專利名稱：將壓力p的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蒸餾。更為具體地說，本發(fā)明涉及一種將壓力P2的多組分液體進(jìn)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(yè)就是必須將一股壓力為P2的多組分液體進(jìn)料流引入在較低壓力P1下工作的蒸餾柱中。例如，在現(xiàn)有技術(shù)的雙柱空氣分離循環(huán)中，從高壓柱流出的粗制液氧底部物在被送入低壓柱繼續(xù)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(yè)僅是將多組分液體進(jìn)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(xiàn)在參看圖1，多組分液體進(jìn)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(fā)明的目的是設(shè)計出一個改進(jìn)的方案來完成這一作業(yè)，從而使隨后在蒸餾柱內(nèi)的進(jìn)料流的分離更為有效。
本發(fā)明是一種用于將壓力為P2的多組分液體進(jìn)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(jìn)料流中分出一個分流，降低其壓力并使用所形成的流將進(jìn)料流過冷。在過冷之后，進(jìn)料流也被降低壓力然后兩股流被送入蒸餾柱的不同級。本發(fā)明的一個重要實施方案是在標(biāo)準(zhǔn)的雙柱空氣分離循環(huán)的范圍內(nèi)，其中的多組分液流是來自高壓柱底部的粗制液氧流，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(jìn)料流引入在較低壓力P1下工作的蒸餾柱的現(xiàn)有技術(shù)方法的示意圖。
圖2是描繪本發(fā)明方法最簡單的實施方案的示意圖。
圖3是圖1的現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明超過現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)之處。
圖5是描繪本發(fā)明第二個實施方案的示意圖，其中，本發(fā)明被結(jié)合入現(xiàn)有技術(shù)雙柱空氣分離循環(huán)中。
本發(fā)明是一種用于將壓力為P2的多組分液體進(jìn)料流引入到在較低壓力P1下工作的蒸餾柱中的方法。本發(fā)明方法在圖2中有最佳的描繪說明，這是本發(fā)明方法最簡單的實施方案的示意圖。
現(xiàn)在參看圖2，一條分流12從多組分液體進(jìn)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(jìn)料流過冷之前(流12a)和/或進(jìn)料流過冷之時(流12b)和/或在進(jìn)料流過冷之后(流12c)被分出，但是，如下文中將說明的，該分流最好還是在進(jìn)料流過冷之后從進(jìn)料流中分出。分流的壓力隨后在經(jīng)過閥V1時被降低。降低了壓力的分流(流13)于是間接地在熱交換器H1中與進(jìn)料流進(jìn)行熱交換，從而過冷了進(jìn)料流而加熱了降低壓力的分流。在過冷的進(jìn)料流經(jīng)過閥V2降壓后，降壓過冷的進(jìn)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(jìn)料流(流14)的引入地點(diǎn)至少高出加熱降壓分流(流16)引入地點(diǎn)一個級。
按圖2中的本發(fā)明的實施方案所示，熟練的專業(yè)人員將能理解下述的本

發(fā)明內(nèi)容
1.分流的分出地點(diǎn)。如上所述，分流最好在進(jìn)料流過冷之后從進(jìn)料流中分出，如圖2中的流12c。與任何的熱力驅(qū)動力相反，這要更多地關(guān)系到與熱交換器相關(guān)的實際限制。將分流在其于熱交換器中過冷之后分出，則當(dāng)分流隨后閃蒸/通過閥1降壓和在熱交換器中對著過冷的進(jìn)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(zhuǎn)化成一個更簡單的熱交換器設(shè)計。
2.用于完成降壓的閥與稠流體擴(kuò)張器(dense fluid expander)的比較。圖2中分流與進(jìn)料流的分別降壓是通過閥完成的。為了主要在恒熵而不是在恒焓完成這些降壓以獲得熱力效率，就可以想象將這些閥中的一個或兩個都換成稠流體擴(kuò)張器。然而，這種效率的獲得將以增加資金和操作復(fù)雜作為代價。
