多组份流体的蒸馏流程和由低温空气分离流程生产富氩流的流程的制作方法

专利名称：多组份流体的蒸馏流程和由低温空气分离流程生产富氩流的流程的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过蒸馏把多组份进料分离为至少三个流至少一种富含挥发度最高的组份，至少一种富含挥发性最低的组份和至少一种富含具有中等挥发度的组份。分离是采用蒸馏塔实现的，该塔有一个回收中等挥发度组份的分隔区。本发明还涉及由低温空气分离流程生产富氩流的流程，该生产流程在主蒸馏内采用一个分隔区以便使携氩流精馏并使其富含氩。
从空气中回收氩的传统方法是采用双塔蒸馏系统，该系统具有一个较高压力塔和一个较低压力塔，以及一个联接于较低压力塔侧臂精馏塔，较低压力塔与再沸腾器/冷凝器是热联通的。氧产品从较低压力塔的底部取出，而从较低压力塔的顶部至少取出一个富氮流。由较低压力塔的再沸腾器提供的蒸气通过塔的底部区域上升，之后被分为两部分。第一部分继续沿较低压力塔升入上面的中间蒸馏区。第二部分从较低压力塔取出并通至侧臂塔。通常这部分含有5％-15％之间的氩，微量的氮和平衡量的氧，这部分在侧臂塔中精馏以便产生基本上不含氧的富氩流。典型情况是，这种通常被称之为粗氩的富氩流从侧臂塔的顶部取出，其中氧的含量由几个ppm到3摩尔％。在侧臂塔中的精馏是通过提供一个通过冷凝器的液体回流得到的，该冷凝器位于侧臂塔的顶部。压力塔底部的蒸气流速来说，流到较低压力塔中间区域的蒸气流速必然降低。通常必须采取一些措施以便保持中间区域适当的质量转移性能，例如减小塔中间区域的直径以便保持适当的蒸气速度和/或减小装填密度以便保持适当的液体装载。
一般来说，只要采用侧精馏塔或侧线冷提塔，在主塔(即较低压力塔)的中间蒸馏区的蒸气和液体流速相对该蒸馏区下面和/或蒸馏区上面的流速都会降低。
作为一种方法，在文献中曾提出过隔离壁塔的方法以便更好地利用给定塔的直径，从而降低投资费用。隔离壁塔在一个单一塔壳内包括多个标高相等的蒸馏区。在美国专利2471134(Wright赖特)中公开了一个采用隔离壁塔的早期例子。赖特表示了如何采用隔离壁由单一蒸馏塔产生三种产品。在赖特的专利中，隔离形成一个分离区，该区的顶部和底部与主蒸馏塔相通。Lestak和Collins在["AdvancedDistillation Saves Eneigg and Capital",Chemical Engineering,Pages 72-76 July 1997]中进一步讨论了赖特公开的隔离壁塔。Christian,Skogestad和Lien在["Partitioned PellyukArrangements for Quaternary separations",Distillation andAdsorption 97,Institution of Chemical Engineers Series No.142,Papes 745-746,1997]中公开了隔离壁塔的进一步应用。
在文章"Multicom ponent Distillation theoy and practice"[Page 198,figure Ⅵ-4e,Published by MOSCOW Chemie 1983]中作者Petluyuk和Cerifimow公开了一种隔离壁塔的结构，其中隔离壁是园柱形的，且形成一个环形分离区，该区的顶部和底部与主蒸馏塔相通。
美国专利5946942(Wong等人)公开了如何把隔离壁原理应用于空气分离。Wong公开了一种装置，其中较低压力塔包括一个环形内壁。在较低压力塔的环形内壁和外壳之间所包含的区域构成产生氩产品的区域。这种氩回收隔离壁塔的缺点源于所用装置的几何形状，下面对此进行说明。
