專利名稱：低溫分餾及氣體純化的自冷凍方法和用于實現(xiàn)該方法的熱交換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種低溫分餾和氣體純化的方法。
也涉及一種實現(xiàn)該方法的熱交換器。
同時包含幾種成分的某些氣體，其中有的成分在低溫下易液化，而有的成分較難液化或不液化。因此，通過冷卻以冷凝易液化的成分來分離它們和從較難液化或不液化的那些成分中分離它們是有益的嘗試。
在含幾種被處理成分的氣體中，可列舉各種各樣烴的混合物，或非碳氫成分，例如氮、氫、氬和/或一氧化碳以及如催化裂化或蒸汽裂化的氣體。
為達到所要求的冷卻，使用現(xiàn)有技術制備的熱交換器，特別是回流熱交換器，也被稱為“分凝器”，外部致冷作用通常是通過致冷循環(huán)或動態(tài)氣體膨脹以逆流的方式提供的。這將限制利用這些技術達到致冷循環(huán)的有效溫度，并可能引起如氫或甲烷這樣的排出物的膨脹。
可以使用一種自冷凍方法。該方法在于在第一熱換器中冷卻要純化的氣體，從例如在分餾塔中生成的第一冷凝物中分離不凝性氣體，并在第二熱交換器中進一步冷卻不凝性氣體，以生成第二冷凝物，在分離器中從不凝性氣體中分離這種第二冷凝物和將第二冷凝物作為回流返回到塔中。
從第二冷凝物中分離出的不凝性氣體構(gòu)成純化氣。兩個熱交換器所用的冷卻劑都是由通過膨脹而蒸發(fā)的第一冷凝物構(gòu)成的并連續(xù)流過第二熱交換器然后通過第一熱交換器。純化氣體本身流過第二熱交換器然后第一熱交換器。
本發(fā)明的方法和裝置的優(yōu)點是不要求如一般所作的那樣對設備進行外部致冷而實現(xiàn)致冷作用。也不要求已處理的氣體混合物的較難液化的那種或那些成分的任意膨脹。這后一點是重要的，因為一方面液化工藝常要求采用高壓，另一方面要得到一些分離氣體如氫和/或一氧化碳常常是必須在高壓下操作的化學反應的反應物。因此，在低溫分離期間，為了再壓縮這些氣體，以膨脹它們是很不經(jīng)濟的。
因此，與已知的自冷凍方法相比，本發(fā)明的方法和裝置由于只需要一個單元的熱交換器，比已知方法的多級裝置(至少兩個熱交換器、一個分餾塔、一個分離器和許多回路)便宜。本發(fā)明的方法和裝置熱損失也低，而且避免了用于回路和裝置絕熱的高經(jīng)費。
本發(fā)明應用的氣體是在本方法的條件下，有不同沸騰溫度(或冷凝溫度)的至少兩種，優(yōu)選至少三種不同化學成分的混合物，例如氫的混合物，甲烷的混合物和至少一種C2-烴例如乙烷或乙烯與較高(C3或C3以上)烴的，或沒有較高(C3或C3以上)烴的混合物。其它的混合物還包括一氧化碳和氮。
本發(fā)明的方法是低溫分餾和氣態(tài)原料流體純化的自冷凍方法，氣態(tài)原料流體含至少兩種有不同冷凝溫度的可冷凝成分，即分別為至少一種較重的待除去的成分和至少一種較輕的待回收的成分，因此產(chǎn)生的純化氣，優(yōu)選包括較輕的成分(一種或幾種)，而分離的氣體優(yōu)選包括較重的成分(一種或幾種)，其特征是在操作構(gòu)成一單元組件的熱交換區(qū)，和包括至少五個不同聚集地直立回路，分別稱為第一、第二、第三、第四和第五回路，在熱交換區(qū)的每個位置，互相為間接熱交換關系，第一回路或回流回路基本上設置在熱交換區(qū)的上部和較冷的部分，第五回路基本上設置在熱交換區(qū)的下部和較少冷卻部分，本發(fā)明的方法包括將至少一部分聚集的原料氣流體在第五回路內(nèi)從底部循環(huán)到頂部，其條件是可使部分氣體冷凝，生成第一冷凝物，而第一冷凝被運走，基本上沒有上述氣態(tài)流體回流，從第五回路的頂部排出不凝性氣體和第一冷凝物的混合物，在相分離區(qū)從第一冷凝物中分離上述的不凝性氣體，在第一回路或回流回路內(nèi)將這樣分離聚集的氣體從底部循環(huán)到頂部，其條件是該氣體的一部分可產(chǎn)生第二冷凝物，且