3.液流分別降壓后的壓力。分流和進(jìn)料流在它們分別降壓后的壓力一般將是蒸餾柱的工作壓力加上所預(yù)期的爭議中的閥/擴(kuò)張器和蒸餾柱之間的壓降。在分流的情況中，這預(yù)期的壓降還必須將橫過熱交換器的壓降考慮入內(nèi)。因此，分流在降壓后的壓力一般將比進(jìn)料流在降壓后的壓力略高一些。
本發(fā)明與圖1中描繪的現(xiàn)有技術(shù)方法相比的優(yōu)點(diǎn)是，進(jìn)料流隨后在蒸餾柱內(nèi)的分離將更為有效。此增加的分離效率以對于圖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相比工作線是多么更靠近平衡曲線(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(jìn)料線(與圖3中的一條進(jìn)料線相比)，而且還因為圖4中進(jìn)料線的斜度由本發(fā)明的在兩流之間的轉(zhuǎn)移冷凍的作用有利地控制了。通過將進(jìn)料流14過冷，與圖3中的單一進(jìn)料線相比，圖4中的其進(jìn)料線的斜度就順時鐘方向轉(zhuǎn)動。(請注意過冷進(jìn)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/降壓后就接近于它的始沸點(diǎn)溫度；如果閃蒸后溫度低于進(jìn)料線14的始沸點(diǎn)溫度將使進(jìn)料線14的斜度更進(jìn)一步向順時鐘方向轉(zhuǎn)動)。同樣，與圖3中的單一進(jìn)料線相比通過對分流16加溫，其進(jìn)料線就朝著逆時鐘方向轉(zhuǎn)動。(請注意加溫的進(jìn)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/降壓之后它就接近于其露點(diǎn)溫度了；閃蒸后溫度比進(jìn)料線16的露點(diǎn)高就會將進(jìn)料線16的斜度更進(jìn)一步地朝著逆時鐘方向轉(zhuǎn)動)。就最大限度地提高分離的效率而言，進(jìn)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盡量縮小的斜度。進(jìn)料線的最佳斜度取決于具體的實例，特別是關(guān)于平衡曲線的形狀。
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(shù)目，由本發(fā)明導(dǎo)致的改進(jìn)的分離效率如上所述轉(zhuǎn)化成一個更佳的分離(也就是改進(jìn)的產(chǎn)品純度和回收率)。相反地，改進(jìn)的容易的分離可以轉(zhuǎn)化成一個等效分離但隨帶著的是能量的減少和/或級數(shù)的減少。
本發(fā)明的一個重要的實施方案是在標(biāo)準(zhǔn)的雙柱空氣分離循環(huán)之內(nèi)，其中的多組分液體流是來自高壓柱底部的粗制液氧流，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(xiàn)在參看圖5，被壓縮成高壓、清除了能在低溫下凍結(jié)出的雜質(zhì)并被冷卻至接近其露點(diǎn)的空氣進(jìn)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(guān)于上述的對空氣進(jìn)料的壓縮，凈化和冷卻在圖5中均被略去。熟悉本專業(yè)的人員都知道(i)進(jìn)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(jié)出的雜質(zhì)(如水和二氧化碳)的清除工作通常由結(jié)合一個吸附分子篩床的方法完成的；和(iii)將空氣進(jìn)料冷卻至其露點(diǎn)的工作通常使受壓的空氣進(jìn)料在前端主熱交換器中與在低溫過程中產(chǎn)生的氣體產(chǎn)品流進(jìn)行熱交換完成的。
繼續(xù)參看圖5，將空氣進(jìn)料特定地饋入高壓柱C1內(nèi)，其中空氣進(jìn)料被精餾成中間氣態(tài)氮柱頂餾出物(流20)(其一部分作為產(chǎn)品流(流24)被取出)和粗制液氧底部物(流22)。按照本發(fā)明的方法，一個分流(流42)從粗制液氧底部物分出，通過V1被降壓而形成的降壓分流(流43)在熱交換器H1中與粗制液氧底部物進(jìn)行熱交換。過冷的粗制液氧底部物(流40)的壓力通過閥V2被降壓而形成的降壓、過冷粗制液氧底部物(流44)被饋入低壓柱C2，在其中它被蒸餾成最終的氣態(tài)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(nèi)。氣態(tài)氧產(chǎn)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(jié)合在一起，即來自高壓柱的一部分中間氣態(tài)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(tài)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降壓后被用來為低壓柱提供回流液。