Wong所讲述的氩精馏区的横截面的几何形状是环形的。在环形区的顶部，上升的蒸气必被收集并被取出。如果使用单一出口管，那么园环最远处的蒸气必须比最近处的蒸气通过远得多的距离。这就导致在下面的分离区内蒸气流分布不良现象。同样，液体分布不良现象也是人们所关心的问题，特别是如果下面分离区采用装填方式(Packing)更是这样。采取一些措施有可能减小分布不良现象，例如采用多个出口和入口管道，但其结果是设计更复杂，成本更高。而且，采用环形几何形状产生相当大的壁表面面积。当采用装填(Packing)时，不鼓励用大的壁表面面积，这是因为液体趋于迁移到壁处，从而导致液体流动的分布不良现象。
人们希望有一种利用隔离壁概念的流程，它能使在蒸馏塔的氩区中蒸气和液体的分布不良现象减至最小。
人们也希望有一种利用隔离壁概念的流程，它能使在回收在富含中等挥发度组份的任何分隔区中蒸气和液体的分布不良现象减至最小。
人们还希望有一种分离多组份液体的流程，它能克服现有技术的困难和缺点，以便提供更好、更多的优异结果。
本发明是一种把至少包含三种组份的多组份流体蒸馏为至少三个流的流程，每一组份都有不同的挥发度。这里有本发明的几个实施例和这些实施例的几个修正案。
本发明的第一个实施例是把至少包含三种组份的多组份流体蒸馏为至少三个流的流程，每个组份都有不同的挥发度。该流程采用至少有一个蒸馏塔的蒸馏塔系统，该塔内至少设置一个第一蒸馏区和一个第二蒸馏区。该流程包括多个步骤。第一个步骤是在第一蒸馏区和第二蒸馏区之间提供一个中间蒸馏区。第二个步骤是在邻近中间蒸馏区处提供一个分隔区。分隔区有一个垂直分离部件并在邻近垂直分离部件处有一个终端分离部件。垂直和终端分离部件使分隔区与中间蒸馏区隔开，且分隔区的等效直径(De)至少是分隔区理想直径(Di)的60％。第三个步骤是把多组份流体送进蒸馏塔系统，其中流体流的第一部分流入中间蒸馏区，流体流的第二部分流入分隔区。第四个步骤是从分隔区取出一个侧线馏分，所述侧线馏分是富含最高挥发度和最低挥发度之间的一个中等挥发度组份的。
第二个实施例类似于第一个实施例，但包括两个附加的步骤。第一个附加步骤是从中间蒸馏区上面的至少一个蒸馏区以上的一个位置取出富含挥发度最高的组份流。第二个附加步骤是从中间蒸馏区下面的至少一个蒸馏区以下的一个位置取出富含挥发度最低的另一个组份流。
另外，第一个实施例有许多修正案，例如，在一个修正案中，流体流是从中间蒸馏区下面的蒸馏区下面上升的蒸气。在该修正案的一个修正中，分隔区有一个顶部和一个底部，且液体在邻近分隔区顶部的一个位置送进分隔区。在该修正的一个修正中，液体是通过至少部分冷凝离开该分隔区的至少部分蒸气而产生的。
在第一实施例的另一个修正案中，流体流是从中间蒸馏区上面的蒸馏区下降的液体。在该修正案的一个修正中，分隔区有一个顶部和一个底部，并且蒸气在邻近分隔区底部的一个位置被送进分隔区。在该修正的一个修正中，蒸气是通过至少部分汽化离开分隔区的至少部分液体而产生的。
在第一实施例的另一个修正案中，垂直分离部件是园柱形的。在再另一个修正案中，垂直分离部件包括联接于第一蒸馏塔园筒形壁的一个垂直壁。
在第一实施例的另一个修正案中，侧线馏分被转送到至少另一个蒸馏塔。
本发明可用于蒸馏至少包含三种组份的各种多组份流体。例如，多组份流体可以是从由氮/氧/氩混合物、苯/甲苯/二甲苯混合物，氮/一氧化碳/甲烷混合物，由C1到C5醇的三组份或更多组份的组合，和碳氢化合物混合物所组成的组中选出的，所述碳氢化合物混合物是从由戊烷-己烷-庚烷，异戊烷-戊烷-己烷，丁烷-异戊烷-戊烷，异丁烷-n-丁烷-汽油和从C1-C6碳氢化合物或C4异构物的三组份或更多组份的组合组成的组中选出的。
作为另一个例子，多组份流体可以是空气，而至少三组份是挥发度最高的氮，挥发度最低的氧和介于最高挥发度和最低挥发度之间的中等挥发度的氩。
