專利名稱：改進(jìn)的熱聯(lián)合精餾系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及和限定一種相關(guān)聯(lián)的聯(lián)合的精餾和分餾系統(tǒng)，其共同包括一個(gè)用于以最小的能量消耗獲得所預(yù)定分餾的新穎系統(tǒng)。這個(gè)改進(jìn)的系統(tǒng)包括一個(gè)精餾塔，其頂部安裝有一個(gè)回流罐和一個(gè)用于塔進(jìn)料以及塔頂餾出蒸汽冷卻的多制冷劑核心交換器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在有各種各樣的許多公知的用于精餾系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)，特別是用于在精餾系統(tǒng)中不同區(qū)域和不同步驟中提供和控制熱的公知系統(tǒng)。
這些公知的技術(shù)包括McKee的美國(guó)專利1,932,903號(hào)；Greenwalt的美國(guó)專利2,214,790號(hào)；Roberts的美國(guó)專利2,582,068號(hào)；Grossman等人的美國(guó)專利3,186,182號(hào)；Geddes等人的美國(guó)專利3,444,696號(hào)；Schramm的美國(guó)專利3,555,836號(hào)；Pryor等人的美國(guó)專利4,002,042號(hào)；Rowles等人的美國(guó)專利4,270,940號(hào)；Bauer的美國(guó)專利4,608,068號(hào)；Gazzi的美國(guó)專利4,657,571號(hào)；Coyle等人的美國(guó)專利5,505,049號(hào)。
McKee的美國(guó)專利1,932,903號(hào)公開了一種方法，包括以將氣體溶解在一種高濃度的有機(jī)酸中的方式來(lái)液化一種氣體，該氣體在該高濃度的有機(jī)酸中比在水中更易溶解。然后將獲得的鹽溶液加熱以移除溶解的氣體，這樣重新獲得的氣體經(jīng)過(guò)使其在精餾器中與液化氣體接觸而使其干燥，然后將該干燥后的氣體冷卻。
Greenwalt的美國(guó)專利2,214,790號(hào)涉及一種分離方法，適用于在至少一兩階段精餾中將一種氣體混合物進(jìn)行分離，精餾的每個(gè)階段都是在不同的超大氣壓下進(jìn)行的，使用一種在分離的條件下可以被轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的制冷劑。更具體地說(shuō)，該方法是特別適用于從氣態(tài)碳?xì)浠旌衔镏蟹蛛x乙烯。氨是在氣態(tài)碳?xì)浠旌衔镏蟹蛛x組分時(shí)選擇的制冷劑。
Roberts的美國(guó)專利2,582,068號(hào)公開了一種用于分離氣態(tài)混合物的方法和裝置，最初是在高壓下并回收更多的揮發(fā)性組分。該分離方法尤其適用于雙組分的氣態(tài)混合物，以及分離和回收更多的純的或非常純化的揮發(fā)性組分。
Grossman等人的美國(guó)專利3,186,182號(hào)公開了一種用于分離氣態(tài)混合物的低溫低壓系統(tǒng)和方法，具體地說(shuō)是用于氣體的脫甲烷，以及更具體地說(shuō)是用于裂化的氣態(tài)混合物。
Geddes等人的美國(guó)專利3,444,696號(hào)指出了一種用于氣態(tài)混合物脫甲烷的改進(jìn)的方法，為了從含有揮發(fā)性比乙烯低或高的組分的氣態(tài)進(jìn)料混合物中回收乙烯。該方法包括使冷卻的進(jìn)料混合物經(jīng)受分餾塔的作用，該分餾塔的頂部具有一個(gè)精餾段，其下方具有一個(gè)再沸騰汽提(stripping)段，該進(jìn)料混合物含有乙烯。該發(fā)明的方法如所述那樣，在經(jīng)濟(jì)方面有所改進(jìn)，如能量消耗，通過(guò)在分餾塔段和精餾段以及引入給料處實(shí)施精確控制和不同的溫度范圍，以及通過(guò)在分餾塔段使給料與回流之間進(jìn)行熱交換，以除去熱。
