带釜液塔的低温精馏系统技术方案

用于生产氧和氮的低温精馏系统，使用了一釜液塔，它处理来自高压塔的富氧釜液以及被取自高压塔顶部下方的流体所再沸。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及进料空气的低温精馏，更具体地涉及进料空气的低温精馏以生产氧和氮。进料空气的低温精馏一般在双塔系统中进行，其中在高压塔进行初始分离而在低压塔内进行最终分离。在低层塔中在略大于环境压力下制得各种产品。在某些情况下，在加压时需要氧和氮产品中的一个或两个。特别是在加压下将氮从系统中导出时，将没有足够的回流以有效地操作各塔。因此本专利技术的一个目的是提供用于生产氧和氮的低温精馏系统，即使在加压下生产各产品的一个或两个时，都可有效地进行操作。本领域技术人员在阅读了本公开后，本专利技术所完成的上述及其它目的将显而易见。其一方面是生产氧和氮的低温精馏方法，包含(A)将进料空气送入高压塔，并在高压塔内通过低温精馏将进料空气分离成富氧釜液和富氮顶部流体；(B)将富氧釜液送入釜液塔，并在釜液塔内通过低温精馏产生中间蒸气和中间液体；(C)将自高压塔顶部下方取出的蒸气流与中间液体进行间接热交换以产生高压液体并将高压液体送入高压塔中；(D)将来自釜液塔中的液体送入低压塔中，并在低压塔内通过低温精馏生成富氮流体和富氧流体；和(E)将至少一些富氧流体作为产品氧回收，以及将至少一些中间蒸气、富氮顶部流体和富氮流体中的至少一个作为产品氮回收。本专利技术的另一方面是生产氧和氮的低温精馏设备，包括(A)第一塔、第二塔以及将进料空气送入第一塔的装置；(B)具有底部再沸器的釜液塔以及将来自第一塔下部的流体送入釜液塔的装置；(C)将来自第一塔顶部下方的流体送入釜液塔底部再沸器的装置以及将来自釜液塔底部再沸器的流体送入第一塔的装置；(D)将来自釜液塔的流体送入第二塔的装置；和(E)将来自第二塔下部的流体回收的装置以及将来自第一塔、第二塔和釜液塔中至少一个上部的液体回收的装置。此处所用的术语“塔盘”意指一接触段，它不必是一平衡段，也可指其它接触设备如分离能力相当于一个塔盘的填料。此处所用的术语“平衡段”意指气-液接触段，其中离开该段的气体和液体处于传质平衡，如100％效率的塔盘或相当于一理论塔板(HETP)的填料单元高度。此处所用的术语“进料空气”意指主要包含氧和氮的混合物如环境空气。此处所用的术语“塔”意指蒸馏或分馏塔或区，即接触塔或区，其中液相和气相逆液接触以实现流体混合物的分离，如通过气相和液相在置于塔内的一系列垂直放置的塔盘或塔板和/或填料单元如结构或无规填料上接触。对蒸馏塔进一步的讨论，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出版，纽约，第13段，“连续蒸馏法”。所用的术语“双塔”意指其上部与一低压塔下部处于热交换关系的高压塔。对双塔的进一步讨论可参见Ruheman的“气体分离”，牛津大学出版社，1949，第VII章，工业空气分离。气液接触分离法基于各组分蒸气压的不同。高蒸气压(或易挥发或低沸点)组分易于浓缩于气相而低蒸气压(或难挥发或高沸点)组分易于浓缩于液相。部分冷凝是蒸气混合物的冷却可用来在气相中浓缩挥发组分而难挥发组分在液相中的分离方法。精馏或连续蒸馏是结合通过气相和液相的逆流处理所获得的连续部分蒸发和冷凝的分离方法。气相和液相的逆流接触基本上是绝热的并可包括相互间的积分(阶段的)或微分(连续的)接触。利用精馏的原理来分离混合物的分离方法设备常可互换地称为精馏塔、蒸馏塔或分馏塔。低温精馏是一种在至少部分在温度等于或低于150度开尔文(K)下进行的精馏方法。此处所用的术语“间接热交换”意指各流体之间在没有任何物理接触或混合的情况下将两种流体导入热交换关系。此处所用的术语“再沸器”意指比塔液体中产生塔上流蒸气的热交换装置。此处所用的术语“汽轮膨胀”和“汽轮骤冷器”分别意指高压气流通过一汽轮机以降低气体的压力和温度藉以产生制冷作用的方法和设备。所用的术语“上部”和“下部”意指分别位于塔中点以上和以下的塔的各段。此处所用术语“底部”当涉及一塔时，意指低于塔传质内件即塔盘或填料的塔段。此处所用的术语“底部再沸器”意指从塔底沸腾液体的再沸器。底部再沸器可位于塔内或塔外。此处所用的术语“中间再沸器”意指从塔底上方沸腾液体的再沸器。“中间再沸器”可位于塔内或塔外。此处所用术语“顶部”当涉及一塔时，意指在塔传质内件即塔盘或填料之上的塔段。此处所用的术语“釜液塔”意指处理取自另一塔的下部、优选为底部的流体的塔。仅有的图为本专利技术一优选实施方案的示意图。本专利技术使用一釜液塔以产生附加的液体回流从而可以有效地生产高压产品。通过取自高压塔下方的流体来驱动该釜液塔。这种流体的氧含量及其温度超过高压塔顶部流体。该较高温度的流体使得釜液塔底部的温度高于低压塔底部的温度。流体较高的温度也使高压流体流动增加，从而导致釜液塔内较高的蒸气上流和液体下流。结果与常规系统相比增加了回流液的生成，从而提高了产品回收率和/或增加了平均产品氮压力。本专利技术将参照图详细加以描述。现参照图，进料空气30通过压缩机22被压缩至绝对压力一般在65-325磅/平方英寸(绝对压)的范围。通过净化器23清除被压缩进料空气32的高沸点杂质如二氧化碳和水蒸气，所得清洁、压缩的进料空气被送入高压塔。示于图中的实施方案是一段选实施方案，其中只有部分清洁、压缩的进料空气被送入高压塔中。再参照图，清洁、压缩的进料空气34被分成三部分36、38和44。包含进料空气34至少60％(一般为约60％-75.5％)的第一部分36经过主换热器17通过与返回流进行间接热交换而得到冷却。所得进料空气流60被送入在压力一般为60-320psia下操作的第一或高压塔中。当使用第二进料空气部分38时，一般包含流34的约24％-34％。当需要高压氧产品时该流用于蒸发受压液体。通过压缩机24流38被压缩至压力一般为75-2500psia、优选125-1300psia，并且通过冷却器25，所得加压流40被冷却至接近环境温度。所得流42通过主换热器17而在其中被冷凝。如图所示，流64中的所得液体被送入至少一个或所有三个用于本专利技术实践中的塔中(虽然流64的部分流68进入釜液塔是可选的)。第一液体部分70经部分横过换热器16而得到低温冷却，通过阀164并作为流72被送入第二或低压塔12中。塔12是也包括高压塔10的双塔系统中的低压塔，并在低于高压塔10的压力下(一般在约16-125psia)操作。流64的剩余部分被送入高压塔10并可选地被送入到压力在高压塔及低压塔之间(一般在约35-230psia)下操作的釜液塔11中。参照图，液流64的可选部分68被送经阀161进入釜液塔11中，液流64的部分66被送经阀160进入高压塔10中。当使用第三进料空气部分44时一般包含进料空气流34的约0.5-6％。通过压缩机20流44被压缩至压力一般在100-550psia的范围内。所得压缩流46通过冷却器21被冷却至接近环境温度，所得流48通过部分横过主换热器17而得到冷凝。所得流50经汽轮骤冷器19而被汽轮膨胀以产生制冷作用，所得汽轮膨胀流52被送入低压塔12中。通过汽轮骤冷器19产生的能量通过轴26来驱动压缩机20。高压塔10内被送入该塔的进料空气通过低温精馏被分离成富氧釜液和富氮顶部流体。富氮顶部液体蒸气流110从高压塔10的顶部导出。如图中本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产氧和氮的低温精馏方法，包括： （Ａ）将进料空气送入高压塔并在高压塔内通过低温精馏将该进料空气分离成富氧釜液和富氮顶部液体； （Ｂ）将富氧釜液送入釜液塔中并在釜液塔内通过低温精馏产生中间蒸气和中间流体； （Ｃ）将取自高压塔顶部下方的蒸气流通过与中间液体进行间接热交换以产生高压液体，并将高压液体送入高压塔内； （Ｄ）将来自釜液塔的液体送入低压塔并在低压塔内通过低温精馏产生富氮流体和富氧流体；和 （Ｅ）将至少一些富氧流体作为产品氧回收，以及将至少一些中间蒸气、富氮顶部流体及富氮流体中的至少一个作为产品氮回收。