該第二冷凝物在上述第一回路中回流，并收集在第一回路的底部以與第一回路里循環(huán)流體成逆流的方式，然后再以與第五回路里循環(huán)流體成逆流方式將從聚集在第一回路頂部排出的至少一部分不凝性氣體在第二回路內(nèi)從頂部到底部循環(huán)并排放生成的純凈氣體，在(至少一個)第三回路內(nèi)，將聚集的第一冷凝物和第二冷凝物從底部到頂部循環(huán)，在此進行低溫冷凝，從第三回路(至少一個)的頂部排出低溫冷凝的第一和第二冷凝物，膨脹它們，并將聚集的它們在至少第四回路中從頂部到底部循環(huán)，在此它們從第一、第三和第四回路的流體中吸收熱量而蒸發(fā)，從第四回路(至少一個)的底部至少排出上述氣化的冷凝物，這些氣化的冷凝物就構(gòu)成了分離的氣體。
因此，本發(fā)明操作是在一單元的熱交換器中進行(一單元熱交換區(qū))，它包括單元熱交換區(qū)高度的至少一部分，至少五個回路、每個回路優(yōu)選多通道型、垂直聚集地。稱作回流回路或第一回路的回路之一基本上設置在該熱交換器(熱交換區(qū))的上部，即熱交換器的較冷的部分。這優(yōu)選設有“彎曲”的回路，即冷凝的液體可為一種聚積在向下方向的液流。另一回路(第五回路)優(yōu)選彎曲類型的不適宜用于回流的回路，它基本上設置在熱交換器(熱交換區(qū))的下部，即熱交換器較少冷卻的部分。
在垂直方向聚積的非彎曲型的回路是指在底部加入流體，以一般的方式從底部到頂部向前流動，而這種流體的液體部分基本沒有任何回流，由此，推定比上述回流回路有較小的平均斜度或梯度;換言之，全部或幾乎全部的流體(液體和氣體)在彎曲型式的這種回路中流向聚積向上方向的路徑上并集中在上述回路的頂部，排放點(或區(qū))位于熱交換器的中部，例如，在第一、三回路或熱交換器的半高度附近。
上述的彎曲回路的全部或幾乎全部最好比回流回路位低，最好這兩種回路基本都設置在熱交換器的上部。
第二、第三和第四回路可以是彎曲的，也可以是不彎曲的，優(yōu)選不彎曲的。
但是，為實現(xiàn)上述的目的(分別是回流和不回流)利用彎曲回路和不彎曲回路不是絕對必要的。的確，這對回路的截面和/或在這種回路中原料流體的流速起作用。的確，在較寬的通道內(nèi)的低速度允許回流，而在較窄的通道內(nèi)以高的速度使冷凝物只能向前流動，因此就阻止了它的回流。而且，小截面的多通道回路和大的流速對第五回路特別有利。上述的第五回路與熱交換器同時存在的每個位置相互成熱交換關系，由此假定該熱交換器用優(yōu)良的導熱材料制成其壁應具有由材料的強度所容許的最小的厚度，而且包含一個大的換熱面。本技術領域內(nèi)的技術人員從上述的陳述就能夠沒有任何困難的制造這樣的熱交換器。
按照本發(fā)明，使上述的多成分氣態(tài)流體(至少兩種、而優(yōu)選至少三種可凝性成分)在位于熱交換器下部的第五回路內(nèi)從底部到頂部循環(huán)，其溫度和壓力條件是可部分冷凝上述流體，而不返回流入上述回路。從第五回路的頂部取出的氣液(第一冷凝物)混合物在分離區(qū)分成氣相和液相。使生成的氣相在如上所述的優(yōu)選的位于第五回路上方的第一回路(回流回路)內(nèi)從底部到頂部循環(huán)。在熱交換器較冷的部分內(nèi)，一部分氣體冷凝，而冷凝物(第二冷凝物)將再次向下流向上述的分離區(qū)，這考慮了第一回路沒有彎曲的特征或氣體向上的低流速。
這樣生成的第二冷凝物與已在分離區(qū)內(nèi)存在的第一冷凝物混合，或單獨地回收。在第一回路的頂部回收的不凝性氣體通過上述的第二回路返回熱交換器，在這里以與第一回路和第五回路中循環(huán)的流體成逆流的方式從頂部到底部循環(huán)。在再加熱的情況下再次流出，由此構(gòu)成氣態(tài)原料流體的最易揮發(fā)成分的純化氣。
