WO2008009357A1 - Stoff- oder wärmeaustauscherkolonne mit übereinander angeordneten stoff- bzw. wärmeaustauscherbereichen wie rohrbündeln - Google Patents

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WO2008009357A1
WO2008009357A1 PCT/EP2007/005991 EP2007005991W WO2008009357A1 WO 2008009357 A1 WO2008009357 A1 WO 2008009357A1 EP 2007005991 W EP2007005991 W EP 2007005991W WO 2008009357 A1 WO2008009357 A1 WO 2008009357A1
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tube bundle
heat exchanger
diameter
column
tube
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PCT/EP2007/005991
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Manfred Schönberger
Sebastian Grill
Alfred J. Wagner
Markus Hammerdinger
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Linde Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
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    • F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
    • F25J5/007—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger combined with mass exchange, i.e. in a so-called dephlegmator
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    • F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
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    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation

Definitions

  • the invention relates to a mass or heat exchanger column with at least two superposed substance or heat exchanger regions, in particular tube bundles, and an inlet for feeding a medium into the column or an outlet for discharging a medium from the column or a manhole. Furthermore, the invention relates to the use of a shell-and-tube heat exchanger in a process for liquefying a hydrocarbon-containing stream, such as natural gas.
  • FIG. 1 shows the tube bundle heat exchanger in a schematic overall view.
  • FIG. 3 shows a detail of the tube bundle heat exchanger in broken lines in FIG. 1 in a detailed view.
  • the tube bundle heat exchanger comprises a first tube bundle 2, which comprises a plurality of tubes wound onto a first core tube 3 in a plurality of layers.
  • the tube bundle 2 has an outer diameter d1.
  • the tubes are summarized in several, here three groups 4, 5 and 6 at the ends of the tube bundle 2. It is thus a three-pronged tube bundle. Thus, it is possible to separate three fractions separated by the tube bundle 2.
  • a second tube bundle 8 is arranged coaxially with distance to the first tube bundle 2.
  • This likewise comprises a plurality of tubes wound onto a second core tube 9 in a plurality of layers.
  • the tubes are summarized at the ends of the tube bundle 8 in two groups 7 and 12, so that two fractions can be passed through the Wegströmige tube bundle 8.
  • the second tube bundle 8 has d2 a smaller outer diameter than the first tube bundle 2 with d1.
  • the two tube bundles 2 and 8 are surrounded by a common jacket 10 which defines an outer space 11 around the tubes of both tube bundles 2 and 8.
  • the jacket 10 comprises a first jacket part 13, which surrounds the first tube bundle 2, and a second jacket part 14, which surrounds the second tube bundle 14.
  • the second shell part 14 has D2 in adaptation to the smaller tube bundle 8 has a smaller inner diameter than the first shell part 13 with D1.
  • two separate apparatuses are initially manufactured, one of which comprises the first tube bundle 2 with the first jacket part 13 and the other the second tube bundle 8 with the second jacket part 14.
  • the jacket parts 13 and 14 are then welded together. They are usually in turn composed of several welded together shell parts.
  • the lower tube ends of the second tube bundle 8 are axially aligned with the jacket 10 and inserted into the shell portion 14 arranged tube plates 16 and 17 and welded to them.
  • hoods 18, 19 are welded, so that starting from the hoods 18, 19 are each a medium distributed to the tubes of the tube groups 7, 12 and in the tubes of each tube group 7, 12 flowing medium in one the hoods 18, 19 can be brought together.
  • the tube plates 16 and 17 are located at the tube bundle heat exchanger at the same height.
  • the upper tube ends of the first tube bundle 2 are also axially aligned with the jacket 10 and placed in the shell part 13 arranged tube plates, of the three total, there are three tube groups 4, 5 and 6, only two tube plates 21 and 22 are shown. On the tube sheets 21, 22 hoods 23 and 24 are placed. The third tubesheet and the third hood are not visible in the illustration shown. However, the third tubesheet is at the same height as the two tube sheets 21 and 22 shown.
  • the tubes are the tube group 6 of the first
  • the tubes of the tube group 5 are in direct flow communication with the tubes of the tube group 7.
  • the flow connection is in each case produced by pipelines between the hoods 19 and 24 shown in FIG. 3 and between the hoods 18 and 23.
  • the production of a tube bundle heat exchanger with a tube bundle is described in the article W. Förg et al., "A New LNG Baseload Process and the Production of the Main Heat Exchangers, Linde Reports from Engineering and Science", No. 78 (1999), p.3 to 11 described in more detail.
  • an inlet 26, for example a connecting piece 26 with an inlet opening 25, is arranged on the casing part 13, as shown in FIG. 3.
  • the inlet 26 is located at a height of the tube bundle heat exchanger between the lower tube sheets 21, 22 and the upper tube sheets 16, 17.
  • the tubes of the tube group 4 of the first tube bundle 2 are in direct flow communication with the inlet 26.
  • a medium can be fed into the outer space 11.
  • this is a cooled in tubes of the first tube bundle 2 refrigerant, which is throttled before its feed.
  • the distribution of the injected medium takes place via a baffle 27 and a ring pre-distributor 28, as described in more detail in DE 10 2004 040 974 A1, for example.
  • a ring pre-distributor 28 From the ring pre-distributor 28 outgoing discharge pipes 29 lead the liquid portion of the medium fed into a distribution device 30, which distributes the liquid over the cross section of the first tube bundle 2 in the outer space around the tubes of the first tube bundle 2.
  • Suitable distributor devices are described, for example, in the abovementioned DE 10 2004 040 974 A1.
  • the shell-and-tube heat exchanger below the second tube bundle 8 has a collecting device 32, which collects a liquid medium flowing down from the outer space 11 around the tubes of the upper, second tube bundle 8. Via a drain pipe 34, the liquid medium is fed into the ring pre-distributor 28, where it mixes with the medium fed via the inlet 26.
  • the tube bundle heat exchanger By arranging the two tube bundles 2 and 8 one above the other and by the required by the feed between the two tube bundles 2 and 8 space the tube bundle heat exchanger reaches a considerable height. If, in addition, a manhole 36, as shown in broken lines in FIG. 1, is required, which can not be arranged at the level of the inlet 26, the distance between the tube bundles 2 and 8 in the longitudinal direction of the tube bundle heat exchanger must be increased still further. Because the manhole 36 must be in the longitudinal direction of the tube bundle heat exchanger and thus in the vertical direction in turn sufficiently spaced from the inlet nozzle 26 and the tube plates 21 and 22.
  • a disadvantage of a large height are the wind sensitivity and the cost of stages and ladders, which increase with increasing height. If the shell-and-tube heat exchanger comprises further tube bundles with further feed points, then considerable overall heights can result.
  • Fig. 7 shows a mass transfer column, for example a rectification column, with two superposed mass transfer regions 102 and 108, such as packages. Again, a significant height of the column through the mass transfer areas 102 and 108 and by the between the upper end of the lower mass transfer area 102 and the lower end of the upper mass transfer area 108 for feeding through an inlet 26 and possibly for a manhole 36 space required ,
  • the invention is therefore based on the object, a fabric or
  • Heat exchanger column of the type mentioned in particular a tube bundle heat exchanger to provide reduced height.
  • a material or heat exchanger column is provided with a first material or heat exchanger region, in particular a first tube bundle, and a second material or heat exchanger region, in particular a second tube bundle, which is surrounded by a jacket and arranged spatially above the first material or heat exchanger region ,
  • the column comprises (a) at least one inlet for feeding a medium into the column or (b) at least one manhole for accessibility of the column or (c) at least one outlet for discharging a medium from the column.
  • Heat exchanger area spaced by a first space from the shell of the column, wherein the first space is formed by the fact that the jacket in the region of the first, in particular lower portion has a larger diameter than in the region of a second, in particular upper portion of the second material or heat exchanger region and or
  • Heat exchanger region is spaced by a second space from the shell of the column, wherein the second space is formed by the fact that the jacket in the region of the first, in particular upper portion has a larger diameter than in the region of a second, in particular lower portion of the first fabric or Heat exchanger area, and wherein in the region of the first space and / or the second space, the inlet and / or the manhole and / or the outlet are arranged.
  • the distance between the stacked fabric or heat exchanger areas compared to the prior art can be reduced and thus the overall height of the column can be reduced.
  • the mass or heat exchanger column comprises a first shell portion having a first diameter and a second shell portion having a second diameter, wherein the first diameter is greater than the second diameter and wherein the first material or heat exchanger region and the lower portion of second fabric or
  • Heat exchanger region in the first shell part and the upper portion of the second fabric or heat exchanger region are arranged in the second shell part.
  • Such a configuration is advantageous if the first material or heat exchanger region has a larger outer diameter than the second material or heat exchanger region. It is then possible to allow the lower section of the second, smaller material or heat exchanger area to protrude into the first jacket part whose diameter, in adaptation to the first fabric or heat exchanger area, is greater than the outer diameter of the second fabric or heat exchanger area.
  • an annular space is provided to the shell around the lower portion of the second fabric or heat exchanger area. And thus there is the possibility of arranging the inlet and / or outlet and / or the manhole on the jacket in the region of this intermediate space.
  • the mass or heat exchanger column may also comprise three column sections, a first column section having a first diameter and a second column section having a second diameter, and a third column section having a third diameter located between the first and second column sections, the first material or heat exchanger section in the first column section, the lower section of the second fabric or
  • Heat exchanger region in the third column section and the upper portion of the second material or heat exchanger region are arranged in the second column section, wherein the third diameter is greater than the second diameter and the first diameter is smaller or larger than the third diameter.
  • This also includes an embodiment in which the material or heat exchanger regions have the same outside diameter. In this case, a central, third, larger diameter, enlarged diameter column section is then created which surrounds the lower portion of the second mass or heat exchanger region.
  • the material or heat exchanger column according to the invention may also have more than three column sections.
