较低压力下操作的低温精馏系统技术方案

双塔低温精馏系统，其中低压塔底物在一次通过式降流回流冷凝器内通过与冷凝高压塔盘架汽产生的蒸汽逆流直接接触流动而进行附加的精馏作用，使高压塔得以在降低的压力下操作，从而减少进料压缩所需动力。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低温精馏，例如双塔空气低温精馏。低温精馏，例如双塔空气低温精馏是一个相当成熟的工业方法。在双塔工艺中，进料首先在高压塔内经初步分离，而后在低压塔内进一步分离并给出产品。该系统的主要消耗是将进料压缩到高压塔操作必须的压力所消耗的动力。高压塔和低压塔是相互热耦联的，其中高压塔顶汽或盘架汽(Shelf vapour)被用以在主冷凝器/再沸器内再沸腾低压塔底液。必须维持横跨主冷凝器/再沸器间的温差。盘架汽必须冷凝的温度决定高压塔进料所必须的压力。在传统的双塔系统中，采用静沸腾热虹吸主冷凝器/再沸器，其中装满了两端开口并被外壳包着的管子。冷凝器/再沸器一般位于低压塔塔底并部分地浸没在塔底液内。该冷凝器/再沸器外的液面造成了管内的压力和密度梯度，这些梯度使塔底液沿管向上流动。而在管内，液体借助于冷凝器/再沸器壳侧盘架汽的冷凝而部分蒸发。在管内，生成的蒸汽及剩余的液体同向朝上流动，而汽、液混合物从冷凝器/再沸器顶部溢出。蒸汽作为再沸物流沿低压塔继续上升，而液体则返回底液。在主冷凝器/再沸器底部处的液位头要求高压塔内需要的操作压力应比无此液位头时更高。该较高的压力提高了对进料压缩的要求，从而提高了精馏系统的操作费用。有鉴于此，本专利技术的一个目的在于提供一个能在低于与之相当的传统低温精馏系统操作压力下操作的低温精馏系统，从而降低对进料的压缩要求，进而降低低温精馏系统的操作费用。读过本说明书之后，对于本领域技术人员来说，上述以及其他目的将变得很明显，它们由本专利技术实现，其一个方面是进料空气低温精馏的方法，包括(A)将进料空气送入双塔中的高压塔，并在该高压塔内借助低温精馏将进料空气分离成为氮增浓汽和氧增浓液；(B)将氧增浓液送入双塔中的低压塔，并借助低温精馏在低压塔内产生富氧液；(C)将富氧液送入一个降流回流冷凝器的上部并借助与氮增浓汽的间接换热将一部分沿降流回流冷凝器向下流动的液体蒸发，产生富氧汽；(D)使上述富氧汽与下流的富氧液在降流回流冷凝器中逆流直接接触流动，以产生更富氧液；以及(E)从降流回流冷凝器下部采出更富氧液，其氧浓度超过被送入降流回流冷凝器上部的富氧液氧浓度。本专利技术的另一个方面是低温精馏装置，包括(A)由第一塔和第二塔组成的双塔；(B)用以向第一塔加料的装置以及从第一塔向第二塔送流体的装置；(C)降流回流冷凝器以及用以从第一塔向降流回流冷凝器送流体的装置；(D)用以把液体送入降流回流冷凝器上部的装置以及用以使液体和蒸汽在降流回流冷凝器内逆流直接接触流动的装置；以及(E)用以将液体从降流回流冷凝器下部采出的装置。本专利技术的再一方面包括进料空气低温精馏的方法，包括(A)向单塔中加入进料空气并借助低温精馏将进料空气在单塔内分离成富氮汽和氧增浓液；(B)将氧增浓液送入降流回流冷凝器上部并借助与富氮汽的间接换热将一部分沿降流回流冷凝器下流的液体蒸发，产生氧增浓汽；(C)使所述氧增浓汽与向下流的氧增浓液在降流回流冷凝器中逆流直接接触流动，产生更富氧液；并且(D)从降流回流冷凝器下部采出更富氧液，它具有比送入降流回流冷凝器上部的氧增浓液氧浓度更高的氧浓度。本专利技术的又一方面包括低温精馏装置，包括(A)一个单塔和向该塔加料的装置；(B)一个降流回流冷凝器和从塔向降流回流冷凝器送流体的装置；(C)用以向降流回流冷凝器上部送入液体的装置以及使液体和汽体在降流回流冷凝器内逆流直接接触流动的装置；和(D)从降流回流冷凝器下部采出液体的装置。这里所用术语“塔”意指蒸馏塔或分馏塔或区，即接触塔或区，在其中液、汽相逆流接触以实现流体混合物分离，例如借助汽、液相在汽、液接触元件例如沿塔内竖向间隔设置的盘或板和/或码放和/或乱堆填料上进行接触。