分離區(qū)的液相，僅由第一冷凝物組成，或是第一和第二冷凝物的混合物，使上述液相在所述第三回路中的底部到頂部的循環(huán)，在此，該液相進行低溫冷凝。然后進行靜態(tài)或動態(tài)膨脹，使在熱交換器的上述第四回路中從頂部到底部循環(huán)，在此由于從第一回路和第三回路的彎曲回路的流體中吸收了熱量而蒸發(fā)。在第四回路底部排放的氣流至少包括氣態(tài)原料流體的揮發(fā)性成分。如果希望，可以部分循環(huán)或另行處理。
按照本發(fā)明的一個可供選擇的方案，第一和第二冷凝物可以不混合，使它們分開地流過第三和第四回路，由此說明了本發(fā)明利用“至少一個第三回路”和“至少一個第四回路”的原因。這樣上文給出的方法流程圖允許對系統(tǒng)不供給任何外部冷源，在低溫下分餾氣態(tài)混合物，對每批物料最易揮發(fā)的成分，沒有任何可估計到的壓力損失。
各種各樣修改的方案或供選擇的方案都可以用來實施本發(fā)明。
按照第一個可供選擇的方案，只將從第一回路的頂部回收的一部氣相輸送到第二回路;另一部分膨脹。并被用在熱交換器內(nèi)沿向下的方向通過第六交換回路，或優(yōu)選通過通道進入第四回路并與加入的膨脹的冷凝物的液相混合，使其在較高的壓力下蒸發(fā)。在這種情況下，在高壓下產(chǎn)生的純化氣更少，但是當一種方法用來進行第四回路流出的氣流的循環(huán)或來自第六回路的氣流的再壓縮時，這是便利的。在第一回路的頂部收集的氣相優(yōu)選為90%-98%(mol.)被輸入到第二回路，而其它部分(2%-10%(mol))膨脹并加入到第四回路的上述液相中。
按照另一個可供選擇的方案，一部分要被純化的氣體并不流過第五回路，而是輸送到氣液分離區(qū)，或輸送到第一回路。這允許設備適當?shù)牟僮?，以適應批料負荷組成的變化。在這種情況下，優(yōu)選氣相的80%-95%(mol)通入第五回路，而5%-20%(mol)的氣相輸送到分離區(qū)。這樣，該方案通過第二回路得到最大量的純化氣。
還有另一個可供選擇的方案是提供將外部源的液相輸送到熱交換器，其條件是在該液相在熱交換器中從頂部到底部通過期間，該液相可以膨脹并在膨脹后氣化。外部源的這種液相首先流過熱交換器，從底部到頂部通過一輔助回路，在再次向下流過輔助回路前，在此進行低溫冷凝。在設備起動期間簡化設備的起動和加速設備進入冷凍狀況是有利的。更簡單地是，如果上述液相的成分與第三回路中的液相相一致，那么在它進入第三回路前，或在它只進入第四回路前，可以與后者混合。
此外，調(diào)節(jié)第五回路內(nèi)的氣態(tài)原料流體的冷凝速率為2%-20%(mol)是有利的。在本發(fā)明的單元熱交換區(qū)中的溫度和壓力條件當然是取決于原料批料負荷的成分，本領域內(nèi)的技術人員在每一具體情況下，利用自己的知識將能夠選擇這些條件，在允許加料流體部分冷凝的條件下進行操作是主要的。由于低溫方法這一事實，該方法應當在低于室溫下，例如0℃和-150℃之間操作，按照被處理的氣體和所選擇的壓力來決定溫度。此外，由于提供了冷凝物的膨脹，該方法在超大氣壓下如5和100巴壓力之間操作是有利的。下文將通過實施例的方式來找到該方法操作的壓力值。
由于操作條件的深思熟慮的選擇，就很易生產(chǎn)含小于1%(mol)的較重成分的純化氣，而分離出的氣體含至少30%(mol)的上述較重成分。
本發(fā)明還涉及允許實現(xiàn)上述方法的熱交換器。這種熱交換器的特征是它包括至少五個不同的垂直聚集的回路，稱為第一、第二、第三、第四和第五回路，在上述熱交換器的每個位置相互成間接的熱交換關系。上述的幾個回路形成單元組件，第一回路為非彎曲型，而第五回路為彎曲型，第一回路設置位置比第五回路的位置要高一些，第一回路的頂部和第二回路的頂部之間至少一處直接連接，第三回路的頂部和第四回路的頂部之間通過一個膨脹裝置至少在一處連接，至少一個相分離區(qū)的上部連接到第一回路的底部，它的下部連接到第三回路的底部，和從它的旁邊連接到第五回路的頂部。