Schramm的美國(guó)專利3,555,836號(hào)公開了一種用于分離富乙炔氣態(tài)混合物以及同時(shí)獲得乙炔產(chǎn)品的方法，它包括在一系列隨后處于低溫的階段中實(shí)施預(yù)冷卻過(guò)程。從每個(gè)階段中收集相應(yīng)各自包括乙炔部分的冷凝物。然后在精餾塔中將這些收集的冷凝物再次混合，以回收乙炔和C2塔頂餾出物部分。然后洗滌塔頂餾出物以去除和回收乙炔。
Pryor等人的美國(guó)專利4,002,042號(hào)公開了一種用于分離和回收含有氫、甲烷、乙烯、乙烷的原料氣中的大(主要)部分。然后。原料氣被傳送至精餾塔進(jìn)行分離成為蒸汽流和冷凝流。冷凝流被傳送至脫甲烷塔中，在這里被分餾成為塔頂餾出物甲烷-氫流和塔底餾出物乙烯-乙烷流。
Rowles等人的美國(guó)專利4,270,940號(hào)公開了一種用于從脫甲烷塔頂餾出物中回收乙烷和乙烯的改進(jìn)的系統(tǒng)。從主回流冷凝器中流出的未冷凝的蒸汽將經(jīng)受進(jìn)一步冷凝，并同時(shí)在精餾塔中進(jìn)行精餾。來(lái)自精餾塔的液態(tài)冷凝物然后被送回脫甲烷塔。
Bauer等人的美國(guó)專利4,608,068號(hào)公開了方法的改進(jìn)步驟，適用于從原料流中，如含有氫和C1至C5碳?xì)浠衔锏木殢S廢氣中回收C3+碳?xì)浠衔铮ɡ鋮s步驟和至少部分冷凝原料流，以及將部分冷凝的原料流分離成液態(tài)部分和氣態(tài)部分。
Gazzi的美國(guó)專利4,657,571號(hào)公開了一種用于從高壓碳?xì)錃鈶B(tài)混合物中回收重組分的多階段方法。這些步驟包括冷卻和部分冷凝碳?xì)錃鈶B(tài)混合物，以及從氣態(tài)混合物獲得分離的液體，并送入分餾塔。對(duì)未冷凝的氣態(tài)混合物進(jìn)行渦輪膨脹。通過(guò)所述氣態(tài)混合物渦輪膨脹后冷凝的液體被分離出來(lái)并送入分餾塔。從塔的底部回收重組分。然后，來(lái)自第一分餾步驟的氣體和來(lái)自渦輪膨脹后第二分餾步驟的氣體被分別或一起再壓縮到被處理氣體的運(yùn)送壓力。
Coyle等人的美國(guó)專利5,505,049號(hào)公開了一種采用具有提高表面的回流熱交換器將氮從液化的天然氣中去除的方法。將相對(duì)溫度高的高壓液化天然氣沿逆流方向引入熱交換配置與冷的低壓液化的天然氣流進(jìn)行熱交換，從而使高壓氣流變冷，并在回流熱交換器中至少部分低壓流汽化。如此產(chǎn)生的蒸汽去除了低壓流氮。冷的低壓流是通過(guò)將冷卻的高壓流進(jìn)行膨脹獲得的。然后將這樣膨脹獲得的蒸汽與在熱交換器中產(chǎn)生的蒸汽混合，然后從熱交換器的頂部排出物中將之去除并回收。具有低氮含量的液化的天然氣產(chǎn)品是從熱交換器底部回收。
盡管許多上述現(xiàn)有技術(shù)方法已經(jīng)在工業(yè)上取得了一些成功，但是運(yùn)轉(zhuǎn)這些系統(tǒng)所消耗的能量是相當(dāng)高的。因此，在此工業(yè)領(lǐng)域需要發(fā)展一種方法，本質(zhì)上具備同樣的分餾能力但可降低能量消耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種改進(jìn)的分離方法和裝置，其實(shí)現(xiàn)了優(yōu)良的分餾并且所需能量降低。
本發(fā)明的裝置詳見附圖