本发明的第三个实施例是把空气蒸馏为至少三个流的流程。该流程采用至少有一个蒸馏塔的蒸馏塔系统，塔中设置至少一个第一蒸馏区和一个第二蒸馏区。流程包括多个步骤。第一个步骤是在第一蒸馏区和第二蒸馏区之间设置一个中间蒸馏区。第二个步骤是在邻近中间蒸馏区处提供一个分隔区。分隔区有一个垂直分离部件和在邻近垂直分离部件处的一个终端分离部件。垂直和终端分离部件使分隔区与中间蒸馏区隔开，且分隔区的等效直径(De)至少是分隔区理想直径(Di)的约60％。第三个步骤是把空气流送进蒸馏塔系统，其中流体流的第一部分流入中间蒸馏区，流体流的第二部分流入分隔区。第四个步骤是从分隔区取出富氩流。
第三个实施例有许多修正案。在一个修正案中，流体流是从中间蒸馏区下面的蒸馏区下面上升的蒸汽。在该修正案的一个修正中，分隔区有一个顶部和一个底部，且液体是在邻近分隔区顶部的一个位置送进分隔区的。在该修正的一个修正中，液体是通过至少部分冷凝离开分隔区的至少部分蒸气而产生的。
在第三个实施例的另一个修正案中，流体是从中间蒸馏区上面的蒸馏区下降的液体。在该修正案的一个修正中，分隔区有一个顶部和一个底部，且蒸气是在邻近分隔区底部的一个位置送进分隔区的。在该修正的一个修正中，蒸气是通过至少部分汽化离开分隔区的一部分液体而产生的。
在第三个实施例的另一个修正案中，垂直分离部件是园柱形的。在再一个修正案中，垂直分离部件包括联接于第一蒸馏塔园筒形壁的一个垂直壁。
在第三实施例的另一个修正案中，富氩流的氧含量低于约60莫尔％。
在另一个修正案中，富氩流被转送到至少另一个蒸馏塔。在再一个修正案中，富氩流被转送到一个吸附分离系统。
本发明的另一个方面是一个空气分离单元，该单元可采用上面讨论的任何实施例或修正案的流程。例如，本发明包括一个低温空气分离单元，该单元采用第一实施例或第三实施例的流程。
本发明也包括一种把至少包含三种组份的多组份流体蒸馏为至少三个流的蒸馏塔系统，每个组份都有不同的挥发度。该蒸馏塔系统包括有第一蒸馏区和第二蒸馏的蒸馏塔；在蒸馏塔中的第一蒸馏区和第二蒸馏区之间设置的中间蒸馏区；和在蒸馏塔中邻近中间蒸馏区处设置的分隔区。分隔区有一个垂直分离部件和邻近垂直分离部件的终端分离部件，其中垂直和终端分离部件使分隔区与中间蒸馏区隔开，且分隔区的等效直径(De)至少是分隔区理想直径(Di)的60％。
本发明还包括蒸馏塔系统的几个修正案。在一个修正案中，垂直分离部件是园柱形的。在另一个修正案中，垂直分离部件包括联接于蒸馏塔园筒形壁的一个垂直壁。
附图简述

图1是本发明一个实施例的示意图；图2A是本发明所采用蒸馏塔中分隔区的立体示意图；图2B是本发明所采用的一个塔中的分隔区的示意俯视图；图3说明不同类型分隔区几何形状的俯视图；图4说明附加类型分隔区几何形状的俯视图；图5是本发明另一个实施例的示意图；图6是本发明再一个实施例的示意图；图7是本发明用于分离器组份混合物的一个实施例的示意图；图8是本发明用于分离器组份混合物的另一个实施例的示意图。
本发明是一种用于在一种至少有一个蒸馏塔的蒸馏系统中分离多组份进料的流程，该流程从塔顶产生至少一种富含挥发度最高的组份流，从塔底产生至少一种富含挥发度最低的组份流，并从塔内的分隔区产生至少一种富含中等挥发度的组份流。该流程包括以下步骤a)来自至少一个塔的流体流至少被分为两部分；b)步骤a)的第一部分流入至少一个蒸馏塔的中间蒸馏区；c)步骤a)的第二部分流入至少一个蒸馏塔的分隔区，所述分隔区包括一个垂直分离部件和一个终端分离部件，以便在除所述分隔区入口之外的所有位置使所述分隔区与中间蒸馏区隔开；d)所述第二部分流经分隔区并作为富含中等挥发度组份流从终端分离部件中的出口或垂直分离部件中的出口从所述分隔区排出；e)分隔区的等效直径至少是分隔区理想直径的60％，其中等效直径定义为垂直分离部件所围往的流动横截面积除以垂直分离部件形成的周长所得商的四倍，而理想直径是一个园的直径，该园的流动横截面积与垂直分离部件所围住的流动横截面积相等。
