[发明专利]分离方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在低温精馏设备中分离气态混合物的方法和 装置，在该低温精馏设备中，供给透平膨胀机用于向该设备提供制冷 的气态混合物压缩流的温度是通过从设备主热交换器中移走压缩流的 两个流、控制这两个流的流量、然后在将这两个流引入透平膨胀机前 合并它们进行控制的。

背景技术

很久前人们就已知道用低温精馏分离各种气态混合物，例如预处 理空气和天然气。在这些工艺中，先加压、净化要分离的气态混合物， 然后将其冷却至适于精馏的温度。该气态混合物的精馏发生在一个或 更多蒸馏塔中。每个塔都具有像托盘或填料这样的传质构件，例如规 整填料，其使气态混合物的液相和气相相互接触，并完成液相和气相 之间的传质。

从而在该一个或多个蒸馏塔中蒸馏引入的供料，以形成富含气态 混合物的组分的组分流。这些组分流可以作为液态产品和气态产品， 用于将已被压缩和净化的气态混合物冷却到适合该气态混合物在一个 或多个蒸馏塔进行分离的温度。该冷却通过在设备主热交换器内进行 的间接热交换而发生。

为了最小化主热交换器中的热端损失并生产液体产品，可通过膨 胀由气态混合物组成的压缩流并将该压缩流引入到设备的至少一个塔 中来产生制冷。

用泵机械地增压液体产品也是众所周知的，例如在空气分离中， 逆着液化为此目提供的压缩空气流，可以在同一主热交换器中蒸发富 氧液态塔底沉淀物流。

倘若压缩原料所耗电力的能源成本可随日时间变化，则能够调节 设备的产品分布(特别是液体生产速度)的刺激就会增加。例如，经 常将高纯度氧气设备设计为产出高达约为空气10％的量的液化产品。因 此存在调节产品流量的需要，使得不时可以使用低于装置最大容量的 容量，例如取不到10％的空气作为液体产品的设备操作。为了改变液体 的生产速度，常规做法是调整用于生成制冷的涡轮机流体。在美国专 利5412953中可找到这样的例子。此专利描述了泵加压液态氧设备，在 该设备中通过调整至透平膨胀机的流体调整液体产品生产。这种流量 调整是通过使空气从高压塔底部再循环到用于压缩空气的压缩机再到 透平膨胀机完成的。这种操作可能会导致如蒸发加压塔液体之类目的 所需的空气压缩要求的大幅波动。

控制液体生产的另一种可能是通过增加或减少引入透平膨胀机的压 缩混合物的压力改变透平膨胀机的膨胀率。这也会导致的控制问题是随 着压力增加，要膨胀的混合物可能会在涡轮机排气中液化。极端的情况 是约10％到约15％之间的压缩工艺供料会被液化。在这些情形下，可能导 致涡轮机效率低下并可能引起其潜在损坏。另一种极端情况是当压力降 低时，被膨胀流的温度增加，而涡轮机入口温度通过主热交换器设计是 相对固定的。当这种增加高于塔的被膨胀供料的饱和温度时，塔内液体 可能会蒸发，其导致高局部蒸气流量、分离性能的损失和潜在的塔溢流。

在现有技术中，通过控制空气分离设备的透平膨胀机入口温度来防 止透平膨胀机排气的液化是众所周知的。例如在美国专利3355901中，利 用串级控制系统来确保用于向空气分离设备供应制冷的透平膨胀机的排 气处在饱和温度附近或略有过热。在此专利中，热蒸气分为两个流。一 个流在热交换器内逆着空气分离工艺中产生的低温气体受到冷却，另一 个流绕过热交换器。这两个流随后合并并被引入透平膨胀机的入口。检 测涡轮机的排气温度，并将可对应该温度的信号作为输入供给串级控制 系统以控制阀，进而控制在热交换器内冷却的那个流的流量。然而要注 意的是，这种安排是用在没有调节膨胀率的设备中，这样就限制了涡轮 机排气温度的变化。它不能用于膨胀压力和比率发生实质性变化的设备 中。

将要描述的本发明提供一种分离气态混合物的方法和设备，它们通 过同时调节涡轮机膨胀比和入口温度改变制冷，并因此改变液体生产。 与通过单独调节涡轮机膨胀率所产生的其它可能相比，透平膨胀机入口 温度的同时调节允许液体生产的更大可变性。

发明内容

本发明提供了一种分离方法，在该方法中，在低温精馏设备内分 离压缩气态混合物，方式是：净化该压缩气态混合物，净化后通过与 混合物组分流的间接热交换冷却该压缩气态混合物，随后在分离单元 内精馏该气态混合物。该分离单元具有至少一个蒸馏塔以产生混合物 组分流。