低温精馏塔操作方法技术

一种用于操作低温精馏塔的方法，利用低温精馏分离空气组分，该塔可以在大于其设计能力下操作而不发生液泛，其方法包括使蒸气以一种流速向上通过该塔，在塔内通过其上部和下部结构不同的限定结构填料板高度，产生每英尺填料高度至少０．７英寸水柱的压降。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

Operation method of cryogenic rectifying tower

A method for operating a cryogenic distillation tower, air separation components using cryogenic distillation tower, which can operate in greater than the design capacity and the flooding, the method includes the vapor in a flow upward through the tower, the tower with different limit structure filler plate height through its upper and lower structure. The pressure drop per foot filling height of at least 0.7 inches of water column.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及空气低温精馏，以便分离空气为其组分，尤其适用于在提高精馏生产能力情况下操作低温精馏塔。希望一个空气分离厂，在超过该厂设计能力之外进行操作，以便从该厂生产更多产品，若这种提高生产能力的操作可以经济地进行的话。为了接受提高的流速，可以设计或改变空气分离厂大部分组件。例如，上流风机可以用于提高压缩机能力。热交换器可以在增加流速条件下操作，方法是简单地接受提高的压降。空气预净化器的生产能力也可以提高，方法是在避免吸附剂颗粒流化条件下，提高压降操作。然而，更困难的是提高空气分离厂蒸馏塔的生产能力，因为其生产能力受液泛现象限制。无论何时存在垂直逆流两相流动，且流速超过设备生产能力时，液泛总要出现在工艺设备中。在填料塔和盘式塔中，达到液泛的特征是压降迅速增加、分离性能下降和操作不稳定。精馏塔开始液泛，通常是试图增加空气分离厂生产能力超过其设计能力时，遇到的限制性障碍。一般公认，改变塔的压力可以增加蒸馏塔的生产能力。提高压力增加蒸气密度，使蒸气质量流速增加。然而，提高压力会降低相对挥发度，因此使精馏分离更困难。对填料塔和盘式塔，蒸气质量流速生产能力分别按其操作压力的0.4或0.5次方增加。这样解决液泛问题的缺点是，塔操作压力的提高转变为，实际提高了主空气压缩机的排料压力和增加动力费用。压力提高对复式塔的上塔(或较低压力塔)特别不利，因为，由于氧和氮在蒸气压力/温度关系上的差别，压力上的任何提高，当其通过主冷凝器/再沸腾器传递时都必须典型地乘以三。解决这个问题的方法是，提高通过塔的流速超过设计点但不到液泛点。典型填料塔设计在液泛点的80％左右。不幸的是，由于采用常规填料塔压力降波动大会使塔不稳定，因而流速提高只能稍微超过设计点。因此，本专利技术的目的就是提供一种方法，用于在提高生产能力的情况下操作低温精馏塔以分离空气组分，同时避免液泛。通过阅读本公开说明书，本专利技术要达到的上述和其它目的，对本领域技术熟练人员会变得显而易见，本专利技术是用于操作低温精馏塔的一种方法，它包括(A)使包含易挥发空气组分和难挥发空气组分的混合物通入一个塔，该塔装有一高度的填料，该填料包括填料板，填料板下部与其上部结构不同；(B)塔内进行低温精馏，其中蒸气向上流过填料板高度，而液体向下流过填料板高度，由此易挥发组分在上流蒸气中浓缩，而难挥发组分在下流液体中浓缩；(C)使上流蒸气以一种流速向上通过塔内填料高度，以使塔内压降为至少每英尺填料高度0.7英寸水柱；和(D)从塔上部引出易挥发组分，而从塔下部引出难挥发组分。本文使用的术语“塔”意味着一个蒸馏或分馏的段或区，即其中液相和蒸气相逆流接触，例如，经蒸气相和液相在填料元件上接触，实现流体混合物分离的接触段或区。为进一步讨论蒸馏塔，请参见R.H.佩里(R.H.Perry)和C.H.奇尔顿(C.H.Chilton)主编，纽约(New York)麦格劳-希尔图书公司(McGraw-Hill Book Company)出版的化学工程师手册(Chemical Engineers’Handbook)，第四版，第13节，由B.D.斯密思等人(B.D.Smith，et al.，)编写的“蒸馏”，第13-3页连续蒸馏工艺。蒸气和液体接触分离工艺取决于组分蒸气压的差别。高蒸气压(或易挥发或低沸点)组分倾向于在蒸气相浓缩，而低蒸气压(或难挥发或高沸点)组分则倾向于在液相浓缩。蒸馏分离工艺，是靠液体混合物的加热可以用于在蒸气相浓缩易挥发组分，并因此在液相浓缩难挥发组分。