[发明专利]蒸馏方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及蒸馏方法和设备，其中含有待在低温(cryogenic)蒸馏过程中分离的组分的压缩进料物流的一部分从主换热器中排出(discharge)，并随后膨胀以产生过热态的排放(exhaust)物流，并且所述压缩进料物流的其他部分在主换热器中完全冷却并部分与所述排放物流混合，以去除给予所述排放物流的过热量。

背景技术

轻质气体蒸馏方法的特征通常在于需要在加压下分离进料物流中的一种或多种组分。在充分冷却和/或膨胀后，可在一个或多个低温蒸馏塔中分离进料物流中所含的组分。天然气的低温空气精馏(rectification)和氮气剔除是这类轻气体蒸馏方法的例子。

在与含氧气和氮气物流的低温精馏结合使用的蒸馏过程中，将氮气与氧气分离。当进料物流为空气时，空气的其他组分如氩气也可被分离。在这类方法中，对进料物流进行压缩，随后脱除高沸点杂质如二氧化碳、水分和烃类进行纯化。所得压缩和纯化进料物流可在主换热器中冷却至适合于其精馏的温度，并随后引入具有高压塔和低压塔的蒸馏塔单元中。所述高压塔热通过冷凝器-再沸器与低压塔热连接，所述冷凝器-再沸器可位于所述低压塔的底部。

进料在高压塔内蒸馏以产生氮气富集的蒸汽塔顶馏分和粗-液氧塔底物(bottoms)。氮气富集的蒸汽塔顶馏分可在相对煮沸氧气富集液体的冷凝器-再沸器内冷凝，其中所述氧气富集液体收集在低压塔的底部。所得氮气富集液体用于回流高压塔和低压塔。将粗液氧塔底物引入低压塔中用于进一步精炼。氧气和氮气产物物流由二次氮气富集蒸汽塔顶馏分构成，并且更进一步提取氧气富集的液体塔底物，并引入主换热器中并且充分受热，以冷却进料。

蒸馏方法和设备可具有其他用途，例如在氮气剔除(reject)单元，其用于从含烃气体物流中分离和回收氮气，所述含烃气体物流可从管路进入一定压力下的蒸馏设备。这类物流含有氮气，所述氮气可被分离并回收用于强化采油项目。通常，也使用整合的双蒸馏塔配置，其中高压塔用于从进料所含甲烷中分离氮气。低压塔产生氮气产物。

在多数低温精馏系统中，必须提供致冷(refrigeration)以抵消环境热量的泄漏，以利于热交换器操作以及产生液化的产物。在低温空气蒸馏中，进料气在主空气压缩机内压缩，并随后纯化。在产物馏分需要处于明显压力的情况下，进料空气的一部分可以充分冷却、液化，且可将其一部分引入高压塔内。在需要所述空气的显著部分为液化产物的情况下，将进料物流的第二部分引入涡轮膨胀机中以产生排放物流，该物流也引入高压塔中。在引入涡轮膨胀机之前，所述物流待膨胀的部分可在增压压缩机中进一步压缩。

通常需要从低温设备中回收液态产物。液体回收的量取决于给予该设备的致冷量。所述涡轮膨胀机提供这种致冷。然而，这类涡轮膨胀机代表很高的对设备的投资成本。因而，希望从任何给定涡轮膨胀机获得最多的液态产物物流。涡轮膨胀机的致冷输出取决于膨胀流、压力-膨胀比和操作温度。

在许多情况下，提高致冷输出的唯一可行的方法是通过提高膨胀发生时的操作温度。然而，这样做存在限制，特别是当涡轮机直接排气入塔内时。由于涡轮机排出物变为过热的，其引入蒸馏塔中将不可避免地导致向下流动的液体的部分蒸发。填充塔特别易受蒸汽进料过热的不利影响，得到有限的持液率。进料过热超过10℃，容易导致过量的局部塔蒸汽负载，这会导致观察到的级数的明显损失和/或潜在的液泛。

在美国专利No.6,000,239中公开了用于分离空气的低温精馏方法和设备，其中提高了涡轮机的操作温度，并且通过间接热转移去除了涡轮机排出物中的过热。在该专利中，将压缩并纯化后的气体分为两股物流。两股物流中的一股在主换热器中充分冷却，并引入高压塔中。两股物流中的另一股在增压压缩机内压缩并随后进一步细分。该物流的一部分在主换热器内充分冷却并冷凝。该物流的另一部分旁路通过主换热器，并在不进入主换热器的情况下进行涡轮膨胀。由于高入口温度，排放物流被过热，并且不能直接引入蒸馏塔中。在该专利中，从低压塔泵吸氧气富集的液体物流，并随后通入热交换器以与所述排放物流间接换热，从而消除其过热状态。此后，氧气富集的液体物流在主换热器内一起蒸发，产生高压氧气产物。