優(yōu)選第一回路放在第五回路的上邊。
附

圖1和2以非限制的方式說明本發(fā)明。
熱交換器E1包括C1-C5五個主要回路，分別對應于本方法的第一、第二、第三、第四和第五回路。待純化的氣體通過管1和3輸送到回路C5，然后通過管2從這里流出作為混合氣/第一冷凝物相。在轉(zhuǎn)鼓B1內(nèi)相互分離成兩相氣相通過管16加入回路C1;在這里進行冷凝并生成第二冷凝物且通過管17流回。不凝性氣在頂部流出，通過管5和7輸送到回路C2。在再加熱的條件下，這個回路C2底部所流出的氣流通過管14。因此，該方法得到純化氣或批料負荷的最輕部分。
來自回路C2和C5的冷凝物分別通過管2和管17混合在一起，并用管4輸送到回路C3，在此，它們進行低溫冷凝。它們由管8的頂部流出，流過膨脹閥V1，經(jīng)管9輸送到回路C4。它們可以流過轉(zhuǎn)鼓B2;在這種情況下，氣相和液相分別由管18和19輸送到C4，向前到點10。氣化的冷凝物通過管11流出回路C4。這些至少是批料負荷的揮發(fā)部分。
按照第一個可供選擇的方案，回路C1流出的一部分氣體從管5取出，一部分通過膨脹閥V2和管6送到轉(zhuǎn)鼓B2按照本發(fā)明的第二個可供選擇的方案，一部分初始氣體通過管15和閥V4輸送到轉(zhuǎn)鼓B1。
按照本發(fā)明第三個可供選擇的方案，與管4中的冷凝物相一致的液相在通入管13和膨脹閥V3之前由管12輸送到輔助回路C6在此進行低溫冷凝，并優(yōu)選通過管9加入轉(zhuǎn)鼓B2。
在圖2中還示出了單元熱交換器組件E1，它包括許多回路，這些回路都是由各個組執(zhí)行相同的功能。因此，圖1的回路C1被分成C1、C1′和C1″，回路C2被分成C2、C2′和C2″等等。每條回路通過一垂直的金屬片例如金屬板20、21、22等與相鄰的回路分開，每條回路優(yōu)選為多通道型?；芈稢1和C3是它們的例子。的確，可看到垂直金屬板例如23(波紋狀金屬片)或24(平板形隔板)將回路分成許多單元通道例如25和26。
從側(cè)面還可看到，設置的通道2、16和17的出口，附屬于圖1的第五(2)回路和第一(16和17)回路，一起與它們相當?shù)氖?′、16′、17′、2″、16″和17″。在熱交換器E1的上部和下部設置岐管沒有示出，因為它們?yōu)橥ㄓ眯汀＠玑苤粚⒒芈稢1、C1′和C1″的流出物收集，而且也用于收集回路C2、C2′和C2″等的流出物。側(cè)管2、16、17(和它們相當?shù)谋砻饕粋€緩沖和兩個緩沖)連接到特殊的轉(zhuǎn)鼓B1或通常加長的轉(zhuǎn)鼓B1上。
上述的回路的順序排列，即C1、C2、C3、C4、C5不是主要的，任何其它的組合都可以考慮。例如，回路可能有C1、C4、C3、C2、C5或C2、C4、C1、C3、C5等順序排列，應當理解，優(yōu)選C1在C5上。
下面的實例1-4是對本發(fā)明進行非限定性說明。
實例1該方法加工的氣體是在-93℃和35巴絕對壓力下得到的。它的組分在表1中給出。它的流速為121.788kmol/h。
回路的不同點處的溫度和壓力條件在表5給出。
閥V2、V3和V4關閉。
在絕對壓力為34.7巴下，在管6收集111.703koml/h的富氫氣體，含小于1%(mol)的乙烯，和在絕對壓力為1.8巴在管12收集10.086kmol/h主要是富乙烯的氣體。這后一種氣體可以輸送到蒸餾塔，得到仍是富乙烯的物流。設備的物流組成在表1中指出。
實例2該方法的操作和實例1相同，而部分打開閥V2，以允許回路4的循環(huán)流體在較高壓力下氣化。
表2和6分別給出了在操作條件下進口和出口處的流體的組成。
實例3該方法的操作如實例2，而部分打開閥V4。表3和7給出了流體的組成和操作條件。
實例4該方法的操作如實例3，此外，部分打開閥V3，允許引入組成為50/50(V/V)的甲烷和乙烯的混合物的蒸餾物，通過精餾從較早的操作步驟得到純化氣。
