CN1122798C - 为低温精馏装置提供致冷的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

产生致冷和将致冷引入低温精馏装置的系统，其中除了涡轮膨胀产生的致冷外，还利用致冷回路中再循环多组分致冷剂产生的供给装置的进一步致冷。

Description

为低温精馏装置提供致冷的方法和设备
本发明一般涉及低温精馏，特别涉及向低温精馏装置提供致冷以实现低温精馏。
低温精馏例如要产生氧、氮和氩的原料空气的低温精馏需要为低温精馏装置提供致冷。典型情况下，工艺流的涡轮膨胀提供了这样的致冷。涡轮膨胀是能量强化步骤，特别当需要大量致冷，例如当需要一种或多种液体产物时，涡轮膨胀是非常费钱的。在低温空气分离的场合下，除了氮和氧的产物外，还需要氩的产物时，原料空气的涡轮膨胀可能会降低氩的回收。
因此，本发明的目的是提供一种将致冷送入低温精馏装置的系统，其中并非全部运行装置所需的致冷都是由工艺流的涡轮膨胀产生的。
本发明实现了上述目的和其它的目的，这些目的对于通过阅读本公开的本领域技术人员是显而易见的，本发明的一个方面是：
为低温精馏装置提供致冷的方法，该方法包括：
(A)压缩多组分致冷剂流体，使被压缩的多组分致冷剂流体膨胀以产生致冷，和通过与工艺流体的间接热交换来加热膨胀的多组分致冷剂流体，从而将来自致冷剂流体的致冷送入工艺流体；
(B)来自工艺流体的致冷送入低温精馏装置；
(C)使流体流进行涡轮膨胀以产生致冷，和将来自涡轮膨胀的流体流的致冷送入低温精馏装置；和
(D)利用膨胀的多组分致冷剂流体产生的致冷和涡轮膨胀的流体流产生的致冷，通过在低温精馏装置内的低温精馏产生至少一种产物。
本发明的另一个方面是：
将致冷送入低温精馏装置的设备，该设备包括：
(A)多组分致冷剂流体致冷回路，包括压缩机、膨胀装置和热交换器，以及使多组分致冷剂流体由压缩机送往膨胀装置、由膨胀装置送往热交换器和由热交换器送往压缩机的装置；
(B)使工艺流体通过上述热交换器的装置和用于将来自工艺流体的致冷作用送入低温精馏装置的装置；
(C)产生致冷的涡轮膨胀机和用于将来自涡轮膨胀机的致冷作用送入上述低温精馏装置的装置；和
(D)从所述低温精馏装置回收产物的装置。
本文所用术语“致冷”的含义指的是将热量从较低的温度向较高的温度，典型地从低于环境的温度向环境的温度排出的能力。
本文所用术语“低温精馏装置”的含义指的是通过低温精馏来分馏混合物的装置，它包括一个或多个的塔和附属于它的管道、阀门和热交换设备。
本文所用的术语“原料空气”的含义指的是主要含有氧、氮和氩的混合物，例如环境空气。
本文所用的术语“塔”的含义指的是蒸馏塔或分馏塔或区，也就是说指的是接触塔或接触区，其中液相和汽相逆流接触，以实现流体混合物的分离，例如利用汽相和液相在一系列安装在塔内的重直分布的塔盘或塔板上和/或填料元件例如规整填料或无规填料上的接触。为进一步讨论蒸馏塔，请参看纽约McGraw-Hill书籍公司出版的，R.H.Perry和C.H.Chilton编辑的化学工程师手册，第5版，13节，连续蒸馏工艺。
所用的术语“双塔”的含义指的是高压塔和低压塔，高压塔的上部与低压塔的下部有热交换关系。在牛津大学1949年出版的工业空气分离第七章，Ruheman著的“气体分离”一文中有关于双塔的进一步讨论。
蒸汽和液体接触分离过程取决于各组分的蒸汽压力差。高蒸汽压(或易挥发或低沸点)的组分将易于浓集在汽相中，而低蒸汽压(或难挥发或高沸点)的组分将易于浓集在液相中。蒸馏是分离过程，其中可以利用液体混合物的加热在汽相中浓集易挥发组分，这样在液相中则浓集难挥发组分。分凝是也分离过程，其中可以利用蒸汽混合物的冷却来在蒸汽相中浓集易挥发组分，而在液相中浓集难挥发组分。精馏即连续蒸馏也是一种分离方法，该方法通过汽相和液相的逆流处理将得到的逐级部分蒸发和部分冷凝结合起来。汽相和液相的逆流接触可以是绝热的或非绝热的，可以包括两相之间积分的(分步的)接触或微分的(连续的)接触。利用精馏原理分离混合物的分离工艺设施常常交替地称作精馏塔、蒸馏塔、或分馏塔。低温精馏是一种至少部分地在150K或低于150K的温度下进行的精馏方法。