本发明也是一个在至少包括一个蒸馏塔的蒸馏系统中进行低温空气分离的流程，该流程至少从塔顶产生一个富氮流，从塔底产生一个氧产品流，从塔中的分隔区产生一个富氩流。该流程包括以下步骤a)从该至少一个蒸馏塔中而来的流体流至少被分为两部分。
b)步骤a)的第一部分流入该至少一个蒸馏塔的中间蒸馏区。
c)步骤a)的第二部分流入该至少一个蒸馏塔的分隔区，所述分隔区包括一个垂直分离部件和一个终端分离部件，以便使所述分隔区可在除所述分隔区入口的以外的所有位置与中间蒸馏区隔开；d)所述的第二部分流经分隔区并通过1多终端分离部件的出口或者垂直分离部件的出口作为富氩流从所述分隔区排出；e)分隔区的等效直径至少是分隔区理想直径的60％，其中等效直径定义为垂直分离部件所围住的流动横截面积除以垂直分离部件形成周长所得商的四倍，理想直径是一个园的直径，该园的流动横截面积与垂直分离部件所围住的流动横截面积相等。
为了说明等效直径的概念和进一步叙述本发明，在图1(它说明流程)中表示出一个基于空气分离的例子，图2A和2B说明分隔区的几何形状。为说明起见，多组份进料包括挥发度最高的氮，挥发度最低的氧和中等挥发度的氩。
在图1中，不含重组份(如水和二氧化碳)并被冷却到一个适当温度的压缩空气进料流作为流101被引到较高压力塔103的底部。该空气进料流的压力一般高于3.5个大气压而低于24个大气压，优选范围为5-10个大气压。到达较高压力塔的进料被蒸馏为塔顶的较高压力氮蒸气流105和塔底的粗液氧流115。氮蒸气流105在再沸腾器/冷凝器113中被冷凝以便产生流体流107，之后该流体流107被分为两个流109和111。流109作为回流，流回到较高压力塔，流111最终通过阀112降压并作为回流117被导入较低压力塔121的顶部。虽然没有画出(为了简单)，但较低压力塔的回流111常通过与原先引入较低压力塔121的另一个流的间接热交换而被冷却。粗液氧流115受到任何选择次数的间接热交换，在通过阀116降压之后最终作为流119被引入较低压力塔。
送进较低压力塔121的进料被蒸馏为塔顶的较低压力氮蒸气流151和塔底的氧流153。蒸气流133从较低压力塔的底部蒸馏区123流出，可含3％-25％的氩，但典型情况是含5％-15％的氩。流133被分为两部分第一部分135和第二部分137。
第一部分135流入中间蒸馏区127。第二部分137流入分隔区125，分隔区包括一个垂直分离部件129和一个终端分离部件131以便使分隔区125与中间蒸馏区127隔开。蒸气流137通过分隔区125上升并被精馏以便产生富氩流139。流139在换热器147中至少部分被冷凝以便产生流141。之后流141被分为两个流143和145。流143作为回流流回分隔区125；流145由蒸馏系统排出。换热器147的致冷是在粗液氧流115通过阀116降压之后通过部分汽化粗液氧流115提供的。
理想情况是，中间区127需要约20-25级分离。如果分隔区125包括相似级数的分离，那么在富氩流中氧的含量通常为10摩尔％，但可在3摩尔％和60摩尔％之间的范围。富氩流的这种纯度足以使它从蒸馏塔中泄出而不太多地增加氧的损失。事实上，这种“氩泄出”(Argon-rejection)模式的工作将增加蒸馏系统的氧回收，这是因为隔离塔使在较低压力塔底部的蒸馏区123中的氧-氩分离更容易。
图2A和2B表示分隔区的一种可能结构。参考图2A，垂直分离部件129包括一个垂直板和与分隔区125接触的塔壁部分。当从顶部观看(图2B)时，垂直板形成长度为L的一条线，而与分隔区相接触的那部分塔壁形成一个长度为C的弧。当从顶部观看(图2B)时，终端分离部件132的面积为A。富氩蒸气流139和分隔区的回流143(到分隔区的)表示为通过蒸气出口管道138和导管142离开/进入塔。另外，这些流可以通过终端分离部件131而进入/离开。