在設備的起動期間，使用這樣的操作模式，簡化設備進入冷凝狀態(tài)。
表4和表8給出了流體的組成和操作條件。
表1待純化氣 純化氣 分離氣(管1) (管14) (管11)摩爾組分氫 % 摩爾 62.3100 67.7567 1.9871一氧化碳 % 摩爾 0.3814 0.4073 0.0941甲烷 % 摩爾 31.3551 31.0198 35.0688乙炔 % 摩爾 0.0369 0.0013 0.4312乙烯 % 摩爾 5.4370 0.8057 56.7295乙烷 % 摩爾 0.4784 0.0092 5.6743丙烯 % 摩爾 0.0012 0.0000 0.0149溫度 ℃ -93.00 -95.00 -100.00壓力 巴 絕對壓力 35.00 34.70 1.80摩爾流率 kmol/h 121.788 111.703 10.086
表2待純化氣 純化氣 分離氣(管1) (管14) (管11)摩爾組分氫 % 摩爾 62.3100 67.7566 12.8710一氧化碳 % 摩爾 0.3814 0.4073 0.1460甲烷 % 摩爾 31.3551 31.0198 34.3984乙炔 % 摩爾 0.0369 0.0013 0.3600乙烯 % 摩爾 5.4370 0.8057 47.4753乙烷 % 摩爾 0.4784 0.0092 4.7369丙烯 % 摩爾 0.0012 0.0000 0.0124溫度 ℃ -93.00 -95.00 -98.30壓力 巴 絕對壓力 35.00 34.70 2.40摩爾流率 kmol/h 121.788 109.703 12.086
表3待純化氣 純化氣 分離氣(管1) (管14) (管11)摩爾組分氫 % 摩爾 62.3100 67.4592 18.7556一氧化碳 % 摩爾 0.3814 0.4066 0.1682甲烷 % 摩爾 31.3551 31.3225 31.6311乙炔 % 摩爾 0.0369 0.0012 0.3385乙烯 % 摩爾 5.4370 0.8021 44.6420乙烷 % 摩爾 0.4784 0.0085 4.4529丙烯 % 摩爾 0.0012 0.0000 0.0116溫度 ℃ -93.00 -95.00 -99.39壓力 巴 絕對壓力 35.00 34.70 2.40摩爾流率 kmol/h 121.788 108.912 12.876

表5名稱 流體 溫度 壓力 流率n° ℃ 巴 絕對壓力 kmol/h待純化氣 1 -93.00 35.00 121.788冷凍的待純化氣 2 -100.00 34.90 121.788加入E1的待純化氣 3 -93.00 35.00 121.788B1的液體 4 -101.47 34.90 10.086純化氣 5 -120.35 34.80 111.703噴入B2的純化氣 6 -120.35 34.80 0.000再噴入E1的純化氣 7 -120.35 34.80 111.703B1的冷凍液 8 -120.00 34.80 10.086加到B2 9 -136.57 1.90 10.086再加熱的 10 -136.57 1.90 10.086純化氣純化氣 11 -100.00 1.80 10.086蒸餾物 12 0.000冷凍蒸餾物 13 0.000再加熱純化氣 14 -95.00 34.70 111.703噴入B1的待純化氣 15 -93.00 35.00 0.000