以及下面的詳細(xì)描述。該裝置包括一個(gè)設(shè)有多個(gè)分餾盤的精餾塔，一個(gè)設(shè)于精餾塔頂部的回流罐和一個(gè)用于塔進(jìn)料和頂部蒸汽冷卻的高架的多制冷劑核心熱交換器，以及一個(gè)主進(jìn)料管線，其分為兩個(gè)進(jìn)料管線，其中第一個(gè)是進(jìn)入精餾塔的較低的部分，其中第二個(gè)是先通過(guò)多制冷劑核心熱交換器，然后在第一進(jìn)料管線上方的一高度處進(jìn)入精餾塔。
關(guān)于該系統(tǒng)的方法操作，采用本發(fā)明的裝置可獲得改良的分餾和分離效果且降低能量需求。起初，將進(jìn)入本系統(tǒng)的碳?xì)溥M(jìn)料流分為兩股料流。進(jìn)料流的第一部分被送入精餾塔的底部作為汽提蒸汽。進(jìn)料流的第二部分在核心熱交換器中被冷卻，然后傳送到精餾塔作為塔進(jìn)料。塔頂部蒸汽在其被引入回流罐前也在核心熱交換器中被冷卻。從回流罐中涌出的液體靠重力自流被返回到精餾塔作為回流液體。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明附圖是本發(fā)明的改進(jìn)的聯(lián)合精餾系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括一個(gè)精餾塔，一個(gè)設(shè)于精餾塔頂部的回流罐和一個(gè)用于塔進(jìn)料和塔頂餾出蒸汽冷卻的高架的多制冷劑核心熱交換器，以及進(jìn)料系統(tǒng)。
本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)參見附圖，精餾塔2是該精餾系統(tǒng)的基礎(chǔ)。精餾塔2設(shè)有多個(gè)分餾盤4，這是作為相應(yīng)的期望的分餾步驟所必需的。進(jìn)入精餾塔的主進(jìn)料管線6被分為兩個(gè)進(jìn)料管線。第一進(jìn)料管線8包含一小部分的進(jìn)料，即，進(jìn)料的大約5％到大約50％，更優(yōu)選的是大約25％到35％。第二進(jìn)料管線10包含全部進(jìn)料的其余主要部分。
進(jìn)料流的小部分(較少部分)通過(guò)管線8進(jìn)入精餾塔的底部，對(duì)該系統(tǒng)起汽提蒸汽(stripping vapor)的作用。
進(jìn)料流的主要部分通過(guò)管線10進(jìn)入高架核心交換器12，先在其中被冷卻，然后再被傳送到精餾塔2在高于第一進(jìn)料管線8的入口上方的一高度處進(jìn)料。另外，在管線14內(nèi)的塔頂部蒸汽在進(jìn)入回流罐16前，也在核心熱交換器12中冷卻，用于回流。在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，從塔回流罐排出的液體靠重力自流通過(guò)管線18回到精餾塔作為回流液體。從回流罐16的頂部回收的蒸汽通過(guò)成品管線20被排出。來(lái)自精餾塔2的液體沿管線22被回收用于后續(xù)處理。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，核心交換器12的冷卻方式受到不止一個(gè)冷卻類型的作用。例如，在附圖中，冷卻通道24可包括一股或多股乙烯制冷劑流；冷卻通道26和28可包括一個(gè)膨脹處理蒸汽，冷卻通道30可包括氫氣制冷劑，冷卻通道32可包括甲烷制冷劑。
在回收乙烯的一個(gè)實(shí)施例中，主進(jìn)料管線的溫度可在-30℃到-85℃范圍內(nèi)。交換器12的冷卻劑出口溫度比進(jìn)料氣流10的溫度要低約1到3℃。離開精餾塔2底部的液體的溫度比進(jìn)料流8的溫度要低約3到10℃。
本發(fā)明允許使用的裝置和方法優(yōu)于目前公知的用于分餾和分離步驟的系統(tǒng)和裝置。用于分餾分離的這些公知的裝置中，其中一個(gè)被利用和包括在傳統(tǒng)精餾系統(tǒng)中。本發(fā)明的新穎的熱聯(lián)合精餾系統(tǒng)在能量利用上比公知的傳統(tǒng)的系統(tǒng)的效率更高。在典型的傳統(tǒng)系統(tǒng)，在核心熱交換器中的溫度處于接近制冷劑流的返回的溫度和精餾塔頂部餾出物溫度之間。
