低温精馏系统产量的控制方法技术方案

一种用于操作低温精馏装置的方法，此法不需增设储存或暂存容器，而是根据进料流量的改变，改变塔釜和／或塔顶冷凝器的液位设定点，以控制装置的运转，避免产物纯度偏离额定值。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一般地说，本专利技术涉及低温精馏，更具体地说，涉及低温精馏系统当产量变化时，即至少一种产物流的需要量变化时，的高效运行问题。在实施低温精馏过程中，一种进料流，譬如进料空气，被送入低温精馏装置，例如一个双塔装置，进行分离。从低温精馏装置抽出一种或多种产物流并加以回收。进料流的流量是固定的，以便不断产出所需流量的产物。在低温精馏装置运行当中，对一种或多种产物所要求的流量可以变化。这就要求改变装置的产量，此时也要相应改变进料流量。除非采取特定的控制措施，进料流量的改变会引起一至多塔内液-汽(L/V)比暂时的变化，直到系统恢复平衡或稳定状态为止。造成这种暂时性L/V改变的原因是，进料流量变化引起塔内汽相流量(V)和塔内液相流量(L)变化规律上的差异。这种L/V比变化，因对产物纯度有不利影响，所以是不希望的。由于这个原因，人们希望进料流量改变时以及改变以后，L/V比都始终保持所要求的数值。低温精馏工业世界为解决这个问题的办法是，为低温精馏装置增设液体贮罐或中间罐，以期以一种可控的方式来改变低温精馏装置的产量，即向塔内加入液体和/或收容塔中流出的液体来调整塔内的L/V比。虽说这样的系统是有效的，但是却增加了容器和伴随管路这一项基本投资。鉴于这种情况，本专利技术的一个目的就是，提供一种既能以可控的方式改变低温精馏装置产量，又不需要用贮罐或中间罐来调整塔的L/V比的方法。本专利技术能达到上述和其他目的这一点，对于熟悉此项技术的人在读过本公开之后，就变得很清楚了，本专利技术的一个方面包括一种改变低温精馏装置产量的方法，包括(a)以第一流量将进料加入到包括一高压塔和一低压塔的低温精馏装置中的所述高压塔中；(b)把来自高压塔釜的液体送入低压塔；(c)利用设定于所要求液位的塔釜液位控制器，使高压塔釜内液位保持在所要求的高度；(d)把进料流量改变到第二流量；以及(e)根据进料流量的改变量，改变塔釜液位控制器的设定点。本专利技术的另一个方面包括一种改变低温空分装置产量的方法，包括(a)以第一流量将进料空气加入到包括高压塔、低压塔和一个带塔顶冷凝器的氩气塔的低温空分装置中的所述高压塔中；(b)把来自高压塔釜的液体送入上述塔顶冷凝器，把来自塔顶冷凝器的液体送入低压塔，再把出自低压塔的流体送入氩气塔；(c)利用设定于所要求液位的塔顶冷凝器液位控制器，使塔顶冷凝器的液位保持在所要求的高度；(d)把进料空气流量改变到第二流量；以及(e)根据进料空气流量的改变量，改变塔顶冷凝器液位控制器的设定点。这里所用“进料空气”一词，系指主要包括含氮、氧及氩等气体的混合物，例如空气。这里所用“透平膨胀”和“透平膨胀机”二个术语，分别指，让高压.气体流经透平以使气体减压、降温从而产生致冷的方法和设备。这里所用“塔”一词，系指蒸馏或分馏塔或区，即接触塔或区，其中液、汽相呈逆流接触以实现流体混合物的分离，举例说，通过汽、液相在塔内一系列竖向间隔设置的塔盘或塔板，或者填料表面接触。有关蒸馏塔的进一步讨论，可参见<化学工程师手册·第5版>，R.H.Perry和C.H.Chilton编，Mc Graw-Hill Book Company，纽约，第13部分，“连续蒸馏过程”。“双塔”一词用以指，一个高压塔，其顶部与一低压塔的底部处于热交换关系。有关双塔的进一步讨论，见Ruheman的<气体的分离>，牛津大学出版社，1949，第VII章，“工业空气分离”。汽、液接触分离过程依靠组分间蒸汽压的差异。高蒸汽压(或易挥发、低沸点)组分趋于富集在汽相，而低蒸汽压(或难挥发、高沸点)组分趋于富集在液相。部分冷凝是一种分离过程，即通过冷却蒸汽混合物，使易挥发组分浓集在汽相，相应地，难挥发组分浓集在液相。精馏或连续蒸馏是这样一种分离过程，它结合了连续不断的部分蒸发和部分冷凝过程，正如让汽、液相逆流接触而实现的那样。