[发明专利]换热方法和设备

说明书

本发明涉及多股气流(gasstream)与热/冷载体(heat/cold carrier)在换热区进行间接换热的方法，在换热区内多股气流通过多路换热通道，仅有一股气流通过至少一个换热区。另外，本发明涉及在有多路换热通道的换热区内至少两股气流与热/冷载体进行间接换热的换热设备。

在空气低温分馏过程中，要分馏的进料空气必须冷却到工艺温度。习惯上这在主换热器中通过进料空气与所生成的气流进行间接换热。主换热器一般采用板式换热器结构，其对于待处理的气流具有多路换热通道。在加工量很大的空气分馏装置中，需要多个这样的换热区来处理大量的空气和产品。通常，2万～3万Nm³/h空气的主换热器要分成两个区。

迄今，通常全部气流和进料气流以及如果还有其它适当气流的话，是通过各单独的换热区的每一个。例如，如果两股不同压力的空气流进入空气分馏装置，所产生的气态产品是氧、纯氮和不纯氮，那么这5种气流必须通过每一换热区。因此，对这些气流每个换热区必须有10个接口，即5个气流入口和5个气流出口。

相应地，为了将这些气流分别从各自入口分配到相应的换热通道，同时把这些气流从换热通道排到适当的出口，需要有10套下面称之为收集器/分配器(collector/distributor)的设备。

目前，通过结合到换热区的分配段(distribution zones)来实现这些收集器/分配器。在该分配段，至少将某些使各换热通道互相区分开的折流板(lamellae)布置成倾斜的，以使得通过入口流入的气流导入换热通道，或使得从换热通道流出的气流折转通向出口。

但是在这种收集器/分配器构成的分配段中，流动状态大大改变。首先，由于折流板的倾斜定向，使流动方向发生变化；其次，换热通道的截面在分配段明显减小。结果，通过的气流流速可能变化。这两种效果均在换热区产生不希望的压力降。

德国专利DE-A-42 04 172中公开了把空气分馏装置的主换热器在工艺侧分成多个区，让空气分馏装置产生的每个产品流，通过各自独立的换热区与进料空气流换热。该工艺的目的是降低对每个换热区的控制要求。另一方面，该专利没有涉及换热区分配段造成的压力降，因此也不包括适于减少这种压力降的任何措施。

本发明的目的是提供一种适于多股气流间接加热或冷却的方法和设备，而且使换热器上的压力降尽可能地小。

按照本发明一开始叙述的这类方法要达到的目的是，至少一个换热区的一股气流的换热通道局限于该换热区的两个端面之间，在所有情况下，这股气流都是经过联结到换热区的一个收集器/分配器从至少一个换热区的换热通道进入或排出，在所有情况下，收集器/分配器都覆盖换热区的整个端面。

本发明的换热设备用于至少两股气流与热/冷载体在有多路换热通道的换热区中进行间接换热，其特点是：换热区中每一股气流的换热通道局限于换热区两端的端面之间，而且每一个都流动联接到收集器/分配器中，在所有情况下，收集器/分配器都覆盖换热区整个端面。

按照本发明，至少一股压力降尽可能小的气流通过换热区，在该换热区无其它气流通过。很明显，一股或多股热或冷载体流经这一换热区与气流换热。用于这一气流的换热区的换热通道，从换热区一侧的端面延伸至相对侧的端面，且基本平行。在所有情况下，换热通道两个端面侧都装有一个位于换热区的外面的收集器/分配器，该收集器/分配器覆盖了整个端面，而且与进料或出料管线有接口。因而，换热通道不是通过锥形剖面插入进料或出料管线，流动方向在收集器/分配器中缓慢地改变。因此，在与收集器/分配器相联的换热区中可使压力降最小。

按照本发明的方法和相应的设备，换热区从入口到出口测得的压力降可能达到约70毫巴。相比之下，在传统换热器中，在入口和出口及换热通道之间，经分配段发生气流的分配和汇合，该分配段接入换热区并具有倾斜的折流板，如果气流来自压力1.2～1.8巴的低压塔，那么所产生的压力降大约为100毫巴。而对不加压的这一侧，本发明可使压力降降低了30毫巴左右。这就意味着可以生产比其它方法低30毫巴的低压气流。为了保持主冷凝器的换热条件，在空气压缩机下游空气被压缩到约90毫巴以下就足够了。