利用直接接觸式冷凝器的低能量廢氣冷卻的製作方法

2023-06-03 03:11:51

專利名稱：利用直接接觸式冷凝器的低能量廢氣冷卻的製作方法
技術領域：
本發明的領域是冷卻處理液體的系統和方法，特別地，本發明涉及冷卻用於冷卻硫回收工廠中的尾氣的直接接觸式冷凝器(DCC)中的處理水。
背景技術：
在最常見的硫回收工廠中，來自硫回收單元的尾氣通過與DCC塔中的處理液體 (通常是水)的對流熱交換而冷卻，該DCC塔包括熱交換部段，該熱交換部段具有填料床 (packed bed)、網格、託盤、角鐵或其組合以改善熱傳遞。通過填料床升起的熱氣在其接觸下降的更冷處理液體時冷卻下來，該下降的更冷處理液體繼而被熱氣加熱。當氣體冷卻時， 能夠冷凝的蒸汽從氣體中冷凝出來，這進一步加熱處理流體。被加熱處理液體接著通過收集裝置(通常是塔盤)被收集在床的底部。被加熱處理液體從此被泵送通過冷卻該處理液體的外部熱交換器，該處理液體接著返回到塔的頂部。通常優選的是，最小化離開塔頂的氣體的溫度，因為硫化氫在下遊氨單元中被更有效地吸收且因為冷卻器處理氣體包括更少水，否則會稀釋氨溶劑。在最常見的DCC工藝中，在DCC的出口氣體溫度與進入的被冷卻處理液體之間設置窄溫差(approach)(通常， 5 °F或更少)，進入的被冷卻處理液體通常需要使得被冷卻返回低處理液體的溫度處於大約 95至115下之間。為了實現處理液體的這種冷卻，循環回流交換器通常利用例如水或環境空氣的冷卻介質。當在水冷卻和空氣冷卻之間存在小成本差異並且水容易獲得時，通常優選的是水冷卻。在另一方面，當空氣冷卻更便宜並且水不容易獲得時，空氣通常優選作為冷卻劑。然而，空氣冷卻通常不足以提供期望塔出口氣體溫度，尤其當DCC位於熱氣候區域中時。在這種情況下，空氣流冷卻器能夠與水冷卻器串聯操作，使得空氣冷卻器被用於從具有更暖溫度的處理液體移除熱量，並且水冷卻器將處理液體冷卻到期望溫度。不幸的是，由於在熱氣候區域中用於水冷卻的不足量的水可獲得性通常是有問題的，因此通常需要利用外部製冷劑(例如，丙烷)的冷卻器。當用於水冷卻的合適水量不可獲得或是昂貴時，或當利用外部製冷劑時，存在最大化處理液體的空氣冷卻的動機。例如，能夠增加空氣冷卻器的尺寸和負荷。然而，增大尺寸通常受空氣和處理液體之間的溫差限制。大多數DCC需要保持空氣溫度和離開冷卻器的處理水的溫度之間的15至20下溫差。將該溫差減少成超過該範圍導致快速增加空氣冷卻器尺寸和成本。替代地，能夠降低循環回流循環速率，這導致離開填料床的更高處理液體溫度。在這些更熱的溫度下，熱量能夠由空氣而不是製冷劑從處理液體移除。在離開床的處理水出口溫度與由空氣冷卻器承擔的熱負荷的比例之間存在很強的依賴。床出口溫度越高，由空氣冷卻承擔的熱量的比例越高。然而，當循環回流循環速率降低時，處理液體的溫度在整個床上升高並且迅速地接近氣體溫度。由於這樣減小的溫差，床中的熱交換降低並且通常增加床高度需求。採用大直徑塔時，該附加的床高度是昂貴的。更嚴重的是，當填料床中的水和氣體之間的溫差消失時，該床更易於氣體和/或液體分布不均，由此導致不可靠的熱傳遞性能。分布不均產生在床中的液體和氣體溫度的徑向變化。當氣體和液體之間的溫差小時，甚至小徑向溫差能夠導致熱傳遞停止或至少引起熱傳遞速率的較大下降。對分布不均的高敏感性降低了塔可靠性並且使得設計十分難以實現，因此通常優選的是，將離開床的水和進入的氣體之間的溫差(「入口溫差」)保持不小於10°F。然而，甚至這種入口溫差需要緊密關注液體和氣體分布，並且通常導致對於合適分布設備的主要資金需求。即便如此，缺少操作穩健性可導致在腐蝕、堵塞或其他異常情況下的顯著性能問題。因此，雖然在硫回收工廠直接接觸式冷凝器中冷卻處理液體的各種系統和方法是本領域已知的，但是這些系統和方法中的全部或幾乎全部都具有一個或多個缺點，尤其當直接接觸式冷凝器被定位在相對熱且乾燥的氣候中時。因此，仍存在對於硫回收工廠中的改進直接接觸式冷凝器的需求。