  • a shell-and-tube heat exchanger is also provided with at least a first tube bundle and a second tube bundle arranged spatially above the first tube bundle, wherein the two tube bundles are surrounded by a jacket which bounds an outer space around the tubes of both tube bundles, and the tube bundle heat exchanger an inlet for feeding a medium, in particular a liquid medium, in the outer space around the tubes of the first tube bundle and / or a manhole for accessibility of the outer space.
  • a first, in particular lower section of the second tube bundle is spaced from the jacket by a gap surrounding the first, in particular lower section, wherein the intermediate space is formed by the jacket having a larger diameter in the region of the first, in particular lower section of the second tube bundle as in the region of a second, in particular upper portion of the second tube bundle and wherein the inlet and / or the manhole are arranged in the region of the intermediate space.
  • the first tube bundle has a diameter that differs from the diameter of the second tube bundle, it is possible to allow the smaller tube bundle over part of its length to protrude into the shell of the larger tube bundle, whereby the gap is formed.
  • the second, upper tube bundle has a smaller diameter than the first, lower tube bundle.
  • one or more of the following means are arranged: a deflection means for the deflection of the injected medium, a phase separation means for separating the medium fed into its phases, a distributor for distributing the injected medium in outside space.
  • a deflection means for the deflection of the injected medium
  • a phase separation means for separating the medium fed into its phases
  • a distributor for distributing the injected medium in outside space.
  • the shell of the tube bundle heat exchanger has a first shell section with a first diameter and a second Manteiabites with a second diameter and located between the first and second shell portion third shell portion having a third diameter, wherein the first tube bundle in the first shell portion, the lower portion of the second tube bundle is disposed in the third jacket portion and the upper portion of the second tube bundle is disposed in the second jacket portion, wherein the third diameter is greater than the second diameter and the first diameter is greater than the third diameter.
  • the diameter of the third shell portion surrounding the lower portion of the second tube bundle can be optimally adapted to the space required by an inlet, a manhole and diverting phase separation and distribution devices.
  • the second tube bundle comprises a plurality of tubes which are wound around a core tube, wherein the tubes at the lower end of the second tube bundle in one or more groups in one or more bundling devices, in particular tube sheets, are brought together, and wherein at least an inlet, in particular a nozzle, for feeding a medium into the outer space and / or a manhole at a height of the tube bundle heat exchanger is arranged, which is located above the at least one bundling device.
  • the invention also relates to the use of such a shell and tube heat exchanger for carrying out indirect heat exchange between a hydrocarbon-containing stream and at least one heat or refrigerant.
  • an undercooled in tubes of the first tube bundle and then throttled refrigerant is fed through an arranged in the region of the inlet inlet and distributed in the outer space around the tubes of the first tube bundle.
  • the hydrocarbon-containing stream may be formed by natural gas, for example.
  • Figure 1 shows a tube bundle heat exchanger according to the prior art with two stacked tube bundles 2 and 8 and an inlet 26 for feeding a medium into the column between the stacked tube bundles 2 and 8.
  • Figure 2 shows an embodiment of a shell and tube heat exchanger according to the present invention with two stacked tube bundles 2 and 8 and an inlet 26 into the column, which is located at the level of an end portion 40 of the upper tube bundle 8;
  • Fig. 4 is a detail view of a portion of the invention
  • Fig. 5 shows a second embodiment of an inventive
  • Tube bundle heat exchanger with two stacked tube bundles 2 and 8 and an inlet 26 at the level of a lower end portion of the upper tube bundle 8;
  • Fig. 6 the tube bundle heat exchanger shown in Fig. 2 and 4 with
  • Main process streams in a process for liquefying natural gas 7 shows a mass transfer column according to the prior art with two mass transfer areas 102 and 108 of different diameter arranged one above the other and an inlet 26 for feeding a medium into the column between the mass transfer areas 102 and 108;
  • FIG. 8 shows a first embodiment of a mass transfer column according to the present invention with two mass transfer areas 102 and 108 of different diameters and an inlet 26 for feeding a medium into the column, wherein the inlet 26 is located at the level of a lower end section 140 of the upper mass transfer area 108 ;
  • Fig. 9 shows a second embodiment of a mass transfer column according to the present invention with two superimposed
  • Mass transfer regions 202 and 208 for example, packings of the same diameter and an inlet 26 into the column, which is located at the level of a lower end portion 240 of the upper mass transfer region 208.
  • FIGS 1 and 3 show a prior art shell-and-tube heat exchanger used, for example, in a process for liquefying natural gas with two stacked tube bundles 2 and 8 and an inlet 26 between both tube bundles 2 and 8.
  • the tube bundle heat exchanger has already become described in detail in the above description introduction. Reference is therefore made to the above description.
  • FIGS. 2 and 4 show an embodiment of a shell and tube heat exchanger according to the present invention with also two stacked tube bundles 2 and 8.
  • Fig. 2 shows a schematic overall view
  • Fig. 4 shows a section in the region between the first tube bundle 2 and the second tube bundle 8 shows.
  • Components in which the tube bundle heat exchanger shown in Figs. 2 and 4 coincides with the tube bundle heat exchanger shown in Figs. 1 and 3 are given the same reference numerals Mistake. Reference is therefore made to the above description of the tube bundle heat exchanger of FIGS. 1 and 3.
  • FIGS. 2 and 4 A comparison of FIGS. 2 and 4 with FIGS. 1 and 3 shows that, in the tube bundle heat exchanger according to the invention, the second tube bundle 8 projects over part of its length, namely a lower end section 40, into the first jacket part 13 '.
  • the first shell portion 13 ' is, in order to accommodate the lower end portion 40 of the second tube bundle 8 completely extended beyond the upper end of the first tube bundle 2 out upward.
  • the inlet nozzle 26 for feeding a medium into the outer space around the tubes of the first tube bundle 2 is arranged on the first jacket part 13 'approximately at the level of the lower winding end of the tube bundle 8 and thus above the tube plates 16 and 17.
  • the baffle box 27 and the ring pre-distributor 28 are arranged in this intermediate space 41.
  • a gas-liquid separation i. Phase separation takes place. Via the inlet 26, a medium with liquid and gaseous proportions can thus be fed.
  • the inlet nozzle 26, the impact box 27 and the ring pre-distributor 28 are disposed above the tube sheets 16 and 17 and not in a section of the tube bundle heat exchanger between the lower tube sheets 21 and 22 and the upper tube sheets 16 as in the tube bundle heat exchanger according to the prior art and 17.
  • the tube bundle heat exchanger according to the invention in the longitudinal direction of the Rohrbündel Anlagen tools required distance between the upper tube plates 16, 17 and the lower tube plates 21, 22 and thus the distance between the first Tube bundle 2 and the second tube bundle 8 reduced.
  • the overall height of the tube bundle heat exchanger according to the invention which shows a comparison of Fig. 2 with Fig. 1, compared to the tube bundle heat exchanger according to the prior art reduced.
  • the length of the tube bundle heat exchanger according to the invention is reduced by a length .DELTA.l.
  • the inlet nozzle 26 is arranged on the first jacket part 13 'approximately at the level of the lower winding end of the second tube bundle 8.
  • the inlet 26 can also be arranged above the lower winding end of the tube bundle 8 and thus be in an altitude in which the tubes wound around the core tube 9 form the shape of a hollow cylinder.
  • the first shell part 13 ' would then have to be made upwards longer accordingly.
  • the tube bundle heat exchanger shown in FIGS. 2 and 4 can, but not shown, have a further, second inlet for feeding a medium into the outer space 11 'around the tubes of the first tube bundle 2, which is arranged for example at the level of the already existing inlet 26 is.
  • an inlet for feeding a medium in the outer space 11 'of the tubes located at the top of the column above the second, upper tube bundle 8, which is not shown in Figs. 2 and 4, an inlet for feeding a medium in the outer space 11 'of the tubes.
  • the inlet 26 arranged in the region of the lower end section 40 of the tube bundle 8 thus serves as an intermediate inlet for the intermediate introduction of a medium into the column.
  • a manhole 36 for the accessibility of the outer space 11 ', shown in broken lines in FIG. 2, can also be arranged on the casing part 13' in the region of the intermediate space 41, for example in the longitudinal direction of the tube bundle heat exchanger at an altitude between the inlet pipe 26 and the tube plates 16. 17, which is indicated in Figure 4 with an arrow.
  • the inlet nozzle 26 would have to be set slightly higher in this case, and thus the first shell part 13 'to be extended further up, since the inlet nozzle 26 of the manhole 36 and the manhole 36 of tube plates 16, 17 must have a certain distance.
  • the second shell portion 14 'of the shell and tube heat exchanger according to the present invention is made shorter relative to the corresponding second shell portion 14 of the tube bundle heat exchanger of the prior art, which can be seen in the comparison of Fig. 2 to Fig. 1, shorter.
  • an upper portion 39 of the second tube bundle 8 is arranged.
  • the lower end portion 40 and the upper portion 39 of the second tube bundle 8 together form the total length of the second tube bundle eighth
  • the tube bundle heat exchanger further comprises a direction indicated in broken lines collecting means 43, in the flowing out of the outer space around the tubes of the second tube bundle 8 liquid medium together with in the outlet pipes 29 of the ring pre-distributor 28 flowing down liquid medium is collected and then distributed with an arranged below distributor 44 over the cross section of the first tube bundle 2 in the outer space 1 1 'to the tubes of the first tube bundle 2.
  • Suitable distributors are described, for example, in DE 10 2004 040 974 A1.
  • Fig. 5 shows a second embodiment of a shell and tube heat exchanger according to the present invention.
  • the first shell portion 13 in an upper portion 48, in which the tube sheets 16, 17 and 21, 22 and the inlet 26 are arranged, a smaller inner diameter D3 as an underlying portion 46 of the first shell portion 13" with D1 ,
  • first shell section 46 having an inner diameter D1
  • second shell section 47 having an inner diameter D2
  • third shell section 48 having an inner diameter located between the first and second shell sections In the first jacket section 46, the first tube bundle 2, in the third jacket section 48, the lower end section 40 of the second tube bundle 8 and in the second jacket section 47 the remaining length of the second tube bundle 8, that is, the upper portion 39 of the second tube bundle 8, arranged.
