分离流体混合物的方法技术

一种低温分离流体的方法，其中分离过程是依靠由多组分致冷剂流体的循环所产生的致冷作用来维持的。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术方法一般涉及为低温分离混合物提供致冷，用于深冷分离特别有利。在低温分离中，对气体混合物进行致冷，维持低温条件，以利于将该混合物分离为其要回收的组分。这些低温分离的实例包括深冷空气分离、天然气改质、粗合成气中氢气的回收和二氧化碳的生产。进行必要致冷实现分离的一种方法是，通过流体涡轮膨胀，由其涡轮膨胀作用产生致冷，经直接或间接的热交换，实现分离。这样的系统尽管有效，但能量消耗很多，产物回收下降，因而操作费用高。利用致冷回路，也可产生致冷作用，其中致冷流体经压缩及液化，再于给定温度下进行相变，从液体变为气体，利用其蒸发潜热达到冷却的目的。这样的致冷回路一般用于家用冰箱及空调。尽管这样的致冷回路在给定温度和在相对较高的低温下致冷有效，但在需要在低温而相对较宽的温度范围下，致冷却不是非常有效。因此，本专利技术的一个目的在于，提供一种实现流体混合物低温分离的方法，尤其深冷温度下分离的方法，比传统分离系统更有效，而无需利用涡轮膨胀产生分离必须的致冷作用。只要阅读本
技术实现思路
，对于本领域技术人员显而易见的上述目的及其它目的是可以达到的。本专利技术的一个方面是一种分离流体混合物的方法包括(A)、压缩一种多组分的致冷剂流体；(B)、冷却该已压缩的多组分致冷剂流体，使该多组分的致冷剂流体至少部分冷凝；(C)、使该冷却后的已压缩多组分致冷剂流体膨胀，产生致冷作用；(D)、应用所述的致冷作用，维持一种流体混合物的低温条件；(E)、分离该流体混合物为至少一种挥发性更高的蒸汽组分和至少一种挥发性较低的液体组分；和(F)、回收至少一种所述挥发性更高的蒸汽组分和挥发性较低的的液体组分。本专利技术的另一方面为一种进行进料空气深冷精馏的方法包括(A)、将进料空气送入深冷精馏装置，利用深冷装置中的深冷精馏作用分离空气，生产至少产物氮和产物氧中的一种；(B)、压缩一种多组分致冷剂流体，冷却该已压缩的多组分致冷剂流体，使该多组分致冷剂流体至少部分冷凝，膨胀该经冷却的已压缩的多组分致冷剂流体，产生致冷作用，并利用所述致冷作用维持所述深冷精馏；和(C)、回收深冷精馏装置中的至少一种产物氮或产物氧。这里所用的术语“致冷作用”指的是能够从低温系统，诸如低温分离过程系统，将热量排放至周围气氛中的作用。这里所用术语“深冷精馏装置”指的是一种通过深冷精馏方法分馏蒸馏混合物的装置，包括一个或数个塔和附属设备管线、阀门及热交换装置。这里所用术语“进料空气”指的是一种主要包括氧、氮及氩的混合物，诸如环境空气。这里所用术语“塔”指的是，其中例如以一系列塔内安装纵向相间的塔盘或塔板，及/或诸如有序结构或无规填料单元，通过汽液相逆流接触，实现流体混合物分离的一种蒸馏或分馏塔或区，即一种接触塔或接触区。有关蒸馏塔的进一步讨论，参见R.H.Perry及C.H.Chilton编著“化学工程师手册”第5版第13部分，“连续蒸馏方法”。这里所用术语“复塔(double column)”指的是，压力较高塔的上部通过热交换与压力较低塔的下部相关联。有关复塔的进一步讨论，参见Ruheman“气体分离”第VII章，工业空气分离，牛津大学出版社(Oxford Universith Press)，1949。汽液接触分离过程取决于这些组分的蒸汽压差。蒸汽压高的组分(高挥发性或低沸点)倾向于在汽相中浓缩，而蒸汽压低的组分(或低挥发性或高沸点)倾向于在液相中浓缩。蒸馏是可利用加热液体混合物使得挥发性高的组分在汽相中浓缩，并因此又使挥发性低的组分在液相中进行浓缩的分离过程。部分冷凝是可利用冷却蒸汽混合物使易挥发性的组分浓缩在汽相中，又因此使挥发性低的组分浓缩在液相中的分离过程。精馏，或连续蒸馏，是将连续部分汽化和冷凝结合一起的分离过程，即通过汽相和液相逆流处理所达到的过程。汽相和液相逆流接触，可以是绝热的或非绝热的，并可包括相间的积分(分段)或微分(连续)接触。利用精馏原理分离混合物的分离过程排列通常交互地称之为精馏塔、蒸馏塔或分馏塔。