發明內容
本發明主題涉及用於廢氣冷卻的直接接觸式冷凝器的各種方法和構造。如本文所使用的，術語「廢氣」是指被從處理單元、加熱器或渦輪機排通到大氣的氣體。最典型的，在將氣體排通到大氣中之前，該氣體需要移除一種或多種成分(例如，二氧化碳和硫化氫等) 的至少一個處理步驟。在這種情形中，應當注意的是，許多廢氣從廢氣源(例如，加熱器或渦輪機)以相對高的溫度(例如，具有大約150 °F或更高的溫度)形成，且因此不適合直接用於移除不期望成分(多種)的處理步驟中。例如，氨吸收單元通常在95至115 T的溫度下操作， 而許多廢氣在顯著更高的溫度(例如，硫回收工廠尾氣通常具有390下的溫度)下被產生。在廢氣冷卻的尤其優選方面中，通過將直接接觸床分為具有獨立直接接觸床的兩個不同部段，顯著地減少製冷負荷，其中一個部段接收來自第一冷卻裝置(例如，空氣冷卻器)的被冷卻處理液體，且其中，另一部段接收來自第二冷卻裝置(例如，利用外部製冷劑的冷卻器)的被冷卻處理液體。最優選地，第一和第二冷卻裝置是不同的，使得第一冷卻裝置利用第一冷卻器操作，第二冷卻裝置利用第二冷卻劑操作，其中，第一冷卻劑相比於所述第二冷卻劑具有更低的成本和/或更高的可用性。特別應當理解的是，本文所構想的構造和方法有利地允許將空氣/製冷劑負荷與循環回流循環速率解耦，並且如此使得能以增加的循環速率操作，這繼而允許在每個部段的底部處的增加溫差以及在每個部段的頂部處的小溫差。雖然典型而言優選的是，保持相對於處理液體液體隔離的部段，但應當注意的是，局部或甚至完全液體聯接也被認為是合適的，尤其用於抵制異常處理狀況。在本發明主題的尤其優選的一個方面中，用於廢氣(例如，硫回收工廠的尾氣)與處理液體的對流接觸的直接接觸式冷凝器包括第一部段，該第一部段與第二部段液體聯接以允許廢氣從第一部段向上移動到第二部段。所構想的裝置還包括第一冷卻裝置和第二冷卻裝置，該第一冷卻裝置液體聯接到第一部段並且向該第一部段提供第一被冷卻處理液體，該第二冷卻裝置液體聯接到第二部段並且向第二部段提供第二被冷卻處理液體。最優選地，第一和第二管道液體聯接到直接接觸式冷凝器並且構造成分別向第一和第二冷卻裝置提供第一和第二被加熱處理液體。在這種冷凝器中，第一和第二冷卻裝置是不同的(例如，空氣冷卻器以及利用除了空氣之外的製冷劑的冷卻裝置)。
在一些優選的實施方式中，直接接觸式冷凝器還具有在第一和第二部段之間的收集裝置，以允許第二被加熱處理液體從第二部段撤回。在這種裝置中，通常優選的是，第一冷卻裝置被定尺寸和大小以允許以在頂部的窄溫差和在底部的寬溫差操作該第一部段，並且第二冷卻裝置被定尺寸和大小以允許以在頂部的窄溫差和在底部的寬溫差操作該第二部段。在這種裝置中，第一和第二泵被包括並且優選地構造成允許分別到第一和第二冷卻裝置的第一和第二被加熱處理液體的不同泵送速率。需要時，裝有閥的管道能夠被包括以提供在第一和第二部段之間的用於處理液體的液體旁路。此外，應當注意的是，第一和第二管道能夠彼此液體聯接。在其他優選的實施方式中，第一和第二部段可以彼此液體聯接，以允許處理液體的至少一部分(更優選地，全部)從第二部段向下流動到第一部段。在這種裝置中，單個泵和相關管道將被構造成允許DCC以常規方式和/或以如在現有技術圖1中所描述的常規方式和如圖2所描述的方式的組合來操作DCC。因此，第一和第二冷卻裝置可以彼此聯接以允許串聯操作。需要時，第一和第二控制單元能夠實施並構造成控制分別到第一和第二部段的第一和第二處理液體流的流量。