將壓力p的製作方法

2023-07-10 19:59:16 1

專利名稱：將壓力p的製作方法
技術領域：
本發明涉及蒸餾。更為具體地說，本發明涉及一種將壓力P2的多組分液體進料流引入到在較低壓力P1下工作的蒸餾柱中的方法。
在蒸餾過程中所遇到的一個共同作業就是必須將一股壓力為P2的多組分液體進料流引入在較低壓力P1下工作的蒸餾柱中。例如，在現有技術的雙柱空氣分離循環中，從高壓柱流出的粗製液氧底部物在被送入低壓柱繼續精餾之前必須將壓力降低。
通常，如

圖1中所示，上面所提到的作業僅是將多組分液體進料流在它被引入蒸餾柱之前通過一個閥使其壓力降低來完成。現在參看圖1，多組分液體進料流10在它作為流11引入蒸餾柱C1之前通過閥V1使壓力降低。
本發明的目的是設計出一個改進的方案來完成這一作業，從而使隨後在蒸餾柱內的進料流的分離更為有效。
本發明是一種用於將壓力為P2的多組分液體進料流引入在較低壓力P1下工作的蒸餾柱的方法。該方法包括從進料流中分出一個分流，降低其壓力並使用所形成的流將進料流過冷。在過冷之後，進料流也被降低壓力然後兩股流被送入蒸餾柱的不同級。本發明的一個重要實施方案是在標準的雙柱空氣分離循環的範圍內，其中的多組分液流是來自高壓柱底部的粗製液氧流，該液氧流在引入低壓柱之前必須降低其壓力。
圖1是將壓力為P2的多組分液體進料流引入在較低壓力P1下工作的蒸餾柱的現有技術方法的示意圖。
圖2是描繪本發明方法最簡單的實施方案的示意圖。
圖3是圖1的現有技術蒸餾法的綜合麥凱布-蒂爾(McCabeTheile)圖。
圖4是圖2的蒸餾法的綜合麥凱布-蒂爾圖，該圖與圖3相比較以圖表方式顯示出本發明超過現有技術的改進之處。
圖5是描繪本發明第二個實施方案的示意圖，其中，本發明被結合入現有技術雙柱空氣分離循環中。
本發明是一種用於將壓力為P2的多組分液體進料流引入到在較低壓力P1下工作的蒸餾柱中的方法。本發明方法在圖2中有最佳的描繪說明，這是本發明方法最簡單的實施方案的示意圖。
現在參看圖2，一條分流12從多組分液體進料流10中分出。如圖2中用虛線表示的，該分流可以或者在進料流過冷之前(流12a)和/或進料流過冷之時(流12b)和/或在進料流過冷之後(流12c)被分出，但是，如下文中將說明的，該分流最好還是在進料流過冷之後從進料流中分出。分流的壓力隨後在經過閥V1時被降低。降低了壓力的分流(流13)於是間接地在熱交換器H1中與進料流進行熱交換，從而過冷了進料流而加熱了降低壓力的分流。在過冷的進料流經過閥V2降壓後，降壓過冷的進料流(流14)和加熱降壓的分流(流16)二者均被引入蒸餾柱C1中。如在圖2中所示，降壓過泠的進料流(流14)的引入地點至少高出加熱降壓分流(流16)引入地點一個級。
按圖2中的本發明的實施方案所示，熟練的專業人員將能理解下述的本

發明內容
1.分流的分出地點。如上所述，分流最好在進料流過冷之後從進料流中分出，如圖2中的流12c。與任何的熱力驅動力相反，這要更多地關係到與熱交換器相關的實際限制。將分流在其於熱交換器中過冷之後分出，則當分流隨後閃蒸/通過閥1降壓和在熱交換器中對著過冷的進料流被加溫時就不會有太多的分流被閃蒸成蒸氣相。這又轉化成一個更簡單的熱交換器設計。
2.用於完成降壓的閥與稠流體擴張器(dense fluid expander)的比較。圖2中分流與進料流的分別降壓是通過閥完成的。為了主要在恆熵而不是在恆焓完成這些降壓以獲得熱力效率，就可以想像將這些閥中的一個或兩個都換成稠流體擴張器。然而，這種效率的獲得將以增加資金和操作複雜作為代價。