在图2B中，垂直分离部件所包围的流动横截面积表示为阴影区并标记为A。垂直分离部件所形成的周长为垂直板的投影长度L加上沿塔壁的投影长度C。等效直径(De)是在流体流动中通用的术语并被定义为流动横截面积除以周长所得商的四倍。例如
De=4A/(L+C)等效直径提供了一个“园度”的量度。理想情况是，希望分隔区的俯视图(图2B)是园的。这种几何形状趋向使从分隔区的务个位置到出口嘴(蒸气出口管道138)的蒸气流路更一致，因而减小了蒸气流动的分布不良现象。除此之外，园形几何形状的周长最短，因而最适合于减少液体沿壁向下的流动。如果分隔区的俯视图(图2B)是园的，且投影面积是A，那么理想直径将是Di=(4A/π)1/2按照本发明，等效直径与理想直径之比必须大于0.6。
富氩流139的蒸气出口管道138的横截面积典型地是横截面积A的10％。应该注意的是，为了清楚起见，图2中表示的蒸气出口管道比按比例的小。
图3和图4说明不同类型的分隔区几何形状的俯视图，图3和图4按出口管道的横截面积的尺寸比例画出，管道面积表示为黑色实园，其面积等于分隔区横截面积的10％，分隔区横截面积用交叉线阴影表示。图3相应于一个分隔区，其横截面积是塔的总横截面积的25％。图4相应于一个分隔区，其横截面积为塔的总横截面积的50％。实施本发明所要求的横截面积典型地在图3和图4所表示的范围内。
图3(a)表示位于塔横截面中心的圆柱形分隔区。图3(b)表示位于偏离塔中心的同样的圆柱形分隔区。图3(c)表示包围在一根弦和塔壁之间的一个分隔区。图3(d)、3(e)和3(f)分别表示一个馅饼形、一个等边三角形和一个正方形。图3(g)表示包围在两根弦之间的分隔区。最后，图3(h)表示美国专利5946942(Wong等人)讲述的现有技术的结构。
图注中也表示出了每种结构的等效直径与理想直径之比(De/Di)。对于图3(a)-3(f)表示的结构，交叉线阴影面积的大部分在嘴(蒸气出口管道)的一个管道直径之内。在图3(g)中，交叉线阴影面积的大部分区域在嘴(蒸气出口管道)两个管道直径内。对于图3(h)讲述的现有技术结构，可以看出有两个特点。第一，它不可能使嘴投影到交叉线阴影截面上。第二，蒸气元素离开交叉线阴影区域所必须通过的路程长度变化相当大。
正如原来所指出的那样，图3反映出相当小的分隔区(即塔的总截面积的25％)。图4表示分隔区占塔的总横截面积50％情况下的相同结构。这里图4(a)-4(g)说明交叉线阴影区的大部分区域在嘴(蒸气出口管道)的两个管道直径之内。同样，图4(h)中的现有技术的结构遇到对图3(h)讨论过的同样限制。
在图3(a)-3(g)和图4(a)-4(g)表示的结构中，一些图形说明与主蒸馏塔外壁接触的分隔区的一些部分。这使得可以从中间蒸馏区输进中间进料和/或取出中间产品而不必穿过或者说通过分隔区。
在讨论图1的实施例中，应该注意的是；富氩流139的氧含量可能相当高，因而可能不适合于提交给客户。可以通过把分隔区在塔内向上扩展到中间区127终端之外的位置来增加富氩流的纯度。这就增加了分隔区的分离级数因而能够生产出纯度更高的氩流。在一定情况下需要把分隔区一直扩展到蒸馏塔121的顶部，因此终端分离部件可能成为塔121头部的一部分。在另外一些情况下也可能需要使用图5表示的实施例。
正如图5所表示的那样，在该流程中已经附加了一个蒸馏塔541。该塔接收富氩流139作为进料，并从其顶部产生脱氧流545。流545在换热器147中至少部分被冷凝以便形成流549，之后流549被分为两部分551和553。流553是最终的氩产品，但可能含有氧和氮，因此可以实施进一步纯化步骤。流551作为回流流回到塔541，通过塔向下流，从塔底流出，如果需要的话，在泵543中进行泵送，然后作为流143回流到分隔区125。塔541可提供宽范围的分离级。典型情况是采用20-200级分离，这取决于所要求的流545的氧含量。