因此，並且從不同的角度看，一種提供廢氣與不同的第一和第二部段中的處理液體的對流接觸以產生相應的第一和第二被加熱處理液體的方法包括冷卻不同的第一和第二冷卻裝置中的被加熱處理液體以產生相應的第一和第二被冷卻處理液體的步驟；以及分別向所述第一和第二部段提供所述第一和第二被冷卻處理液體的另一步驟。另外，在本發明主題的其它方面，通常優選的是包括收集裝置，所述收集裝置分離所述第一和第二部段以及允許所述第二被加熱處理液體從所述第二部段選擇性撤回。還優選的是，所述第一部段和第二部段利用在頂部的窄溫差和在底部的寬溫差來操作。在本發明主題的其它方面，所述第一和第二部段可以彼此液體聯接，以允許處理液體的至少一部分從所述第二部段流動到所述第一部段。需要時，可以包括第一和第二控制單元，以控制所述第一和第二處理液體的分別到所述第一和第二部段的流量。本發明的各個目的、特徵、方面和優勢通過本發明的優選實施方式的下述詳細說明將變得更明顯。


現有技術圖1是常規直接接觸式冷凝器的示意圖。圖2是根據本發明主題的直接接觸式冷凝器的第一示例性構造的示意圖。圖3是根據本發明主題的直接接觸式冷凝器的第二示例性構造的示意圖。
具體實施例方式本發明人發現，通過將直接接觸部分和循環回流迴路中的每一個分成為兩個部段而能夠最小化外部製冷。優選的構造提供空氣冷卻底部循環回流迴路以及利用水或其他非空氣製冷劑的頂部循環回流迴路。從不同的角度看，因此應當理解的是，一個冷卻裝置利用更便宜和/或具有更高可用性的冷卻劑來操作，而另一冷卻裝置利用不同冷卻劑來操作。 因此，例如通過解耦循環回流迴路，利用外部製冷劑的冷卻裝置通常所需要的一些製冷負荷能夠轉移到空氣冷卻器。由於空氣和其他製冷劑之間的成本差異，因此這種轉移實現顯著的成本節約。此外，分離循環回流迴路允許在每個部段處的循環速率增加(而不是像現有技術中的那樣減小)，由此最大化空氣冷卻。因此，對於每個部段，能夠在底部處採用較大的溫差 (例如，15 °F)，這允許在每個部段的頂部處進入處理液體與廢氣(通常，尾氣)之間具有窄溫差(例如，5°F)。此外，較大的溫差以及床的分離將減少每床的熱傳遞階段數量，因而使得直接接觸式冷凝器對於處理氣體和液體分布不均以及處理例如堵塞、腐蝕和翻倒的異常情況而言要穩健得多。因此，應當理解的是，分離循環回流迴路使得直接接觸式冷凝器顯著更為可靠且更穩健。現有技術圖1示出了具有單個部段150的直接接觸式冷凝器100的已知構造。廢氣1以大約620，000 lb/h的流率和大約390 T的溫度被供給到直接接觸式冷凝器100。廢氣1流動到下部減熱部段120，在該下部減熱部段120中，廢氣通過蒸發循環水流的小部分而被減熱。底部液體2具有大約167 0F的溫度。液體2由下部泵122以大約1，400, 000 Ib/ h的流率泵送通過下部管道IM並且再循環進入下部減熱部段120的頂部中。下部流量控制器和控制閥1 被聯接到下部管道124，以調節到下部減熱部段120的液體2的流量。從該下部減熱部段120，廢氣流動通過託盤130。氣體的至少一部分流動經過收集託盤140到冷凝部段150，並且具有大約167. 4 0F的溫度。冷凝部段150允許廢氣與被冷卻處理液體7對流接觸。得到的被冷卻廢氣8以大約119. 3 °F的溫度和大約534，000 lb/h的流率離開直接接觸式冷凝器100的上部。與廢氣的對流接觸將被冷卻處理液體7加熱到大約157. 3 T的溫度，並且得到的被加熱處理液體3被收集在收集託盤140處。一些水蒸氣從上升的廢氣中被冷凝出來並且添加到被收集的被加熱處理液體。泵160以大約2，900, 000 lb/h的流率將被加熱處理液體3的部分4泵送到空氣冷卻器152。