  • the shell-and-tube heat exchangers of FIGS. 2, 4 or 5 can be manufactured by first producing two separate apparatuses, one of which is the first tube bundle 2 with the first shell part 13 ', 13 "and the other the second tube bundle 8 with the second shell part 14'. , 14 "includes.
  • the end section 40 of the second tube bundle 8 can then be inserted from above into the first jacket part 13 ', 13 "and the two apparatuses welded together
  • the first shell portion 13 "of the tube bundle heat exchanger of Figure 5 would then comprise the skirt portions 46 and 48 having different inner diameters D1 and D3.
  • FIG. 6 shows the tube bundle heat exchanger of FIGS. 2 and 4 in a process for liquefying natural gas.
  • FIG. 6 shows the tube bundle heat exchanger of FIGS. 2 and 4 in a process for liquefying natural gas.
  • the cooling of the natural gas stream takes place in the tube bundle heat exchanger by indirect heat exchange with a refrigerant. It is a mixture of, for example, nitrogen, methane, ethane and propane.
  • a refrigerant is a mixture of, for example, nitrogen, methane, ethane and propane.
  • the liquid fraction separated in a separator 57 enters the first tube bundle 2 via the line 54 from below and flows through the tubes of the tube group 4 where the liquid fraction is subcooled and over the line 55 exits from the first tube bundle 2 above. There then takes place a relaxation of the refrigerant flow through the throttle 56.
  • the throttled predominantly liquid refrigerant flow which has a low gas content is then fed via the inlet 26 into the shell-and-tube heat exchanger, and via the deflection, phase separation and distribution devices 27 and 28 located in the intermediate space 41, described in relation to FIGS. 2 and 4, and the distributor device 44 into the outer space of the tubes of the three-part first tube bundle 2 abandoned as a coolant.
  • the downward flow it evaporates with increasing temperature and is completely gassed at the lower end of the tube bundle heat exchanger withdrawn via the line 58.
  • the gaseous escaping from the separator 57 at 239K via the line 59 refrigerant flow is in the tubes of the tube group 5 first in the first, lower
  • Tube bundle 2 cooled and partially liquefied and further liquefied in the upper, second tube bundle 8 in the tubes of the tube group 7 and subcooled.
  • the refrigerant flow is fed to the head of the heat exchanger and fed as a refrigerant to the second, upper tube bundle 8, which then evaporates in the downward flow and mixes with the refrigerant flow fed through the inlet 26.
  • Fig. 7 shows a mass transfer column, for example a rectification column, according to the prior art with two superposed mass transfer areas 102 and 108, for example packages, and an inlet 26 for feeding a liquid medium into the first mass transfer area 102.
  • the inlet 26, the impact crate 27 and the annular pre-distributor 28 occupy space between the upper end of the first mass transfer region 102 and the lower end of the second mass transfer region 108.
  • a lower end portion 140 of the second mass transfer area 8 is inserted from above into the first casing part 113. Since the inner diameter D1 of the first shell part 113 is larger than the outer diameter d2 of the second mass transfer region 108, an annular gap 141, which surrounds the lower end section 140, also results here. In the region of this intermediate space 141, the inlet 26 and possibly a manhole 36 are arranged on the casing part 113. In the intermediate space 141 are the annular pre-distributor 28 and the impact box 27.
  • the inlet 26, possibly the manhole 36 and the pre-distributor 28 with the impact box 27 in the column are arranged parallel to the second mass transfer area 108, no space is required in the column between the upper end of the first mass transfer area 102 and the lower end of the second mass transfer area 108. Thus, the height of the mass transfer can be reduced.
  • FIG. 9 shows a mass transfer column of a second embodiment.
  • This mass transfer column differs from that of FIG. 8 in that the outer diameter d201 of the first, lower mass transfer region 202 coincides with the outer diameter d2 of the second mass transfer region 208.
  • the column 210 of the column has three sections, a first section 246, a second section 247, and a third section 248 located between the first and second sections.
  • the inner diameters D201 and D2 of the first and second skirt portions 246 and 247, which are matched to the outer diameters d201 and d2 of the first mass transfer region 202 and the second mass transfer region 208, respectively, are the same.
  • the column diameter is increased to D3, whereby an annular gap 241 is formed.
  • this intermediate space 241 that is to say at the level of the lower end section 240 of the second mass transfer region 208, the inlet 26 and the devices 27 and 28 for deflecting and pre-distributing the injected medium are arranged. These then no longer require space between the upper end of the first mass transfer region 202 and the lower end of the second mass transfer region 208. The overall height of the column is thus reduced.
  • a shell-and-tube heat exchanger may be constructed as shown in FIG. 9, wherein the mass transfer regions 202 and 208 are replaced by tube bundles.
  • Column examples each include a column center section having one or more of: an inlet, a manhole, and an outlet.
  • the diameter of the column center part is in each case greater than the diameter of the narrowest column part.
  • the middle part of the column can be smaller or larger Have diameter or the same diameter as the widest column part.
  • the shell-and-tube heat exchanger or the mass transfer column can also comprise more than two, for example three tube bundles or mass transfer areas.
  • a third tube bundle can be arranged above the second tube bundle. If a feed and / or a manhole is also provided here, the third tube bundle in the region of a lower end section may also be surrounded by a jacket section of larger diameter to create a gap. If the third tube bundle has a smaller outer diameter than the second tube bundle, then the third tube bundle can project with a lower end section into the second cover part 14 'from above, as is the case with the second tube bundle 8 of FIG. 3, which has an end section 40 protrudes into the first shell part 13 'of the larger tube bundle 2.
  • FIGS. 2 to 9 may instead of the inlet 26 or in addition to the inlet 26 in the region of the annular gap 41, 41 ', 141 or 241 also one Outlet, such as an outlet, have, for example, for discharging a liquid or gaseous medium from the outer space around the tubes of the tube bundle 2 or 8.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stoff- oder Wärmeaustauscherkolonne, insbesondere einen Rohrbündelwärmetauscher, mit einem ersten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich, insbesondere einem ersten Rohrbündel (2), und einem räumlich über dem ersten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich angeordneten, zweiten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich, insbesondere einem zweiten Rohrbündel (8), die von einem Mantel (10') umgeben sind. Bei einem erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmetauscher ragt ein unterer Endabschnitt (40) des zweiten, kleineren Rohrbündels (8) in ein Mantelteil (13') des ersten, größeren Rohrbündels (2) hinein, wodurch ein Zwischenraum (41) zwischen dem unteren Abschnitt (40) des zweiten Rohrbündels (8) und dem Mantelteil (13') gebildet ist. Im Bereich dieses Zwischenraums (41) ist am Mantelteil (13') ein Einlass (26) zur Einspeisung eines Mediums in die Kolonne und ggf. ein Mannloch (36) angeordnet.

Description

Beschreibung
Stoff- oder Wärmeaustauscherkolonne mit übereinander angeordneten Stoff- bzw. Wärmeaustauscherbereichen wie Rohrbündeln
Die Erfindung betrifft eine Stoff- oder Wärmeaustauscherkolonne mit zumindest zwei übereinander angeordneten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereichen, insbesondere Rohrbündeln, und einem Einlass zur Einspeisung eines Mediums in die Kolonne oder einem Auslass zur Ausleitung eines Mediums aus der Kolonne oder einem Mannloch. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Rohrbündelwärmeaustauschers in einem Verfahren zur Verflüssigung eines kohlenwasserstoffhaltigen Stroms wie Erdgas.
In Fig. 1 und Fig. 3 ist ein Rohrbündelwärmeaustauscher der oben genannten Art dargestellt, der in einem Verfahren zur Verflüssigung eines kohlenwasserstoffreichen Stroms, wie eines Erdgasstroms, eingesetzt wird. Fig. 1 zeigt den Rohrbündelwärmeaustauscher in einer schematischen Gesamtansicht. In Fig. 3 ist ein in Fig. 1 in unterbrochenen Linien umfasster Ausschnitt des Rohrbündelwärmeaustauscher in detaillierter Ansicht gezeigt.
Der Rohrbündelwärmeaustauscher umfasst ein erstes Rohrbündel 2, das eine Mehrzahl von auf ein erstes Kernrohr 3 in mehreren Lagen gewickelter Rohre umfasst. Das Rohrbündel 2 besitzt einen Außendurchmesser d1. Die Rohre sind in mehreren, hier drei Gruppen 4, 5 und 6 an den Enden des Rohrbündels 2 zusammengefasst. Es handelt sich damit um ein dreiströmigen Rohrbündel. Somit besteht die Möglichkeit, drei Fraktionen getrennt voneinander durch das Rohrbündel 2 zu leiten.
Räumlich über dem ersten Rohrbündel 2 ist ein zweites Rohrbündel 8 koaxial mit Abstand zum ersten Rohrbündel 2 angeordnet. Dieses umfasst ebenfalls eine Mehrzahl von auf ein zweites Kernrohr 9 in mehreren Lagen gewickelter Rohre. Die Rohre sind an den Enden des Rohrbündels 8 in zwei Gruppen 7 und 12 zusammenfasst, sodass zwei Fraktionen durch das zweiströmige Rohrbündel 8 geleitet werden können. Das zweite Rohrbündel 8 besitzt mit d2 einen kleineren Außendurchmesser als das erste Rohrbündel 2 mit d1. Die beiden Rohrbündel 2 und 8 sind von einem gemeinsamen Mantel 10 umgeben, der einen Außenraum 11 um die Rohre beider Rohrbündel 2 und 8 begrenzt. Der Mantel 10 umfasst ein erstes Mantelteil 13, das das erste Rohrbündel 2 umgibt, und ein zweites Mantelteil 14, das das zweite Rohrbündel 14 umgibt. Das zweite Mantelteil 14 besitzt mit D2 in Anpassung an das kleinere Rohrbündel 8 einen kleineren Innendurchmesser als das erste Mantelteil 13 mit D1. Bei der Herstellung des Rohrbündelwärmeaustauschers werden zunächst zwei getrennte Apparate gefertigt, wovon einer das erste Rohrbündel 2 mit dem ersten Mantelteil 13 und der andere das zweite Rohrbündel 8 mit dem zweiten Mantelteil 14 umfasst. Die Mantelteile 13 und 14 werden dann miteinander verschweißt. Sie sind in der Regel wiederum aus mehreren aneinander geschweißten Mantelteilen zusammengesetzt.
Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, sind die unteren Rohrenden des zweiten Rohrbündels 8 axial zum Mantel 10 hin ausgerichtet und in am Mantelteil 14 angeordnete Rohrböden 16 und 17 gesteckt und mit diesen verschweißt. Auf die Rohrböden 16 und 17 sind Hauben 18, 19 aufgeschweißt, so dass ausgehend von den Hauben 18, 19 jeweils ein Medium auf die Rohre der Rohrgruppen 7, 12 verteilt werden bzw. das in den Rohren jeder Rohrgruppe 7, 12 fließende Medium in einer der Hauben 18, 19 zusammengeführt werden kann. Die Rohrböden 16 und 17 befinden sich am Rohrbündelwärmeaustauscher auf gleicher Höhe.
Die oberen Rohrenden des ersten Rohrbündels 2 sind ebenfalls axial zum Mantel 10 hin ausgerichtet und in am Mantelteil 13 angeordnete Rohrböden gesteckt, wobei von den insgesamt drei, da es drei Rohrgruppen 4, 5 und 6 gibt, nur zwei Rohrböden 21 und 22 dargestellt sind. Auf die Rohrböden 21 , 22 sind Hauben 23 und 24 aufgesetzt. Der dritte Rohrboden und die dritte Haube sind in der gezeigten Darstellung nicht zu sehen. Der dritte Rohrboden befindet sich jedoch auf gleicher Höhe wie die zwei gezeigten Rohrböden 21 und 22.
Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, stehen die Rohre der Rohrgruppe 6 des ersten
Rohrbündels 2 mit den Rohren der Rohrgruppe 12 des zweiten Rohrbündels 8 in direkter Strömungsverbindung. Die Rohre der Rohrgruppe 5 stehen in direkter Strömungsverbindung mit den Rohren der Rohrgruppe 7. Die Strömungsverbindung ist jeweils hergestellt durch Rohrleitungen zwischen den in Fig. 3 gezeigten Hauben 19 und 24 und zwischen den Hauben 18 und 23. Die Herstellung eines Rohrbündelwärmeaustauschers mit einem Rohrbündel ist in dem Artikel W. Förg et al., „Ein neuer LNG Baseload Prozess und die Herstellung der Hauptwärmetauscher, Linde-Berichte aus Technik und Wissenschaft", Nr. 78 (1999), S.3 bis 11 näher beschrieben.
Des Weiteren ist am Mantelteil 13, wie in Fig. 3 dargestellt, ein Einlass 26, beispielsweise ein Stutzen 26 mit einer Einlassöffnung 25 angeordnet. Der Einlass 26 befindet sich in einer Höhe des Rohrbündelwärmetauschers zwischen den unteren Rohrböden 21 , 22 und den oberen Rohrböden 16, 17. Wie in Fig. 1 gezeigt, stehen die Rohre der Rohrgruppe 4 des ersten Rohrbündels 2 in direkter Strömungsverbindung mit dem Einlass 26. Über den Einlass 26 kann ein Medium in den Außenraum 11 eingespeist werden. In einem bekannten Verfahren zur Verflüssigung von Erdgas handelt es sich dabei um ein in Rohren des ersten Rohrbündels 2 gekühltes Kältemittel, das vor seiner Einspeisung gedrosselt wird.
Wie in Fig. 3 näher dargestellt, erfolgt die Verteilung des eingespeisten Mediums über einen Prallkasten 27 und einen Ring- Vorverteiler 28, wie er beispielsweise in DE 10 2004 040 974 A1 näher beschrieben ist. Vom Ring-Vorverteiler 28 ausgehende Ablaufrohre 29 führen den flüssigen Anteil des eingespeisten Mediums in eine Verteilereinrichtung 30, die die Flüssigkeit über den Querschnitt des ersten Rohrbündels 2 im Außenraum um die Rohre des ersten Rohrbündels 2 verteilt. Geeignete Verteilereinrichtungen sind beispielsweise in der oben genannten DE 10 2004 040 974 A1 beschrieben.
Des Weiteren weist der Rohrbündelwärmetauscher unterhalb des zweiten Rohrbündels 8 eine Sammeleinrichtung 32 auf, die ein aus dem Außenraum 11 um die Rohre des oberen, zweiten Rohrbündels 8 herabfließendes flüssiges Medium auffängt. Über ein Ablaufrohr 34 wird das flüssige Medium in den Ring- Vorverteiler 28 eingespeist, wo es sich mit dem über den Einlass 26 eingespeisten Medium vermischt.
Da der Einlass 26 von anderen Einrichtungen, Öffnungen oder Schweißnähten am Mantel 10 des Rohrbündelwärmeaustauschers, beispielsweise von den Rohrböden 21 und 22 oder von der in Fig. 3 eingezeichneten Schweißnaht 31 am oberen Ende des ersten Mantelteils 13, hinreichend weit entfernt sein muss und der Prallkasten 27 sowie der Ring-Vorverteiler 28 in Längsrichtung des Rohrbündelwärmeaustauschers Raum einnehmen, wird insgesamt ein erheblicher Raum in Längsrichtung des Rohrbündelwärmeaustauschers zwischen dem ersten Rohrbündel 2 und dem zweiten Rohrbündel 8 benötigt.
Durch Anordnen der beiden Rohrbündel 2 und 8 übereinander und durch den durch die Einspeisung zwischen den beiden Rohrbündeln 2 und 8 benötigten Raum erreicht der Rohrbündelwärmeaustauscher eine erhebliche Bauhöhe. Wird zudem noch ein Mannloch 36, wie in Fig. 1 in unterbrochenen Linien dargestellt, benötigt, das in der Höhe des Einlasses 26 nicht angeordnet werden kann, so muss der Abstand zwischen den Rohrbündeln 2 und 8 in Längsrichtung des Rohrbündelwärmeaustauschers noch weiter vergrößert werden. Denn das Mannloch 36 muss in Längsrichtung des Rohrbündelwärmeaustauschers und damit in vertikaler Richtung wiederum ausreichend von dem Einlassstutzen 26 und den Rohrböden 21 und 22 beabstandet sein.
Nachteilig an einer großen Bauhöhe sind die Windempfindlichkeit und die Kosten für Bühnen und Leitern, die mit steigender Bauhöhe zunehmen. Umfasst der Rohrbündelwärmeaustauscher noch weitere Rohrbündel mit weiteren Einspeisestellen, so können erhebliche Bauhöhen resultieren.
Fig. 7 zeigt eine Stoffaustauscherkolonne, beispielsweise eine Rektifikationskolonne, mit zwei übereinander angeordneten Stoffaustauscherbereichen 102 und 108, wie beispielsweise Packungen. Auch hier wird ein erhebliche Bauhöhe der Kolonne durch die Stoffaustauscherbereiche 102 und 108 und durch den zwischen dem oberen Ende des unteren Stoffaustauscherbereichs 102 und dem unteren Ende des oberen Stoffaustauscherbereichs 108 für eine Einspeisung über einen Einlass 26 und ggf. für ein Mannloch 36 benötigten Raum erreicht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Stoff- oder
Wärmeaustauscherkolonne der eingangs genannten Art, insbesondere einen Rohrbündelwärmeaustauscher, mit reduzierter Bauhöhe bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Wärme- oder Stoffaustauscherkolonne nach Anspruch 1 oder einem Rohrbündelwärmeaustauscher nach Anspruch 4. Demnach wird eine Stoff- oder Wärmeaustauscherkolonne bereitgestellt mit einem ersten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich, insbesondere einem ersten Rohrbündel, und einem räumlich über dem ersten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich angeordneten, zweiten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich, insbesondere einem zweiten Rohrbündel, die von einem Mantel umgeben sind. Die Kolonne umfasst (a) zumindest einen Einlass zur Einspeisung eines Mediums in die Kolonne oder (b) zumindest ein Mannloch zur Zugänglichkeit der Kolonne oder (c) zumindest einen Auslass zum Ausleiten eines Mediums aus der Kolonne. Erfindungsgemäß ist - ein erster, insbesondere unterer Abschnitt des zweiten Stoff- oder
Wärmeaustauscherbereichs durch einen ersten Zwischenraum von dem Mantel der Kolonne beabstandet, wobei der erste Zwischenraum dadurch gebildet ist, dass der Mantel im Bereich des ersten, insbesondere unteren Abschnitts einen größeren Durchmesser aufweist als im Bereich eines zweiten, insbesondere oberen Abschnitts des zweiten Stoff- oder Wärmetauscherbereichs und/oder
- ein erster, insbesondere oberer, Abschnitt des ersten Stoff- oder
Wärmetauscherbereichs durch einen zweiten Zwischenraum von dem Mantel der Kolonne beabstandet ist, wobei der zweite Zwischenraum dadurch gebildet ist, dass der Mantel im Bereich des ersten, insbesondere oberen Abschnitts einen größeren Durchmesser aufweist als im Bereich eines zweiten, insbesondere unteren Abschnitts des ersten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereichs, und wobei im Bereich des ersten Zwischenraums und/oder des zweiten Zwischenraums der Einlass und/oder das Mannloch und/oder der Auslass angeordnet sind.