【技术特征摘要】
US 1996-11-7 7451491.生产氧和氮的低温精馏方法，包括(A)将进料空气送入高压塔并在高压塔内通过低温精馏将该进料空气分离成富氧釜液和富氮顶部液体；(B)将富氧釜液送入釜液塔中并在釜液塔内通过低温精馏产生中间蒸气和中间流体；(C)将取自高压塔顶部下方的蒸气流通过与中间液体进行间接热交换以产生高压液体，并将高压液体送入高压塔内；(D)将来自釜液塔的液体送入低压塔并在低压塔内通过低温精馏产生富氮流体和富氧流体；和(E)将至少一些富氧流体作为产品氧回收，以及将至少一些中间蒸气、富氮顶部流体及富氮流体中的至少一个作为产品氮回收。2.权利要求1的方法，其中蒸气流从高压塔的顶部下方1-15个平衡段的位置取出。3.权利要求1的方法，其中高压液体从所述蒸气流从高压塔取出的位置或其下方被送入高压塔中。4.权利要求1的方法，其中中间蒸气从釜液塔的上部导出，冷凝，所得液体被送入低压塔和釜液塔中。5.权利要求4的方法，其中中间蒸气通过与来自低压塔和釜液塔中至少一个的流体进行间接热交换而得到冷凝。6.生产氧和氮的低温精...

【专利技术属性】
技术研发人员：NM普罗瑟，
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]