相比較，本發(fā)明的熱聯(lián)合精餾系統(tǒng)，溫度是接近于制冷劑流的返回溫度和精餾塔進(jìn)料溫度之間。
按這樣的流程，根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)可以最大限度地利用溫度較高的制冷劑，從而減少傳統(tǒng)公知精餾系統(tǒng)需要的較低溫度的制冷劑的需要量。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)可導(dǎo)致實(shí)際上的節(jié)省制冷用電。
而且，這里所述的熱聯(lián)合精餾系統(tǒng)是在公知的精餾系統(tǒng)基礎(chǔ)上的改進(jìn)。這些裝置和方法都能獲得和滿足相似的精餾要求。然而，這里描述和聲明的熱聯(lián)合精餾系統(tǒng)具有更高的能量利用效率，因?yàn)樗试S在用于工藝的制冷劑流中使用更多有效的更高溫度。
另外，一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，即本發(fā)明的熱聯(lián)合精餾系統(tǒng)是一個(gè)比傳統(tǒng)的精餾器更緊湊簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)精餾器的操作原理是基于冷凝的液體膜回流分餾，為了成功的分離效果，需要低速的處理氣體。因此，傳統(tǒng)精餾器的尺寸就必須比本發(fā)明方法的熱聯(lián)合精餾系統(tǒng)大。例如，對(duì)使用本發(fā)明的熱聯(lián)合精餾系統(tǒng)的一個(gè)700 KTA乙烯的工廠而言，估計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的場(chǎng)地尺寸是10英尺×20英尺，加上支撐交換器的管道架的面積5英尺×20英尺。對(duì)同樣的工廠，如果采用如McCue等人的專利4,900,317描述的精餾系統(tǒng)，則所需場(chǎng)地尺寸將更大。本發(fā)明裝置緊湊簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)還包括易于移動(dòng)和船運(yùn)，運(yùn)輸，直立，更少有熱泄漏的傾向，這是由于與傳統(tǒng)精餾器系統(tǒng)相比，冷卻單元和精餾塔的表面積減小。
總而言之，與公知的目前使用的用于乙烯或天然氣分離工廠分餾輕碳?xì)浠衔锏南到y(tǒng)相比，本發(fā)明的系統(tǒng)提供了一種改進(jìn)能量效率并降低資金成本并可獲得分餾效果的方法。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的熱聯(lián)合精餾系統(tǒng)，其包括一個(gè)具有一系列分餾盤的精餾塔，一個(gè)位于所述精餾塔上部的回流罐，和一個(gè)在那里相連的高架的多制冷劑核心熱交換器，以及一個(gè)進(jìn)料系統(tǒng)，其包括一主進(jìn)料管線，一進(jìn)料分流裝置，該進(jìn)料分流裝置將該主進(jìn)料管線分為第一進(jìn)料管線和第二進(jìn)料管線，第一進(jìn)料管線是直接進(jìn)入精餾塔的較低部分，第二進(jìn)料管線是先通過(guò)所述核心熱交換器，然后在第一進(jìn)料管線上方的一高度處進(jìn)入精餾塔。
2.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的熱聯(lián)合精餾系統(tǒng)，其特征在于，該精餾塔具有至少三個(gè)分餾盤。
3.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的熱聯(lián)合精餾系統(tǒng)，其特征在于，該回流罐位于該精餾塔的頂部。