Damit sind der Einlass, das Mannloch oder der Auslass in Höhe eines Stoff- oder Wärmeaustauscherabschnitts, d.h. parallel zu einem Stoff- oder Wärmeaustauscherabschnitt, angeordnet und nicht wie beim Stand der Technik zwischen den übereinander angeordneten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereichen. Dadurch kann der Abstand der übereinander angeordneten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereiche gegenüber dem Stand der Technik verringert und damit die Bauhöhe der Kolonne reduziert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Stoff- oder Wärmeaustauscherkolonne ein erstes Mantelteil mit einem ersten Durchmesser und ein zweites Mantelteil mit einem zweiten Durchmesser auf, wobei der erste Durchmesser größer ist als der zweite Durchmesser und wobei der erste Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich und der untere Abschnitt des zweiten Stoff- oder
Wärmeaustauscherbereichs in dem ersten Mantelteil und der obere Abschnitt des zweiten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich in dem zweiten Mantelteil angeordnet sind. Eine derartige Ausgestaltung ist vorteilhaft, wenn der erste Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich einen größeren Außendurchmesser aufweist als der zweite Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich. Dann besteht die Möglichkeit, den unteren Abschnitt des zweiten, kleineren Stoff- oder Wärmeaustauscherbereichs in das erste Mantelteil hineinragen zu lassen, dessen Durchmesser in Anpassung an den ersten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich größer ist als der Außendurchmesser des zweiten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereichs. Somit wird um den unteren Abschnitt des zweiten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereichs ein ringförmiger Zwischenraum zum Mantel geschaffen. Und damit ist die Möglichkeit gegeben, am Mantel im Bereich dieses Zwischenraums den Einlass und/oder Auslass und/oder das Mannloch anzuordnen.
Die Stoff- oder Wärmeaustauscherkolonne kann auch drei Kolonnenabschnitte, einen ersten Kolonnenabschnitt mit einem ersten Durchmesser und einen zweiten Kolonnenabschnitt mit einem zweiten Durchmesser sowie einen zwischen dem ersten und dem zweiten Kolonnenabschnitt befindlichen dritten Kolonnenabschnitt mit einem dritten Durchmesser aufweisen, wobei der erste Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich in dem ersten Kolonnenabschnitt, der untere Abschnitt des zweiten Stoff- oder
Wärmeaustauscherbereichs in dem dritten Kolonnenabschnitt und der obere Abschnitt des zweiten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich in dem zweiten Kolonnenabschnitt angeordnet sind, wobei der dritte Durchmesser größer ist als der zweite Durchmesser und der erste Durchmesser kleiner oder größer als der dritte Durchmesser ist. Damit ist auch eine Ausgestaltung umfasst, bei der die Stoff- oder Wärmeaustauscherbereiche gleiche Außendurchmesser aufweisen. In diesem Fall wird dann ein mittiger, dritter Kolonnenabschnitt mit größerem, erweiterten Durchmesser geschaffen, der den unteren Abschnitt des zweiten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereichs umgibt. Die erfindungsgemäße Stoff- oder Wärmeaustauscherkolonne kann auch mehr als drei Kolonnenabschnitte aufweisen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Rohrbündelwärmeaustauscher mit zumindest einem ersten Rohrbündel und einem räumlich über dem ersten Rohrbündel angeordneten, zweiten Rohrbündel bereitgestellt, wobei die beiden Rohrbündel von einem Mantel umgeben sind, der einen Außenraum um die Rohre beider Rohrbündel begrenzt, und der Rohrbündelwärmeaustauscher einen Einlass zur Einspeisung eines Mediums, insbesondere eines flüssigen Mediums, in den Außenraum um die Rohre des ersten Rohrbündels und/oder ein Mannloch zur Zugänglichkeit des Außenraums aufweist. Erfindungsgemäß ist ein erster, insbesondere unterer Abschnitt des zweiten Rohrbündels durch einen den ersten, insbesondere unteren Abschnitt umgebenden Zwischenraum von dem Mantel beabstandet, wobei der Zwischenraum dadurch gebildet ist, dass der Mantel im Bereich des ersten, insbesondere unteren Abschnitts des zweiten Rohrbündels einen größeren Durchmesser aufweist als im Bereich eines zweiten, insbesondere oberen Abschnitts des zweiten Rohrbündels und wobei im Bereich des Zwischenraums der Einlass und/oder das Mannloch angeordnet sind. Durch das parallele Anordnen des Einlasses und/oder des Mannlochs zu dem ersten, insbesondere unteren Abschnitt des zweiten, oberen Rohrbündels kann im Vergleich zum Stand der Technik der Abstand der Rohrbündel zueinander und damit die Bauhöhe des Rohrbündelwärmetauschers verringert werden.
Wenn das erste Rohrbündel einen Durchmesser aufweist, der sich vom Durchmesser des zweiten Rohrbündels unterscheidet, besteht die Möglichkeit, das kleinere Rohrbündel über einen Teil seiner Länge in den Mantel des größeren Rohrbündels hineinragen zu lassen, wodurch der Zwischenraum gebildet wird. Vorzugsweise weist das zweite, obere Rohrbündel einen kleineren Durchmesser auf als das erste, untere Rohrbündel.
Vorzugsweise sind in dem Zwischenraum, der den unteren Abschnitt des zweiten Rohrbündels umgibt, eine oder mehrere der folgenden Einrichtungen angeordnet: ein Umlenkungsmittel zur Umlenkung des eingespeisten Mediums, ein Phasentrennungsmittel zur Auftrennung des eingespeisten Mediums in seine Phasen, ein Verteiler zum Verteilen des eingespeisten Mediums im Außenraum. Der von diesen Einrichtungen benötigte Raum muss dann nicht mehr wie beim Stand der Technik zwischen den übereinander angeordneten Rohrbündeln bereitgestellt werden, wodurch der Abstand der Rohrbündel zueinander und somit die Bauhöhe des Rohrbündelwärmetauschers reduziert werden kann.
Vorzugsweise weist der Mantel des erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmetauschers einen ersten Mantel abschnitt mit einem ersten Durchmesser und einen zweiten Manteiabschnitt mit einem zweiten Durchmesser sowie einen zwischen dem ersten und dem zweiten Mantelabschnitt befindlichen dritten Mantelabschnitt mit einem dritten Durchmesser auf, wobei das erste Rohrbündel in dem ersten Mantelabschnitt, der untere Abschnitt des zweiten Rohrbündels in dem dritten Mantelabschnitt und der obere Abschnitt des zweiten Rohrbündels in dem zweiten Mantelabschnitt angeordnet sind, wobei der dritte Durchmesser größer ist als der zweite Durchmesser und der erste Durchmesser größer ist als der dritte Durchmesser. Bei dieser Ausführungsform kann der Durchmesser des dritten Mantelabschnitts, der den unteren Abschnitt des zweiten Rohrbündels umgibt, optimal an den von einem Einlass, einem Mannloch und Umlenkungs- Phasentrennungs- und Verteilereinrichtungen benötigten Raum angepasst werden.
Vorzugsweise umfasst bei dem erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmeaustauscher das zweite Rohrbündel eine Mehrzahl von Rohren, die um ein Kernrohr gewickelt sind, wobei die Rohre am unteren Ende des zweiten Rohrbündels in ein oder mehreren Gruppen in ein oder mehreren Bündeleinrichtungen, insbesondere Rohrböden, zusammengeführt sind, und wobei zumindest ein Einlass, insbesondere ein Stutzen, zur Einspeisung eines Mediums in den Außenraum und/oder ein Mannloch auf einer Höhe des Rohrbündelwärmeaustauschers angeordnet ist, die sich oberhalb der zumindest einen Bündeleinrichtung befindet.
Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung eines derartigen Rohrbündelwärmeaustauschers zur Durchführung eines indirekten Wärmeaustauschs zwischen einem kohlenwasserstoffhaltigen Strom und zumindest einem Wärme- oder Kältemittel.
Vorzugsweise wird durch einen im Bereich des Zwischenraums angeordneten Einlass ein in Rohren des ersten Rohrbündels unterkühltes und anschließend gedrosseltes Kältemittel eingespeist und im Außenraum um die Rohre des ersten Rohrbündels verteilt. Der kohlenwasserstoffhaltige Strom kann beispielsweise durch Erdgas gebildet sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Rohrbündelwärmeaustauscher gemäß des Standes der Technik mit zwei übereinander angeordneten Rohrbündeln 2 und 8 und einem Einlass 26 zur Einspeisung eines Mediums in die Kolonne zwischen den übereinander angeordneten Rohrbündeln 2 und 8;
Fig. 2 eine Ausführungsform eines Rohrbündelwärmeaustauschers gemäß der vorliegenden Erfindung mit zwei übereinander angeordneten Rohrbündeln 2 und 8 und einem Einlass 26 in die Kolonne, der sich auf der Höhe eines Endabschnitts 40 des oberen Rohrbündels 8 befindet;
Fig. 3 ' eine Detailansicht eines Abschnittes des
Rohrbündelwärmeaustauschers von Fig. 1 des Standes der Technik im Bereich zwischen dem ersten Rohrbündel 2 und dem zweiten
Rohrbündel 8;
Fig. 4 eine Detailansicht eines Abschnittes des erfindungsgemäßen
Rohrbündelwärmeaustauschers von Fig. 2 im Bereich zwischen dem ersten Rohrbündel 2 und dem zweiten Rohrbündel 8;
Fig. 5 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Rohrbündelwärmeaustauscher mit zwei übereinander angeordneten Rohrbündeln 2 und 8 und einem Einlass 26 auf Höhe eines unteren Endabschnitts des oberen Rohrbündels 8;
Fig. 6 den in Fig. 2 und 4 gezeigten Rohrbündelwärmeaustauscher mit
Hauptverfahrensströmen in einem Verfahren zur Verflüssigung von Erdgas; Fig. 7 eine Stoffaustauscherkolonne gemäß des Standes der Technik mit zwei übereinander angeordneten Stoffaustauscherbereichen 102 und 108 unterschiedlichen Durchmessers und einem Einlass 26 zur Einspeisung eines Mediums in die Kolonne zwischen den Stoffaustauscherbereichen 102 und 108;
Fig. 8 eine erste Ausführungsform einer Stoffaustauscherkolonne gemäß der vorliegenden Erfindung mit zwei übereinander angeordneten Stoffaustauscherbereichen 102 und 108 unterschiedlichen Durchmessers und einem Einlass 26 zur Einspeisung eines Mediums in die Kolonne, wobei sich der Einlass 26 auf Höhe eines unteren Endabschnitts 140 des oberen Stoffaustauscherbereichs 108 befindet;
Fig. 9 eine zweite Ausführungsform einer Stoffaustauscherkolonne gemäß der vorliegenden Erfindung mit zwei übereinander angeordneten
Stoffaustauscherbereichen 202 und 208, beispielsweise Packungen, gleichen Durchmessers sowie einem Einlass 26 in die Kolonne, der sich auf Höhe eines unteren Endabschnitts 240 des oberen Stoffaustauscherbereichs 208 befindet.
