專利名稱：低溫蒸餾分離氣體混合物的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種采用低溫蒸餾混合物以生產不同流量的至少一種純組分的裝置。本發明首先涉及一種額定生產的裝置，并可從額定產量轉變到最大產量，從而使產量比額定產量大大地增加。
在已知的這種空氣蒸餾裝置中，構成該裝置的部件都是超尺寸的且其生產量降低，其降低程度可達最大產量的40%。很明顯，按100%的生產能力進行操作而設計的裝置，其功能僅及該生產能力的60%必然是不經濟的。
在沒有超尺寸的板式塔中，只允許流量超過5-10%。超出此值，塔徑和板間距都必須超尺寸才有可能使流量超過10%。
本發明的目的在于提供一種設計成不僅可以在額定產量下盡可能增加產量而且還適合于在只需作最少的技術改進后即能在高于額定產量的生產能力下操作的裝置。
為此，本發明的目的在于提供一種在蒸餾裝置中分餾混合物以生產不同流量的至少一種純組分的裝置，所述蒸餾裝置主要裝有填料結構，并按在額定壓力下處理額定流量的所述混合物確定尺寸，其特征在于為了獲得比額定產量更高的產量，該裝置包括一些設備，這些設備可以增加該裝置中待蒸餾混合物的流量從而相應提高產量，此外，還包括一些可以提高該裝置的操作壓力以便提高該裝置的液泛極限的設備。
該填料可以是交叉-波紋型(cross-corrugation)。
該裝置中待蒸餾的混合物可以是空氣。
為純化待分離的原料料流例如空氣，安裝了一臺逆流吸附塔，該吸附塔可以用蒸餾裝置中排出的廢氣流再生，而且在該廢氣的流量明顯低于所述裝置在額定條件下操作時所產生的廢氣的額定流量下，該吸附塔可以有效地再生。
該裝置還包括一套熱交換系統，其中待分餾混合物與該裝置中的至少一種產品之間發生間接熱交換，從而使待分餾的混合物冷卻而使所述至少一種產品再加熱。該熱交換系統按額定產量定尺寸。通道數之間的分配比例最好根據已確定的生產方式改變。
因此，當產量大于額定產量時，與額定產量下分配的通道數相比，分配給該裝置中至少一種產品的通道數相對減少，這樣，即可將騰出的通道分配給待分餾的混合物或該裝置中至少一種其它的產品。
例如，當待分餾的混合物是空氣，其產量大于額定產量時，將分配給殘余氮的通道數減少。
本發明的目的還在于提供一種提高裝置生產率的方法，該裝置用于在蒸餾裝置中分餾混合物以生產至少一種純組分，其中蒸餾裝置主要裝有結構填料，按處理所述混合物的額定流量確定其尺寸，并可從額定產量轉變到較高的產量，ⅰ)根據所述的生產比例，待分餾混合物的流量明顯提高，和ⅱ)同時，該裝置的分餾壓力增高，足以提高該裝置的液泛極限。
本發明的目的還在于提供一種提高裝置生產率的方法，該裝置用于通過蒸餾生產至少一種純組分，該裝置包括具有許多分配給待再加熱和待冷卻流體的通道的熱交換器，其特征在于可以根據該裝置產量的變化改變通道的分配。
當裝置的產量增加時，最好增加分配給待冷卻流體的通道數，使分配給待再加熱流體的通道數減少。
具體地說，待冷卻的流體將進行蒸餾，而待再加熱的流體是蒸餾產品。
在最大的產量下，可以增加分配給待蒸餾流體的通道數，而將分配給蒸餾的殘余氣體的通道數減少。
現在，參照附圖列舉出本發明的操作實施例，其中-
圖1是根據本發明裝置的一個實施方案的示意圖;和-圖2是圖1中熱交換系統的一部分示意圖。
圖1的裝置主要包括鼓風機1、主空氣壓縮機3、制冷組5、吸附純化裝置7、熱交換系統9、與空氣壓縮機13配合的供冷透平機11、由包括中壓塔(MP)15A和裝在頂部的低壓塔(LP)15B的雙層塔構成的蒸餾裝置15、該雙層塔裝有填料結構17、再生式再加熱器19、氮氣壓縮機21以及氧氣壓縮機23。
為了敘述該裝置的操作，首先假定它是在額定產量(每天480噸)下生產氧。在此情況下，空氣鼓風機1不運行，而額定流量的空氣僅通過壓縮機3壓縮到5×105Pa，冷卻到室溫，在裝置7中純化，然后分成兩股氣流。一股氣流在送進中壓塔15A的底部之前，被直接輸送到熱交換系統9，在其中于5×105Pa下冷卻到接近其露點。另一股氣流通過壓縮機13壓縮，在熱交換系統9中部分冷卻，在透平機11中膨脹，然后被送到低壓塔15B。