本文所用术语“间接热交换”的含义指的是在流体没有任何的物理接触或流体彼此间没有混合的情况下使流体流产生热交换关系。
本文所用术语“涡轮膨胀”和“涡轮膨胀机”的含义分别指的是高压流体流过涡轮机降低流体的压力和温度从而产生致冷的方法和设备。
本文所用术语“膨胀”的含义指的是进行降压。
本文所用术语“可变负荷致冷剂”的含义指的是两种或多种组分的混合物，各组分的比例要使这些组分的液相在混合物的起泡点和露点之间经受着连续增加的温度变化。混合物的起泡点是这样的温度，在给定的压力下，在起泡点时，混合物都处在液相，但是热量的加入将会启动与液相处于平衡的汽相的形成。混合物的露点是这样的温度，在给定的压力下，在露点时，混合物都处在汽相，但是热量取出将会启动与汽相处于平衡的液相的形成。因此，混合物起泡点和露点之间的温度区域是液相和汽相平衡共存的温度区域。在本发明的实践中，可变负荷致冷剂的起泡点和露点之间的温度差至少是10°K，优选地至少是20°K，最优选地至少是50°K。
本文所用术语“碳氟化物”的含义指的是下列氟化物的一种：四氟甲烷(CF4)，全氟乙烷(C2F6)，全氟丙烷(C3F8)，全氟丁烷(C4F10)，全氟戊烷(C5F12)，全氟乙烯(C2F4)，全氟丙烯(C3F6)，全氟丁烯(C4F8)，全氟戊烯(C5F10)，六氟环丙烷(环-C3F6)和八氟环丁烷(环-C4F8)。
本文所用术语“氢碳氟化物”的含义指的是下列的一种化合物：三氟甲烷(CHF3)，五氟乙烷(C2HF5)，四氟乙烷(C2H2F4)，七氟丙烷(C3HF7)，六氟丙烷(C3H2F6)，五氟丙烷(C3H3F5)，四氟丙烷(C3H4F4)，九氟丁烷(C4HF9)，八氟丁烷(C4H2F8)，十一氟戊烷(C5HF11)，氟代甲烷(CH3F)，二氟甲烷(CH2F2)，氟代乙烷(C2H5F)，二氟乙烷(C2H4F2)，三氟乙烷(C2H3F3)，二氟乙烯(C2H2F2)，三氟乙烯(C2HF3)，氟代乙烯(C2H3F)，五氟丙烯(C3HF5)，四氟丙烯(C3H2F4)，三氟丙烯(C3H3F3)，二氟丙烯(C3H4F2)，七氟丁烯(C4HF7)，六氟丁烯(C4H2F6)和九氟戊烯(C5HF9)。
本文所用的术语“氟代醚”的含义指的是下列的一种化合物：三氟甲氧基-全氟甲烷(CF3-O-CF3)，二氟甲氧基-全氟甲烷(CHF2-O-CF3)，一氟甲氧基-全氟甲烷(CH2F-O-CF3)，二氟甲氧基-二氟甲烷(CHF2-O-CHF2)，二氟甲氧基-全氟乙烷(CHF2-O-C2F5)，二氟甲氧基-1，2，2，2-四氟乙烷(CHF2-O-C2HF4)，二氟甲氧基-1，1，2，2-四氟乙烷(CHF2-O-C2HF4)，全氟乙氧基-一氟代甲烷(C2F5-O-CH2F)，全氟甲氧基-1，1，2-三氟乙烷(CF3-O-C2H2F3)，全氟甲氧基-1，2，2-三氟乙烷(CF3-O-C2H2F3)，环-1，1，2，2-四氟丙醚(环-C3H2F4-O-)，环-1，1，3，3-四氟丙醚(环-C3H2F4-O-)，全氟甲氧基-1，1，2，2-四氟乙烷(CF3-O-C2HF4)，环-1，1，2，3，3-五氟丙醚(环-C3H5-O-)，全氟甲氧基-全氟丙酮(CF3-O-CF2-O-CF3)，全氟甲氧基-全氟乙烷(CF3-O-C2F5)，全氟甲氧基-1，2，2，2-四氟乙烷(CF3-O-C2HF4)，全氟甲氧基-2，2，2-三氟乙烷(CF3-O-C2H2F3)，环-全氟甲氧基-全氟丙酮(环-CF2-O-CF2-O-CF2)和环-全氟丙醚(环-C3F6-O-)。
本文所用的术语“大气气体”的含义指的是下列的一种物质：氮气(N2)，氩气(Ar)，氪气(Kr)，氙气(Xe)，氖气(Ne)，二氧化碳(CO2)，氧气(O2)和氦气(He)。
本文所用术语“非毒性”的含义指的是，当根据允许的曝露极限操作时，不会造成严重的或长期的危害。
本文所用术语“不可燃”的含义指的是没有闪点或具有至少600K的很高的闪点。
