连续液体空气进料的低温精馏系统技术方案

一种用于进料空气分离的低温精馏系统，其中至少一些进料空气在进入分离柱之前被液化，所有液化的进料空气都被引入高压柱，然后，从高压柱排出部分之这种液化进料空气再以串接方式引入低压柱。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
通常本专利技术涉及进料空气的低温精馏，并且特别用于生产提高压力的气体产品的进料空气低温精馏。工业化大量生产氧和氮是借助于进料空气的低温精馏，如采用双柱系统，其中产品是由低压柱取出的。然而不时地要求生产的产品压力要超过从低压柱取出时的压力。在这样的情况下，就需要把气体氧加压到预定的压力。但出于投资费用的目的通常产品最好以液体的形式从低压柱排出，泵压至较高的压力，然后蒸发加压的液体的生产出预定提高压力的产品气体。在这样的一种系统中，通常称作产品的沸腾系统，使液体通过与冷凝流体，一般为加压进料空气间接热交换在产品蒸发器中蒸发。使所得到的液体进料空气再进入低温空气分离装置中进行分离。已知有两种液体进料空气的配置。在其中一种配置中，所有的液体进料空气都进入高压柱进行低温精馏的处理。在另一种配置中，液体进料空气被分成进入高压柱的第一部分和进入低压柱的第二部分。后一种配置是优选的，因为进来的液体进料空气在柱内分布适宜，所以能使低温精馏整套装置的操作更有效。进料空气的低温精馏，尤其是用于生产提高压力的气体产品，是大量耗能的操作，因此在能量使用效率方面上的任何改进都是希望的。由此，本专利技术的一个目的是提供进料空气低温精馏的系统，其中至少一些进料空气在进入低温空气分离整套装置的一个柱或多个柱之间先被液化，这样做可以改进效率，使之超过在此之前已有的这种系统。通过本专利技术可达到上述和其他的目的，基于阅读本说明书这些目的对所属
的技术人员来说将是明显的，本专利技术的一个方面是进行进料空气低温精馏的方法，包括(A)冷凝进料空气以产生液体进料空气并使所有的液体进料空气在高于高压柱底部的液体空气进料高度上进入高压柱；(B)取自高压柱的第一液流在液体空气进料高度或低于此高度的高度上进入低压柱；(C)取自高压柱的第二液流在低于第一液流排出高度的高度上进入低压柱；(D)通过在低压柱内的低温精馏生产富氮流体和富氧流体；和(E)作为产品回收富氮流体和富氧流体中的至少一种。本专利技术另一方面是进行进料空气低温精馏的设备，包括(A)产品蒸发器和使进料空气进入产品蒸发器的装置；(B)高压柱和使来自产品蒸发器的进料空气在高于高压柱底部液体空气进料高度上进入高压柱的装置；(C)低压柱和使在高压柱的液体空气进料高度或低于此高度出来的第一流体进入低压柱的装置；(D)使从低于来自高压柱的第一流体的排出高度出来的第二流体进入低压柱的装置；和(E)使从低压柱回收产品的装置。本文所用术语“进料空气”指主要包含氧、氮和氩的混合物，如环境空气。本文所用术语“柱”指的是蒸馏或分馏柱或区，即接触柱或区，其中液相和气相逆流接触以进行流体混合物的分离，例如，通过气相和液相在一系列垂直放置的塔盘或安装在柱内的塔板和/或填料元件如结构或无规填料上接触。为了进一步讨论蒸馏柱，可参阅化学工程师手册，第五版，R.H.佩里和C.H.奇尔顿编，麦格劳一希尔图书公司，纽约，第13章，连续蒸馏工艺过程(Chemical Engineer’s Handbook,fifth,edited by R.H.Perry and C.H.chilton,MCGraw-Hill BookCompany,New York,section 13,The continuous DistillationProcess)。本文使用的术语“双柱”指具有其上部与低压柱下部呈热交换关系的高压柱。双柱的进一步讨论登载在鲁曼的“气体分离”中，牛津大学出版社，l949,Ⅶ节，工业空气分离中(in Ruheman“TheSeparation of Gases”, Oxford University Press,1949,Chapter Ⅶ,Commercial Air Separation)。气液接触分离工艺过程取决于各组分蒸汽压之差。高蒸汽压(或易挥发或低沸点)的组分倾向在气相中浓集而低蒸汽压(或不易挥发或高沸点)的组分倾向于在液相中浓集。部分冷凝是一种分离方法，借此把蒸汽混合物的冷却用于浓集挥发组分一种或多种于气相中，由此减少液相中的挥发性组分一种或多种。精馏或连续蒸馏，也是一种分离方法，这种方法是把逆流处理气液相时所形成的连续部分蒸发和冷凝结合起来。通常气液相逆流接触是绝热的并且包括相间的积分(阶段式)或微分(连续)接触。利用精馏原理分离混合物的分离工艺的设置经常可互换地称作精馏柱、蒸馏柱或分馏柱。