Die Fig. 1 und 3 zeigen einen Rohrbündelwärmeaustauscher nach dem Stand der Technik, der beispielsweise in einem Verfahren zur Verflüsssigung von Erdgas verwendet wird, mit zwei übereinander angeordneten Rohrbündeln 2 und 8 und einem Einlass 26 zwischen beiden Rohrbündeln 2 und 8. Der Rohrbündelwärmeaustauscher wurde bereits in obiger Beschreibungseinleitung ausführlich beschrieben. Es wird daher auf die obige Beschreibung verwiesen.
Die Fig. 2 und 4 zeigen eine Ausführungsform eines Rohrbündelwärmeaustauschers gemäß der vorliegenden Erfindung mit ebenfalls zwei übereinander angeordneten Rohrbündeln 2 und 8. Fig. 2 zeigt eine schematische Gesamtansicht, wohingegen Fig. 4 einen Ausschnitt im Bereich zwischen dem ersten Rohrbündel 2 und dem zweiten Rohrbündel 8 zeigt. Bauteile, in denen der in Fig. 2 und 4 gezeigte Rohrbündelwärmeaustauscher mit dem in den Fig. 1 und 3 gezeigten Rohrbündelwärmeaustauscher übereinstimmt, sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es wird daher auf die obige Beschreibung des Rohrbündelwärmeaustauschers von Fig. 1 und 3 verwiesen.
Ein Vergleich der Fig. 2 und 4 mit den Fig. 1 und 3 zeigt, dass bei dem erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmeaustauscher das zweite Rohrbündel 8 über einen Teil seiner Länge, nämlich einem unteren Endabschnitt 40 in das erste Mantelteil 13' hineinragt. Das erste Mantelteil 13' ist, um den unteren Endabschnitt 40 des zweiten Rohrbündels 8 vollständig aufnehmen zu können, über das obere Ende des ersten Rohrbündels 2 hinaus nach oben verlängert ausgeführt.
Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, sind die Rohrböden 16 und 17, in die die unteren Enden des zweiten Rohrbündels 8 eingesteckt sind, am ersten Mantelteil 13' angeordnet und nicht wie bei dem Rohrbündelwärmeaustauscher gemäß des Standes der Technik am zweiten Mantelteil 14. Da der Durchmesser D1 des ersten Mantelteils 13' größer ist als der Außendurchmesser d2 des zweiten Rohrbündels 8, ergibt sich ein ringförmiger
Zwischenraum 41 zwischen dem Endabschnitt 40 des zweiten Rohrbündels 8 und dem ersten Mantelteil 13'. Im Bereich dieses Zwischenraums 41 ist am ersten Mantelteil 13' in etwa in Höhe des unteren Wicklungsendes des Rohrbündels 8 und damit oberhalb der Rohrböden 16 und 17 der Einlassstutzen 26 zur Einspeisung eines Mediums in den Außenraum um die Rohre des ersten Rohrbündels 2 angeordnet. Ebenso sind der Prallkasten 27 und der Ring-Vorverteiler 28 in diesem Zwischenraum 41 angeordnet. Im Prallkasten 27 findet neben einer Umlenkung des eintretenden flüssigen Mediums in den Ring-Vorverteiler 28 auch eine Gas-Flüssigkeitstrennung, d.h. Phasentrennung statt. Über den Einlass 26 kann somit ein Medium mit flüssigen und gasförmigen Anteilen eingespeist werden.
Somit sind der Einlassstutzen 26, der Prallkasten 27 sowie der Ring-Vorverteiler 28 oberhalb der Rohrböden 16 und 17 angeordnet und nicht wie bei dem Rohrbündelwärmetauscher gemäß des Standes der Technik in einem Abschnitt des Rohrbündelwärmetauschers zwischen den unteren Rohrböden 21 und 22 und den oberen Rohrböden 16 und 17. Gegenüber dem Rohrbündelwärmeaustauscher des Standes der Technik von Fig. 1 und 3 ist daher bei dem erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmeaustauscher der in Längsrichtung des Rohrbündelwärmeaustauschers benötigte Abstand zwischen den oberen Rohrböden 16, 17 und den unteren Rohrböden 21 , 22 und damit der Abstand zwischen dem ersten Rohrbündel 2 und dem zweiten Rohrbündel 8 reduziert. Damit ist auch die Bauhöhe des erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmeaustauschers, was ein Vergleich der Fig. 2 mit Fig. 1 zeigt, gegenüber dem Rohrbündelwärmeaustauscher gemäß des Standes der Technik reduziert. Die Länge des erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmeaustauschers ist um eine Länge Δl reduziert.
Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, ist der Einlassstutzen 26 am ersten Mantelteil 13' ungefähr in Höhe des unteren Wicklungsendes des zweiten Rohrbündels 8 angeordnet. Der Einlass 26 kann jedoch auch oberhalb des unteren Wicklungsendes des Rohrbündels 8 angeordnet sein und sich damit in einer Höhenlage befinden, in welcher die um das Kernrohr 9 gewickelten Rohre die Form eines Hohlzylinders bilden. Das erste Mantelteil 13' müsste dann nach oben entsprechend länger ausgeführt sein.
Der in Fig. 2 und 4 gezeigte Rohrbündelwärmetauscher kann, was jedoch nicht dargestellt ist, einen weiteren, zweiten Einlass zur Einspeisung eines Mediums in den Außenraum 11 ' um die Rohre des ersten Rohrbündels 2 aufweisen, der beispielsweise in Höhe des bereits vorhandenen Einlasses 26 angeordnet ist.
Des Weiteren befindet sich am Kopf der Kolonne oberhalb des zweiten, oberen Rohrbündels 8, was in den Fig. 2 und 4 jedoch nicht dargestellt ist, ein Einlass zur Einspeisung eines Mediums in den Außenraum 11 ' der Rohre. Der im Bereich des unteren Endabschnitts 40 des Rohrbündels 8 angeordnete Einlass 26 dient somit als Zwischeneinlass zur Zwischeneinspeisung eines Mediums in die Kolonne.
Auch ein in Fig. 2 in unterbrochenen Linien dargestelltes Mannloch 36 zur Zugänglichkeit des Außenraums 11 ' kann am Mantelteil 13' im Bereich des Zwischenraums 41 Bauhöhe sparend angeordnet sein, beispielsweise in Längsrichtung des Rohrbündelwärmetauschers in einer Höhenlage zwischen dem Einlassstutzen 26 und den Rohrböden 16, 17, was in Fig.4 mit einem Pfeil angedeutet ist. Der Einlassstutzen 26 müsste in diesem Fall noch etwas höher gesetzt sein und damit das erste Mantelteil 13' nach oben noch weiter verlängert werden, da der Einlassstutzen 26 von dem Mannloch 36 und das Mannloch 36 von Rohrböden 16, 17 einen gewissen Abstand aufweisen muss. Somit muss für das Mannloch 36 auch kein Mantelabschnitt in Längsrichtung des Rohrbündelwärmeaustauschers zwischen den oberen Rohrböden 16, 17 und den unteren Rohrböden 21 , 22 bereitgestellt werden, was ebenfalls die Bauhöhe des Rohrbündelwärmetauschers reduziert. Somit kann auch bei einem Rohrbündelwärmeaustauscher, der keinen derartigen Einlass 26 aufweist, sondern nur ein beispielsweise durch Vorschriften vorgeschriebenes Mannloch 36 am oberen Ende des ersten Mantelteils 13 aufweisen muss, die Bauhöhe reduziert werden.
Das zweite Mantelteil 14' des Rohrbündelwärmeaustauschers gemäß der vorliegenden Erfindung ist gegenüber dem entsprechenden zweiten Mantelteil 14 des Rohrbündelwärmetauschers des Standes der Technik, was im Vergleich von Fig. 2 zu Fig. 1 zu sehen ist, kürzer ausgeführt. In diesem verkürzten, zweiten Mantelteil 14' ist ein oberer Abschnitt 39 des zweiten Rohrbündels 8 angeordnet. Der untere Endabschnitt 40 und der obere Abschnitt 39 des zweiten Rohrbündels 8 bilden zusammen die Gesamtlänge des zweiten Rohrbündels 8.
Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, weist der erfindungsgemäße Rohrbündelwärmeaustauscher des Weiteren eine in unterbrochenen Linien angedeutete Sammeleinrichtung 43 auf, in der aus dem Außenraum um die Rohre des zweiten Rohrbündels 8 herabfließendes flüssiges Medium zusammen mit dem in den Ablaufrohren 29 des Ring- Vorverteilers 28 herabfließenden flüssigen Medium gesammelt wird und anschließend mit einem darunter angeordneten Verteiler 44 über den Querschnitt des ersten Rohrbündels 2 im Außenraum 1 1' um die Rohre des ersten Rohrbündels 2 verteilt wird. Geeignete Verteiler sind beispielsweise in der DE 10 2004 040 974 A1 beschrieben.
Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Rohrbündelwärmeaustauschers gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser weist das erste Mantelteil 13" in einem oberen Abschnitt 48, in welchem die Rohrböden 16, 17 und 21 , 22 und der Einlass 26 angeordnet sind, einen kleineren Innendurchmesser D3 auf als ein darunter liegender Abschnitt 46 des ersten Mantelteils 13" mit D1. Somit umfasst der Mantel 10" der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform drei Abschnitte, einen ersten Mantelabschnitt 46 mit einem Innendurchmesser D1 , einen zweiten Mantelabschnitt 47 mit einem Innendurchmesser D2 und einen dritten, zwischen dem ersten und dem zweiten Mantelabschnitt befindlichen Mantelabschnitt 48 mit einem Innendurchmesser D3. Im ersten Mantelabschnitt 46 ist das erste Rohrbündel 2, im dritten Mantelabschnitt 48 der untere Endabschnitt 40 des zweiten Rohrbündels 8 und im zweiten Mantelabschnitt 47 die Restlänge des zweiten Rohrbündels 8, d.h. der obere Abschnitt 39 des zweiten Rohrbündels 8, angeordnet.
