の実質的に同一の本体を含むことが考えられる。
FIG. 6 is quite schematic and does not show precisely the fluid inlets and outlets in the
分離される空気をメインコンプレッサMACにおいて中圧まで圧縮し、中圧の空気AIR MPを形成する。残りの空気の圧力を最初に昇圧コンプレッサS1において第1の高圧まで昇圧して高圧流1 AIR HPを形成し、残りの空気の圧力を昇圧コンプレッサS2において第2の高圧まで昇圧して高圧流2 AIR HPを形成する。中圧流AIR MPを少なくとも地上数十mに設置された熱交換器アセンブリの部分1に送り、一方で高圧流1 AIR HPおよび2 AIR HPを少なくとも地上1mの下部部分2に送る。中圧空気流の一部を下部部分2に送ってもよい。
The separated air is compressed to medium pressure in the main compressor MAC to form medium pressure air AIR MP. The pressure of the remaining air is first boosted to the first high pressure in the boosting compressor S1 to form a
中圧空気を第1の系列1の本体において中間点まで冷却し、それからダブル空気分離カラムの中圧カラムMPのチャンバーに送る。
Medium pressure air is cooled in the
熱を抽出するための手段は図の簡略化のために示していないことが理解されるだろう。これは空気分離カラム内に放出する中圧エアタービンまたは窒素タービンでよく、これらは必要ならば液体注入によって補われる。 It will be appreciated that the means for extracting heat is not shown for the sake of simplicity. This may be a medium pressure air turbine or nitrogen turbine that discharges into the air separation column, supplemented by liquid injection if necessary.
高圧空気を第2の系列の本体内で液化し、それからダブルカラムの一方または両方のカラムに送る。 High pressure air is liquefied in the second series of bodies and then sent to one or both columns of the double column.
液体酸素を低圧カラムのチャンバーから取り出し、2つの流れに分ける。1つの部分OLを系列1の本体の最も冷たい部分に送り、ストレージSに送る前にサブクールする。残りを送出し、少なくとも20bar absまたは少なくとも30bar abs下の流れOLPを形成する。この流OLPを第2の系列の本体において気化し、流れOGを生成する。
Liquid oxygen is removed from the chamber of the low pressure column and split into two streams. One part OL is sent to the coldest part of the body of
中圧の窒素Nを中圧カラムの上部で取り出し、第2の系列の本体に送り、その中で加熱して製品Nを形成する。 Medium pressure nitrogen N is removed at the top of the medium pressure column and sent to the second series of bodies where it is heated to form product N.
低圧カラムの上部で取り出された廃窒素を2つの流れに分け、一部NRを系列1に送り、残りNR’を系列2に送る。2つの流れを加熱し、再生に送るかまたは大気に送る。
The waste nitrogen extracted at the top of the low pressure column is divided into two streams, a part of NR is sent to
中圧の窒素富化液体LLの流れを系列1で本体の最も冷たい部分でサブクールし、低圧カラムの上部に送り、還流として役立つようにする。
A stream of medium pressure nitrogen-enriched liquid LL is subcooled in
Claims (10)
第1の本体の1つの入口(E1)は冷却される流体の第1の配給ライン(D AIR MP)に接続され、第1の本体の1つの出口(S1)は冷却された流体の第1の収集ライン(C AIR MP)に接続され、
第1の本体の他の入口は加熱される流体の第1の配給ライン(DNR)に接続され、第1の本体の他の出口は加熱された流体の第1の収集ライン(CNR)に接続され、
第2の本体の1つの入口は冷却される流体の配給ライン(D1 AIR HP、D2 AIR HP)に接続され、第2の本体の1つの出口は冷却された流体の収集ライン(C1 AIR HP、C2 AIR HP)に接続され、
第2の本体の他の入口は加熱される流体の配給ライン(DNR’)に接続され、第2の本体の他の出口は加熱された流体の収集ライン(CNR’)に接続されており、
少なくとも1つの第1の熱交換器本体の幅および厚さによって制限される1つの面が、少なくとも1つの第2の熱交換器本体の幅および厚さによって制限される1つの面に少なくとも部分的に対向して配置され、2つの面は断熱材(I)によって分離されていることを特徴とする熱交換器アセンブリ。 A heat exchanger assembly comprising at least one first and at least one second heat exchanger body (5, 7), each body being a plate heat exchanger type and having a first dimension or length A plurality of metal plates arranged in rows parallel to each other and spaced apart from each other along a third dimension or thickness, with a substantially similar profile extending along the length and the second dimension or width And a sealing means for restricting the flat flow path together with the plate to form at least one first type flow path and at least one second flow path (the sealing means is one fluid inlet and one fluid outlet) Assigned to each flow path that opens the
One inlet (E1) of the first body is connected to a first distribution line (D AIR MP) of the fluid to be cooled, and one outlet (S1) of the first body is a first of the cooled fluid. Connected to the collection line (C AIR MP)
The other inlet of the first body is connected to the first delivery line (DNR) of the heated fluid and the other outlet of the first body is connected to the first collection line (CNR) of the heated fluid. And
One inlet of the second body is connected to a fluid delivery line (D1 AIR HP, D2 AIR HP) to be cooled, and one outlet of the second body is a cooled fluid collection line (C1 AIR HP, C2 AIR HP)
The other inlet of the second body is connected to a heated fluid delivery line (DNR ′) and the other outlet of the second body is connected to a heated fluid collection line (CNR ′);
One surface limited by the width and thickness of the at least one first heat exchanger body is at least partially on one surface limited by the width and thickness of the at least one second heat exchanger body. A heat exchanger assembly characterized in that the two surfaces are separated from each other by a heat insulating material (I).
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