[发明专利]具有脉冲管冷冻作用的低温精馏体系

说明书

本发明一般涉及低温精馏，具体可用于进行低温空气分离。

低温精馏(如进料空气的低温精馏)要求提供冷冻作用以推动分离的进行。一般通过工艺流如一部分进料空气进行汽轮膨胀来提供这种冷冻作用。虽然这种常规实践是有效的，但却是有限的，因所需量的冷冻作用的任何变化都会内在地影响整个工艺的操作。因而我们需要一个低温精馏体系，其中所需冷冻作用的提供与体系工艺流的流量无关。

为与内体系工艺流流量无关的低温精馏体系提供冷冻作用的一个方法是提供进入体系的冷冻液体形式的所需冷冻作用。然而遗憾的是这种方法相当昂贵。

因此本发明的一个目的是提供一个改进的低温精馏体系，其中至少一些用于分离的冷冻作用的提供与工艺流的汽轮膨胀无关，并且不要求为体系提供外界的低温液体。

通过本发明来实现在阅读本公开后对本领域技术人员显而易见的上述及其他目的，本发明的一方面是：

一种用于进行低温精馏的方法，它包括：

(A)将进料送入包括至少一个塔的低温精馏设备；

(B)将压缩力施用于脉冲管体系气体以压缩该脉冲管体系气体，将压缩后的脉冲管体系气体送往脉冲管，并在脉冲管内膨胀该脉冲管体系气体以产生冷冻作用；

(C)将通过脉冲管体系气体所产生的冷冻作用送入低温精馏设备；和

(D)采用由脉冲管体系气体所产生的冷冻作用在低温精馏设备内通过低温精馏分离进料。

本发明的另一方面是：

用于进行低温精馏的装置，它包括：

(A)包括至少一个塔的低温精馏设备以及用于将进料送入低温精馏设备的装置；

(B)脉冲管冷冻体系，包括预冷却装置、脉冲管、用于将脉冲管体系气体从预冷却装置送往脉冲管的装置，以及将压缩力施用于脉冲管体系气体的装置；

(C)用于将来自脉冲管冷冻体系的冷冻作用送往低温精馏设备的装置；和

(D)用于从低温精馏设备中回收产品的装置。

如此处所用的术语“塔”指的是蒸馏或分馏塔或区，也即接触塔或区，其中液相与汽相逆流接触，如通过使汽相与液相在一系列安装在塔内的垂直放置的塔盘或塔板和/或填充单元如结构填料或无规填料上进行接触来完成流体混合物的分离。对于蒸馏塔进一步的讨论可参见Chemical Engineer’s Handbook，第5版，R.H.Perry和C.H.Chilton编，McGraw-Hill Book Company，New York，第13节，连续蒸馏法。

术语“双塔”用来指高压塔的上部与低压塔的下部具有热交换关系。关于双塔的进一步讨论可参见Ruheman的“气体分离”，OxfordUniversity出版社，1949年，第VII章，工业气体分离。

蒸气与液体接触分离法取决于各组分的蒸气压差。高蒸气压(或易挥发或低沸点)的组分将倾向浓缩于汽相，而低蒸气压(或不易挥发或高沸点)组分则倾向浓缩于液相。蒸馏是可利用加热液体混合物来将易挥发组分浓缩于汽相因而不易挥发的组分浓缩于液相的分离方法。部分冷凝是可利用冷却蒸气混合物来将易挥发组分浓缩于汽相因而不易挥发的组分浓缩于液相的分离方法。精馏(或连续蒸馏)是通过对汽相及液相进行逆流处理获得连续部分汽化和部分冷凝的分离方法。汽相与液相的逆流接触可以是绝热的，也可以是非绝热的，并且可以包括各相之间的积分(分阶段的)接触或微分(连续的)接触。利用精馏的原理分离混合物的分离工艺设备通常可互换地称为精馏塔、蒸馏塔或分馏塔。低温精馏是一种至少部分在不超过150°开尔文(K)的温度下进行的精馏方法。

如此处所用的术语“间接热交换”指的是各种流体之间在没有任何物理接触或相互混合的情况下使两种流体具有热交换关系。

如此处所用的术语“产品氮”指的是氮的浓度至少为95％(摩尔)的流体。

如此处所用的术语“产品氧”指的是氧的浓度至少为85％(摩尔)的流体。

如此处所用的术语“产品氩”指的是氩的浓度至少为90％(摩尔)的流体。

如此处所用的术语“进料空气”指的是主要包括氧、氮和氩的混合物，如环境空气。

如此处所用的术语“上部”和“下部”分别指高于和低于塔中点的塔的部分。

图1为本发明一个优选实施方案的示意图，其中低温精馏设备为双塔空气分离设备，并且将冷冻作用从脉冲管体系送入使用高压塔贮藏蒸气(shelf vapor)的设备中。

图2为本发明另一个优选实施方案的示意图，其中低温精馏设备为双塔空气分离设备，并且将冷冻作用从脉冲管体系送入使用进料空气的设备中。