[發明專利]用于降低蒸餾塔高度的結構填料系統

有效

• 申請號: 01141138.4
• 申請日: 2001-09-30
• 公開（公告）號: CN1347754A
• 公開（公告）日: 2002-05-08
• 發明（設計）人: M·J·洛克特;J·F·比林哈姆
• 申請（專利權）人: 普萊克斯技術有限公司
• 主分類號: B01J19/32
• 分類號: B01J19/32;F25J3/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 鐘守期

技術領域

本發明總的來說涉及用于蒸餾塔的結構填料，特別是在低溫空氣分離裝置的操作中從單個氬塔制備高純度氬氣。

背景技術

氧氣、氮氣和氬氣的大規模生產通常通過低溫精餾進行。先前已知在精餾塔中使用結構填料提供了優于原先所用的塔盤的獨特優點。結構填料的主要優點是每個理論分離級的低壓降。這降低了塔的操作壓力，反過來又降低了空氣壓縮的壓力從而節約了裝置的能耗。填料的使用也可使使用擴展氬塔直接從該裝置生產基本無氧氬氣成為可能。

結構填料確實有遜色于塔盤的缺陷。填充塔的生產費用通常比盤式塔高。此外，雖然每個理論級的填料高度可以與盤式塔相當，其收集和分布液體所需的其它高度意味著含商品結構填料的工業用塔比盤式塔要高。增加蒸餾塔的高度具體對于空氣分離來說有幾個缺點。例如泄漏到低溫系統的熱隨塔填充高度增加而增加，這需要以更多的能耗進行更多的制冷來克服。此外，如果低壓塔填充高度太高，液體從高壓塔到低壓塔的傳送可能需要液體泵或蒸汽提升，這使工藝增加了復雜性和效率低下。蒸汽提升是用于描述通常為蒸汽的低密度流與通常為液體的高密度流的組合的術語，其用于降低平均流體密度從而降低將該流體傳送到更高水平時源于靜水壓頭的壓降。????

因為這些原因，與化學工業中其它典型工業分離相比，低溫空氣分離裝置使用非常低的盤式距和低的理論等板高度(HETP)填料。HETP是通常用于表征填充蒸餾塔的術語，在常規意義上來說此中所用較低HETP表示在一定的填料高度上進行了更多的傳質。

氬氣濃度在約98％(摩爾)或以下的粗氬通過空氣的低溫精餾制備。氬氣中含有小于1％的空氣。通常空氣通過使用雙塔系統分離成氧氣和氮氣，所述雙塔系統包括一低壓塔和一與其存在熱交換關系的高壓塔。氬氣的沸點在氮氣和氧氣之間但接近于氧氣并且傾向于在低壓塔的較下區域濃縮。在低壓塔中氬氣濃縮達到最大之處或附近，導出一股流體并送到氬塔中精餾成粗氬產品。在原料流中氬氣濃度一般為7-15％，從而通過氬塔系統可獲得氬的有效回收。氬塔原料流的其余部分包含氧氣和氮氣。

在氬塔中，原料通過低溫精餾分離。不易揮發的組分氧氣被汽提離開上升的蒸汽，氬氣濃縮在塔的頂部。在氬塔原料中存在的氮氣也將在塔的頂部濃縮，因為氮氣比氬氣和氧氣更易揮發。離開塔頂的粗氬產品一般包含95-98％的氬氣。其余部分基本上是氧氣和氮氣。粗產品送去進一步處理以生產高純氬或精煉氬。通過將粗氬流與氫氣混合并將混合物通過催化氫化裝置使氫和氧反應生成水而將氧氣去除。然后將流體通過干燥器去除水分。去除氧氣還有其它方法。氧氣去除后，通過低溫蒸餾將氮氣從氬流中去除。得到的高純度氬或精煉氬的氧和氮濃度通常均低于2ppm，適合于工業用途。

從氬塔系統生產精煉氬的基建費用和操作費用是相當大的。但是，如果在氬塔提供足夠的平衡級，也可以直接生產基本無氧的氬。通常，在生產粗產品的氬塔中配有的平衡級數目為40-50。為了只通過蒸餾滿足氧氣濃度的技術指標，該數目必須提高到150或以上。

通過氬塔的擴展進行近乎無氧的氬氣的生產具有一些明顯的優點。主要是它不需要另外的下游的單元操作以及相伴的硬件和控制系統。但是，包含大量的平衡級意味著需要非常高的塔。目前，如果需要生產近乎無氧的氬氣，則將另一塔與常規氬氣生產裝置中的粗氬塔串聯。稱為超級(superstaged)塔的所述第二塔必須產生100左右的分離平衡級，粗氬塔產生約50的分離平衡級。從粗氬塔的頂部導出蒸汽并導入超級塔的底部。來自超級塔底部的液體泵入到粗氬塔的頂部。將所述塔分流具有明顯的經濟上的缺陷并且使用單塔進行同樣的工作自然可得到經濟上的節約。但是，現實是就省略粗氬塔時伴隨著建造和聳立較高塔所需的費用來看，在常規結構填料的情況下分流所述塔的附加費用是合理的。

因此，本發明的一個目標是提供一種結構填料塊，它可用于塔中而使生產時所述塔可用于指定的分離，其塔高小于使用常規結構填料作為塔填充物時所需的塔高。

發明內容

本發明可達到本領域技術人員在閱讀了本公開后就可明了的上述和其它目標，本發明的一個方面是：

一種操作精餾塔的方法，包括：