表6名稱 流體 溫度 壓力 流率n° ℃ 巴 絕對壓力 kmol/h待純化氣 1 -93.00 35.00 121.788冷凍的待純化氣 2 -100.00 34.90 121.788加入E1的待純化氣 3 -93.00 35.00 121.788B1的液體 4 -101.47 34.90 10.086純化氣 5 -120.35 34.80 111.703噴入B2的純化氣 6 -120.35 34.80 0.000再噴入E1的純化氣 7 -120.35 34.80 111.703B1的冷凍液 8 -120.00 34.80 10.086加入B2 9 -136.57 2.50 12.086再加熱的 10 -136.57 2.50 12.086純化氣純化氣 11 -100.00 2.40 12.086蒸餾物 12 0.000冷凍的蒸餾物 13 0.000再加熱的純化氣 14 -95.00 34.70 109.703噴入B1的待純化氣 15 -93.00 35.00 0.000
表7名稱 流體 溫度 壓力 流率n° ℃ 巴 絕對壓力 kmol/h待純化氣 1 -93.00 35.00 121.788冷凍的待純化氣 2 -100.00 34.90 101.788加入E1的待純化氣 3 -93.00 35.00 101.788B1的液體 4 -96.75 34.90 9.576純化氣 5 -120.30 34.80 112.212噴入B2的待純化氣 6 -120.30 34.80 3.300再噴入E1的純化氣 7 -120.30 34.80 108.912冷凍的B1液體 8 -120.00 34.80 9.576加到B2 9 -137.56 2.50 12.876再加熱 10 -137.56 2.50 12.876純化氣純化氣 11 -99.39 2.40 12.876蒸餾物 12 0.000冷凍的蒸餾物 13 0.000再加熱的純化氣 14 -95.00 34.70 108.912噴入B1的待純化氣 15 -93.00 35.00 20.000
表8名稱 流體 溫度 壓力 流率n° ℃ 巴 絕對壓力 kmol/h待純化氣 1 -93.00 35.00 121.788冷凍的待純化氣 2 -100.00 34.90 101.788加入E1的待純化氣 3 -93.00 35.00 101.788B1的液體 4 -96.75 34.90 9.576純化氣 5 -120.30 34.80 112.212噴入B2的純化氣 6 -120.30 34.80 1.500再噴入E1的純化氣 7 -120.30 34.80 110.712B1的冷凍液體 8 -120.00 34.80 9.576加到B2 9 -137.56 2.50 13.076純化氣 10 -136.87 2.50 13.076再加熱的純化氣 11 -99.19 2.40 13.076蒸餾物 12 -92.00 17.76 2.000冷凍的蒸餾物 13 -120.00 17.66 2.000再加熱的純化氣 14 -95.00 34.70 110.712噴入B1的待純化氣 15 -93.00 35.00 20.000
權(quán)利要求
1.一種低溫分餾和純化氣態(tài)原料流體的自冷凍方法，該氣態(tài)原料流體包含至少兩種有不同冷凝溫度的可冷凝的成分，即至少一種要被除去的較重成分和至少一種要被回收的較輕的成分，以便生產(chǎn)的純化氣優(yōu)選包括較輕的成分(一種或幾種)，而分離出的氣優(yōu)選包括較重成分(一種或幾種)，其改進之處在于如下的步驟在形成單元組件的熱交換區(qū)中操作，并包括至少五個不同的垂直聚集的回路，分別稱為第一、第二、第三、第四和第五回路，在熱交換區(qū)的每個位置，互相成間接熱交換方式，第一回路或回流回路主要設置在熱交換區(qū)的上部和較冷的部分，而第五回路主要設置在熱交換區(qū)的下部和較少冷的部分，該方法包括至少一部分聚集的氣態(tài)原料流體在第五回路中從底部到頂部循環(huán)，其條件是這部分氣態(tài)原料流體可部分冷凝，以產(chǎn)生第一冷凝物，且這種第一冷凝物被上述氣流帶走，而基本上沒有任何回流，排出的不凝性氣體和來自第五回路頂部的第一冷凝物生成的混合物，在相分離區(qū)從上述第一冷凝物中分離上述的不凝性氣，使這樣分離的氣在第一回路或回流回路中從底部到頂部聚集循環(huán)，其