本文所用术语“低-臭氧-贫化”的含义指的是臭氧贫化势低于蒙特利尔条约草案所规定的0.15，其中二氯二氟甲烷具有1.0的臭氧贫化势。
本文所用术语“非-臭氧-贫化”的含义指的是没有含氯原子、溴原子或碘原子的组分。
本文所用术语“正常沸点”的含义指的是在1个标准大气压下，也就是说在14.696磅/英寸2绝对压力下的沸腾温度。
图1是本发明优选实施方案的流程图，其中多组分致冷剂流体的致冷回路用于冷却送往涡轮膨胀机的进料。
图2是图1所述的实施方案中所应用的多组分致冷剂流体致冷回路的更详细的示意图。
图3是本发明的另一个优选实施方案的流程图，其中多组分致冷剂流体致冷回路的热交换器是低温精馏装置的主热交换器。
对于通用元件，图中的编号是相同的。
将参照附图详细说明本发明。在图1中例示说明了低温空气分离装置，分离装置有三个塔，三塔包括具有高压塔和低压塔的双塔和一个氩气侧塔。
现在参照图1，原料空气60通过基本负荷压缩机30被压缩到压力一般在35-250磅/英寸2绝对压力(psia)的范围内。所得到的被压缩原料空气61的压缩热通过后冷却器(未示出)被冷却，然后通过净化器50清除掉高沸点杂质例如水蒸汽、二氧化碳和烃，然后净化了的原料空气流62被分成标号为65、63和72的三部分。65部分一般包括20-35％的原料空气流62，通过增压压缩机31进一步被压缩到可高达1000磅/英寸2的绝对压力，所得到的进一步被压缩的原料空气66的压缩热在后冷却器(未示出)中冷却，原料空气流66在主热交换器1或第一热交换器1中与返回物流通过间接热交换而冷却，优选地至少部分地被冷凝。所得到的冷却的原料空气流67然后分成物流68和物流69，物流68经过阀门120，进入高压塔10，而物流69经过阀门70，作为物流71进入低压塔11。
另一部分72包括原料空气流62的1-20％，通过压缩机32被压缩到可高达300磅/英寸2的绝对压力，所得到的被压缩物流73的压缩热通过后冷却器8冷却。所得到的原料空气流74然后通过多组分致冷剂流体致冷回路的热交换器5，在此致冷回路中，原料空气流74通过来自再循环多组分致冷剂流体的致冷传递而冷却，这一点下面将更充分地进行说明。所得到的冷却原料空气流75通过涡轮膨胀机33进行涡轮膨胀，以产生附加的致冷，在本实施方案中的原料空气流75是接受来自多组分致冷流体提供的致冷的工艺流体，和所得到的涡轮膨胀物流76从涡轮膨胀机33进入低压塔11。这样多组分致冷剂流体致冷回路所产生的致冷和涡轮膨胀所产生的致冷通过物流76进入塔11而引入低温精馏装置。
原料空气流62的余下部分63通过主热交换器1与返回物流的间接热交换而进行冷却，并以物流64进入高压塔10，高压塔是在压力一般为35-250磅/英寸2的绝对压力的范围内进行操作。在高压塔10内，原料空气通过低温精馏被分离成富氮蒸汽和富氧液体。富氮蒸汽以物流77从高压塔10的上部取出，在再沸点2中通过与沸腾的低压塔底部的液体的间接热交换进行冷凝。所得到的富氮液体78作为回流再返回到塔10。一部分富氮液体79由塔10送往过热降温器6，在过热降温器中富氮液体79过冷却以形成过冷物流80。如果需要的话，液流80的一部分81可以作为具有氮浓度至少99摩尔％液体氮产品加以回收。液流80的余下部分以物流82作为回流进入塔11的上部。
富氧液体以物流83从高压塔10的下部取出，送往过热降温器7，在过热降温器中它被过冷。所得到的过冷富氧液体84然后分成85部分和88部分。85部分经过阀门86，以物流87进入低压塔11。88部分通过阀门95，进入氩气塔冷凝器3，在氩气塔冷凝器3中，88部分被部分地蒸发。所得到的蒸汽以物流94从冷凝器3中取出，并以物流96进入低压塔11。余下的富氧液体以物流93从冷凝器3中取出，与流94合并形成物流96，然后进入低压塔11。