第二部分5能夠被泵送到減熱部段120。響應於減熱部段120的底部處的液位變化，第二部分5的流率由液位控制單元IM控制。此外，冷凝物流10以大約84，000 lb/h 的流率在所述迴路外部被泵送，以保持在收集託盤上的恆定液位，該冷凝物流10包含在上部冷凝部段150中冷凝的水蒸氣減去被送至減熱部段120的液體5。冷凝物流10的流量由液位控制單元151調節，該液位控制單元監測在收集託盤140處的液位。空氣冷卻器具有大約54. 4 MMBtu/h的冷卻負荷，並且產生具有大約138. 2 T的溫度的被冷卻處理液體6。被冷卻處理液體6從空氣冷卻器152流動到第二冷卻裝置156，該第二冷卻裝置156具有大約69. 7 MMBtu/h的製冷負荷。第二冷卻裝置利用外部製冷劑流 9來操作，並且產生具有大約114. 6 T的溫度的被冷卻處理液體7。流9的流率由溫度控制單元158控制。冷卻處理液體7按照由流量控制單元159調節的量被供給冷凝部段150。因此，單循環回流迴路操作具有大約5 T的頂部溫差以及大約10 T的底部溫差的部段。在冷凝部段的兩端具有這些窄溫差可能是有問題的，當冷凝部段具有任何分布不均時尤其如此。此外，單循環回流迴路限制能夠從空氣冷卻器驅出的熱量的量，在熱氣候和乾燥區域中尤其如此。結果是，利用昂貴得多的製冷劑(通常是外部製冷劑)的第二冷卻裝置必須承擔更多的冷卻負荷，這由於對外部製冷劑的增加需要而顯著地增加了處理成本。比較而言，如圖2所描述的直接接觸式冷凝器200的特別優選的構造具有通過第二收集託盤240而與第二部段220分離的第一部段210。這些部段中的每一個接收具有不同溫度的被冷卻處理液體。最典型地，水被用作處理液體，但是還可想到其他合適的處理液體。第一和第二部段通常包含填料床，但可替代地包含網格、託盤、角鐵、及其組合或者其他商業上合適的內部構造。此外，雖然這些部段被示出為豎直設置，但是這些部段替代地能夠橫向設置或者設置在相對於彼此處於任何其他位置。廢氣201 (通常，來自硫回收單元的尾氣)以大約620,000 lb/h的流率和大約 390 T的溫度被輸送到直接接觸式冷凝器200。優選廢氣包括例如來自硫回收單元的尾氣， 但是能夠想到任何商業上合適的廢氣。通過蒸發循環水流205的小部分，廢氣201的至少一部分在減熱部段202中被減熱。底部液體203在直接接觸式冷凝器200的底部被收集，並且具有大約169 T的溫度。該底部液體203被下部泵204以大約1，400, 000 lb/h的流率泵送通過下部管道206，以被再循環到減熱部段202的頂部中。下部流量控制閥208被聯接到下部管道206，以調節到減熱部段202的液體205的流量。關於減熱部段120的操作狀況，應當注意的是，任何已知的和常規的狀況被認為是合適的。廢氣從減熱部段202流動經過可選託盤209，接著，氣體的至少一部分流動經過第一收集託盤230到第一冷凝部段210並且具有大約167. 7 溫度。第一冷凝部段210允許廢氣與第一被冷卻處理液體219對流接觸。當氣體經過第一冷凝部段並且接觸更冷的第一被冷卻處理液體219時，這種接觸冷卻廢氣並且加熱處理液體。得到的被冷卻廢氣211以大約143. 3下的溫度離開第一部段210，並且流經第二收集器240到達第二冷凝部段220。一些水蒸氣被從上升的氣體中冷凝出來並且添加到被加熱處理液體中。在第一部段中的對流接觸之後，被加熱處理液體213具有大約巧4 T的溫度，並且由第一液體收集器230 (優選的是塔盤)收集在第一部段210的底部。第一泵212從第一液體收集器230將具有大約5，500，000 lb/h的流率的被加熱處理液體215的至少一部分(通常是，大部分)泵送通過第一管道218到第一冷卻裝置216。