Die Rohrbündelwärmeaustauscher von Fig. 2, 4 oder 5 können hergestellt werden, indem zunächst zwei getrennte Apparate gefertigt werden, wovon einer das erste Rohrbündel 2 mit dem ersten Mantelteil 13', 13" und der andere das zweite Rohrbündel 8 mit dem zweiten Mantelteil 14', 14" umfasst. Beim Zusammenbau der beiden Apparate kann der Endabschnitt 40 des zweiten Rohrbündels 8 dann von oben in das erste Mantelteil 13', 13" eingesteckt und die beiden Apparate miteinander verschweißt werden. Die Mantelteile 13', 13" und 14, 14" können ihrerseits aus mehreren aneinander geschweißten Mantelteilen zusammengesetzt. Das erste Mantelteil 13" des Rohrbündelwärmetauschers von Fig. 5 würde dann die Mantelabschnitte 46 und 48 umfassen, die verschiedene Innendurchmesser D1 und D3 aufweisen.
Fig. 6 zeigt den Rohrbündelwärmeaustauscher der Fig. 2 und 4 in einem Verfahren zur Verflüssigung von Erdgas. Es kann jedoch auch der in Fig. 5 gezeigte Rohrbündelwärmeaustauscher verwendet werden.
Der in vorangehenden Verfahrensschritten vorbehandelte Erdgasstrom tritt von unten über die Leitung 50 mit etwa 239K und 50 bar in das erste Rohrbündel 2 ein, strömt durch die ihm bestimmten Rohre der Rohrgruppe 6 und anschließend unter weiterer stetiger Abkühlung durch das obere Rohrbündel 8 durch die Rohre der Rohrgruppe 12 bis es nach Entspannung über die Drossel 51 in der Leitung 52 in einen Tank 53 eingefüllt werden kann.
Die Kühlung des Erdgasstroms erfolgt in dem Rohrbündelwärmeaustauscher durch indirekten Wärmetausch mit einem Kältemittel. Es handelt sich dabei um ein Gemisch aus beispielsweise Stickstoff, Methan, Ethan und Propan. Nach Verdichten, Abkühlen und teilweise Verflüssigen des Kältemittels tritt die in einem Abscheider 57 abgetrennte, flüssige Fraktion über die Leitung 54 von unten in das erste Rohrbündel 2 ein und strömt durch die Rohre der Rohrgruppe 4, wo die flüssige Fraktion unterkühlt wird und über die Leitung 55 aus dem ersten Rohrbündel 2 oben austritt. Es erfolgt dann eine Entspannung des Kältemittelstroms über die Drossel 56. Der gedrosselte überwiegend flüssige Kältemittelstrom, der einen geringen Gasanteil aufweist, wird dann über den Einlass 26 in den Rohrbündelwärmeaustauscher eingespeist und über die in Bezug auf Fig. 2 und 4 beschriebenen, im Zwischenraum 41 befindlichen Umlenkungs-, Phasentrennungs- und Verteilereinrichtungen 27 und 28 und die Verteilereinrichtung 44 in den Außenraum der Rohre des dreiteiligen ersten Rohrbündels 2 als Kühlmittel aufgegeben. Im Abwärtsstrom verdampft es bei steigender Temperatur und wird vollständig vergast am unteren Ende des Rohrbündelwärmeaustauschers über die Leitung 58 abgezogen.
Der aus dem Abscheider 57 bei 239K über die Leitung 59 gasförmig entweichende Kältemittelstrom wird in den Rohren der Rohrgruppe 5 zunächst im ersten, unteren
Rohrbündel 2 abgekühlt und teilverflüssigt und im oberen, zweiten Rohrbündel 8 in den Rohren der Rohrgruppe 7 weiter verflüssigt und unterkühlt. Nach einer Entspannung über eine Drossel 60 in der Leitung 61 wird der Kältemittelstrom am Kopf des Wärmetauschers eingespeist und als Kältemittel auf das zweite, obere Rohrbündel 8 aufgegeben, der dann im Abwärtsstrom verdampft und sich mit dem über den Einlass 26 eingespeisten Kältemittelstrom mischt.
Die Fig. 7 zeigt eine Stoffaustauscherkolonne, beispielsweise eine Rektifikationskolonne, gemäß des Standes der Technik mit zwei übereinander angeordneten Stoffaustauscherbereichen 102 und 108, beispielsweise Packungen, sowie einem Einlass 26 zur Einspeisung eines flüssigen Mediums in den ersten Stoffaustauscherbereich 102. Der Einlass 26, der Prallkasten 27 und der Ring- Vorverteiler 28 nehmen Raum ein zwischen dem oberen Ende des ersten Stoffaustauscherbereichs 102 und dem unteren Ende des zweiten Stoffaustauscherbereichs 108.
Wie aus Fig. 8 zu ersehen, ist bei einer ersten Ausführungsform einer Stoffaustauscherkolonne gemäß der vorliegenden Erfindung ein unterer Endabschnitt 140 des zweiten Stoffaustauscherbereichs 8 von oben in das erste Mantelteil 113 eingesteckt. Da der Innendurchmesser D1 des ersten Mantelteils 113 größer ist als der Außendurchmesser d2 des zweiten Stoffaustauscherbereichs 108 ergibt sich auch hier ein ringförmiger Zwischenraum 141 , der den unteren Endabschnitt 140 umgibt. Im Bereich dieses Zwischenraums 141 ist am Mantelteil 113 der Einlass 26 und ggf. ein Mannloch 36 angeordnet. In dem Zwischenraum 141 befinden sich der Ring- Vorverteiler 28 und der Prallkasten 27. Da der Einlass 26, ggf. das Mannloch 36 und der Vorverteiler 28 mit dem Prallkasten 27 in der Kolonne parallel zum zweiten Stoffaustauscherbereich 108 angeordnet sind, wird hierfür kein Raum mehr in der Kolonne zwischen dem oberen Ende des ersten Stoffaustauscherbereichs 102 und dem unteren Ende des zweiten Stoffaustauscherbereichs 108 benötigt. Somit kann die Bauhöhe des Stoffaustauschers reduziert werden.
In Fig. 9 ist eine Stoffaustauscherkolonne einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Diese Stoffaustauscherkolonne unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 8 dadurch, dass der Außendurchmesser d201 des ersten, unteren Stoffaustauscherbereichs 202 mit dem Außendurchmesser d2 des zweiten Stoffaustauscherbereichs 208 übereinstimmt. Der Mantel 210 der Kolonne weist drei Abschnitte, einen ersten Abschnitt 246, einen zweiten Abschnitt 247 und einen zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt befindlichen dritten Abschnitt 248 auf. Die Innendurchmesser D201 und D2 der ersten und zweiten Mantelabschnitte 246 und 247, die angepasst sind an die Außendurchmesser d201 und d2 des ersten Stoffaustauscherbereichs 202 bzw. des zweiten Stoffaustauscherbereichs 208, sind gleich. Im Bereich eines unteren Endabschnitts 240 des zweiten Stoffaustauscherbereichs 208 ist der Kolonnendurchmesser auf D3 vergrößert, wodurch ein ringförmiger Zwischenraum 241 gebildet ist. Im Bereich dieses Zwischenraums 241 , also auf Höhe des unteren Endabschnitts 240 des zweiten Stoffaustauscherbereichs 208, sind der Einlass 26 und die Einrichtungen 27 und 28 zur Umlenkung und Vorverteilung des eingespeisten Mediums angeordnet. Diese benötigen dann keinen Raum mehr zwischen dem oberen Ende des ersten Stoffaustauscherbereichs 202 und dem unteren Ende des zweiten Stoffaustauscherbereichs 208. Die Bauhöhe der Kolonne ist damit reduziert.
Auch ein Rohrbündelwärmeaustauscher gemäß der vorliegenden Erfindung kann gemäß Fig. 9 aufgebaut sein, wobei die Stoffaustauscherbereiche 202 und 208 durch Rohrbündel ersetzt sind.
Zusammenfassend weisen die in den Fig. 2, 4, 5, 6, 8 und 9 gezeigten
Kolonnenbeispiele jeweils ein Kolonnenmittelteil mit einer oder mehreren der folgenden Einrichtungen auf: einem Einlass, einem Mannloch sowie einem Auslass. Der Durchmesser des Kolonnenmittelteils ist jeweils größer als der Durchmesser des schmälsten Kolonnenteils. Das Kolonnenmittelteil kann einen kleineren oder größeren Durchmesser als oder den gleichen Durchmesser wie das breiteste Kolonnenteil aufweisen.
Abweichend von den in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Ausführungsformen können der Rohrbündelwärmeaustauscher oder die Stoffaustauscherkolonne auch mehr als zwei, beispielsweise drei Rohrbündel oder Stoffaustauscherbereiche umfassen. Beispielsweise kann in Fig. 2 ein drittes Rohrbündel oberhalb des zweiten Rohrbündels angeordnet sein. Sofern auch hier eine Einspeisung und/oder ein Mannloch vorgesehen ist, kann auch hier das dritte Rohrbündel im Bereich eines unteren Endabschnitts von einem Mantelabschnitt größeren Durchmessers zur Schaffung eines Zwischenraums umgeben sein. Besitzt das dritte Rohrbündel einen kleineren Außendurchmesser als das zweite Rohrbündel, so kann das dritte Rohrbündel mit einem unteren Endabschnitt in das zweite Mantelteil 14' von oben hineinragen wie es bei dem zweiten Rohrbündel 8 der Fig. 3 der Fall ist, das mit einem Endabschnitt 40 in das erste Mantelteil 13' des größeren Rohrbündels 2 hineinragt.
