专利名称：改进的安装在塔内的冷凝器的制作方法
技术领域：
本发明涉及安装在其它容器内的热交换器。具体地，本发明涉及板类型的热交换 器，并更具体地涉及安装在反应器或者分离或分馏塔内作为冷凝器的交换器。
背景技术：
石化、化学、石油精炼等许多工业利用塔来分离混合物。这些塔典型地是圆柱形的 竖直取向的容器，在该容器内上升的蒸气和下降的液体相互接触、进行组分传递、分离并分 别流向塔的顶部区段和底部区段。塔通常容纳有蒸气-液体接触装置，以增强气相与液相 的接触和分离。蒸气-液体接触装置的例子包括塔盘和填料。这些蒸气/液体接触装置 中的很多具有非常多种的设计。例如，塔盘类型的蒸气/液体接触装置包括泡帽塔盘、筛塔 盘、阀塔盘和多降液管塔盘，这些塔盘典型地允许液体下降和蒸气上升穿过该塔盘。填料包 括用例如拉西环填料(Raschig rings)或贝尔鞍形填料(Berl saddles)填充的散装填料 和规整填料。各个塔的具体操作条件可能变化很大，以实现大量对区别很大的待处理混合物的 分离。使用这种塔的工艺的例子包括汽提、精馏和各种形式的蒸溜——例如分馏、水蒸气 蒸馏、反应蒸馏以及在分隔壁塔内的蒸馏。这些工艺可以分批模式操作或者以连续模式操 作。设计和操作的共同目标是减少塔的安装成本以及操作成本。在很多情况下，这种努力 集中在向塔供给热量和从塔去除热量所需要的设备和用具(utilities)上。类似地，在其内部进行反应的容器也可能需要热交换器。例如，在反应上方的蒸 气空间内的热交换器可能对于冷凝已蒸发的反应物是有用的，与此同时允许排出未冷凝蒸 气，尤其是产品蒸气。通常，通过将流从塔排出、使该流穿过塔壳体外部的热交换器并将因此被冷却或 被加热的至少部分流返回至该塔，向该塔供给热量或从该塔去除热量。例如，可从塔的顶部 区段抽出塔顶蒸气并使之流到塔壳体外侧的塔顶系统，该塔顶系统包括用于将塔顶蒸气冷 凝成液体的热交换器和用于将至少一部分冷凝液体返回至该塔以提供回流的装置。塔顶系 统通常还包括用于将冷凝液体从未冷凝蒸气分离出来的接收器、用于将液体从接收器运送 至塔的泵、管子以及阀。这种热交换器通常被称为冷凝器或分凝器。以相类似的方式，热交 换器通常通过加热从塔的底部区段排出的液体流来向塔提供蒸气。蒸气流和液体流可取自 塔的顶部区段和底部区段之间的中央区段、经加热或冷却并返回至塔。以逐阶的方式使用多个热交换器来交换热量。例如，在第一热交换器中从气相回 收热量以用在别处，例如产生蒸气，随后通过第二热交换器进一步冷却剩余的气相，以便达 到例如用于存储的温度要求。在 “E. Kirschbaum” 的 “Distillation and Rectification” 的第82至85页(Chemical Publishing Co. 1948)中示例和讨论了其它例子。该文示出了 在第80页的图49中的蒸馏塔和在第310页的图197中的填料塔的位于壳体的顶部区段内 部的第一热交换器和位于壳体外部的第二热交换器。美国专利Nos. 2，044，372,4, 218，289 和 5，507，356 以及德国专利 DE 198 30 163Al都描述了使用各种塔内热交换器，以在塔的顶部区段内至少部分地冷凝蒸气。美国专利No. 2，044，372还描述了立式潜管冷凝器在单个塔的低压区段与高压区 段之间的使用。美国专利No. 5，507，356还描述了位于顶部有开口的收集容器内的、安装在塔内 的两个填充床或塔盘之间的、作为冷凝器的板式热交换器的使用。与将热交换器置于塔壳体外侧相比较，通过使用在塔内的热交换器可获得各种好 处。例如，当冷凝器位于塔内时，可以省去塔顶系统的一些设备和相关支承结构。这既节省 了成本又节省了空间。而且，通过这种内部热交换器的压降可比相当的外部塔顶系统的压 降更小。当塔在低于大气压的压强下工作时，例如当在该塔中处理的混合物是热敏的时，较 低的压降是特别重要的因素。焊接的板式热交换器在塔中作为冷凝器使用。然而，这种交换器占据的竖直空间 是相当大的。因此，需要一种紧凑的热交换器，该热交换器是有效的、高效的并且能经济地 安装在反应器或塔容器内。
发明内容
在第一实施例中，本发明旨在一种安装在反应器或者分离或分馏塔内的热交换