低温精馏是一种至少部分在或低于150度开氏温度(K)下进行的精馏方法。本文所用术语“间接热交换”意指使两股流体进入热交换关系而没有任何物理接触或流体彼此的混合。本文所用术语“涡轮膨胀”和“涡轮膨胀机”分别指用于高压气体流过涡流机以降低气体的压力和温度由此产生冷冻作用的方法和设备。本文所用术语“上部”和“下部”分别指柱中点以上和以下柱的那些部分。本文所用术语“平衡段”指的是气液接触段，借此离开该段时的蒸汽和液体是处于传质平衡态，例如具有100％效率的塔盘或相当于一块理论塔板的填料元件高度(HETP)。本文所用术语“氩柱”意指处理含氩的进料且产生氩浓度超过进料氩浓度的产品。本文所用术语“底部”，当涉及柱时，意指在该柱内传质内部构件之下的柱的那部分。本文所用术语“产品蒸发器”意指热交换器，进料空气在其中与蒸发液体的间接热交换而被冷凝。产品蒸发器可以是独立的热交换器也可以是被装入大热交换器中的热交换器。本文所用术语“过热器”意指热交换器，其中来自低压柱的含氮流体在冷却一种或多种流体的同时在其饱和温度以上加热。过热器可以是独立的热交换器也可被并入较大的热交换器中。附图的简述单一附图用来图示本专利技术低温精馏系统的一个最佳实施方案。本专利技术体现了这样的反直觉发现，即假若产品蒸发器中产生的所有液化进料空气首先被送入高压柱，随后有部分从该高压柱放出进入低压柱，进行低温精馏的能量和分离效率较至今已知的使用产品蒸发器的系统要高。现在参照附图对本专利技术作详细地描述。参看附图，已被加压至通常在80-700磅/英寸2绝对压力(psia)范围内压力且已清除掉高沸点杂质如二氧化碳、水蒸气和烃的气体进料空气11，被分成进料空气流15和进料空气流12，前者由通过气流11表示的总进料空气约20-35％组成，后者由气流11的约65-80％组成。进料空气流12通过流经主热交换器1与返回流体进行间接热交换被冷却，所得到的冷却进料空气流13经涡轮膨胀机8被涡轮膨胀，再作为流体14进入第一或高压柱5，优选在高压柱5的底部进入。进料空气流15通过流经增压压缩机10把压力升到通常在150-800psia的范围内，再使所得到的加压流体16流经作为产品蒸发器的主热交换器1的部分80，它在其中被冷却并且通过与加压的富氧液体的间接热交换而被冷凝，正如在下文将更充分地描述，产生液体进料空气。所有在产品蒸发器80中产生的液体进料空气都作为流体17从产品蒸发器80中出来经调节的阀门18再以液流19在称作液体空气进料高度的高度上进入高压柱5，该高度在该柱底部的上面，优选在高压柱5底部上方4-7个平衡段。送入高压柱5的液体进料空气具有的氧浓度约21摩尔％。在实施本专利技术时，第一液流21在液体空气进料高度或低于该高度的高度上从高压柱排出，优选在与液体空气进料高度相同的高度上，即相同的平衡段。当用于本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对进料空气实行低温精馏的方法，包括： （Ａ）冷凝进料空气以产生液体进料空气，再使所有的液体进料空气在高压柱底部之上的液体空气进料高度上进入高压柱； （Ｂ）取自高压柱的第一液流在液体空气进料高度或低于此高度的高度上进行低压柱； （Ｃ）取自高压柱的第二液流在低于第一液流排出高度的高度上进入低压柱； （Ｄ）在低压柱内通过低温精馏生产富氮流体和富氧流体；和 （Ｅ）作为产品回收富氮流体和富氧流体中的至少一种。

【技术特征摘要】
US 1998-4-14 09/0592631．一种对进料空气实行低温精馏的方法，包括(A)冷凝进料空气以产生液体进料空气，再使所有的液体进料空气在高压柱底部之上的液体空气进料高度上进入高压柱；(B)取自高压柱的第一液流在液体空气进料高度或低于此高度的高度上进行低压柱；(C)取自高压柱的第二液流在低于第一液流排出高度的高度上进入低压柱；(D)在低压柱内通过低温精馏生产富氮流体和富氧流体；和(E)作为产品回收富氮流体和富氧流体中的至少一种。2．权利要求1的方法，其中第一液流在液体空气进料高度上从高压柱中取出。3．权利要求1的方法，其中第一液流具有基本上与流入高压柱的液体进料空气相同的组成。4．权利要求1的方法，其中第一液流在进入低压柱之前过冷。5．权利要求1的方法，其中富氧流体先作为液体从低压柱排出，然后提高压力，再通过与所述冷凝进料空气的间接热交换而蒸发，以产生所述液体进料空气和产生作...

【专利技术属性】
技术研发人员：EO米勒，DP波纳奎斯特，DR帕斯尼克，CA恩格尔斯，JP里科塔，
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]