Die in Fig. 2 bis Fig. 9 gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können, was in den Figuren jedoch nicht dargestellt ist, anstatt des Einlasses 26 oder zusätzlich zu dem Einlass 26 im Bereich des ringförmigen Zwischenraums 41 , 41 ', 141 oder 241 auch einen Auslass, wie einen Auslassstutzen, aufweisen, beispielsweise zur Ausleitung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums aus dem Außenraum um die Rohre der Rohrbündel 2 oder 8.
Generell besteht auch die Möglichkeit, was in den Figuren jedoch nicht dargestellt ist, einen oberen Endabschnitt des ersten Stoff- oder Wärmetauscherbereichs 2, 102, 202 mit einem Mantelabschnitt mit vergrößertem Manteldurchmesser zu umgeben, um parallel zu diesem oberen Endabschnitt einen Einlass, einen Auslass oder ein Mannloch anzuordnen. Im Falle des Rohrbündelwärmetauschers von Fig. 4 würde dies bedeuten, dass der Einlass, Auslass und/oder das Mannloch unterhalb der Rohrböden 21 und 22, in welche die oberen Enden des ersten, unteren Rohrbündels 2 eingesteckt sind, angeordnet wären.

Claims

Patentansprüche
1. Stoff- oder Wärmeaustauscherkolonne mit einem ersten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich (2; 102; 202), insbesondere einem ersten Rohrbündel (2), und einem räumlich über dem ersten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich angeordneten, zweiten Stoff- oder
Wärmeaustauscherbereich (8; 108; 208), insbesondere einem zweiten Rohrbündel (8), die von einem Mantel (10'; 10"; 110; 210) umgeben sind, sowie (a) zumindest einem Einlass (26) zur Einspeisung eines Mediums in die Kolonne oder (b) zumindest einem Mannloch (36) zur Zugänglichkeit der Kolonne oder (c) zumindest einem Auslass zum Ausleiten eines Mediums aus der Kolonne (8; 108; 208), dadurch gekennzeichnet, dass ein erster, insbesondere unterer Abschnitt (40; 140; 240) des zweiten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereichs (8; 108; 208) durch einen ersten Zwischenraum (41 , 41 '; 141 ; 241) von dem Mantel (10'; 10";110; 120) der Kolonne beabstandet ist, wobei der erste Zwischenraum (41 ; 41 '; 141 ; 241) dadurch gebildet ist, dass der Mantel (10'; 10"; 110; 210) im Bereich des ersten, insbesondere unteren Abschnitts (40; 140; 240) einen größeren Durchmesser (D1 ; D3) aufweist als im Bereich eines zweiten, insbesondere oberen Abschnitts (39; 139; 239) des zweiten Stoff- oder Wärmetauscherbereichs (8; 108; 208) und/oder ein erster, insbesondere oberer Abschnitt des ersten Stoff- oder Wärmetauscherbereichs (2; 102; 202) durch einen zweiten Zwischenraum von dem Mantel (10'; 10", 110; 210) der Kolonne beabstandet ist, wobei der zweite Zwischenraum dadurch gebildet ist, dass der Mantel (10'; 10"; 110; 210) im Bereich des ersten, insbesondere oberen Abschnitts (40; 140; 240) einen größeren Durchmesser aufweist als im Bereich eines zweiten, insbesondere unteren Abschnitts des ersten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereichs (2; 102; 202), und wobei im Bereich des ersten Zwischenraums (41 ; 41'; 141 ; 241) oder des zweiten Zwischenraums der Einlass (26) und/oder das Mannloch (36) und/oder der Auslass angeordnet ist.
2. Stoff- oder Wärmeaustauscherkolonne nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kolonne ein erstes Mantelteil (13'; 13"; 1 13) mit einem ersten Durchmesser (D1) und ein zweites Mantelteil (141; 14"; 114) mit einem zweiten Durchmesser (D2) aufweist, wobei der erste Durchmesser (D1) größer ist als der zweite Durchmesser (D2) und wobei der erste Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich (2; 102) und der untere Abschnitt (40; 140) des zweiten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereichs (8; 108) in dem ersten
Mantelteil (13'; 13"; 1 13) und der obere Abschnitt (39; 139) des zweiten Stoffoder Wärmeaustauscherbereichs in dem zweiten Mantelteil (14'; 14"; 1 14) angeordnet sind.
3. Stoff- oder Wärmeaustauscherkolonne nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kolonne einen ersten Kolonnenabschnitt (46; 246) mit einem ersten Durchmesser (D1 ; D201) und einen zweiten Kolonnenabschnitt (47; 247) mit einem zweiten Durchmesser (D2) sowie einen zwischen dem ersten und dem zweiten Kolonnenabschnitt befindlichen dritten Kolonnenabschnitt (48; 248) mit einem dritten Durchmesser (D3) aufweist, wobei der erste Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich (2; 202) in dem ersten Kolonnenabschnitt (46; 246), der untere Abschnitt (40; 240) des zweiten Stoffoder Wärmeaustauscherbereichs (8; 208) in dem dritten Kolonnenabschnitt (48; 248) und der obere Abschnitt (39; 239) des zweiten Stoff- oder Wärmeaustauscherbereich (8; 208) in dem zweiten Kolonnenabschnitt (47;
247) angeordnet sind, wobei der dritte Durchmesser (D3) größer ist als der zweite Durchmesser (D2) und der erste Durchmesser (D1 , D201) kleiner oder größer ist als der dritte Durchmesser (D3).
4. Rohrbündelwärmeaustauscher insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit zumindest einem ersten Rohrbündel (2) und einem räumlich über dem ersten Rohrbündel (2) angeordneten, zweiten Rohrbündel (8), wobei die beiden Rohrbündel (2, 8) von einem Mantel (10', 10") umgeben sind, der einen Außenraum (1 1 ', 11 ") um die Rohre beider Rohrbündel (2, 8) begrenzt, und der Rohrbündelwärmeaustauscher einen Einlass (26) zur Einspeisung eines
Mediums, insbesondere eines flüssigen Mediums, in den Außenraum um die Rohre des ersten Rohrbündels (2) und/oder ein Mannloch (36) zur Zugänglichkeit des Außenraums (11'; 11 ") aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster, insbesondere unterer Abschnitt (40) des zweiten Rohrbündels (2) durch einen den ersten, insbesondere unteren Abschnitt (40) umgebenden Zwischenraum (41 ; 41') von dem Mantel (10', 10") beabstandet ist, wobei der Zwischenraum (41 ; 41 ') dadurch gebildet ist, dass der Mantel (10', 10") im Bereich des ersten, insbesondere unteren Abschnitts (40) des zweiten Rohrbündels (8) einen größeren Durchmesser (D1 ; D3) aufweist als im Bereich eines zweiten, insbesondere oberen Abschnitts (39) des zweiten Rohrbündels
(8) und wobei im Bereich des Zwischenraums (41 ; 41 ') der Einlass (26) und/oder das Mannloch (36) angeordnet ist.
5. Rohrbündelwärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rohrbündel (2) einen Durchmesser (d1) aufweist, der sich vom
Durchmesser (d2) des zweiten Rohrbündels (8) unterscheidet, insbesondere das zweite Rohrbündel (8) einen kleineren Durchmesser (d2) aufweist als das erste Rohrbündel (2).
6. Rohrbündelwärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwischenraum (41 ; 41') eine oder mehrere der folgenden Einrichtungen angeordnet sind: ein Umlenkungsmittel zur Umlenkung des eingespeisten Mediums (27), Phasentrennungsmittel zur Auftrennung des eingespeisten Mediums (27) in seine Phasen, ein Verteiler (28) zum Verteilen des eingespeisten Mediums im Außenraum (11 ',11 ").
7. Rohrbündelwärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (10', 10") einen ersten Mantelabschnitt (46) mit einem ersten Durchmesser (D1) und einen zweiten Mantelabschnitt (47) mit einem zweiten Durchmesser (D2) sowie einen zwischen dem ersten und dem zweiten Mantelabschnitt befindlichen dritten Mantelabschnitt (48) mit einem dritten Durchmesser (D3) aufweist, wobei das erste Rohrbündel (2) in dem ersten Mantelabschnitt (46), der untere Abschnitt (40) des zweiten Rohrbündels (8) in dem dritten Mantelabschnitt (48) und der obere Abschnitt (39) des zweiten Rohrbündels (8) in dem zweiten Mantelabschnitt (47) angeordnet sind, wobei der dritte Durchmesser (D3) größer ist als der zweite Durchmesser (D2) und der erste Durchmesser (D1 ) größer ist als der dritte Durchmesser (D3).
8. Rohrbündelwärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rohrbündel (8) eine Mehrzahl von Rohren umfasst, die um ein Kernrohr (9) gewickelt sind, wobei die Rohre am unteren Ende des zweiten Rohrbündels (8) in ein oder mehreren Gruppen (7, 12) in ein oder mehreren Bündeleinrichtungen (16, 17), insbesondere Rohrböden, zusammengeführt sind, und wobei zumindest ein Einlass (26), insbesondere ein Stutzen (26), zur Einspeisung eines Mediums in den Außenraum (11 '; 1 1 ") und/oder ein Mannloch (36) auf einer Höhe des Rohrbündelwärmeaustauschers angeordnet ist, die sich oberhalb der zumindest einen Bündeleinrichtung (16, 17) befindet.
9. Verwendung eines Rohrbündelwärmeaustauschers nach einem der Ansprüche
4 bis 8 zur Durchführung eines indirekten Wärmeaustauschs zwischen einem kohlenwasserstoffhaltigen Strom und zumindest einem Wärme- oder Kältemittel.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen im
Bereich des Zwischenraums (41 , 41 ') angeordneten Einlass (26) ein in Rohren des ersten Rohrbündels (2) unterkühltes und anschließend gedrosseltes Kältemittel eingespeist und im Außenraum um die Rohre des ersten Rohrbündels (2) verteilt wird.
1 1. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der kohlenwasserstoffhaltige Strom durch Erdgas gebildet ist.
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