ο本发明的第二实施例旨在一种安装在反应器或者分离或分馏塔内作为冷凝器的 立式板式热交换器。本发明的第三实施例旨在一种安装在反应器或者分离或分馏塔内作为冷凝器的 立式板式热交换器，其中分隔件形成用于产品流的两个分离的部分。本发明的另一实施例旨在一种安装在反应器或者分离或分馏塔内作为冷凝器的 立式板式热交换器，其中分隔件形成用于产品流的两个分离的部分，所述产品流的方向在 这些部分之间是相反的。本发明的又一实施例旨在一种安装在反应器或者分离或分馏塔内作为冷凝器的 立式板式热交换器，其中一分隔件形成用于产品流的两个分离的部分，所述产品流的方向 在这些部分之间是相反的，并且第二分隔件形成与产品流部分相对应的用于冷却流体通道 的分离的部分。本发明的再一实施例旨在一种用于操作安装在反应器或者分离或分馏塔内作为 冷凝器的立式板式热交换器的方法。
图1示出安装在反应器或者分离或分馏塔内作为冷凝器的现有技术的立式板式 热交换器的前视示意图，图2示出现有技术的立式板式热交换器的内部以及设置方式的侧视示意图，图3示出具有第一分隔件的立式板式热交换器的实施例的内部和设置方式的侧 视示意图，该第一分隔件形成用于产品流的两个分离的部分，图4示出本发明的实施例的俯视示意图，其中每个分离的流部分具有分离的对应 的冷却剂源和出口。
具体实施例方式立式板式热交换器使用在反应器容器内或者分离或分馏塔内，以便从在该反应器 容器或者分离或分馏塔内流动的材料中提取热量。典型地，液态冷凝物流被回收，不可凝材 料流——亦即在热交换器的操作条件下不冷凝的化合物流——被分开回收。这种热交换器 对于本领域技术人员来讲是已知的。为了简单和容易地描述，将要描述的本发明的实施例尤其是与分离或分馏塔有关 或者简单地与塔有关。然而，这些实施例中的很多可容易地应用在反应器容器以及从其中 提取热量的其它容器内。另外，如在本文中使用的，与流有关的词语“产品”不表示该流是希望的产品或企 图从该工艺中回收的材料。类似地，不可冷凝物——如这个词语在上面已定义的一样—— 和未冷凝的蒸气不表示副产品或不想要或将不被回收的成分。例如，不可凝的流可以是该 工艺的想要的产品。在图1中的现有技术的安装方式的前视图中示出了立式板式热交换器在塔内的 安装方式。该图示出热交换器2安装在塔1内。如何将热交换器2安装在塔1内的细节对 于本领域技术人员来讲是已知的，因此在图1中未示出。热交换器2可与塔的形状相符合， 但是典型地安装成使用挡板、导管或在该示意图中未示出的其它装置来导向产品流——不 管是蒸气还是液体。这些附加的流转向装置对于本领域技术人员来讲是已知的，因此未示 出ο如图1中所示，现有技术的热交换器2具有用于冷却流体的冷却剂流入口 3和出 口 4。为了方便起见，附图将针对产品和冷却剂逆流流动进行描述。根据冷却剂在合适温度 下的可获得性和拥有者的操作偏好，也可使冷却剂流反向。冷却剂流也可设置成在一个或 多个交叉路径中水平交叉流动，其中这些交叉路径可设置在具有产品的逆流流动中或者相 反。冷却流体在形成冷却流体通道以及产品流空间或通路的竖直板组件内流动。如图 1中流动方向箭头5所示，产品蒸气下行穿过产品流空间并且至少部分地冷凝，形成液体与 蒸气的混合物，该混合物被收集在产品收集体积、液体-蒸气分离空间6中。气状产品和不 可冷凝物通过导管7从分离空间6被排出。冷凝(液体)产品经由管道8被排出。图2是不带有塔1的现有技术的热交换器2的侧视示意图。图2示出冷却剂流板 组件9的设置方式。每个组件包括通过间隙、也称为板间隙或通道间隙相互隔开的两个板， 这两个板被焊接或被密封以形成用于引导冷却流体的冷却剂流动路径。如通过流动方向箭 头5所示，产品蒸气向下穿过板组件之间的竖直的产品流空间或通路10或间隙，该间隙也 称为通路间隙。产品至少部分地冷凝并向下流入液体-蒸气分离空间6中。气状产品和不 可冷凝物通过导管7从分离空间6被排出。冷凝(液体)产品经由管道8被排出。在这些现有技术的热交换器中，液体-蒸气分离空间6必须具有足够的体积，以提 供液体产品与气状产品和不可冷凝物之间的分离。液体-蒸气分离空间6的所需竖直高度 是很昂贵的，因为它不仅使得热交换器很大而且增加了其中安装有该热交换器的容器或塔 的高度。由于附加的塔的长度增加了塔的成本，因此需要减小热交换器的高度。使用两个 分开的冷却剂流也可允许两个分离的安装在塔内的冷凝器服务设备(例如，初级冷凝器和排气冷凝器)，所述冷凝器服务设备可能竖直串联地安装在同一塔内，合并在一个位置处， 从而减小热交换器所需的总塔高度。