另外，人们可以采用蒸馏以外的方法来进一步纯化富氩流139。例如，可以使富氩流从流程中排出并通到去除氧、氮或二者的吸附分离系统(未示出)。这种吸附分离可以在单床或多床中进行并可在冷、温或甚至热的温度下进行。氧也可以通过催化氧化步骤去除。薄膜分离方案也可以代替蒸馏纯化。也可以联合采用蒸馏和上述三种另外方法之一的组合来进一步纯化富氩流139。
在所进行的讨论中，分隔区125接收蒸气流137作为底部进料。如图6所示，也可以使分隔区接收液体作为顶部进料。在图6中，不含重组份(如水和二氧化碳)并被冷却到一个适当温度的压缩空气进料流作为流101被引到较高压力塔103的底部。进料空气流的压力一般高于3.5个大气压而低于24个大气压，优选范围5-10个大气压。到较高压力塔的进料被蒸馏为塔顶的较高压力的氮蒸气流105和塔底的粗液氧流115。氮流105在再沸腾冷凝器113中被冷凝以便产生液体流107之后，液体流107被分为两个流109和111。流109作为回流流回到较高压力塔；流111作为回流117最终被导至较低压力塔121的顶部。粗液氧流115受到任何选择次数的间接热交换并最终作为流119被引到较底压力塔。
到达较低压力塔121的进料被蒸馏为塔顶的较低压力的氮蒸气流151和塔底的氧流153。液体流633流出较低压力塔顶部的蒸馏区623并被分为两个流；第一部分635和第二部分637。第一部分635流入中间蒸馏区127。第二部分637流入分隔区125，分隔区125包括一个垂直分离部件129和一个终端分离部件131以便使分隔区和中间蒸馏区127隔开。液体流637通过分隔区125下降并被蒸馏以便产生富氩流639。流639在换热器147中至少部分被汽化以便产生流641，之后流641被分为两个流，643和645。流643作为蒸出流(boilup)回流到分隔区125，富氩流645由蒸馏系统中排出，换热器147的热输入由冷却粗液氧流115来提供。在这种工作模式中，流637基本上不含氧，且由分隔区完成氮-氩分离。
在图1和图5中，换热器147的致冷是由部分汽化粗液氧流115得到的。本专业的技术人员会明白，在换热器147中有适当温度推动力的任何液体流都可以成为粗液氧流的替代流。这种流的例子包括冷凝的空气流或液氮流。
在图1,5和6中，氧产品流153作为蒸气流表示为从较低压力塔121中取出的流。但是本发明不限于这样一种工作方式。本专业的技术人员会明白，氧产品流153可以作为液体流从较低压力塔中取出，被泵送到更高的压力，然后被汽化并被加热。以这种方式产生的气态氧也可以提交给最终用户之前进行有选择的压缩。这种技术通常被称之为泵浦-Lox(Pumped-Lox)。为了方便泵送氧流的汽化，一个通用的方法是压缩一种适当的气体，冷却它，然后再通过与液氧的间接热交换来冷凝它。用于此目的气体的例子包括进料空气和从空气分离单元循环回来的氮蒸气。当空气用于此目的时，冷凝的高压空气用作送到较高压力塔103、较低压力塔121或二者的进料。
在本发明中也可以以类似于粗液氧的方式来使用冷凝的空气。例如，可以冷却冷凝空气以便为图6中的换热器147提供热输入。同样，在冷却和/或适当降压之后，冷凝的空气也可以用于提供图1和图5中换热器147的致冷。与冷凝的空气一样，也可从比较高压力塔中取出任何液体流并用于图1,5和6中的换热器147。
在图6中，换热器147的热输入由冷却粗液氧来提供。如上所述，也可以冷却其他适当的热流体。另外，可以在图6的换热器147中冷凝一种流体以便提供热输入。这种流体的例子包括来自较高压力塔的部分蒸气氮或者部分蒸气空气。
在图1,5和6中没有对任何蒸馏区的质量交换装置的性质作说明。本专业的技术人员会明白，单独使用或联合使用的筛盘、泡罩塔盘、浮阀塔板、无规则装填或结构装填都适用于本发明。