雖然第一冷卻裝置優選是空氣冷卻器，但是能夠使用任何商業上合適的冷卻裝置。第一冷卻裝置具有大約85. 9 MMbtu/h 的冷卻負荷。在需要時，被加熱處理液體213的第二部分217能夠被泵送到下部減熱部段202。 第二部分217的流率能夠由液位控制單元222控制，該液位控制單元222監測在減熱部段 202的底部處的液位。由於在直接對流接觸中從廢氣被移除的熱量的大部分通常是由被包含在廢氣中的水蒸氣的冷凝引起的潛熱，因此，第一冷凝物流207優選地以等於減去第二部分217的水冷凝速率的速率從循環回流被移除。該流207的移除能夠被液位控制單元214 監測到，該液位控制單元214監測在第一收集器230處的液位。在一些廢氣冷卻應用中， 減熱部段202和託盤230可以被省除或者結合第一冷凝部段210。這種結合將消除包括泵 204、管道206和控制器208的下部循環迴路。在這種情況下，收集裝置230可以被省除，並且離開第一冷凝部段210的液體將下降到直接接觸式冷凝器200的底部。於是，泵213將液體從直接接觸式冷凝器200的底部泵送並且將底部液體203傳送到第一冷卻裝置216。第一冷卻裝置216將被加熱處理液體213的部分215冷卻至大約138. 2 °F的溫度，以產生第一被冷卻處理液體219。第一被冷卻處理液體219的至少一部分(通常是，大部分) 被輸送到第一部段210，其流率優選地由流量控制單元2M來調節。第二冷凝部段220提供來自第一部段210的被冷卻廢氣與第二被冷卻處理液體 221的對流接觸。得到的被冷卻廢氣作為出口氣流251離開直接接觸式冷凝器200的上部。 出口氣流具有大約119. 3 0F的溫度以及大約534，000 lb/h的流率。第二被冷卻處理液體 221優選地具有115 T的溫度。可選地，直接接觸式冷凝器200可包括第三部段250以及甚至其他附加部段(未示出)，以提供廢氣與處理液體的附加對流接觸。這種部段被構想成設置在任何合適位置。第二被冷卻處理液體221在第二部段220中對流接觸期間被加熱到大約128. 4 T 的溫度。得到的第二被加熱處理液體223在第二收集器240處被收集。一些水蒸氣從上升氣體中被冷凝出來並且添加到被收集的被加熱處理液體。第二泵226以大約2，900，000 lb/h的流率將第二被加熱處理液體的至少一部分225泵送通過第二管道238到達第二冷卻裝置228。非空氣製冷劑被用於第二冷卻裝置2 中，並且能夠利用任何商業上合適的製冷齊U。製冷劑通過第二冷卻裝置228的流量能夠由溫度控制單元234控制。由於第一冷卻裝置的大冷卻負荷(85. 9 MMBTU/h)，第二冷卻裝置的製冷負荷能夠最小化、優選地從圖1的構造中所需的製冷負荷(69. 7 MMBbtu/h)到大約39. 4 MMbtu/h。 這有利地導致製冷負荷下降大約30. 3 MMBtu/h,並且允許第二冷卻裝置減小尺寸，因而帶來附加成本益處。包含來自第二部段220的冷凝水蒸氣的第二冷凝物流227能夠從第二管道被移除，並且流227的流量能夠由液位控制單元232控制，液位控制單元232監測在第二收集器 240處的液位。第二被加熱處理液體在第二冷卻裝置228中被冷卻到大約115 T的溫度，並且該第二被冷卻處理液體221的至少一部分(通常是，大部分)以能夠由流量控制單元236調節的量被供給第二部段220。可選地，優選地裝有閥的管道242能夠被設置，以允許處理液體的至少一部分繞過收集器240並且流動到第一部段210。第一部段和第二部段的這種液體聯接將減少直接接觸式冷凝器與現有技術構造相比的益處，但是這種聯接增加靈活性並且能夠解決異常操作狀況，且由此提供更穩定且可靠的處理。