專(zhuān)利名稱：通過(guò)與冷卻液體直接熱交換而冷卻氣體的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)與冷卻液體直接熱交換而冷卻氣體的方法和相應(yīng)的裝置。在此，直接接觸冷卻器中上升的氣體與第一冷卻液體流直接對(duì)流接觸。從該直接接觸冷卻器引出冷卻后的氣體和液態(tài)的回流并且該回流被作為再循環(huán)流繼續(xù)引導(dǎo)。
背景技術(shù)：
這種方法例如在冷卻壓縮空氣時(shí)使用，特別是用于預(yù)冷空氣分離設(shè)備。它不但涉及低溫方法，而且涉及例如利用吸附或膜技術(shù)的非低溫分離工藝。用于低溫分離空氣的方法和裝置例如由Hausen/Linde，低溫學(xué)，第2版1985，第4章(281-337頁(yè))公開(kāi)。帶有直接接觸冷卻器的空氣分離裝置的實(shí)例在瓦格納，目前的空氣分離工藝，林德股份公司在慕尼黑舉辦的第5次研討會(huì)，25.-27.06.86，條款A(yù)(圖1a)和瓦格納，空氣分離工藝的發(fā)展，林德-研討會(huì)空氣分離設(shè)備1980，條款A(yù)(圖11)中可查到。
預(yù)冷用于空氣分離的進(jìn)料空氣(Einsatzluft)時(shí)，空氣在主熱交換器或者凈化裝置的上游被冷卻，例如從50到150℃被冷卻到5到40℃，優(yōu)選從90到100℃被冷卻到8到12℃。通常使用冷卻水作為冷卻液體，該冷卻水多數(shù)情況下被在一個(gè)冷卻水循環(huán)回路中引導(dǎo)。該冷卻水循環(huán)回路通常設(shè)置在一個(gè)更大的冷卻水系統(tǒng)中，該系統(tǒng)還為其他過(guò)程提供冷卻水。在這樣的冷卻水系統(tǒng)中，預(yù)給定始流溫度和再循環(huán)流溫度，這意味著在直接接觸冷卻器中，在第一冷卻液體流和再循環(huán)流之間必須有一定的溫度差。到目前為止，通過(guò)相應(yīng)確定第一冷卻液體流的流量大小而實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，使這種方法變得更經(jīng)濟(jì)。
該目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即再循環(huán)流的溫度被調(diào)節(jié)，其方式是將溫度比回流的溫度低的第二冷卻液體流導(dǎo)入該液態(tài)的再循環(huán)流中。所提供的冷卻液體的一部分不參與或者至少不完全參與與待被冷卻的氣體的直接熱交換。
乍一看是矛盾的，因?yàn)橄鄳?yīng)的冷卻能力看起來(lái)被放棄了。不過(guò)在本發(fā)明范圍內(nèi)，證明了在開(kāi)頭所述類(lèi)型的常規(guī)冷卻方法中，經(jīng)過(guò)直接接觸冷卻器的冷卻液體量比在氣體的所希望的冷卻方面所需的冷卻液體量明顯地多。在本發(fā)明中現(xiàn)在可以與始流溫度和再循環(huán)流溫度無(wú)關(guān)地來(lái)調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)直接接觸冷卻器的冷卻液體量。在此情況下，導(dǎo)致來(lái)自直接接觸冷卻器的回流中的溫度升高。盡管如此，預(yù)給定的再循環(huán)流溫度仍可以通過(guò)混入來(lái)自第二冷卻液體流的冷的冷卻液體實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明的方法中，直接接觸冷卻器的以及必要時(shí)連接在前面的增壓泵的液體載荷相應(yīng)地小。這些部件和附屬的管路可以相應(yīng)地小型化。在該泵中同時(shí)可以節(jié)省驅(qū)動(dòng)能量。通過(guò)這些優(yōu)點(diǎn)容易地過(guò)度補(bǔ)償熱的和冷的冷卻液體的本身在能量上不利的混合。
例如可使用水作為冷卻液體。
