三塔低温精馏系统技术方案

一个直接顺序的三塔低温精馏系统，其中原料流流过系统从高压到低压不能反向，并能达到空气中的三种主要成分的高回收率。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及空气的低温精馏系统，更特别地涉及生产氮气、氧气和氩气的空气低温精馏。常规的生产氧气或含氮氧气和氩气的低温空分过程通常是以两级压力循环为基础。空气首先被压缩并随后以加热产品流的逆流换热方式冷却。冷却的且压缩的空气被送入两个分馏区，第一个分馏区内的压力与空气压力在同一数量级。第一分馏区与较低压力下的第二个分馏区热连接。这两个区热连接以使第一个区的一个冷凝器使第二区再沸，这些空气在第一区内部分地分离产生一个基本上纯的液氮部分和液态富氧部分。富氧部分被作为中间原料气供入第二分馏区，来自第一分馏区的基本纯液氮在第二分馏区的顶部用作回流。在这个分馏区内完成分离，从该区底部产生基本纯的氧气以及在顶部产生基本纯的氮气。当以常规过程生产氩气时，要使用一个第三分馏区。该区的供入料是从第二分馏区中间点抽取的富氩蒸汽部分。第三区的压力与第二区的压力处于同一数量级。在第三分馏区，供入料被分馏成从顶部抽取的富氩流、从第三区底部抽出并在中间点送入第二分馏区的液态流。第三分馏区的回流是由在顶部的一个冷凝器提供的，在该冷凝器中，富氩蒸汽与另一股流热交换而被冷凝，该股流典型地是来自第一分馏区的富氧部分。然后富氧流在中间点处以部分蒸发状态进入第二分馏区，该中间点高于从第二分馏区抽出第三自分馏区的供入料的抽取点。把空气，三组分混合物分离成氮气、氩气和氧气可以看作是两个二元分离。第一个二元分离是把高沸点的氧从中沸点的氩中分离开，另一个二元分离是把中沸点的氩从低沸点的氮中分离。这两个二元分离中，前者更困难，要求更多的回流和/或理论上要比后者有更多的分馏塔盘。氩-氧分离是第三分馏区和第二分馏区的第三区供入料的抽取点之下底部段的主要功能，氮-氩分离是第二分馏区在第三分馏区供入料的抽取点之上的上部段的主要功能。分离的难易是压力的函数，两个二元分离在高压下变得更困难。这一事实说明对传统布置来说第二和第三分馏区的工作压力优选地是近于最小压力即一个大气压。对常规设计来说，由于工作压力增加到比一个大气压高，而增加了氩-氧分离的困难，导致产品回收率大幅度下降。但是，还有其它的考虑，它们使升高压力的过程也具有吸引力。由于蒸汽浓度的增加减少了蒸馏塔的直径和换热器的横截面。提高压力生产能大幅度压缩投资费用。在某些情况下，希望有一个燃气发电透平来集合空气的分离。在这些情况下，空气分离过程要在高的压力下运行。供入第一分馏区的空气在升高的压力大约10至20绝对大气压下。这导致第二和第三分馏区中的理论运行压力为3至6绝对大气压。常规设备在这种压力条件下运行，由于前述的压力对分离的难易的影响，会导致极少的产品回收。因此，本专利技术的目的是提供一种即使在高压下运行也能通过对供入的空气低温精馏以很高产品回收率生产氮气、氧气和氩气产品的低温精馏系统。对本领域人员来说在阅读了本专利技术的公开后上述目的和其它目的将会变得更明显，其中一方面是一种用低温精馏空气来生产氮气、氧气和氩气产品的方法，包括A)把空气供入工作压力范围为150-350psia下的第一塔中并在第一塔中用低温精馏方法把空气分离成富氮蒸汽和富氧-氩流体;B)把富氧-氩流体从第一塔中送入运行压力比第一塔低且带有一个底部再沸器的第二塔中，并在第二塔中以低温精馏方式把富氧-氩流体分离成富氮蒸汽和富氧-氩流体;C)通过与第二塔底部再沸器的富氧-氩流体间接换热冷凝富氮蒸汽以产生富氮液体和富氧-氩蒸汽，把富氮液体用作第一塔的回流液体，并把富氧-氩蒸汽用作第二塔的回流蒸汽。D)把富氧-氩流体从第二塔中供入工作压力比第二塔低并带有一个底部再沸器的第三塔中，以低温精馏方式把富氧-氩流体在第三塔中分离成富氩流体和富氧流体;E)回收作为氮气产品的第一部分富氮蒸汽;F)通过与在第三塔底部的再沸器中的富氧流体间接换热而冷凝第二部分富氮蒸气以生产富氮液体和富氧蒸汽，把富氮液体用作第二塔的回流液，并把富氧蒸汽用作第三塔的回流蒸汽;以及G)将富氧流体作为氧产品及将富氩流体作为氩产品回收。