因此，例如在泵失效的情況下，這種聯接會提供這樣的連接，該連接允許處理液體根據需要被轉向，以補償在直接塔冷凝器的其他區域中的處理液體的減少。替代地或附加地，能夠提供第三管道244和/或第四管道優選地每個都帶有閥)，以液體聯接第一管道218和第二管道238。因此，例如如圖2所示，第四管道246能夠被設置成允許第一被冷卻處理液體219的一部分被轉向到第二管道238。然而，這種附加管道能夠根據需要被設置在整個系統中，以便在泵或冷卻裝置失效的情況下提供各種替代構造。通過解耦循環回流迴路以及向每個迴路提供泵，通過每個迴路的流率能夠變化， 以優化地驅出每個迴路中的熱量。因此，通過利用第一泵212增加流率，空氣冷卻器的冷卻負荷能夠增加並且由此將來自第二冷卻裝置的一些負荷轉移到第一冷卻裝置。通過比較圖1和圖2的處理方案，製冷劑熱量負荷以1. 77的比率從現有技術構造的69. 7 MMBtu/h減小為如圖2所示構造的39. 4 MMBtu/h。該減小主要是因為製冷負荷從第二冷卻裝置轉移到第一冷卻裝置。例如，利用空氣冷卻器作為圖2中的第一冷卻裝置，去除了如圖1所示的通常需要由第二冷卻裝置中的製冷來去除的30. 3 MMBtu/h。這種減小有利地削減了能量需求並且降低了操作所需的冷卻裝置的成本。此外，如圖2所示的構造將在部段的底部處的溫差從10 T (圖1構造的溫差)增加到15下。該更高的溫差使得每個部段的熱傳遞性能對於分布不均和操作問題而言要穩健得多，並且因此比圖1的構造更可靠。此外，更高的溫差允許該部段具有減小的高度。每個床的減小高度提供這樣的附加益處，即使得DCC對於氣體和液體分布不均的不利影響以及對於例如堵塞、腐蝕和/或翻倒的異常操作的結果更為穩健，因而使得這種構造更為靈活且容錯性更強。在一些情況下，在第一冷卻裝置216中來自第一部段210的更大的熱回收提供添加另一冷卻裝置的動力，該另一冷卻裝置將通過熱回收冷卻劑(例如，處理進料預熱器)來回收該部段中的一些熱量、甚至大多數熱量，從而實現附加益處。在其他構想的實施方式中，第二收集器能夠被整個移除，包含管道從而允許被收集液體由於重力而向下流動到用於第一部段210的液體分配器，並且允許全部處理液體被收集在第一收集器處。這種實施方式繼續提供如上所述的優勢。這些替代構造的示例性實施方式在圖3中被示出。圖3示出了圖2的直接接觸式冷凝器的替代實施方式，其中冷卻裝置318和323 串聯操作。在這種構造中，應當理解的是，冷卻裝置323具有通過冷卻裝置318中的液體的預冷卻實現的降低的負荷。應當理解的是，這種構造與圖2的構造相比省除一個收集器和一個泵，但是將顯著更少的冷卻負荷從製冷冷卻器323傳送到空氣冷卻器318。這是因為進入到冷卻器332中的處理液體323的溫度顯著高於進入到冷卻器2 中的處理液體溫度 225。關於圖3中的其餘附圖標記，圖2中用於相同附圖標記的相同部件的考慮同樣適用。類似於如圖2所示的構造，圖3中的構造允許第一冷卻裝置構造成以在頂部處的窄溫差和在底部處的寬溫差操作第一部段和第二部段中的每一個。因此，應當理解的是，在如上所述的對流接觸過程中，能夠獲得各種且顯著的優勢 (例如，處理液體的流率增加、在每個部段的底部處的寬溫差、用於冷卻的能量需求的減少等)。最優選地，通過冷卻來自獨立的冷卻裝置中的第一部段和/或第二部段中的被加熱處理液體以產生相應的第一和第二被冷卻處理液體來實現這種優勢，這些第一和第二被冷卻處理液體然後被再引入到相應的第一部段和第二部段中。雖然通常優選的是，收集器將第一和第二部段相對於處理液體分離，但是也認為合適的是，從第二部段提供處理液體的至少一部分或甚至全部到第一部段中。