一個含氬氣態(tài)側(cè)線餾分(流50)從低壓柱中排出，饋入到粗氬柱中，在其內(nèi)它被精餾成富氬氣態(tài)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(nèi)的一個適當(dāng)位置處。富氬氣態(tài)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(cè)臂柱內(nèi)(流64)，而剩下的部分被回收作為產(chǎn)品流(流66)。進(jìn)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(dāng)位置處。
當(dāng)將本發(fā)明結(jié)合入一個內(nèi)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(yè)人員將能理解本發(fā)明的下述內(nèi)容(1)由降壓分流過冷其它的附加流。當(dāng)本發(fā)明的方法被結(jié)合入一個內(nèi)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(jié)合入本發(fā)明的熱交換步驟中從而使這些附加的流也被本發(fā)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(jìn)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(fā)明熱交換器與現(xiàn)有技術(shù)過冷器的熱結(jié)合。為了簡化圖5的圖形，人們熟知的現(xiàn)有技術(shù)過冷熱交換器被從圖5中略去，該交換器將來自不同產(chǎn)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(jìn)料流(例如圖5中的流22和28)。應(yīng)當(dāng)注意到本發(fā)明的熱交換器可以與這些過冷器相結(jié)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(yè)的人員設(shè)計出。
權(quán)利要求
1.一種將壓力P2的多組分液體進(jìn)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(jìn)料流中分出一個分流；(b)對分流進(jìn)行降壓；(c)將降壓分流逆著進(jìn)料流進(jìn)行熱交換，從而使所述進(jìn)料流過冷和對所述降壓分流加溫；(d)將過冷的進(jìn)料流降壓；和(e)將降壓過冷進(jìn)料流和加溫降壓分流引入蒸餾柱內(nèi)，其中降壓過冷進(jìn)料流的引入點(diǎn)至少在加溫降壓分流的引入點(diǎn)之上一個級。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中分流在進(jìn)料流的過冷之前和/或之時和/或之后由進(jìn)料流中分出。
3.如權(quán)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(jìn)料流的降壓是通過第二閥完成的。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中(i)另有附加的進(jìn)料流被送入蒸餾柱內(nèi)；和(ii)在步驟(c)中，降壓分流還逆著一個或多個附加進(jìn)料流間接地進(jìn)行熱交換，從而冷卻或過冷這些附加的進(jìn)料流。
5.如權(quán)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(jìn)料流逆著一個或多個流出物流也間接地進(jìn)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(huán)中，粗制液氧流從一個高壓柱的底部物中生產(chǎn)出來，隨后被引入一個低壓柱內(nèi)，在權(quán)利要求1的方法中，多組分液體進(jìn)料流就是所述粗制液氧流而在壓力P1下工作的蒸餾柱就是所述低壓柱。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中當(dāng)在該方法的步驟(c)中，將降壓分流逆著粗制液氧流進(jìn)行熱交換之后和在步驟(e)中將加溫降壓分流引入低壓蒸餾柱之前，加溫降壓分流被用于完成一個粗制氬柱冷凝任務(wù)。
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(yōu)先權(quán)日1995年11月28日
發(fā)明者R·阿加拉瓦爾, D·W·伍華德 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司