來自中壓塔15A底部的富液被膨脹到105Pa，然后送到低壓塔15B的中部，來自中壓塔15A頂部的貧液被膨脹到105Pa，然后送到低壓塔15B的頂部。
從低壓塔15B排出的不純氮氣流在熱交換系統9中再加熱，根據具體情況在再加熱器19中再加熱后，送到純化裝置7再生。
氧氣流從低壓塔15B的底部排出，然后通過熱交換系統9，在其中被低壓塔15B頂部排出的氮氣流再加熱。然后，分別通過壓縮機21和23將該氮氣和氧氣壓縮。
為了使該裝置能在氧的額定產量的130%(每天620噸)下操作，啟動鼓風機1，該鼓風機的體積流量大體與壓縮機3適應，并可按其輸出功率供給接近該產率的1.3×105Pa的壓力。這樣，壓縮機3(按其在額定生產能力下操作定尺寸)當其進氣壓力等于大氣壓時(連續處理恒定體積流量時)也能在重量流量增加的情況下操作。因此，可以保證壓縮機3的進氣流量恒定，使供入空氣的壓力升高到6.5×105Pa。
制冷組5按最大產量(額定產量的130%)定尺寸;然而，空氣純化裝置7卻按額定產量定尺寸。當供入空氣的流量增加到其最大值時，空氣中所含的CO2流量成比例地增加，因此，為了吸收所有的CO2，同時確保在再加熱器19中加熱的再生流量不超過額定產量的再生流量的20%，該裝置的循環時間減少約11%。
表1
由于塔15中裝有結構填料17，當達到最大產量時，按接近生產能力增加的比例增加壓力，可以保持體積流量。在上述裝有結構填料的條件下未遇到“過濾”現象，這是因為該填料可以支承大于額定生產能力30-50%的液體負荷。然而，多孔板卻不如此，其板間距和液體流道不可能處理超過其設計值的流量。
表2
表2說明，塔中的體積流量幾乎可以保持恒定，主要是由于其中裝有結構填料所致。
塔15明顯具有在最大產量時能耐壓力增加的壁厚。
壓縮機21和23比額定值稍超尺寸，在最大產量下也可以輸出所需的壓力。
作為一種變型，可以取消鼓風機1，而壓縮機3則按操作的極端條件定尺寸。
在上述條件下，通過調節壓縮機進口處的可變葉片，該裝置可以連續地從額定產量改變為最大產量。
最后，對于圖1的這種在雙層塔中蒸餾空氣的裝置而言，該壓縮空氣的壓力是下列各項的函數蒸餾過程中被分離產品的出口壓力、這些產品在熱交換系統中和純化殘余氮的再生過程中的壓力損失、主汽化器中的溫度差、塔中的壓力損失以及在熱交換系統中空氣產生的壓力損失。在低壓塔中，存在臨界產量(與施加的出口壓力以及熱交換系統和低壓塔中的壓力降有關)，它決定下列壓力-低壓塔底部也就是說在主汽化器中的最低壓力，因而是在中壓塔頂部氮的冷凝壓力(與中壓塔中的壓力降和熱交換系統中空氣的壓力降有關)，-空氣壓縮機的輸送壓力。
在最大產量下，為了盡量避開液泛極限運行，必須使塔的壓力升高得比輸出產品的壓力降更快，因此，可以增加非商品的產品例如不純氮的壓力降，這樣，它的壓力足以在常壓下再生吸附劑。上述壓力降的增加可以通過減少殘余氮的通道數以利于增加空氣的通道數(使其壓力降減少)。在固定的蒸餾壓力下，空氣壓縮機(具有較低的出口壓力)的能量降低。
然而，根據所需產品的類型，其它通道的再分配顯然是有價值的。
因此，如果分配給殘余氮的通道數減少到最大程度，如上所述，可將空閑的通道分配給另一種產品或在熱交換系統中再加熱的其它蒸餾產品，而不是將其分配給空氣。這樣，在壓力降減小的條件下，可以提高至少一種其它蒸餾產品的出口壓力。
需要特別指出的是，熱交換系統通道的這種再分配的方法可以應用于除空氣蒸餾裝置外的其它的裝置。
根據圖2，操作條件的改變是通過板式熱交換器類型的熱交換系統9中的流體再分配而實現的。圖1中，在后者的上部可以看到兩個流體進口和三個出口。僅對四個熱交換器9的機體之一作了說明。供入的空氣處于兩種壓力(HP、MP)，來自壓縮機13的空氣處于高壓(HP)，而直接來自純化器7的是中壓空氣(MP)。在額定的條件下，該空氣與來自低壓塔15B的氧氣流、來自低壓塔15B頂部的氮氣流以及再生純化裝置7的殘余氮氣流逆流而被冷卻。后述的這些流體則被再加熱。