當然，應當注意的是，各種冷卻介質的可用性將至少部分地確定正被利用的冷卻裝置的類型。然而，通常優選的是，第一冷卻裝置是空氣冷卻器， 且第二冷卻裝置是利用外部非空氣製冷劑的冷卻器。例如，合適的替代冷卻裝置包括水冷交換器、海水交換器、淡水交換器、利用諸如單體烴、多組分烴、滷代烴、氨等的製冷劑操作的冷卻器。仍要注意的是，迄今已知的直接接觸式冷凝器通常是廢氣處理的優選方案，因為該方案僅需要單個泵而不需要添加第二泵和相關管件和流量控制裝置。此外，由於大多數的直接接觸式冷凝器定位在空氣相對冷和/或水豐富的環境中，因此不難實現處理流體的期望最低溫度。因此，沒有意識到具有兩種不同處理流體迴路的益處。然而，當空氣是熱的並且水不可利用或者作為冷卻介質是昂貴的並且需要製冷劑來執行冷卻負荷的顯著部分時，本文所呈現的本發明主題的優勢將容易地變得明顯。此外，應當理解的是，在優選構造和方法中的廢氣是來自硫回收單元的尾氣或來自二氧化碳捕獲工藝的廢氣而不是必須保持接近成分特徵的氣體。因此，常規冷卻策略中的全部或幾乎全部先前被認為令人滿意。然而，如在之前指出的，當環境溫度相對高時(且尤其當水更不容易獲得或作為冷卻介質是昂貴的時)，迄今已知的裝置需要利用大量外部製冷劑來操作。當前最公知的直接接觸式冷凝器處於非廢氣服務中，其中接近成分特徵必須被保持且因此主要構造成實現作為產品從冷凝器被回收的流的最佳分離以及這些流之間的熱移除。比較而言，處於廢氣服務中的直接接觸式冷凝器主要構造成通過環境冷卻劑來移除低等級熱量，當環境溫度相對高時由製冷劑來補充該低等級熱量的移除。因此，已經公開了用於廢氣冷卻的低能量直接接觸式冷凝器的具體實施方式
和應用。然而，對於本領域技術人員應當顯然的是，在不偏離本文的發明構思的情況下可能做出除了已經描述的實施方式之外的許多其它的變體。因此，本發明主題不受限制，除了所附權利要求書的精神以外。此外，在解釋說明書和權利要求書時，所有術語應當以與上下文一致的可能最寬泛的方式被解釋。具體地，術語「包括」和「包含」應當被解釋為以非排他的方式涉及元件、部件或步驟，從而表明參考元件、部件或步驟可以存在、被利用或與未被明確表述的其他元件、部件或步驟結合使用。當申請文件權利要求書指代選自包括A、B、C…和 N的組的一些事物中的至少一個時，該文本應當被解釋為僅需要選自該組的一個元件，並非 A+N 或 B+N 等。
權利要求
1.一種直接接觸式冷凝器，所述直接接觸式冷凝器構造成允許通過與處理液體對流接觸來冷卻廢氣，所述直接接觸式冷凝器包括第一部段，所述第一部段液體聯接到第二部段，使得所述廢氣從所述第一部段移動到所述第二部段；第一冷卻裝置，所述第一冷卻裝置液體聯接到所述第一部段並且構造成向所述第一部段提供第一被冷卻處理液體的至少一部分；第二冷卻裝置，所述第二冷卻裝置液體聯接到所述第二部段並且構造成向所述第二部段提供第二被冷卻處理液體的至少一部分；其中，所述第一冷卻裝置和所述第二冷卻裝置是不同的；以及第一和第二管道，所述第一和第二管道液體聯接到所述直接接觸式冷凝器並且構造成分別向所述第一和第二冷卻裝置提供第一和第二被加熱處理液體。
2.根據權利要求1所述的直接接觸式冷凝器，還包括收集器，所述收集器被設置在所述第一和第二部段之間並且構造成允許所述第二被加熱處理液體從所述第二部段撤回。
3.根據權利要求2所述的直接接觸式冷凝器，其中，所述第一冷卻裝置構造成允許利用在頂部處的窄溫差和在底部處的寬溫差來操作所述第一部段，且其中，所述第二冷卻裝置構造成允許利用在頂部處的窄溫差和在底部處的寬溫差來操作所述第二部段。
4.根據權利要求2所述的直接接觸式冷凝器，還包括第一和第二泵，所述第一和第二泵構造成允許所述第一和第二被加熱處理液體的分別到所述第一和第二冷卻裝置的不同泵送速率。