低压塔11是在压力小于高压塔10的压力下操作的，一般在是15-100磅/英寸2绝对压力下操作的。在低压塔11内各种原料通过低温精馏分离成富氮蒸汽和富氧液体。富氮蒸汽以物流101从塔11的上部取出，通过热交换器6、7和1进行加热，并以物流104作为产物氮加以回收，产物流104的氮气浓度至少99摩尔％。为了控制产物纯度，废物流97在物流101取出点的下方从塔11中取出，通过热交换器6、7和1进行加热，并以物流100从系统中除去。富氧液体以物流105从塔11的下部取出，物流105的氧气浓度一般在70-99.9摩尔％的范围内，优选地在95-99.5％的范围内。如果需要的话，物流105的一部分106可以作为产物液体氧加以回收。105物流的余下部分107通过液体泵35增压到较高压力，加压物流108在主热交换器1中进行蒸发，并作为升压的产物氧109加以回收。
含有氧气和氩气的流体以物流110由低压塔11进入氩塔12，其中物流110通过低温精馏分离成富氩流体和富氧流体。富氧流体由塔12的下部以物流111进入低压塔11。富氩流体以蒸汽流89由塔12的上部进入氩气塔冷凝器3，在其中富氩流体被冷凝，是通过与上述部分蒸发过的过冷富氧液体的间接热交换。所得到的富氩液体以流90从冷凝器3中取出。一部分富氩液体91作为回流送入氩气塔12，另一部分富氩液体92作为产物氩回收，产物氩的氩浓度一般在95-99.999摩尔％的范围内。
现在参照图1和图2，将更详细地叙述多组分致冷剂流体封闭回路的操作情况，封闭回路用来产生一部分送入低温精馏装置的致冷，也就是说为低温精馏装置提供致冷。通常致冷是在给定的温度下在密闭环流回路中使用单组分的致冷流体产生的。这样的常规装置的实例包括家用致冷器和空调器。多组分致冷剂流体可以在很广的温度范围内提供可变数量的致冷。因此，致冷源可以与各个温度下的致冷要求相适应，从而降低了系统的能量需求。
物流201中的多组分致冷流体通过再循环压缩机34压缩到压力一般在60-600磅/英寸2的绝对压力，以产生压缩的致冷剂流体202。压缩的致冷剂流体通过水冷的后冷却器进行冷却除去压缩热，因而可以部分地冷凝。物流203中的多组分致冷剂流体然后通过致冷回路热交换器5进一步冷却，其中多组分致冷流体进一步冷却，并且部分地或全部地被冷凝。冷却的压缩的多组分致冷流体204然后通过阀205膨胀或节流，或者任选地通过膨胀涡轮机膨胀。节流作用优选部分地使多组分致冷剂流体蒸发、使流体冷却和产生致冷。在某些受限制的场合下，根据热交换器条件，压缩的流体204可以在膨胀之前成为过冷的液体，在开始膨胀后仍可保持为液体。随后，根据在热交换器中的加热情况，流体将含有两相。
承载致冷的多组分两相致冷剂流体流206的温度一般在125-225°K，优选地150-175°K，此流体然后通过热交换器5，在热交换器5中它被加热并完全蒸发，因此借助间接热交换用来冷却流203，也用来将致冷传入原料空气流74，以产生冷却的原料空气流75。物流75最终送入塔11，这样多组分致冷剂流体致冷回路产生的致冷就送入低温精馏装置。最终所得到的蒸汽流201中的热的多组分致冷剂流体然后向压缩机34再循环，重新开始致冷循环。
利用焦耳-汤姆逊效应，流体经过阀门的压力膨胀提供了致冷，也就是说由于在恒焓下的压力下降而使流体温度降低。但是，在某些场合下，使用两相或液体涡轮膨胀机能够发生流体膨胀，因此，由于涡轮机的工作抽气(Work extraction)，流体的温度将会额外的降低。一般说来，对于多组分致冷剂，与阀门膨胀相关的冷却相比较，由于两相或液体涡轮机膨胀，附加的冷却将是相当的低。可是，对于涡轮机中的气体膨胀，例如，涡轮膨胀机33中的原料空气的涡轮膨胀，与工作抽气相联系的流体冷却要比气流的阀门膨胀所得到的冷却高的多。主要差别在于多组分致冷剂流体的下述压力膨胀，当流体再加热时存在着可变数量的致冷，而对于涡轮膨胀的气流，当气体再加热时存在着不变数量的致冷。因此，多组分的致冷剂和涡轮膨胀流的结合可以在很广的温度范围内提供所需要的工艺致冷。在广泛的温度范围内，在为提供总的所要求的致冷导致较低的系统能量要求中，这结果是所要求的致冷和所供应的致冷达到完好的匹配。
多组分致冷剂流体为了提供在各个温度下所需要的致冷，将含有两种或多种组分。致冷剂组分的选择对于具体的过程应用将取决于致冷负荷对温度的关系。将根据组分的正常沸点、潜热、可燃性、毒性以及臭氧-贫化势来选择合适的组分。