該直接接觸冷卻器原則上可以構(gòu)造為噴射分段式冷卻器。不過(guò)它們通常具有傳質(zhì)元件形式的內(nèi)裝式部件、尤其是篩板、填料和/或有序充填物。
優(yōu)選在本方法中使用一個(gè)集成的冷卻液體系統(tǒng)，第一和第二冷卻液體流來(lái)自該系統(tǒng)，并且所述再循環(huán)流流回該系統(tǒng)中。在該冷卻液體系統(tǒng)中多個(gè)負(fù)載(Verbraucher)的再循環(huán)流被合并、被在一個(gè)液體冷卻裝置、例如一個(gè)冷卻塔或一個(gè)蒸發(fā)冷卻器中冷卻并且接著又作為始流被提供給這些負(fù)載。第一冷卻液體流以及通常第二冷卻液體流來(lái)自該冷卻水系統(tǒng)。
原則上第二冷卻液體流可來(lái)自溫度相應(yīng)地較低的任何冷卻液體源，特別是來(lái)自冷卻液體系統(tǒng)的其他負(fù)載、例如氣體壓縮機(jī)的中間冷卻器和/或后冷卻器，在該氣體壓縮機(jī)中壓縮待被冷卻的氣體。然而有利的是，為了使直接接觸冷卻器中的過(guò)程不過(guò)分地依賴于其余的冷卻液體流，將第一冷卻液體流和第二冷卻液體流從主冷卻液體流中分流出，其中，該主冷卻液體流特別是不供應(yīng)其他的冷卻液體負(fù)載。
優(yōu)選通過(guò)調(diào)節(jié)第一和第二冷卻液體的流量來(lái)調(diào)節(jié)再循環(huán)流的溫度。對(duì)兩個(gè)冷卻液體流的流量的調(diào)節(jié)可以靠人工、通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)混合溫度或者作為事先確定的比例或事先確定的絕對(duì)量的固定調(diào)節(jié)來(lái)進(jìn)行。
如果將第一冷卻液體流與第二冷卻液體流分開(kāi)，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)冷卻液體泵引導(dǎo)，則該泵以及與之連接的管路的尺寸可以相應(yīng)地縮小。
此外，本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求6的、用于冷卻氣體的裝置，以及根據(jù)后續(xù)權(quán)利要求的、用于氣體分離、特別是用于低溫空氣分離的方法和裝置。


以下借助一個(gè)在附圖中示意性示出的實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步解釋本發(fā)明以及本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)。
氣體經(jīng)管路1通入直接接觸冷卻器2的底部區(qū)域，在該實(shí)施例中緊鄰地在液池的上方。該直接接觸冷卻器具有兩個(gè)傳質(zhì)段(Stoffaustauschabschnitt)3、4，它們分別裝有篩板、填料或有序的充填物(Packungen)。位于這些段上部的液體分配器沒(méi)有示出。在該直接接觸冷卻器的頂部，冷卻后的氣體經(jīng)管路5排出。
待被冷卻的氣體1優(yōu)選來(lái)自一個(gè)進(jìn)料氣體壓縮機(jī)(Einsatzgasverdichter)(未示出)，該壓縮機(jī)可以具有一個(gè)后冷卻器，在該后冷卻器中壓縮熱的一部分通過(guò)間接的熱交換排出；不過(guò)在該實(shí)施例中沒(méi)有設(shè)置這樣的后冷卻器。這里，溫度為90到100℃的氣體1進(jìn)入直接接觸冷卻器2中，并且冷卻過(guò)的氣體5又在低于8到12℃的溫度下流出。