3.液流分別降壓後的壓力。分流和進料流在它們分別降壓後的壓力一般將是蒸餾柱的工作壓力加上所預期的爭議中的閥/擴張器和蒸餾柱之間的壓降。在分流的情況中，這預期的壓降還必須將橫過熱交換器的壓降考慮入內。因此，分流在降壓後的壓力一般將比進料流在降壓後的壓力略高一些。
本發明與圖1中描繪的現有技術方法相比的優點是，進料流隨後在蒸餾柱內的分離將更為有效。此增加的分離效率以對於圖1和2中的蒸餾過程的綜合麥凱布-蒂爾圖用圖表形式分別在圖3和4中予以說明。請注意在圖4中與圖3相比工作線是多麼更靠近平衡曲線(在麥凱布-蒂爾圖中，工作線越靠近平衡曲線，分離就越有效)。這不僅是因為在圖4中有兩條不同的進料線(與圖3中的一條進料線相比)，而且還因為圖4中進料線的斜度由本發明的在兩流之間的轉移冷凍的作用有利地控制了。通過將進料流14過冷，與圖3中的單一進料線相比，圖4中的其進料線的斜度就順時鐘方向轉動。(請注意過冷進料線14的斜度在圖4中是幾乎直立的，這是因為它在圖2中被閃蒸/降壓後就接近於它的始沸點溫度；如果閃蒸後溫度低於進料線14的始沸點溫度將使進料線14的斜度更進一步向順時鐘方向轉動)。同樣，與圖3中的單一進料線相比通過對分流16加溫，其進料線就朝著逆時鐘方向轉動。(請注意加溫的進料線16的斜度在圖4中是幾乎水平向的，這是因為它在圖2中被閃蒸/降壓之後它就接近於其露點溫度了；閃蒸後溫度比進料線16的露點高就會將進料線16的斜度更進一步地朝著逆時鐘方向轉動)。就最大限度地提高分離的效率而言，進料線的最佳斜度就是那些使工作線和平衡曲線之間的面積儘量縮小的斜度。進料線的最佳斜度取決於具體的實例，特別是關於平衡曲線的形狀。
使用同樣的能量(也就是同樣的沸騰和回流要求)和同樣的在蒸餾柱中的平衡級的數目，由本發明導致的改進的分離效率如上所述轉化成一個更佳的分離(也就是改進的產品純度和回收率)。相反地，改進的容易的分離可以轉化成一個等效分離但隨帶著的是能量的減少和/或級數的減少。
本發明的一個重要的實施方案是在標準的雙柱空氣分離循環之內，其中的多組分液體流是來自高壓柱底部的粗製液氧流，該液氧流在引入低壓柱之前必須降壓。該實施方案顯示在圖5中。
現在參看圖5，被壓縮成高壓、清除了能在低溫下凍結出的雜質並被冷卻至接近其露點的空氣進料(流10)被饋入一個包括高壓柱C1，低壓柱C2和粗氬柱C3的蒸餾柱體系中。為了使圖5的畫面簡化，關於上述的對空氣進料的壓縮，淨化和冷卻在圖5中均被略去。熟悉本專業的人員都知道(i)進料流的壓縮通常都是用冷卻水以級間冷卻的多級式完成的；(ii)將在低溫可凍結出的雜質(如水和二氧化碳)的清除工作通常由結合一個吸附分子篩床的方法完成的；和(iii)將空氣進料冷卻至其露點的工作通常使受壓的空氣進料在前端主熱交換器中與在低溫過程中產生的氣體產品流進行熱交換完成的。
繼續參看圖5，將空氣進料特定地饋入高壓柱C1內，其中空氣進料被精餾成中間氣態氮柱頂餾出物(流20)(其一部分作為產品流(流24)被取出)和粗製液氧底部物(流22)。按照本發明的方法，一個分流(流42)從粗製液氧底部物分出，通過V1被降壓而形成的降壓分流(流43)在熱交換器H1中與粗製液氧底部物進行熱交換。過冷的粗製液氧底部物(流40)的壓力通過閥V2被降壓而形成的降壓、過冷粗製液氧底部物(流44)被饋入低壓柱C2，在其中它被蒸餾成最終的氣態氮柱頂餾出物(流30)和最終的液氧底部物，液氧底部物聚集在低壓柱的貯液槽內。氣態氧產品流(流32)和廢物流(流34)也從低壓柱中除出。
高壓和低壓柱以這樣的方式被熱結合在一起，即來自高壓柱的一部分中間氣態氮柱頂餾出物(流21)在再沸器/冷凝器R/C1中逆著最終的液氧底部物的蒸氣部分被冷凝。第一部分的冷凝中間氣態氮柱頂餾出物(流26)被用來為高壓柱提供回流液，而第二部分(流28)在通過閥V3降壓後被用來為低壓柱提供回流液。