本发明实施中采用的多组分致冷剂流体的优选的一个实施方案包括选自氟碳化物、氢氟碳化物和氟代醚的组中的至少两个组分。
本发明实施中采用的多组分致冷剂流体的另一个优选的实施方案至少包括选自氟碳化物、氢氟碳化物和氟代醚的组中的至少两个组分和至少包括一种大气。
本发明实施中采用的多组分致冷剂流体的另一个优选的实施方案至少包括由氟碳化物，氢氟碳化物和氟代醚组成的这组物质的两种组分和至少两种大气。
本发明实施中采用的多组分致冷剂流体的另一个优选的实施方案包括至少一种氟代醚，和包括由氟碳化物、氢氟碳化物、氟代醚和大气的这组中的至少一种组分。
在一个优选的实施方案中，多组分致冷剂流体只由氟碳化物组成。在另一个优选实施方案中，多组分致冷剂流体只由氟碳化物和氢氟碳化物组成。在另一个优选实施方案中，多组分致冷剂流体只由氟碳化物和大气组成。在另一个优选实施方案中，多组分致冷剂流体只由氟碳化物、氢氟碳化物和氟代醚组成。在另一个优选实施方案中，多组分致冷剂流体只由氟碳化物、氟代醚和大气组成。
在本发明的实施中采用的多组分致冷剂流体可以含有其它的组分，例如氢氯代氟碳化物和/或烃。多组分致冷剂流体优选地不含氢氯代氟碳化物。在本发明的另一个优选实施方案中，多组分致冷剂流体不含烃。多组分致冷剂流体最优选地是既不含氢氯代氟碳化也不含烃。多组分致冷剂流体最优选地是非毒性的，非可燃性的和非-臭氧-贫化的，和多组分致冷剂流体的每一个组分最优选地既可以是氟碳化物、氢氟碳化物、氟代醚，也可以是大气。
本发明对于从环境温度有效地达到低温方面的使用是特别有利的。表1-5列出了本发明实施中采用的多组分致冷剂流体混合物的优选的实例。这些表以摩尔％给出了浓度的分布范围。
                         表1
    组分                           浓度范围
   C5F12                          5-25
   C4F10                          0-15
   C3F8                           10-40
   C2F6                           0-30
   CF4                             10-50
   Ar                                0-40
   N2                              10-80
                         表2
    组分                           浓度范围
   C3H3F5                        5-25
   C4F10                           0-15
   C3F8                            10-40
   CHF3                             0-30
   CF4                              10-50
   Ar                                 0-40
   N2                               10-80
                    表3
    组分                            浓度范围
   C3H3F5                          5-25
   C3H3F6                          0-15
   C2H2F4                          0-20
   C2HF5                            5-20
   C2F6                             0-30
   CF4                               0-50
   Ar                                 0-40