图3示出本发明的热交换器的实施例的侧视示意图。冷却剂从冷却剂流入口 3 (在 该附图中未示出)穿过在冷却剂流板组件9内形成的通道流到冷却剂流出口 4(在该附图 中未示出)。竖直的产品流空间或通路10是在相邻的冷却剂流板组件9之间的竖直的通 路。分隔件11设置在相邻的冷却剂流板组件9之间，以形成产品流通路的第一部分IOA和 产品流通路的第二部分10B。如流动方向箭头5所示，产品蒸气从形成在塔内的位于热交换器上方的蒸气产品 入口 12向下流动。产品蒸气流入产品流通路IOA中并在那里至少部分地冷凝。液体以及 气状产品和不可冷凝物从产品流通路IOA的底部流出并流入产品收集体积、液体-蒸气分 离空间6内。因为产品收集体积、液体-蒸气分离空间6的竖直高度和体积不足以提供液体和 蒸气的良好的分离，所以蒸气和液体在该空间6内不能有效地分离。在本发明的实施例中， 附加的液体/蒸气分离在产品流通路的第二部分IOB内进行。气状产品和不可冷凝物沿着 流动方向箭头15向上流动穿过产品流通路的第二部分，即在产品流通路IOB中流动。以这 种方式，得到了使产品冷凝以及使气状产品和不可冷凝物与液体分离的附加机会。因此，本 发明的实施例利用了液体-蒸气分离空间6的竖直高度和竖直产品流通路IOB的竖直高度 来进行分离。所述实施例减小了对于在通路下方的液体-蒸气分离空间的需要，因此减小 了塔的高度。如上所述，当产品蒸气和不可冷凝物向上在产品流通路IOB中流动时，附加的产 品被分离。液体产品随后向下流入产品收集体积内。随后液体产品经过导管8被分开回收。 还未冷凝的产品和不可冷凝物被收集在歧管17内并通过导管7从反应器排出，所述导管7 用作未冷凝蒸气的出口，所述未冷凝蒸气包括不可冷凝物。在本发明的热交换器的另外一些实施例中，热交换器的第二部分与第一部分不 同。尤其是，调整了板的几何形状和板的工作温度。在一个这种实施例中，用作产品流通路 IOB(通路间隙)的竖直通路比产品流通路IOA(通路间隙)窄或宽。在另一实施例中，冷却 剂流板组件9B(通道间隙)比冷却剂流板组件9A(通道间隙)窄或宽。也可想到一种既改 变板的几何形状又改变板的工作温度的实施例。本发明的热交换器的另一实施例在于，在与操作冷却剂流板组件9A的温度不同 并且典型地低于该温度的温度下操作热交换器的第二部分、即冷却剂流板组件9B。可通过 使用在不同温度下的相同的冷却剂或不同的冷却剂来维持这个温度差。在图4的俯视图中 示意性示出了获得这种不同的冷却剂温度的设备。如图4中所示，热交换器2在分隔件11处被分隔成两个分离的部分。第一部分包 括冷却剂流板组件9A和竖直通路形式的产品流通路10A。产品蒸气进入热交换器的顶部并 向下流入液体-蒸气分离空间6(未示出)内。随后产品蒸气和不可冷凝物向上流过产品 流通路IOB (未示出)。不冷凝的任何材料在歧管17内被收集并通过导管7从热交换器被 排出。如图4中还示出的，冷却剂通过冷却剂流入口 3 (未示出)进入热交换器的第一部 分。另一冷却剂流入口 13与热交换器的第二产品上流区段(product up-flow section)
6相关联。冷却剂流入口 13遮挡了冷却剂流出口 14，就如同该附图中冷却剂流出口 4遮挡 了冷却剂流入口 3—样。如本领域技术人员所认识到的，由于就热交换器内的逆流流动描 述了本发明的实施例，因此在热交换器的第二上流区段中的流动方向在冷却剂流板组件9B 的顶部处具有较冷的入口冷却剂流，而热交换器的第一区段在冷却剂流板组件9A的底部 具有较冷的入口冷却剂流。在热交换器的第二部分的冷却剂温度比热交换器的第一部分的冷却剂温度低的 实施例中，如果该第二部分在基本冷凝所有的产品流并基本仅留下不可冷凝物以通过歧管 17和导管7从热交换器排出的温度下工作，那么该第二部分可用作为排气冷凝器。在本发明的实施例中可调整很多结构参数和操作参数。例如，可调整第一区段的 热交换面积与第二区段的热交换面积的相对比例。这个比例可以以几种方式调整。例如， 板或通道间隙9A和9B可以不同，如同通路间隙IOA和IOB可以不同一样。或者，设定分隔 件的位置(改变在分隔件的每侧的通路和板组件的数量)是调整这些部分的比例的一种简 单的方法。也可调整两个部分的相对温度，以适应各种工作模式。这些调整中的一些或全部 可同时进行。 调整这些参数时需要牢记一些基本考虑。