4.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的熱聯(lián)合精餾系統(tǒng)，其特征在于，該多制冷劑核心熱交換器適用于冷卻進(jìn)塔的進(jìn)料以及提供塔頂餾出蒸汽的冷卻。
5.一種改進(jìn)的熱聯(lián)合精餾處理方法，適用于低分子量碳?xì)浠衔镞M(jìn)料混合物的分餾、分離、以及回收，該處理方法包括如下步驟先將碳?xì)浠衔镞M(jìn)料流分成兩部分，該進(jìn)料流中較少的部分被傳輸進(jìn)入精餾塔的較低部分，該進(jìn)料流中較多的部分在核心熱交換器里被冷卻，然后進(jìn)入該精餾塔作為進(jìn)料。
6.如權(quán)利要求5所述的精餾處理方法，其特征在于，該進(jìn)料氣流中較少的部分是被引入精餾塔的底部，從而對(duì)該方法起汽提蒸汽的作用。
7.如權(quán)利要求5所述的精餾處理方法，其特征在于，來(lái)自所述精餾塔上部的蒸汽流在返回回流系統(tǒng)前都在所述核心熱交換器里被冷卻。
8.從較重的氣態(tài)組分分離較輕的氣態(tài)組分的方法，該方法包括(a)將一主進(jìn)料管線分為第一進(jìn)料管線和第二進(jìn)料管線；(b)將第一進(jìn)料管線的進(jìn)料引入精餾塔的較低部分，作為汽提蒸汽；(c)將第二進(jìn)料管線的進(jìn)料在上方的核心熱交換器進(jìn)行冷卻；(d)在高于第一進(jìn)料管線的位置將第二進(jìn)料管線的冷卻的進(jìn)料進(jìn)入該精餾塔，以被精餾；(e)將頂部餾出蒸汽從該精餾塔移除，使所述頂部餾出蒸汽在該核心熱交換器中冷卻并部分冷凝，并且從剩余的蒸汽分離部分冷凝的液體；(f)將部分冷凝的液體返回該精餾塔，作為回流；(g)回收所述剩余的蒸汽，作為分離出來(lái)的較輕的氣態(tài)組分；以及(h)從精餾塔底部回收包含較重組分的液體。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述較輕的氣態(tài)組分包括氫氣和甲烷。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一進(jìn)料管線包含的氣態(tài)進(jìn)料量比所述第二進(jìn)料管線的少。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一進(jìn)料管線的進(jìn)料是直接進(jìn)入低于第一分餾盤的該精餾塔的部分。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述核心熱交換器在制冷流進(jìn)口附近有一個(gè)較冷的部分，在制冷流的其余位置附近有一個(gè)較高溫度部分，第二進(jìn)料管線的進(jìn)料是在所述上方核心熱交換器的該較高溫度部分被冷卻。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述頂部餾出蒸汽在所述上方核心熱交換器的該較冷部分被冷卻和部分冷凝。
全文摘要
本發(fā)明包括新穎的工藝和方法以及特別適用于實(shí)現(xiàn)該方法的裝置和設(shè)備，并從中獲得優(yōu)良的效果和突出的優(yōu)點(diǎn)，是本發(fā)明最重要的和基礎(chǔ)部分。由此，完成的裝置和方法包括，精餾塔(2)，一個(gè)回流罐(16)和一個(gè)多制冷劑核心交換器(12)，但不受此限制。
文檔編號(hào)F25J3/02GK1492989SQ02805214
公開日2004年4月28日 申請(qǐng)日期2002年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月22日
發(fā)明者大衛(wèi)·陳, 大衛(wèi) 陳 申請(qǐng)人:斯東及韋伯斯特公司