蒸馏方法和设备技术

本发明专利技术涉及蒸馏设备和方法，其中由压缩的进料物流如压缩空气 形成第一和第二压缩物流。所述第一压缩物流在主换热器内充分冷 却，从而其基本冷凝。所述第二压缩物流在主换热器内部分冷却，并 随后在一定温度下引入涡轮压缩机，使得所述涡轮压缩机的排放物流 过热。所述第一压缩物流的一部分与所述排放物流混合以产生合并物 流，其温度被所述排放物流压力下的饱和温度高不超过10℃。将所述 合并物流引入蒸馏塔单元，产生一种或多种富集待分离的进料组分的 产物。通过这种方式，所述涡轮膨胀可在更高温度下进行，并且具有 更高的致冷效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及蒸馏方法和设备，其中含有待在低温(cryogenic)蒸 馏过程中分离的组分的压缩进料物流的 一 部分从主换热器中排出 (discharge),并随后膨胀以产生过热态的排放(exhaust)物流，并 且所述压缩进术牛物流的其他部分在主换热器中完全冷却并部分与所 述排放物流混合，以去除给予所述排放物流的过热量。
技术介绍
轻质气体蒸馏方法的特征通常在于需要在加压下分离进料物流 中的一种或多种组分。在充分冷却和/或膨胀后，可在一个或多个低温 蒸馏塔中分离进料物流中所含的组分。天然气的低温空气精馏 (rectification)和氮气剔除是这类轻气体蒸馏方法的例子。在与含氧气和氮气物流的低温精馏结合使用的蒸馏过程中，将氮 气与氧气分离。当进料物流为空气时，空气的其他组分如氩气也可被 分离。在这类方法中，对进料物流进行压缩，随后脱除高沸点杂质如 二氧化碳、水分和烃类进行純化。所得压缩和純化进料物流可在主换 热器中冷却至适合于其精馏的温度，并随后引入具有高压塔和低压塔 的蒸馏塔单元中。所述高压塔热通过冷凝器-再沸器与低压塔热连接，所述冷凝器-再沸器可位于所述低压塔的底部。进料在高压塔内蒸馏以产生氮气富集的蒸汽塔顶馏分和粗-液氧 塔底物(bottoms)。氮气富集的蒸汽塔顶馏分可在相对煮沸氧气富集液 体的冷凝器-再沸器内冷凝，其中所述氧气富集液体收集在低压塔的底 部。所得氮气富集液体用于回流高压塔和低压塔。将粗液氣塔底物引 入低压塔中用于进一步精炼。氧气和氮气产物物流由二次氮气富集蒸 汽塔顶馏分构成，并且更进一步提取氧气富集的液体塔底物，并引入 主换热器中并且充分受热，以冷却进料。蒸馏方法和设备可具有其他用途，例如在氮气剔除(reject)单元， 其用于从含烃气体物流中分离和回收氮气，所述含烃气体物流可从管 路进入一定压力下的蒸馏设备。这类物流含有氮气，所述氮气可被分离并回收用于强化采油项目。通常，也使用整合的双蒸馏塔配置，其 中高压塔用于从进料所含曱烷中分离氮气。低压塔产生氮气产物。在多数低温精馏系统中，必须提供致冷(refrigeration )以4氐消环 境热量的泄漏，以利于热交换器操作以及产生液化的产物。在低温空 气蒸馏中，进料气在主空气压缩机内压缩，并随后純化。在产物馏分 需要处于明显压力的情况下，进料空气的一部分可以充分冷却、液化， 且可将其一部分引入高压塔内。在需要所迷空气的显著部分为液化产 物的情况下，将进料物流的第二部分引入涡轮膨胀机中以产生排放物 流，该物流也引入高压塔中。在引入涡轮膨胀机之前，所述物流待膨 胀的部分可在增压压缩机中进一步压缩。通常需要从低温设备中回收液态产物。液体回收的量取决于给予 该设备的致冷量。所述涡轮膨胀机提供这种致冷。然而，这类涡轮膨 胀机代表很高的对设备的投资成本。因而，希望从任何给定涡轮膨胀 机获得最多的液态产物物流。涡轮膨胀机的致冷输出取决于膨胀流、 压力-膨胀比和操作温度。在许多情况下，提高致冷输出的唯 一 可行的方法是通过提高膨胀 发生时的操作温度。然而，这样做存在限制，特别是当涡轮机直接排 气入塔内时。由于涡轮机排出物变为过热的，其引入蒸馏塔中将不可 避免地导致向下流动的液体的部分蒸发。填充塔特别易受蒸汽进料过 热的不利影响，得到有限的持液率。进料过热超过10。C,容易导致过 量的局部塔蒸汽负栽，这会导致观察到的级数的明显损失和/或潜在的 液泛。在美国专利No， 6,000,239中公开了用于分离空气的低温精馏方 法和设备，其中提高了涡轮机的操作温度，并且通过间接热转移去除 了涡轮机排出物中的过热。在该专利中，将压缩并純化后的气体分为 两股物流。两股物流中的一股在主换热器中充分冷却，并引入高压塔 中。两股物流中的另一股在增压压缩机内压缩并随后进一步细分。