部分冷凝分离工艺，是靠蒸气混合物的冷却可以用于在蒸气相浓缩易挥发组分，并因此在液相浓缩难挥发组分。精馏或连续蒸馏分离工艺，是把逆流处理蒸气相和液相所达到的连续部分蒸发和冷凝结合起来。蒸气相和液相的逆流接触可以是绝热的或不绝热的，且可以包括积分(多级)的或微分(连续)的相间接触。利用精馏原理分离混合物的分离工艺装置，往往可互换称作精馏塔、蒸馏塔或分馏塔。低温精馏，是至少部分在温度低于150°K条件下进行的精馏。如本支所用术语“填料”，意味着预先设定尺寸和形状为塔内使用的任何实心或空心物体，对液体提供在两相逆流过程液体-蒸气界面上可进行传质的表面面积。如本文所用术语“结构填料”，意味着斜横波纹填料，其中单个填料彼此间以及相对于塔的轴均有特殊取向。如本文所用术语塔或填料板的“上部”和“下部”，意味着分别在塔或填料板中点以上和以下的那些塔或填料板区段。附图说明图1示意表示可以用于实施本专利技术的一个低温精馏系统。图2A和2B分别以透视和侧视图，描绘实施本专利技术有用的一个结构填料板实施方案，其中填料板下部卷曲高度减小至零。图3A和3B分别以透视和侧视图，描绘实施本专利技术有用的另一个结构填料板实施方案，其中填料板下部卷曲高度减小但不到零。图4A和4B分别以透视和侧视图，描绘实施本专利技术有用的另一个结构填料板实施方案，其中填料板下部卷曲高度与上部一样，但下部波纹角度比上部更陡。图5A和5B分别以透视和侧视图，描绘实施本专利技术有用的另一个结构填料板及其排列实施方案。图6A和6B分别以透视和侧视图，描绘实施本专利技术有用的另一个结构填料板及其排列实施方案。图7、8和9为实施本专利技术可得到优点的图解表示。已知，可以增加横波纹结构填料液压能力的方法包括，使填料板之间气体或蒸气流动阻力，在板的下部要小于板的上部。本专利技术包括发现，在塔中采用板下部与板上部结构不同的结构填料板，且该塔操作压降超过每英尺填料高度0.7英寸水柱时，这种塔可以在超过塔设计点操作，同时传质性能和塔的稳定性获得改进，而液泛也可避免。本专利技术将参照附图进行详细阐述。图1描绘可以实施本专利技术的一个低温精馏系统实施方案。图1描绘的特殊系统包括一个复式塔，和一个氩侧装塔。现在参照图1，基本包含氮、氧和氩的给料空气1，在压缩机2中压缩并经过冷却器3冷却压缩热。加压给料空气然后经过净化器4，除去高沸点杂质如水蒸汽、二氧化碳和碳氢化合物，净化器4是典型的变温或变压吸附净化器。清洁的压缩给料空气5然后冷却，方法是在主热交换器6中与返回流体进行间接热交换。在图1描绘的实施方案中，给料空气5的第一部分7经过增压器压缩机8再压缩，第二部分9经过增压器压缩机10再压缩，且获得的再压缩给料空气部分11和12，以及其余压缩给料空气部分50，经过主热交换器6冷却，以制备压缩、清洁和冷却的给料空气，分别以流体51、52和53表示。流体52经过急剧膨胀器55，急剧膨胀形成流体54，产生用于随后低温精馏的冷冻作用，然后进入较低压力塔24。流体51和53各自进入较高压力塔21。在较高压力塔21内，给料空气经低温精馏分离成富氮蒸气和富氧液体。以流体22表示的富氮蒸气进入主冷凝器23冷凝，其方法是与较低压力塔24底部液体进行间接热交换，以生成富氮液体25。富氮液体25的一部分26返回到较高压力塔21作为回流，而富氮液体25的另一部分27在热交换器6中再冷却，然后进入较低压力塔24作为回流。富氧液体从较高压力塔下部出来，以流体28表示，且其一部分56进入氩塔顶部冷凝器29蒸发，其方法是与富氩蒸气进行间接热交换，得到的富氧流体以流体30表示，从顶部冷凝器29出来，进入较低压力塔24。富氧液体的另一部分57直接进入较低压力塔24。包含氧和氩的流体31由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作低温精馏塔的方法，包括： （Ａ）将含有空气易挥发组分和空气难挥发组分的混合物通入一个塔，该塔装有一高度的填料，该填料包括下部与上部结构不同的填料板； （Ｂ）塔内进行低温精馏，其中蒸气向上流过填料板高度，而液体向下流过填料板高度，由此易挥发组分在上流蒸气中富集，而难挥发组分在下流液体中富集； （Ｃ）使上流蒸气以一种速度向上流过塔内填料高度，以使塔内压降为至少每英尺填料高度０．７英寸水柱；和 （Ｄ）从塔上部引出易挥发组分，从塔下部引出难挥发组分。

【技术特征摘要】
US 1998-10-21 09/1762771.一种用于操作低温精馏塔的方法，包括(A)将含有空气易挥发组分和空气难挥发组分的混合物通入一个塔，该塔装有一高度的填料，该填料包括下部与上部结构不同的填料板；(B)塔内进行低温精馏，其中蒸气向上流过填料板高度，而液体向下流过填料板高度，由此易挥发组分在上流蒸气中富集，而难挥发组分在下流液体中富集；(C)使上流蒸气以一种速度向上流过塔内填料高度，以使塔内压降为至少每英尺填料高度0....

【专利技术属性】
技术研发人员：JF比林哈姆，DM塞勒，MJ洛克特，
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]