汽、液相逆流接触是一种绝热过程，既可以包括相间整体接触也可以包括局部接触。用精馏原理分离混合物的分离工艺设备叫精馏塔、蒸馏塔或者分馏塔，常常相互通用不加区分。低温精馏是一种至少一部分在150°K或更低的温度下进行的精馏过程。这里所用“间接换热”一词，系指让两股流体处于热交换关系，而不发生流体间相互的物理接触或相混。这里所用“氩气塔”一词，系指一种处理包含氩的进料并产出一种氩浓度超过进料浓度产物的塔。这里所用“塔项冷凝器”一词，系指一种热交换器，它从塔顶蒸汽中产生出塔的下流液。这里所用“釜”一词，系指蒸馏塔的底部，位于塔盘或填料的下方，用以收集液体的部分。该液体既可以作为产物流抽出，也可以转送到另一塔去。这里所用“液位控制器”一词，系指一种机械、气动或电子装置，也可以指一种编制在电脑内的数学算法程序，它们用于象罐或塔釜之类的存储容器内的液位反馈控制。这里所用“设定点”一词，系指处于反馈控制下的过程的应变量(过程输出)的要求值或目标值，设定点是通过手工或由另一控制器或是由编程于电脑中的数字算法输入到控制器中去的。这里所用“反馈控制”一词，系指根据过程变量偏离其设定点的数值，调整一种或多种过程自变量(过程输入)以便把过程应变量(过程输出)控制在设定点附近。附图说明图1是可以用来实施本专利技术的低温精馏装置的示意图，它包括一个双塔和一个氩气塔。图2是可以用来实施本专利技术的低温精馏装置的示意图，它包括一个双塔，没有氩气塔。对双塔低温精馏装置，尤其是对备有回收氩气的侧臂塔的此种装置，由于同高压塔内液体流动有关的液流滞后，其产量控制变得困难。进入高压塔底的进料流量的增加立即反映在沿全塔身上升蒸汽量的增加。这是因为，伴随流量改变的压力变化是很轻微的，故不存在因储存在该塔内蒸汽积集或损失而造成的滞后。由于同样原因，高压塔顶部存在的额外蒸汽量立即造成主冷凝器蒸出量和沿低压塔身上升蒸汽量的增加。伴随上述流量改变的低压塔内压力变化也很微小。但是，在高压塔顶冷凝成液体回流并沿整个塔身下降的额外蒸汽物料，需要一段时间才能从高压塔顶到塔釜，再流过连结该塔釜到低压塔中部的回路。此回路还可能包括氩气塔顶冷凝器。由于此种液流延迟效应，和改变产量期间，低压塔内的L/V比将经历一个不稳定或偏离过程，导致不希望出现的产物纯度变化。而且，对应于主冷凝器的额外蒸出，因尚未由低压塔内额外的降液所补偿，主冷凝器液位便下降。为运行安全和高效起见，主冷凝器液位必须维持在较窄的范围内。液位过高，会降低传热效率。液位过低时就得停车，因为可能出现主冷凝器蒸干，而蒸干被认为是一种不安全的做法。当进高压塔釜的进料流量减少时，则出现与上述相反的效果。本专利技术针对并解决上述问题，不需要在低温精馏系统中添加额外的容器。本专利技术在同高压塔釜和/或氩气塔顶冷凝器内的液位控制相关的液位控制设定点上作文章。当进入高压塔釜的进料流量增加时，就降低液位设定点，借此立即向低压塔中部提供额外的液量，以减轻高压塔液流滞后造成的后果。这部分额外的液量起着补偿改变产量期间低压塔内L/V不稳的作用，还为维持主冷凝器液位恒定提供所需要的额外液量。鉴于上述塔釜和氩气塔顶冷凝器是低温精馏装置的标准组成部分，这样做就免去了额外(通常是昂贵的)容器以及附带的控制部分和管线的需要。较好的是，本专利技术还利用内部流体组成读数来调整控制器，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于改变低温精馏装置产量的方法，包括： （Ａ）以第一流量将流体加入到包括一高压塔和一低压塔的低温精馏装置中的所述高压塔中； （Ｂ）把来自高压塔釜的液体送入低压塔； （Ｃ）利用设定于所要求液位的塔釜液位控制器，使高压塔釜内液位保持在所要求的高度； （Ｄ）把进料流量改变到第二流量；以及 （Ｅ）根据进料流量的改变量，改变塔釜液位控制器的设定点。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DP邦纳奎斯特，
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]