5.根據權利要求2所述的直接接觸式冷凝器，還包括帶有閥的管道，所述帶有閥的管道構造成在所述第一部段和所述第二部段之間提供用於處理液體的液體旁路。
6.根據權利要求2所述的直接接觸式冷凝器，其中，所述第一和第二管道彼此液體聯接。
7.根據權利要求1所述的直接接觸式冷凝器，其中，所述第一和第二部段液體聯接，以允許所述處理液體的至少一部分從所述第二部段流動到所述第一部段。
8.根據權利要求7所述的直接接觸式冷凝器，其中，基本全部的所述處理液體都流動到所述第一部段。
9.根據權利要求7所述的直接接觸式冷凝器，其中，所述第一冷卻裝置是空氣冷卻器， 且其中，所述第二冷卻裝置構造成利用除了空氣以外的製冷劑。
10.根據權利要求7所述的直接接觸式冷凝器，其中，所述第一和第二冷卻裝置彼此聯接，以允許串聯操作。
11.根據權利要求7所述的直接接觸式冷凝器，還包括第一和第二控制單元，所述第一和第二控制單元構造成控制所述第一和第二處理液體的分別到所述第一和第二部段的流量。
12.根據權利要求1所述的直接接觸式冷凝器，還包括第三部段。
13.根據權利要求1所述的直接接觸式冷凝器，其中，所述第一冷卻裝置構造成利用第一冷卻劑來操作，其中，所述第二冷卻裝置構造成利用第二冷卻劑來操作，且其中，所述第一冷卻劑相比於所述第二冷卻劑具有更低的成本和更高的可用性中的至少一項。
14.根據權利要求13所述的直接接觸式冷凝器，其中，所述第一冷卻裝置是空氣冷卻器，且其中，所述第二冷卻裝置構造成利用除了空氣以外的製冷劑。
15.一種通過與第一和第二部段中的處理液體對流接觸來冷卻廢氣以產生相應的第一和第二被加熱處理液體的方法，所述方法包括冷卻第一和第二冷卻裝置中的被加熱處理液體以產生相應的第一和第二被冷卻處理液體；以及分別向所述第一和第二部段提供所述第一和第二被冷卻處理液體。
16.根據權利要求15所述的方法，其中，所述第一和第二冷卻裝置是不同的，且其中， 所述第一冷卻裝置利用第一冷卻劑來操作，且其中，所述第二冷卻裝置利用第二冷卻劑來操作，且其中，所述第一冷卻劑相比於所述第二冷卻劑具有更低的成本和更高的可用性中的至少一項。
17.根據權利要求15所述的方法，還包括提供收集裝置的步驟，所述收集裝置構造成分離所述第一和第二部段以及允許所述第二被加熱處理液體從所述第二部段選擇性撤回。
18.根據權利要求17所述的方法，其中，所述第一部段利用在頂部的窄溫差和在底部的寬溫差來操作，且其中，所述第二部段利用在頂部的窄溫差和在底部的寬溫差來操作。
19.根據權利要求15所述的方法，其中，所述第一和第二部段液體聯接，以允許處理液體的至少一部分從所述第二部段流動到所述第一部段。
20.根據權利要求19所述的方法，還包括提供第一和第二控制單元的步驟，所述第一和第二控制單元構造成控制所述第一和第二處理液體的分別到所述第一和第二部段的流量。
全文摘要
在廢氣冷卻中利用兩個獨立且不同的冷卻裝置從直接接觸式冷凝器的處理液體移除熱量，這些冷卻裝置將被冷卻處理液體提供到直接接觸式冷凝器的至少兩個獨立部段。最優選地，這些部段液體隔離並且將被加熱處理液體提供給相應冷卻裝置。然而，在其他實施方式中，這些部段彼此液體聯接，以便允許處理液體從一個部段傳送到另一部段。兩個冷卻裝置之一相比另一個利用更低成本或更高可獲得性的冷卻劑。通常優選的是，冷卻裝置之一是空氣冷卻器，而另一冷卻裝置利用除了空氣以外的冷卻介質。
文檔編號F02M11/00GK102575619SQ200980161739
公開日2012年7月11日 申請日期2009年8月3日 優先權日2009年8月3日
發明者H.基斯特, R.B.尼爾森 申請人:氟石科技公司