主冷卻液體流由一個(gè)冷卻液體系統(tǒng)通過(guò)管路6在預(yù)確定的、優(yōu)選15到45℃，例如約30℃的始流溫度下供應(yīng)。至少一部分作為第一冷卻液體流7、8通過(guò)一個(gè)例如電驅(qū)動(dòng)的泵9輸送到該直接接觸冷卻器2的下部段3。該冷卻液體在直接接觸冷卻器2、3中與來(lái)自管路1的氣體進(jìn)行直接的熱交換。在此，該冷卻液體變熱并作為回流10從該直接接觸冷卻器引出。該回流經(jīng)過(guò)再循環(huán)管路11流回冷卻液體系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，該回流首先與溫度更低的第二冷卻液體流12、13混合。在該實(shí)施例中該第二冷卻液體流從主冷卻液體流6分支出。管路11中的再循環(huán)流溫度(優(yōu)選25到55℃，例如約40℃)通過(guò)第一冷卻液體流(優(yōu)選30到60℃，例如約45℃)和第二冷卻液體流(優(yōu)選15到45℃，例如約30℃)的流量來(lái)調(diào)節(jié)，所述流量通過(guò)相應(yīng)地調(diào)節(jié)閥15、14來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此，對(duì)兩個(gè)冷卻液體流的流量的調(diào)節(jié)可以靠人工、通過(guò)自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)或者作為事先確定的比例或事先確定的絕對(duì)量的固定調(diào)節(jié)來(lái)進(jìn)行。必要時(shí)可將用于回流10的排流閥17加入到該調(diào)節(jié)中。
以此方式可以與冷卻液體系統(tǒng)的預(yù)定值無(wú)關(guān)地通過(guò)管路8僅將對(duì)于段3中的氣體冷卻實(shí)際所需的冷卻液體量引入直接接觸冷卻器中。由冷卻液體系統(tǒng)預(yù)給定的再循環(huán)流溫度與此無(wú)關(guān)地在回流10中通過(guò)混合13而達(dá)到。
直接接觸冷卻器的上部段4對(duì)于本發(fā)明方法不是主要的并且原則上可以省略。在該實(shí)施例中，它用于通過(guò)第三冷卻液體流16進(jìn)一步冷卻氣體，該第三冷卻液體流尤其由新鮮水或由來(lái)自蒸發(fā)冷卻器或制冷裝置的冷水組成。
在該實(shí)施例中所述氣體由大氣空氣組成。冷卻后的空氣5在一個(gè)有吸附性的凈化裝置中被處理，并且接著進(jìn)入一個(gè)低溫分離裝置的冷芯盒中。在該冷芯盒中，所述空氣在主熱交換器中被冷卻到露點(diǎn)左右，并通入分離塔中或者分離裝置的蒸餾塔系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)分離塔中。
所述冷卻液體由水組成。
在該實(shí)施例的具體應(yīng)用中，回流10的溫度比沒(méi)有混合(關(guān)閉閥14)的方法提高了5K。在此，第一冷卻液體流7、8的量可以減小約40％。從而可以使直接接觸冷卻器的橫截面減小約10％并且節(jié)約泵9的泵功率約40％。
代替從初始冷卻液體中分流出第二冷卻液體流13地，回流10可與其他相對(duì)冷的冷卻液體流混合，例如與一個(gè)或多個(gè)氣體壓縮機(jī)的中間冷卻器的一個(gè)或多個(gè)回流混合。在此，在本發(fā)明范圍內(nèi)，通過(guò)相關(guān)的中間冷卻器調(diào)節(jié)冷卻液體的相對(duì)高的通過(guò)量，以便在與來(lái)自直接接觸冷卻器的回流混合前達(dá)到相應(yīng)低的溫度。
權(quán)利要求
1.用于通過(guò)與冷卻液體直接進(jìn)行熱交換而冷卻氣體的方法，該方法中-氣體(1)被引入到直接接觸冷卻器(2)的底部區(qū)域中，-第一冷卻液體流(8)在氣體的引入(1)部位的上方被引入到直接接觸冷卻器(2)中，-冷卻后的氣體(5)在氣體的引入(1)部位的上方從直接接觸冷卻器(2)排出，和-液態(tài)的回流(10)從直接接觸冷卻器(2)的底部區(qū)域排出并且作為再循環(huán)流(11)被繼續(xù)引導(dǎo)，其特征在于，該再循環(huán)流的溫度被調(diào)節(jié)，其方式是溫度低于所述液態(tài)的回流(10)的溫度的一個(gè)第二冷卻液體流(13)被至少偶爾地引入到該再循環(huán)流中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