关于蒸馏塔的进一步讨论，可参见Chemical Engineer’s Handbook，第五版(由R.H.Perry和C.H.Chilton编，McGraw-Hill Book公司出版，纽约)第13章，“Distillation”，B.D.Smith等撰写，第13-3页，TheContinuous Distillation process。术语“双塔”意谓着高压塔上端与低压塔的下端处于换热关系。有关双塔的进一步讨论，参看Ruheman的“The Separation of Gases”(牛津大学出版社，1949)第VII章Commercial Air Separation。蒸汽和液体接触分离过程取决于各组分间蒸汽压差。高蒸汽压(或易挥发或低沸点)组分会倾向于浓集在汽相中，而低蒸汽压(或难挥发或高沸点)组分倾向于浓集在液相中。蒸馏是这样一种分离过程，其中通过加热一种液体混合物在汽相中浓集易挥发组分并在液相中浓集难挥发组分。部分冷凝是这样一种分离过程，即通过冷却蒸汽混合物在汽相浓集易挥发组分并在液相中浓集难挥发组分。精馏，或称为连续蒸馏，是这样一种分离过程，即通过汽、液相的逆流处理，将一连串部分蒸发和部分冷凝过程结合在一起。汽、液相逆流接触是绝热的并可以包括相之间的积分或微分接触。利用精馏原理以分离混合物的分离工艺设备经常被通称为精馏塔、蒸馏塔、或分馏塔。低温精馏是一种至少一部分在120k或更低温度下低温进行的精馏过程。这里所用术语“间接换热”意指将两种流体置于换热关系而流体间无任何直接接触或互混。这里所用术语“进料空气”意指一种主要包括氮和氧的混合物，例如空气。这里所用术语“上部”和“下部”意指分别在冷凝器或塔的中点以上和以下的冷凝器或塔的部分。这里所用术语“降流回流冷凝器”意指冷凝器/再沸器，在其中被蒸发的液体向下流动并与所生成的蒸汽呈逆流接触。附图说明图1是一个优选的双塔低温精馏系统的简化示意图，其中可使用本专利技术的方法和设备。图2是一个在本专利技术的实施中可用的降流回流冷凝器的实施方案示意图。图3是与传统双塔低温精馏相比较，通过实施本专利技术可获得的优点曲线图示。图4是本专利技术结合一单塔运行的另一实施方案的简化示意图。本专利技术包括一种设备，使用它可以不用通常与双塔系统主冷凝器/再沸器相联的液位头。在本专利技术的实施过程中，塔底液向下流过降流回流冷凝器，且一旦通过便被移出而随后不再通过该冷凝器。液体靠重力流动而不需液位头压力。并且，随着液体向下流过降流回流冷凝器借助蒸汽的直接逆流接触流动而被精馏，上述蒸汽系借助下流液体与高压塔盘架汽换热而产生的。在冷凝器处对液位压头压力需要的消除与在降流回流冷凝器内向下流动液体的精馏作用结合在一起降低了为有效蒸发塔底液所需盘架蒸汽的温度。温度的降低转换为压力的降低，从而使高压塔可以在比没有这一因素的相同状况下所需压力更低的压力下操作。操作压力低就降低了进料压缩要求，从而降低了系统操作费用。下面将结合图1所示低温精馏系统对本专利技术做更详细的说明，其中进料空气经低温精馏生产中等纯度氧。中等纯度氧的氧浓度范围在70到98％(摩尔)之间，被广泛用于玻璃、造纸、废物焚烧以及炼钢等行业中。中等纯度氧的生产循环尤其适合结合本专利技术的应用，因为出现在降流回流冷凝器内的精馏效应被最大限度地发挥，从而使高压塔能在较其他可能情况为低的压力下操作。参看图1，基本上清除掉高沸点杂质(例如水蒸汽和二氧化碳)并已被压缩到一般在40-80 psia压力的进料空气24被分成两股物流25和26。本文档来自技高网...

【技术保护点】
进料空气低温精馏的方法，包括：（Ａ）向双塔中的高压塔内供入进料空气，在高压塔内借助于低温精馏将进料空气分离为氮增浓汽和氧增浓液；（Ｂ）将氧增浓液送入双塔中的低压塔，在低压塔内借助低温精馏产生富氧液；（Ｃ）将富氧液送入降流回流冷凝 器的上部并借助与氮增浓汽间接换热使沿降流回流冷凝器向下流的液体的一部分蒸发，生成富氧汽；（Ｄ）使富氧汽与向下流动的富氧液在降流回流冷凝器内逆流直接接触流动，产生更富氧液；以及（Ｅ）从降流回流冷凝器下部采出更富氧液，其氧浓度比进入降流 回流冷凝器上部的富氧液氧浓度更高。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J施莫拉列克，KJ波坦帕，
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]