本专利技术的另一方面是以低温精馏方式生产氮气、氧气和氩气产品的设备，包括A)带有供给装置的第一塔;B)第二塔，它带有一个底部再沸器、把流体从第一塔底部通入第二塔的装置、及把流体从第一塔上部送入第二塔底部再沸器及从第二塔底部再沸器送入第一塔的装置;C)从第二塔回收产品的装置;D)第三塔，它带有一个底部再沸器、把流体从第二塔送入第三塔的装置、及把第二塔上部的流体送入第三塔底部再沸器及把第三塔底部再沸器的流体送入第二塔的装置;E)从第三塔的下部回收产品的装置;及F)从第三塔的上部回收产品的装置。在此所用的术语“塔”是一个蒸馏或精馏塔或区，即一个接触的塔或区，其中液相和汽相逆流地接触以引起流体混合物的分离，如所例，使液相和蒸汽相在汽-液接触元件上接触，这些接触元件是如一系列水平相隔的装在塔内的盘或板，和/或可以是结构性的和不规则的填料元件。为了对蒸馏塔的进一步描述，见由RH.Peary和C.H.Chilton编辑McGraw-Hill书籍公司，纽约出版的“化学工程师手册”，第版，第13章“蒸馏”，B.D.Smith、et al，第13-3页，“连续蒸馏过程”蒸汽和液体的接触分离过程有赖于组分的蒸汽压差。高蒸汽压(或易挥发或低沸点)成分将以汽相浓缩而低蒸汽压(或不易挥发或多沸点)成分将以液相浓缩。蒸馏就是分离过程，因此加热液体混合物可用来把挥发成分浓缩成汽相而低挥发成分浓缩成液相。部分冷凝也是分离过程，因为冷却蒸汽混合物可用于把易挥发成分浓缩成汽相而把不易挥发成分浓缩成液相。精馏或连续蒸馏是组合了相继的部分蒸发和冷凝的分离过程，这种蒸发和冷凝是通过汽相和液相的逆流处理而得到的，汽相和液相的逆流接触是等焓的且包括两相之间整体或局部的接触。利用精馏分离混合物的分离过程装置经常可互相交换地叫做精馏塔，蒸馏塔、或分馏塔。低温精馏是一个至少部分地在低温下，如温度在150K或以下完成精馏的过程。在此所用术语“间接换热”是指把两液体流形成热交换关系而流体彼此之间没有任何物理上的接触或相互混合。在此所用术语“供入空气”是指一种主要由氮气、氧气和氩气组成的混合物，如空气。在此所用术语“上部”和“下部”是指分别在塔的中点之上或之下的那些塔的段。在此所用术语“盘”是指一个接触场所，它不一定是一个平衡的级，而且也可指其它接触装置如与一个盘相等价的有分离能力的填料。在此所用术语“平衡级”是指一个蒸汽-液体接触级，因而蒸汽和液体离开该级是在传质上平衡的，如一个有100%效率的盘或高度与一理论上的板相等的填料元件。在此使用的术语“顶部冷凝器”是指一个从塔顶蒸汽中产生一个向下流液体的换热装置。在此使用的术语“底部再沸器”是指从塔底部液体中产生塔的向上流蒸汽的换热装置，底部再沸器可在塔内或塔外，当底部再沸器在塔内时，底部再沸器环绕塔的在塔最下部盘或平衡级下面部分。附图说明图1是本专利技术一个实施例的流程示意图。图2是本专利技术另一包含从最高压塔回收产品的最佳实施例的流程示意图。图3是本专利技术另一个包括从中压塔回收某些氧产品的实施例的流程示意图。本专利技术是一个直接的顺序系统，其中物料流仅在一个方向移动，即从较高压向较低压区流动。这与常规设计相反，在常规设计中物料流的流动是在区域间双向流动的，如在氩侧臂本文档来自技高网...

【技术保护点】
以低温精馏空气来生产氮、氧和氩产品的一种方法，包括：Ａ）把供给空气送入在１５０至３５０ｐｓｉａ压力范围下运行的第一塔中，并在第一塔内以低温精馏方式把供给空气分离成富氮蒸汽和富氧－氩流体；Ｂ）把第一塔的富氧－氩流体送入运行压力比第一塔低的第二塔中，该第二塔带有一底部再沸器，并用低温精馏法在第二塔内把富氧－氩流体分离成富氮蒸汽和富氧－氩流体；Ｃ）使富氮蒸汽在第二塔底部再沸器中与富氧－氩流体间接换热冷凝以产生富氮液和富氧－氩蒸汽。把富氮液用作第一塔内的回流液，并把富氧－氩蒸汽用作第二塔内的回流液，并把富氧－氩流体用作第二塔内的回流蒸汽；Ｄ）把富氧－氩流体从第二塔输入运行压力比第二塔更低且带有底部再沸器的第三塔中，并以低温精馏法把富氧－氩流体在第三塔中分离成富氩流和富氧流；Ｅ）把第一部分富氮蒸汽作为氮产品加以回收；Ｆ）第二部分富氮蒸汽与富氧流在第三塔底部再沸器中间接换热而冷凝，以产生富氮液体和富氧蒸汽，将富氮液作为第二塔的回收液，并把富氧蒸汽作为第三塔的回收蒸汽；Ｇ）把富氧流作为产品氧和把富氩流作为产品氩加以回收。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MJ罗伯特斯，
申请(专利权)人：普拉塞尔技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]