例如，在热交换器的第二上流区段中，产 品蒸气和不可冷凝物的速度不应超过液体产品借助不可冷凝物和未冷凝产品被携带并带 走的速度。另外，冷却剂流板组件的表面积与冷却剂的相对温度相结合必须足以实现想要 的冷凝程度。典型地，第一部分包括至少约50%的有效热交换面积，更典型地包括大约60%并 且最典型地包括大约75%的有效热交换面积。借助本文提供的指导，本领域技术人员能够 在本发明的范围内设计和操作热交换器。虽然参照包括实现本发明的优选方式的具体示例对本发明进行了描述，但是本领 域技术人员应理解的是，存在很多在所附的权利要求中提出的本发明的精神和范围内的上 述系统和技术的变型和改变。
权利要求
1.一种安装在反应器内或安装在塔内的具有热交换面积的立式板式热交换器，所述热 交换器包括用于冷却流体从冷却流体入口流到冷却流体出口的冷却流体通道； 位于所述冷却流体通道之间的用于产品流动的产品竖直通路，所述产品竖直通路具有 顶部和底部；位于所述产品竖直通路的第一部分与第二部分之间的分隔件；与所述第一部分的所述产品竖直通路的顶部相连通的蒸气产品入口；与所述产品竖直通路的底部相连通的用于收集冷凝产品和未冷凝蒸气的产品收集体积；与所述产品收集体积相连通的用于回收冷凝产品的冷凝产品出口 ；以及 与第二部分的竖直通路的顶部相连通的用于将未冷凝蒸气从所述热交换器排出的未 冷凝蒸气出口。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述冷却流体通道包括与产品竖直 通路的所述第一部分相对应的冷却流体通道的第一部分以及与产品竖直通路的所述第二 部分相对应的冷却流体通道的第二部分。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器还包括用于冷却流体通道的第一部分和第二部分的分开的冷却流体入口和出口。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述产品竖直通路形成 通路间隙，并且所述产品竖直通路的第二部分的通路间隙不同于所述产品竖直通路的第一 部分的通路间隙。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述冷却流体通道形成 通道间隙，并且与所述产品竖直通路的第二部分相对应的通道间隙不同于所述产品竖直通 路的第一部分的通道间隙。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的热交换器，其特征在于，产品竖直通路的第一部 分包括热交换器的至少50%的热交换面积。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的热交换器，其特征在于，产品竖直通路的第一部 分包括热交换器的至少75%的热交换面积。
8.一种用于操作在反应器内或塔内的立式板式热交换器的方法，所述方法包括 使产品蒸气向下穿过在所述热交换器的第一部分内的通路；冷凝至少一部分产品蒸气，以形成蒸气-液体混合物； 分离所述蒸气-液体混合物，以形成第一气相和第一液相；使所述第一气相向上穿过在热交换器的第二部分内的通路，以形成第二气相和第二液相；收集所述第一液相和第二液相；以及 将所述第二气相从所述热交换器的第二部分的顶部排出。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使第一冷却剂穿过在所 述热交换器的第一部分内的通道，并且使第二冷却剂穿过在所述热交换器的第二部分内的 通道。
全文摘要
本发明涉及一种安装在反应器内或安装在塔内的立式板式热交换器，所述热交换器具有用于冷却流体流的通道和在冷却流体通道之间的用于产品流的竖直通路。分隔件位于产品竖直通路的第一部分和第二部分之间，并且蒸气产品入口与第一部分的产品竖直通路的顶部相连通。产品收集体积与产品竖直通路的底部相连通，并且一出口与产品收集体积相连通以回收冷凝产品。未冷凝蒸气出口与第二部分的竖直通路的顶部相连通，以将未冷凝蒸气从热交换器排出。
文档编号F28F3/00GK102065995SQ200980123928
公开日2011年5月18日 申请日期2009年6月22日 优先权日2008年6月30日
发明者P·F·戴利 申请人:环球油品公司