该 物流的一部分在主换热器内充分冷却并冷凝。该物流的另一部分旁路 通过主换热器，并在不进入主换热器的情况下进行涡轮膨胀。由于高 入口温度，排放物流被过热，并且不能直接引入蒸馏塔中。在该专利 中，从低压塔泵吸氧气富集的液体物流，并随后通入热交换器以与所 述排放物流间接换热，从而消除其过热状态。此后，氧气富集的液体8物流在主换热器内一起蒸发，产生高压氣气产物。在美国专利No. 6,000,239中，必须采用极高的膨胀率以使得排出 物能够绕开主换热器内的冷却。这种涡轮膨胀机是高度专业化的装 置，其显示的等熵膨胀效率稍低于通常与更常规的膨胀率( 90%)相关 联的效率。然而，由于膨胀在高温下进行，涡轮膨胀机以提高的单位 质量流率的致冷功运行。这一事实弥补了较低的等熵效率，并且有利 于更紧凑的过程。与该论述相关的有美国专利No. 3，355，901，其目的是控制涡轮机 排出物中的过热程度。然而，该专利中解决的问题在一定程度上与美 国专利No. 6,000,239和本专利技术中解决的技术问题相背。在美国专利 No， 3,355,901中，试图给予涡轮机排出物轻微程度的过热，而不是从 排出物去除过热。在该专利中，待冷却并引入涡轮膨胀机内的蒸汽物 流的温热部分与冷却的蒸汽物流合并，以确保涡轮机排出物的轻微程 度的过热，从而防止对涡乾「机的破坏。通过调节冷却的蒸汽物流以及 蒸汽物流的温热部分的流量来控制过热程度，进而控制涡轮机入口处 的温度。这种控制是通过将温度感应球置于通向空气分离单元的管线内 来实现的，其含有组成与涡轮机排出物相同的参照流体如空气。所述 球加压至参照流体的饱和压力。在压差变送器中比较所述球和通向空 气分离单元的管线内测得的压力之间的压力差，以产生与涡轮机排出 物的饱和温度有关的信号。在级联控制方案中，使用后续控制器来根 椐需要校正导差变送器的输出信号，随后将这种控制器的输出传输给 另 一控制器，以控制涡轮膨胀机上游的流量控制阀的设置。如以下将论述的，本专利技术提供了与低温蒸馏相关的方法和设备， 其中采用高温的涡轮膨胀机来以更常规的膨胀率产生过热的#夂放物 流，以避免使用专业化的和昂贵的设备。
技术实现思路
一方面，本专利技术涉及蒸馏方法。根据该方法，从含有待分离组分 的压缩进料物流形成第 一压缩物流和第二压缩物流。所述第一压缩物流由主换热器排出，使得该第一压缩物流充分冷 却并基本冷凝。所述第二压缩物流也由主换热器排出，使得第二压缩物流部分冷却。在这一方面，本文以及权利要求中使用的术语"充分冷却(fully cooled)"指物流冷却至主换热器冷端(cold end )的温度。 本文及权利要求中使用的术语"部分冷却"指冷却至介于主换热器的 热端(warm end)和冷端之间的温度。此外，本文及权利要求中使用 的术语"充分温热"指温热至主换热器热端的温度。第二压缩物流的至少 一部分在涡轮膨胀机内膨胀，以产生排放物 流。所述第二压缩物流部分冷却，从而所述排放物流被过热。所述排 放物流的至少一部分与第一压缩物流的至少一部分合并，从而产生合 并物流，该物流的温度不比饱和温度高超过约10°C。将合并物流引入 低温蒸馏过程，以产生至少 一 种富集所述进料物流组分之 一 的产物物 流。所述至少一个产物物流在主换热器内充分温热。在本专利技术的应用中，当获得加压状态的进料物流如在氮气剔除 (reject)单元中时，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
蒸馏方法，包括：　从含有待分离组分的压缩进料物流形成第一压缩物流和第二压缩物流；　从主换热器排出所述第一压缩物流，使得所述第一压缩物流充分冷却并且基本冷凝；　从主换热器排出所述第二压缩物流，使得所述第二压缩物流部分冷却；　 　使所述第二压缩物流的至少一部分在涡轮膨胀机中膨胀以产生排放物流，所述第二压缩物流的部分冷却使得所述排放物流过热；　将所述排放物流的至少一部分与所述第一压缩物流的至少一部分合并，使得所产生的合并物流的温度不比所述排放物流的饱和温度 高超过约１０℃；　将所述合并物流引入配置来分离所述压缩进料物流中的组分并产生至少一个富集所述进料物流的组分之一的产物物流的低温蒸馏过程中；以及　在所述主换热器中充分温热所述至少一个产物物流。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H·E·霍沃德，
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