[发明专利]使用交叉波纹规整填料塔分离气体混合物的分离方法

说明书

本发明涉及一种使用交叉波纹规整填料塔分离气体混合物的分离方法。

用于分离一氧化碳和氢的混合物的传统装置仅包括具有板的塔，而新一代的这类装置使用不具有改良/修改界面的交叉波纹规整填料塔的技术(EP-A-0 837 031)。由于以下事实，在这些装置中填料的使用仍然棘手，即，对分离效率、可湿性和发泡性能等具有影响的物理特性与空气的物理特性不具有可比性。这些规整填料在界面上具有局部压降，这可能是待分离混合物的可能的发泡源。发泡的存在妨碍了各种待生产的产品的正确的分离运行。

本发明的优点在于防止在专门用于混合物分离的部分中有泡沫生成。可以控制可能的泡沫生成的参数之一可由下列无量纲数概括得到：S＝τm/σ，其中τ是液/汽界面上的剪切应力(kgm^-1s^-2)，m是在填料上流过的液体膜厚度(m)以及σ是液/汽界面上的表面张力(kgs^-2)。因此，如专利US-A-5644932所述，该参数使气体在液体上形成的剪切应力与液体的表面张力相关联。看来，在本发明的应用中，这个因子/系数S的值的范围应当介于50×10^-6和7000×10^-6之间，优选是介于150×10^-6和1500×10^-6之间。

该参数可以通过几种方式进行调节：

●通过调节填料的几何参数(在同一区段之内或在两个不同的区段之间)，也就是说：

○通道相对于水平方向的倾斜角度δ(优选是介于30°和70°之间)；

○波纹的弯折角度γ(优选是介于40°和150°之间)；

○至少在填料中心区域的填料密度(优选是介于300m²/m³和1000m²/m³之间)；

○填料的开孔率(优选是介于3％和20％之间)；

○填料的孔的直径(优选是介于1mm和4mm之间)；以及

○波纹在从其中波纹相对于垂直方向倾斜一给定角度的中心区域到其中波纹相对于垂直方向倾斜一较小角度、或者甚至是垂直的边缘区域的曲率半径(优选是介于0.5mm和3mm之间)；

●通过逐渐改变通道的倾斜角度，如专利WO 97/16247所述，以使所述通道在所述角度的高、低末端越来越垂直。

在这些运行范围(通过调节一个或多个前文提到的参数而运行)内工作的主要优点在于分离能力的优化，或更特别地在于对于给定分离能力的塔直径的减小。因此，通过这些调节手段可以大大地减少塔的投资费用，从而大大减少冷箱的投资费用。低温设备的总体减小也容许在启动和转换阶段中提高设备的灵活性，这是第二个优点。

根据本发明的一个主题，提供了一种气体的低温分离方法，所述气体的主要成分包括选自下列组中的一组的至少两种成分：i)氢、一氧化碳、氮和甲烷；ii)氮、氧、氩；以及iii)二氧化碳、氢、氮、氧、氩，该方法使用至少一个具有交叉波纹规整填料的蒸馏塔和/或至少一个具有交叉波纹规整填料的吸收塔，其中至少一个区段用于下降的液体和上升的气体之间的热量和/或质量交换，其特征在于，该区段的参数S介于50×10^-6和70000×10^-6之间，其中S＝τm/σ，τ是液/汽界面上的剪切应力(kgm^-1s^-2)，m是在填料上流过的液膜厚度(m)以及σ是液/汽界面上的表面张力(kgs^-2)。

根据该方法的其他特征：

-在所述用于热量和/或质量交换的区段中的至少一个填料体包括中心区域和下部区域和可选的上部区域，所述下部区域和可选的上部区域相对于中心区域被改良/修改为使得其中液体的上升阻力相对于中心区域的上升阻力而减小；

-所述气体的主要成分包括氢、一氧化碳、甲烷以及可选的氮；

-所述气体的主要成分包括氢、一氧化碳和可选的甲烷以及氮；

-填料在以下条件下操作，即，进气量F介于0.2-2.5(Nm^-2)^0.5之间，其中F＝(ρ_vv_gas)^0.5，并且/或者填料中的以L/dm₂/h为单位的液体流率可从50变化至高达600L/dm²/h；