條件是一部分氣可以產(chǎn)生第二冷凝物，且這種第二冷凝物可以回流入上述第一回路，并收集在第一回路的底部，使至少一部分從第一回路頂部排出的不凝性氣體在第二回路中以與第一回路中的循環(huán)流體而后和第五回路中的循環(huán)流體成逆流的方式，從頂部到底部聚集循環(huán)，排放生成的純化氣，在至少一個第三回路中，使第一冷凝物和第二冷凝物從底部到頂部聚集循環(huán)，在此進行低溫冷凝，從(至少一個)第三回路的頂部排放生成的低溫冷凝的第一和第二冷凝物，膨脹它們并使它們在至少一個第四回路中從頂部到底部聚集循環(huán)，在此它們從第一、第三和第五回路中的流體中吸收熱量而蒸發(fā)，從(至少一個)第四回路的底部排放上述蒸發(fā)的冷凝物，這些蒸發(fā)的冷凝物構(gòu)成了純化氣。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中該方法是在純化氣包含小于1%(mol)的較重成分和分離氣包含至少30%(mol)的上述較重成分的條件下操作。
3.按權(quán)利要求1或2的方法，其中從第一回路的頂部排放90%-98%(mol)的不凝性氣體，并使其在第二回路中循環(huán)，而其余的2%-10%(mol)的上述不凝性氣體膨脹，并使其在熱交換區(qū)膨脹后，象第一冷凝物或第二冷凝物的混合物或它們兩者的混合物那樣，沿著從頂部到底部的方向聚集循環(huán)，在此，允許上述的冷凝物(一種或幾種)在較高壓力下蒸發(fā)。
4.按權(quán)利要求1的方法，其中5%-20%(mol)的氣態(tài)原料流體并不流過第五回路，而是直接進入上述的相分離區(qū)。
5.按權(quán)利要求4的方法，其中該方法變化是響應氣態(tài)原料流體組成的變化，而將上述氣態(tài)原料流體部分直接輸送到氣相分離區(qū)，以便從第二回路得到最大量的純化氣體。
6.按權(quán)利要求1的方法，還在于在設備起動期間為簡化設備進入冷凍狀態(tài)提供將外部源的液相輸送到熱交換區(qū)，其條件是這種液相在膨脹和從頂部到底部流過熱交換區(qū)后，可以蒸發(fā)。
7.按權(quán)利要求1的方法，還在于在第五回路中冷凝2%-20%(mol)的氣態(tài)原料流體。
8.實施權(quán)利要求1-7之一的方法的帶氣體回流的允許自冷凍純化的熱交換器，其中改進之處在于熱交換器包括至少五個不同的垂直聚集的回路，分別稱為第一、第二、第三、第四和第五回路，在上述熱交換器的每個位置，相互成間接熱交換方式，上述回路形成單元組件，第一回路為非彎曲型，而第五回路為彎曲型，第一回路設置位置比第五回路位置要高一些，在第一回路頂部和第二回路頂部之間至少一處直接連接，在第三回路頂部和第四路頂部之間通過膨脹裝置至少在一處連接，至少一個相分離區(qū)的上部與第一回路的底部連接，而該相分離區(qū)的下部連接第三回路底部，和從旁邊也連接到第五回路頂部。
9.按權(quán)利要求8的熱交換器，其中第一回路放在第五回路上面。
10.按權(quán)利要求8或9的熱交換器，其中至少一部分回路為多通道型。
全文摘要
一種低溫分餾和純化氣體的自冷凍方法，和實施該方法的熱交換器，其中在形成單元組件的熱交換器中處理氣態(tài)流體；氣態(tài)流體在第一和第五回路中通過冷卻部分冷凝，不凝性成分在第二回路中再加熱，所要求的冷度由在第三回路中低溫冷凝后的冷凝物提供的并在第四回路的閥中膨脹揮發(fā)，該方法容許通過在多通道熱交換器各個通道合理地冷凝來純化含幾種可凝性成分的氣態(tài)流體。
文檔編號F25J3/02GK1102879SQ94108609
公開日1995年5月24日 申請日期1994年7月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月15日
發(fā)明者H·帕拉道斯基 申請人:法國技術研究與制造公司