图1,5和6的实施例说明本发明应用于双塔蒸馏系统的情况。本专业的技术人员会明白，为清楚起见在这些图中表示的双塔蒸馏流程已被简化。双塔系统常常有其他进料。例如，1)为了致冷可使进料空气流的一部分膨胀并送进较低压力塔121；2)可以从较低压力塔取出多种氧产品；3)可以从较低压力塔121中的进料流119上面的位置或者从较高压力塔103取出另一个富氮流。
虽然双塔结构对于从空气中回收氧和氩是最通用的，但是本发明不限于这样一些结构。例如对于从空气中回收氧有单塔流程。为了产生富氩流可以容易地把分隔区结合进这样一些流程，在这种情况下本发明也是适用的。
在图1,5和6中换热器147表示在较低压力塔121之外。但是也可以把换热器147安置在较低压力塔121之内，在某些情况下这样更可取一些。
本发明可以用于分离包含三种组份以上的多组份进料。在图7和图8中表示了两个例子并将在下面对它们进行叙述。
图7表示一个分离四组份混合物的例子。组份A的挥发度最高；组份D的挥发度最低；组份B和C具有中等挥发度。多组份进料709被引入蒸馏塔701，蒸馏塔701有一个冷凝器702，一个再沸腾器704，一个中间蒸馏区705和一个分隔区703。富含挥发度最高组份A流作为流715从塔701的顶部取出。在该例中，流715还包含一种中等挥发度的组份B。富含挥发度最低组份D的流711从塔701的底部取出。富含中等挥发度组份C的流713从分隔区703产生。该流的一部分在再沸腾器706中被汽化并作为蒸出流(boilup)回流到分隔区。接着流715被输进下游蒸馏塔707，蒸馏塔707有一个冷凝器708和一个再沸腾器710。塔707从其塔顶产生一个富含组份A的流体作为流719，从塔底产生一个富含组份B的流体作为流717。
图8表示另一个分离四组份混合物的例子。组份A的挥发度最高；组份D的挥发度最低；组份B和C具有中等挥发度。多组份进料809被引到蒸馏塔801，蒸馏塔801有一个冷凝器802，一个再沸腾器804，一个中间蒸馏区805和一个分隔区803。富含挥发度最高组份A的流作为流815从塔801的顶部取出。富含挥发度最低组份D的流作为流811从塔801的底部取出。在该例中，流811也含有中等挥发度的组份C。富含中等挥发度组份B的流813从分隔区803产生，该流的一部分在冷凝器806中被冷凝并作为回流流回到分隔区803。之后流811被输进下游蒸馏塔807，塔807有一个冷凝器808和一个再沸腾器810。塔807从其塔顶产生富含组份C的流体作为流819，而富含组份D的流体则从塔底产生作为流817。
图7和图8表示的结构也可应用于包含四组份以上的进料流，这对本专业的技术人员是显而易见的。
虽然这里所做的说明是参考一定的特定实施例进行的。但本发明决不限于所表示的细节。更正确地说，在不离开本发明的精神的情况下，在权利要求书的范围内和权利要求书的相当内容范围内可对这些细节做各种修正。
权利要求
1．一种流程，该流程把包含至少三种组份的多组份流体蒸馏为至少三个流，每种组份都有不同的挥发度，所述流程采用一个蒸馏塔系统，该系统至少有一个第一蒸馏塔，在塔内至少设置一个第一蒸馏区和一个第二蒸馏区，该流程包括以下步骤在第一蒸馏区和第二蒸馏区之间提供一个中间蒸馏区；在邻近中间蒸馏区处提供一个分隔区，所述分隔区有一个垂直分离部件和一个邻近垂直分离部件的终端分离部件，其中，垂直和终端分离部件使分隔区与中间蒸馏区隔开，且分隔区的等效直径(De)至少是分隔区理想直径(Di)的约60％；把多组份流体输进蒸馏塔系统，其中，流体流的第一部分流入中间蒸馏区，流体流的第二部分流入分隔区；从分隔区取出一个侧线馏分，所述侧线馏分富含一种挥发度介于最高和最低之间的中等挥发度的组份。
2．权利要求1的流程，其中，多组份流体是空气，该至少三组份是挥发度最高的氮，挥发度最低的氧和挥发度介于最高挥发度和最低挥发度之间的中等挥发度的氩。