   N2                               10-80
                    表4
    组分                            浓度范围
   CHF2-O-C2HF4                  5-25
   C4H10                           0-15
   CF3-O-CHF2                      10-40
   CF3-O-CF3                       0-20
   C2F6                            0-30
   CF4                              10-50
   Ar                                 0-40
   N2                               10-80
                表5
    组分                   浓度范围
  C3H3F5                5-25
  C3H2F6                0-15
  CF3-O-CHF2             10-40
  CHF3                     0-30
  CF4                      0-25
  Ar                        0-40
  N2                      10-80
图3例示说明了本发明的另一个优选实施方案。对于通用构件，图3的编号与图1的编号相同，通用构件将不再详细说明。图3例示说明的实施方案与图1例示说明的实施方案不同之处只是在于对多组分致冷剂流体的致冷回路它没有单独的热交换器。相反，主热交换器用作多组分致冷剂流体致冷回路的热交换器。在图3例示说明的实施方案中，压缩原料空气流74通过主热交换器1而不是通过单独的热交换器，在主热交换器1中压缩的原料空气流74被冷却，利用与承载致冷的多组分致冷剂流体流206的间接热交换获得致冷，多组分致冷剂流体流206也是通过主热交换器1而不是通过单独的热交换器。
应该指出，在热交换器内，在任何温度的水平下，可以包括多组分致冷剂流体致冷回路和涡轮膨胀。例如，多组分致冷剂可以提供高温度水平下的致冷，而涡轮膨胀可以提供低温度水平下的致冷。对于某些工艺应用，根据所需要的致冷与温度特性曲线的关系，可以使用涡轮膨胀来提供低温程度的致冷。甚至可以是，为了提供温度范围重叠的致冷，某些工艺的应用将需要两种致冷剂方法。进一步应该指示可以使分离过程中不同的工艺物流涡轮膨胀，以提供工艺致冷。合适的工艺流可以包括原料物流、产物或废物流，或中间工艺物流。对于低温空气分离，合适的工艺物可以包括原料空气、产物氧或氮、废氮，或高压塔蒸汽。
虽然采用封闭环单流回路例示说明了本发明，但是对于致冷剂回路，某些场合可能需要不同的流量变化。根据工艺的致冷要求，使用许多独立的流量装置可能是需要的，每个流量装置带有不同的致冷剂混合物。为了允许致冷剂液体的内循环和避免这些液体不需要的冷却和可能的冻结，给定流量的回路将在一种或多种的温度下使用相分离，这也是可能的。最终，作为产生附加致冷的另一种装置，包括气体致冷剂流体的涡轮膨胀也可能是需要的。致冷剂物流回路混合物和工艺条件的具体选择，也就是说混合物的化合物、组成和压力水平的选择将取决于具体工艺应用和与此应用相联系的致冷要求。
对于在很广的温度范围内，特别是包括低温的温度范围内提供致冷，本发明是特别有用的。在本发明的优选的实施方案中，致冷剂混合物两个或多个组分的每一个都具有正常沸点，该正常沸点与该致冷剂混合物中每个其它的正常沸点之差至少是5K，较优选地至少是10K，最优选地至少是20K。这提高了在很广的温度范围内，特别是包含低温的温度范围内提供致冷的效率。在本发明特别优选的实施方案中，多组分致冷剂流体的最高沸点组分的正常沸点至少是50K，优选地至少是100K，最优选地至少是200K，高于多组分致冷的流体的最低沸点组分的正常沸点。