在額定產量的情況下，中壓(MP)空氣在熱交換器9的每個機體上被分配最多48個通道，其壓力降為200mbar，而殘余氮被分配最多30個通道，其壓力降為94mbar(參閱表3和表4)。
在最大產量下，中壓空氣流過11個在額定產量下被殘余氮通過的通道，該空氣的壓力降降低到186mbar，而沒有進行熱交換但是通過19個通道的殘余氮的壓力降則升高到259mbar。
在最大產量時，隨著供入的空氣以及原有產品的壓力升高，對于將進入大氣中的殘余氮而言在管中較大的壓力降是可以容許的，對構成系統中所有回收壓能的空氣而言，在管中壓力降較小。
權利要求
1.用于在蒸餾裝置(15)中通過分餾混合物生產不同流量的至少一種純組分的裝置，所述蒸餾裝置主要包括結構填料(17)，并按在額定壓力下處理額定流量的所述混合物確定尺寸，其特征在于為了獲得比額定產量更高的產量，該裝置包括一些設備，這些設備可以增加該裝置(15)中待蒸餾混合物的流量從而相應提高產量，此外，還包括一些可以提高該裝置的操作壓力以便提高該裝置的液泛極限的設備。
2.根據權利要求1的裝置，其中該混合物是空氣。
3.根據權利要求1或2中任一項的裝置，該裝置包括按額定生產能力設計的用于待分餾混合物的壓縮機和在該壓縮機上游的一臺鼓風機(1)。
4.根據權利要求1或2中任一項的裝置，該裝置包括按最大生產能力設計的用于待分餾混合物的壓縮機(3)。
5.根據權利要求1-4中任一項的裝置，該裝置包括為純化待分離的原料料流而安裝的一臺逆流吸附塔(7)，該吸附塔可以用蒸餾裝置(15)中排出的廢氣流再生，而且在該廢氣的流量明顯低于所述裝置在額定條件下操作時所產生的廢氣的額定流量下，該吸附塔可以有效地再生。
6.根據上述權利要求中任一項的裝置，該裝置包括一套熱交換系統(9)，其中待分餾混合物與該裝置(15)中的至少一種產品之間發生間接熱交換，從而使待分餾的混合物冷卻而使所述至少一種產品再加熱，該熱交換系統按額定產量設計，分配給該裝置中的一種產品的通道數和分配給該裝置中的至少一種其它產品的通道數之間的分配比例可根據生產方式改變。
7.根據上述權利要求中任一項的裝置，該裝置包括一套熱交換系統(9)，其中待分餾混合物與該裝置中的一些產品之間發生間接熱交換，從而使待分餾的混合物冷卻而使所述至少一種產品再加熱，該熱交換系統按額定產量設計，分配給該裝置中的一種產品的通道數和分配給該裝置中的至少一種其它產品的通道數之間的分配比例可根據生產方式改變。
8.根據權利要求6或7的裝置，其中當產量大于額定產量時，與額定產量下分配的通道數相比，分配給該裝置中至少一種產品的通道數相對減少，這樣，即可將騰出的通道分配給待分餾的混合物或裝置(15)中至少一種其它的產品。
9.根據權利要求6、7或8中任一項的裝置，其中待分餾的混合物是空氣，該裝置(15)產生殘余氮，當產量大于額定產量時，將分配給殘余氮的熱交換系統(9)的通道數減少。
10.一種提高裝置生產率的方法，該裝置用于在蒸餾裝置(15)中分餾混合物以生產至少一種純組分，其中蒸餾裝置(15)主要裝有結構填料(17)，并按處理所述混合物的額定流量設計，其中可從額定產量轉變到較高的產量，ⅰ)根據所述的生產比例，待分餾混合物的流量明顯提高，和ⅱ)同時，該裝置(15)的分餾壓力增高，足以提高該裝置的液泛極限。
全文摘要
為了使裝有結構填料的蒸餾裝置(15)的產量提高到高于額定產量的值，本發明提供了裝置(1，3)以提高該裝置的操作壓力從而提高相同尺寸的裝置液泛的極限。主熱交換器(9)的通道分配可以根據已確定的生產方式改變。
文檔編號B01D53/02GK1112670SQ95104710
公開日1995年11月29日 申請日期1995年4月21日 優先權日1994年4月22日
發明者N·里思, B·達雷德奧, J-Y·萊曼 申請人:喬治·克勞德方法的研究開發空氣股份有限公司