一個含氬氣態側線餾分(流50)從低壓柱中排出，饋入到粗氬柱中，在其內它被精餾成富氬氣態柱頂餾出物(流60)和貧氬底部液(流62)。貧氬底部液被重新送回至低壓柱內的一個適當位置處。富氬氣態柱頂餾出物在再沸器/冷凝器R/C2中逆著加溫降壓分流(流46)被冷凝。一部分冷凝的富氬柱頂餾出物作為回流液被重新送回到氬側臂柱內(流64)，而剩下的部分被回收作為產品流(流66)。進一步加溫的分流(流47)的蒸氣組分和液體組分(流48)均被饋入到低壓柱的一個適當位置處。
當將本發明結合入一個內容更為廣泛的蒸餾操作中，如圖5的實施方案所示時，熟練的專業人員將能理解本發明的下述內容(1)由降壓分流過冷其它的附加流。當本發明的方法被結合入一個內容更為廣泛的蒸餾操作中時，如圖5所示，常常會有附加的流也可以有利地結合入本發明的熱交換步驟中從而使這些附加的流也被本發明的降壓分流所冷卻或過冷。例如，雖然圖5中未示出，送至低壓柱的氮回流液流(流28)可以由降壓分流(流43)所過冷。同樣，空氣進料的一個渦旋膨脹部分在被饋入低壓柱之前可以由降壓分流(流43)所冷卻。
(2)本發明熱交換器與現有技術過冷器的熱結合。為了簡化圖5的圖形，人們熟知的現有技術過冷熱交換器被從圖5中略去，該交換器將來自不同產品流(例如圖5中的流30和34)的低溫冷卻作用傳送給不同的低壓柱進料流(例如圖5中的流22和28)。應當注意到本發明的熱交換器可以與這些過冷器相結合以形成一個單一的熱交換器，這種交換器可以很容易地由熟悉本專業的人員設計出。
權利要求
1.一種將壓力P2的多組分液體進料流引入到在較低壓力P1下工作的蒸餾柱中的方法，所述方法包括下列步驟(a)從進料流中分出一個分流；(b)對分流進行降壓；(c)將降壓分流逆著進料流進行熱交換，從而使所述進料流過冷和對所述降壓分流加溫；(d)將過冷的進料流降壓；和(e)將降壓過冷進料流和加溫降壓分流引入蒸餾柱內，其中降壓過冷進料流的引入點至少在加溫降壓分流的引入點之上一個級。
2.如權利要求1的方法，其中分流在進料流的過冷之前和/或之時和/或之後由進料流中分出。
3.如權利要求1的方法，其中(i)在步驟(b)中分流的降壓是通過第一閥完成的；(ii)在步驟(c)中的熱交換在熱交換器中完成；和(iii)在步驟(d)中過冷進料流的降壓是通過第二閥完成的。
4.如權利要求1的方法，其中(i)另有附加的進料流被送入蒸餾柱內；和(ii)在步驟(c)中，降壓分流還逆著一個或多個附加進料流間接地進行熱交換，從而冷卻或過冷這些附加的進料流。
5.如權利要求4的方法，其中(i)從蒸餾柱有流出物流排出；和(ii)在步驟(c)中，進料流逆著一個或多個流出物流也間接地進行熱交換，從而將這樣的流出物流加溫。
6.在一個空氣分離循環中，粗製液氧流從一個高壓柱的底部物中生產出來，隨後被引入一個低壓柱內，在權利要求1的方法中，多組分液體進料流就是所述粗製液氧流而在壓力P1下工作的蒸餾柱就是所述低壓柱。
7.如權利要求6的方法，其中當在該方法的步驟(c)中，將降壓分流逆著粗製液氧流進行熱交換之後和在步驟(e)中將加溫降壓分流引入低壓蒸餾柱之前，加溫降壓分流被用於完成一個粗製氬柱冷凝任務。
全文摘要
一種將壓力P
文檔編號F25J3/02GK1157181SQ9611458
公開日1997年8月20日 申請日期1996年11月25日 優先權日1995年11月28日
發明者R·阿加拉瓦爾, D·W·伍華德 申請人:氣體產品與化學公司