該再循環(huán)流(11)被輸送到一個(gè)集成的冷卻液體系統(tǒng)中，后者向多個(gè)負(fù)載供應(yīng)冷的冷卻液體，并且從該冷卻液體系統(tǒng)引出第一和必要時(shí)第二冷卻液體流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，從一個(gè)主冷卻液體流(6)分流出第一冷卻液體流(7、8)和第二冷卻液體流(12、13)，并且第二冷卻液體流(12、13)在直接接觸冷卻器(2)旁經(jīng)過(guò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3之一的方法，其特征在于，通過(guò)對(duì)第一和第二冷卻液體流的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)(14、15)來(lái)調(diào)節(jié)再循環(huán)流(11)的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4之一的方法，其特征在于，第一冷卻液體流(7、8)與第二冷卻液體流分開(kāi)地被通過(guò)一個(gè)或多個(gè)冷卻液體泵(9)導(dǎo)送。
6.用于通過(guò)與冷卻液體的直接熱交換而冷卻氣體的裝置，具有-一個(gè)直接接觸冷卻器，-用于將氣體引入直接接觸冷卻器的底部區(qū)域的裝置，-用于將第一冷卻液體流在氣體的引入部位的上方引入直接接觸冷卻器中的裝置，-用于將冷卻后的氣體在氣體的引入部位的上方從直接接觸冷卻器排出的裝置，-用于將液態(tài)的回流從直接接觸冷卻器的底部區(qū)域排出的裝置，其特征在于-用于將溫度比所述回流的溫度低的第二冷卻液體流混合到所述液態(tài)的回流中的裝置，-一個(gè)用于由第二冷卻液體流和回流組成的混合物的再循環(huán)管路，和-通過(guò)調(diào)節(jié)第一和/或第二冷卻液體流的流量來(lái)調(diào)節(jié)再循環(huán)流的溫度的調(diào)節(jié)裝置。
7.用于氣體分離、特別是空氣分離的方法，該方法中，進(jìn)料氣體被壓縮、在按照權(quán)利要求1到5之一的方法中被冷卻并且被輸送到一個(gè)分離裝置。
8.用于低溫空氣分離的方法，該方法中，進(jìn)料空氣被壓縮、在按照權(quán)利要求1到5之一的方法中被冷卻并且被輸送到一個(gè)凈化裝置和接著被輸送到帶有至少一個(gè)分離塔的蒸餾塔系統(tǒng)。
9.用于氣體分離、特別是空氣分離的裝置，該裝置具有一個(gè)進(jìn)料氣體壓縮機(jī)，其出口與根據(jù)權(quán)利要求6的、用于冷卻的裝置連接；一個(gè)分離裝置，其入口與該用于冷卻的裝置的出口連接。
10.用于低溫空氣分離的裝置，該裝置具有一個(gè)主空氣壓縮機(jī)，其出口與根據(jù)權(quán)利要求6的、用于冷卻的裝置連接；一個(gè)分離裝置，其入口通過(guò)一個(gè)凈化裝置與該用于冷卻的裝置的出口連接。
全文摘要
用于通過(guò)與冷卻液體直接進(jìn)行熱交換而冷卻氣體的方法，該方法中氣體(1)被引入到直接接觸冷卻器(2)的底部區(qū)域中，第一冷卻液體流(8)在氣體的引入(1)部位的上方被引入到直接接觸冷卻器(2)中，冷卻后的氣體(5)在氣體的引入(1)部位的上方從直接接觸冷卻器(2)排出。液態(tài)的回流(10)從直接接觸冷卻器(2)的底部區(qū)域排出并且作為再循環(huán)流(11)被繼續(xù)引導(dǎo)。溫度低于所述回流(10)溫度的一個(gè)第二冷卻液體流(13)被至少偶爾地引入到該液態(tài)的回流(10)中并且與該回流合并成一個(gè)再循環(huán)流(11)。
文檔編號(hào)F25D3/00GK1847766SQ200610082080
公開(kāi)日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月11日
發(fā)明者托馬斯·諾倫 申請(qǐng)人:林德股份公司