构成本发明实施中有用的多组分致冷剂流体的组分和它们的浓度应是这样的，以使在本发明方法的整个温度范围内形成可变负荷多组分致冷剂流体和优选地维持了这样的可变负荷的特性。这显著地提高了可以在这样广泛的温度范围内产生致冷和使用致冷的效率。所规定的优选的组分组具有附加的益处，这些组分可用于形成流体混合物，这些流体混合物是非毒性的、非可燃的和低的或非臭氧-贫化的。这提供了优于常规的致冷剂的附加好处，常规的致冷剂典型地是有毒性的，可燃的和/或臭氧-贫化的。
本发明实践中有用的并且是非毒性的、非可燃的和非臭氧-贫化的一个优选的可变负荷的多组致冷剂流体包括：由C5F12，CHF2-O-C2HF4，C4HF9，C3H3F5，C2F5-O-CH2F，C3H2F6，CHF2-O-CHF2，C4F10，CF3-O-C2H2F3，C3HF7，CH2F-O-CF3，C2H2F4，CHF2-O-CF3，C3F8，C2HF5，CF3-O-CF3，C2F6，CHF3，CF4，O2，Ar，N2，Ne和He组成的这组中的两个或多个组分。
现在根据本发明的实施，人们可以将增强的致冷有效地提供给低温精馏装置。虽然参照了某些特别优选的实施方案详细地说明了本发明，但是熟练掌握本工艺的技术人员将会认识到本发明的其它实施方案也将符合权利要求的精神和范围。例如，接受多组分致冷剂流体致冷回路的致冷的工艺流不必是原料空气，而且实际上也无需送入低温精馏装置的塔内。可以与低温空气分离系统而不是附图说明的系统相结合，以实施本发明，可以与其它的低温精馏装置例如天然气、升级系统，从粗合成气回收氢气的系统以及二氧化碳生产系统相结合，以实施本发明。

Claims (10)

1.为低温精馏装置提供致冷的方法，该方法包括：
(A)压缩多组分致冷剂流体，使压缩的多组分致冷剂流体膨胀产生致冷，和利用与工艺流体的间接热交换加热膨胀的多组分致冷剂流体，从而使来自致冷剂流体的致冷进入工艺流体中；
(B)使来自工艺流体的致冷引入低温精馏装置；
(C)使一种流体流涡轮膨胀产生致冷，和使涡流膨胀流体流的致冷引入低温精馏装置；和
(D)使用膨胀多组分致冷剂流体产生的致冷和涡轮膨胀流体流产生的致冷，以在低温精馏装置中产生至少一种低温精馏的产物。
2.权利要求1的方法，其中利用将工艺流体送入低温精馏装置的塔而使来自工艺流体的致冷引入低温精馏装置。
3.权利要求1的方法，其中利用将涡轮膨胀流体送入低温精馏装置塔而使来自涡轮膨胀流体流的致冷引入低温精馏装置。
4.权利要求1的方法，其中工艺流体是原料空气流，和其中所述原料空气流进行涡轮膨胀，而成为涡轮膨胀流体流，随后进入低温精馏装置塔。
5.权利要求1的方法，其中多组分致冷剂流体包括由氟碳化物、氢氟碳化物和氟代醚组成的这组中的至少两个组分。
6.权利要求1的方法，其中多组分致冷剂的流体包括由氟碳化物、氢氟碳化物和氟代醚组成的这组中的至少一个组分和包括至少一种大气气体。
7.权利要求1的方法，其中多组分致冷剂流体包括至少一种氟代醚和包括由氟碳化物、氢氟碳化物、氟代醚和大气气体组成的这组中的至少一个组分。
8.权利要求1的方法，其中多组分致冷剂流体的最高沸点组分的正常沸点至少是50K，高于多组分致冷剂流体的最低沸点组分的正常沸点。
9.将致冷引入低温精馏装置的设备，该设备包括：
(A)包括压缩机、膨胀装置和热交换器的多组分致冷剂流体致冷回路和使多组分致冷剂流体由压缩机送往膨胀装置、由所述膨胀装置送往热交换器和由该热交换器送往压缩机的装置；
(B)使工艺流体通过上述热交换器的装置和用于将来自工艺流体的致冷作用引入低温精馏装置的装置；
(C)产生致冷的涡轮膨胀机和用于将来自涡轮膨胀机的致冷作用引入上述低温精馏装置的装置；和
(D)由所述低温精馏装置回收产物的装置。
10.权利要求9的设备，该设备包含主热交换器，低温精馏装置的原料通过此主热交换器，其中多组分致冷剂流体致冷回路的热交换器就是主热交换器。
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