[发明专利]改进的热力学分离方法

说明书

本发明涉及将气体分离成不同沸点组分的方法。更具体地说，本发明涉及一种特别适用于从天然气中分离丙烷、甲烷、乙烷或二氧化碳的方法及设备。

在申请人先前的发布于1988年9月13日的美国专利4,770,683中描述了一种蒸馏两种不同沸点物料的工艺方法及设备。叙述了一种对两种不同沸点物料，特别是对从天然气中分离丙烷、乙烷或二氧化碳的蒸馏工艺。该工艺中传统的蒸馏塔被分为压力高于传统蒸馏塔的第一塔及低压下的第二塔。第一塔所得的液体经过每级有冷量取出的两级或多级膨胀至较低压力并被用来冷却从第一塔顶部得到的气体以将顶部塔盘维持在所要求的温度。由第二塔得到的气体被压缩、冷却作为回流返回第一塔。利用膨胀液体中的冷量以及采用两个塔提供了改进的热力学效率并避免了采用昂贵的涡轮膨胀机。

本发明的一个目的是针对上述专利中所说的工艺方法提供可提高效率的改进措施。

按照本发明的第一方面，提供一种将进料气分离为第一物料组分和第二物料组分的方法，第一物料组分具有高于第二物料组分的沸点，该方法包括：提供第一分离塔和第二分离塔，安排各分离塔以便高沸点组分在相应的分离塔中以气体形式向上运动到相应塔顶而低沸点组分在相应的分离塔中以液体形式向下运动到相应塔底；向第一和第二分离塔其中之一提供进料气；将液体从第一塔底部送往第二塔，将气体从第二塔顶部送往第一塔；从所说的第一塔塔顶采出气体作为第一物料组分，从所说的第二塔塔底采出液体作为第二物料组分，其中改进措施包括：设置一独立于第一及第二分离塔的循环分馏塔；将气体从第二塔顶部送往循环分馏塔；在循环分馏塔中将一些气体冷凝为液体；将气体从循环分馏塔顶部采出，将采出的气体送往第一塔；从循环分馏塔底部采出液体并将采出的液体送往第二塔。

优选本方法包括将来自于第二塔塔顶的气体在加入循环分馏塔之前压缩以使循环分馏塔中的压力高于第一塔中的压力。

在其它的实施方案中，循环分馏塔的压力低于第一塔的压力。在此情形下，来自循环分馏塔的气体在作为回流再进入第一塔的分凝器上部或下部之前被压缩、冷却并冷凝。

优选第一分离塔包括一个由多个垂直管组成的冷凝器，各垂直管中均布设有结构填料以将通过垂直管向下运动的液体与通过垂直管向上运动的气体完全混合。

优选来自第一塔塔底的液体经过膨胀和冷却并流经第一塔的冷凝器作为冷剂冷却其中的物料。

按照本发明的第二方面，提供一种将进料气分离为第一物料组分和第二物料组分的方法，第一物料组分具有高于第二物料组分的沸点，该方法包括：设置第一分离塔和第二分离塔；安排各分离塔以使高沸点组分在相应的分离塔中以气体形式向上运动到相应的塔的上部而低沸点组分在相应的分离塔中以液体形式向下运动到相应塔的底部，第一分离塔包括一个冷凝器；向第一和第二塔之一提供进料气；将液体从第一塔底部送往第二塔，将气体从第二塔塔顶送入第一塔；从所说的第一塔顶部将气体采出作为第一物料组分，从所说的第二塔底部将液体采出作为第二物料组分，其中改进措施包括：在冷凝器中设置多个垂直的管子，各垂直管中均布设有结构填料以便将通过垂直管向下运动的液体与通过垂直管向上运动的气体完全混合。

本发明的一个实施方案连同附图一起将于下面描述。其中：

图1为本工艺方法各单元的示意图，图中已标明各物流的温度。

本工艺方法可用来从不同沸点的进料气中分离各种不同组分。以下所述仅表示一个用来从天然气中分离丙烷的实施例。同样的技术可用于从天然气中分离乙烷或二氧化碳，此时各工艺参数自然必须根据已知的原理来调整以达到要求的分离效果。

图示的工艺过程包括实施该工艺的各塔及换热器。此外，对照所说的实施例，图中标出了工艺沿线各点处气体和液体物流的温度，各物流编号为1到11。下文中给出的表1至11表示工艺条件和上图中所标记的各相应编号物流的物料组成。自然应将表中的工艺条件视为仅与某个实施例有关，对该工艺的其它实施例可计算得到类似的工艺条件。