深冷精馏是在温度至少部分处于150°K或低于150°K下进行精馏的过程。这里所用术语“间接热交换”指的是使两种流体彼此不直接实体接触或相互混合而进行的热交换过程。这里所用术语“涡轮膨胀”和“涡轮膨胀器”分别指的是使高压液流穿过透平，降低流体压力及温度，从而产生致冷作用的方法和设备。这里所用术语“膨胀”指的是降低压力。这里所用术语“产物氮”指的是氮浓度至少99mol％的流体。这里所用术语“产物氧”指的是氧浓度至少70mol％的流体。这里所用的术语“可变负荷的致冷剂”指的是一种由两种或数种组分构成的混合物，各组分之比例致使这些组分的液相在该混合物泡点与露点之间经历连续的和不断增加的温度变化。混合物的泡点是在给定压力下混合物全处于液相的温度，但加入热量就会开始形成与液相平衡的汽相。混合物的露点是在给定压力下其混合物全为汽相的温度，但取热就会开始形成与汽相平衡的液相。因此，在混合物泡点与露点之间的温度区域是汽液相平衡共存的区域。在本专利技术的实施中，泡点与露点的温差对于可变负荷的致冷剂至少为10°K，优选至少12°K，最优选至少为50°K。这里所用的术语“碳氟烃”指的是下述物质之一四氟甲烷(CF4)、全氟乙烷(C2F6)、全氟丙烷(C3F8)、全氟丁烷(C4F10)、全氟戊烷(C5F12)、全氟乙烯(C2F4)、全氟丙烯(C3F6)、全氟丁烯(C4F8)、全氟戊烯(C5F10)、六氟环丙烷(cyclo-C3F6)和八氟环丁烷(cyclo-C4F8)。所里所用的术语“氢碳氟烃”指的是下述物质三氟甲烷(CHF3)、五氟乙烷(C2HF5)、四氟乙烷(C2H2F4)、七氟丙烷(C3HF7)、六氟丙烷(C3H2F6)、五氟丙烷(C3H2F5)、四氟丙烷(C3H4F4)、九氟丁烷(C4HF9)、八氟丁烷(C4H2F8)、十一氟戊烷(C5HF11)、氟代甲烷(CH3F)、二氟甲烷(CH2F2)、氟代乙烷(C2H5F)、二氟乙烷(C2H4F2)、三氟乙烷(C2H3F3)、二氟乙烯(C2H2F2)、三氟乙烯(C2HF3)、氟乙烯(C2H3F)、五氟丙烯(C3HF5)、四氟丙烯(C3H2F4)、三氟丙烯(C3H3F3)、二氟丙烯(C3H4F2)、七氟丁烯(C4HF7)、六氟丁烯(C4H2F6)及九氟戊烯(C5HF9)。这里所用术语“氟醚”指的是下述物质之一三氟甲氧-全氟甲烷(CF3-O-CF3)、二氟甲氧-全氟甲烷(CHF2-O-CF3)、一氟甲氧-全氟甲烷(CH2F-O-CF3)、二氟甲氧-二氟甲烷(CHF2-O-CHF2)、二氟甲氧-全氟乙烷(CHF2-O-C2F5)、二氟甲氧-1，2，2，2-四氟乙烷(CHF2-O-C2HF4)、二氟甲氧-1，1，2，2-四氟乙烷(CHF2-O-C2HF4)、全氟乙氧-氟代甲烷(C2F5-O-CH2F)、全氟甲氧-1，1，2-三氟乙烷(CF3-O-C2H2F3)、全氟甲氧-1，2，2-三氟乙烷(CF3-O-C2H2F3)、环-1，1，2，2-四氟丙醚(cyclo-C3H2F4-O-)、环-1，1，3，3-四氟丙醚(cyclo-C3H2F4-O-)、全氟甲氧-1，1，2，2-四氟乙烷(CF3-O-C2HF4)、环-1，1，2，3，3-五氟丙醚(c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分离流体混合物的方法，包括：（Ａ）、压缩一种多组分的致冷剂；（Ｂ）、冷却该已压缩多组分致冷剂流体，使该多组分的致冷剂流体至少部分冷凝；（Ｃ）、膨胀该经冷却的已压缩多组分致冷剂流体，产生致冷作用；（Ｄ）、应用所述的致冷作用 维持流体混合物的低温条件；（Ｅ）、分离该流体混合物，使之成为至少一种挥发性更高的蒸汽组分和至少一种挥发性较低的液体组分；和（Ｆ）、回收至少一种所述的挥发性更高的蒸汽组分和挥发性较低的液体组分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B阿曼，DP波纳奎斯特，JA韦伯，ME温塞特，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]