3．一种流程，该流程用于把空气流蒸馏为至少三个流，所述流程采用至少有一个第一蒸馏塔的蒸馏塔系统，塔内至少设置一个第一蒸馏区和一个第二蒸馏区，该流程包括以下步骤在第一蒸馏区和第二蒸馏区之间提供一个中间蒸馏区；在邻近中间区处提供一个分隔区，所述分隔区有一个垂直分离部件和一个邻近垂直分离部件的终端分离部件，其中，垂直和终端分离部件使分隔区与中间蒸馏区隔开，且分隔区的等效直径(De)至少是分隔区理想直径(Di)的约60％；把空气流输进蒸馏塔系统，其中，流体流的第一部分流入中间蒸馏区，流体流的第二部分流入分隔区；从分隔区取出富氩流。
4.权利要求1或3的流程，其中，流体流是从中间蒸馏区下面的蒸馏区下面上升的一种蒸气。
5.权利要求4的流程，其中，分隔区有一个顶部和一个底部，且液体是在邻近分隔区顶部的一个位置输进分隔区的。
6.权利要求5的流程，其中，液体是通过至少部分冷凝至少部分离开分隔区的蒸气而产生的。
7.权利要求1或3的流程，其中，流体流是从中间蒸馏区上面的一个蒸馏区下降的液体。
8.权利要求7的流程，其中，分隔区有一个顶部和一个底部，且蒸气是在邻近分隔区底部的一个位置输进分隔区的。
9.权利要求8的流程，其中，蒸气是通过至少部分汽化部分离开分隔区的液体而产生的。
10.权利要求1或3的流程，其中，垂直分离部件是园柱形的。
11.权利要求1或3的流程，其中，垂直分离部件包括一个联接于第一蒸馏塔园筒形壁的垂直壁。
12.权利要求3的流程，其中，富氩流中的氧含量低于60摩尔％。
13.权利要求3的流程，其中，富氩流被转送到至少另一个蒸馏塔。
14.一种低温空气分离单元，该单元采用权利要求1的流程。
15.一种低温空气分离单元，该单元采用权利要求11的流程。
16.权利要求1的流程，其中，侧线馏分被转送到至少另一个蒸馏塔。
17.权利要求1的流程，该流程包括以下更进一步的步骤从中间蒸馏区上面的至少一个蒸馏区上面的一个位置取出一个富含挥发度最高的组份流；从中间蒸馏区下面的至少一个蒸馏区下面的一个位置取出另一个富含挥发度最低的组份流。
18.权利要求1的流程，其中，多组份流是从由氮/氧/氩混合物，苯/甲苯/二甲苯混合物，氮/一氧化碳/甲烷混合物，C1-C5醇三组份或更多组份的组合和碳氢化合物混合物所组成的组中选出的，所述碳氢化合物混合物是从由戊烷-己烷-庚烷，异戊烷-戊烷-己烷，丁烷-异戊烷-戊烷，异丁烷-n-丁烷-汽油，C1-C6碳氢化合物或C4异构物组成的三组份或更多组份的组合所组成的组中选出的。
19.一种蒸馏塔系统，该系统用于把包含至少三种组份的多组份流体蒸馏为至少三个流，每种组份都有不同的挥发度，该系统包括一个蒸馏塔，该塔有一个第一蒸馏区和一个第二蒸馏区；一个中间蒸馏区，该区设置在蒸馏塔内第一蒸馏区和第二蒸馏区之间；一个分隔区，该分隔区设在邻近蒸馏塔内中间蒸馏区处，所述分隔区有一个垂直分离部件和一个邻近垂直分离部件的终端分离部件，其中，垂直和终端分离部件使分隔区和中间蒸馏区隔开，且分隔区的等效直径(De)至少是分隔区理想直径(Di)的约60％。
20.权利要求19的蒸馏塔系统，其中，垂直分离部件是园柱形的。
21.权利要求19的蒸馏塔系统，其中，垂直分离部件包括一个联接于蒸馏塔园筒形壁的垂直壁。
22.权利要求3的流程，其中，富氩流被转送到一个吸附分离系统。
全文摘要
一种通过蒸馏把一种多组份进料分离为至少一个富含挥发度最高的组份流,一个富含挥发度最低的组份流和一个富含具有中等挥发度组份流的流程。在一个实施例中,该流程通过低温空气分离流程产生一个富氩流。蒸馏系统至少包括一个蒸馏塔,该塔从其顶部产生一个富氮流,从其塔底产生一个氧产品,并从分隔区产生一个富氩流。分隔区的几何形状使蒸气和液体的分布不良现象减至最小。
文档编号F25J3/04GK1300930SQ0013495
公开日2001年6月27日 申请日期2000年12月13日 优先权日1999年12月13日
发明者R·阿格拉沃尔, D·M·赫尔龙, J·S·乔 申请人:气体产品与化学公司