[發明專利]采用分流釜再循環的低溫空氣分離系統

在審

• 申請號: 01119707.2
• 申請日: 2001-05-16
• 公開（公告）號: CN1326085A
• 公開（公告）日: 2001-12-12
• 發明（設計）人: B·阿曼;D·P·博納奎斯特
• 申請（專利權）人: 普萊克斯技術有限公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 盧新華,王其灝

本發明一般涉及低溫空氣分離，更具體地說，涉及可生產出超高純度產品的低溫空氣分離。

現在在工業上用空氣低溫精餾法生產著大量的、超高純度的氧和氮。有時例如在電子工業中需要用到超高純度的氧和氮。現在雖知道有生產超高純度氧或氮的低溫空氣分離系統，但生產這等產品的這類系統通常回收率相當低。

因此，本發明的一個目標是要提供出改進的、生產超高純度氧和氮的低溫空氣分離系統。

本發明的另一個目標是要提供出能以高回收率生產出超高純度氧和氮的改進的低溫空氣分離系統。

本領域的技術人員在讀完本公開內容后就會明白，本發明已經實現了上述目標和其它目標，本發明的一個方面是：

實現低溫空氣分離的方法，它包括：

(A)將原料空氣送入低溫精餾塔中，在塔中用低溫精餾法將原料空氣分離為富氮頂部流體和富氧釜內液體；

(B)借助于與富氮頂部流體進行間接熱交換而使富氧釜內液體部分地汽化，生產出富氧釜內蒸氣和剩余的富氧釜內液體；

(C)壓縮該富氧釜內蒸氣并將所形成的壓縮的富氧釜內蒸氣送入低溫精餾塔；

(D)借助于與富氮頂部流體進行間接熱交換，使剩余的富氧釜內液體汽化；以及

(E)回收某些富氮頂部流體作為產品氮。

本發明的另一個方面是：

實施低溫空氣分離的裝置，它包括：

(A)低溫精餾塔和將原料空氣送入低溫精餾塔的設備；

(B)頂部分流釜冷凝器(split?kettle?top?condenser)、分相器、將流體從低溫精餾塔下部送入頂部分流釜冷凝器的設備、以及將流體從頂部分流釜冷凝器送入分相器的設備；

(C)將流體從分相器送入頂部分流釜冷凝器的設備，以及將流體從低溫精餾塔上部送入頂部分流釜冷凝器的設備；

(D)壓縮機、將蒸氣從分相器送入壓縮機的設備、以及將流體從壓縮機送入低溫精餾塔的設備；以及

(E)從低溫精餾塔上部作為產品氮回收流體的設備。

在此，術語“原料空氣”是指主要含有氧和氮的混合物，例如外界空氣。

術語“超高純度氧”是指含氧濃度至少為99.99摩爾百分數、所含甲烷雜質少于10^-8摩爾百分數的流體。

術語“塔”是指蒸餾或分餾的塔或區域，亦即液相和汽相在其中逆流接觸以有效實現液體混合物分離的接觸塔或接觸區，例如可使汽相和液相在塔內安裝的一系列的在縱向上間隔開的淺盤或平板上和/或在組裝好的或隨機裝填的裝填構件上進行接觸。關于蒸餾塔的進一步的論述，請參閱R.H.Perry和C.H.Chilton編、紐約州McGraw-Hill?Book?Gompany出版的化學工程師手冊(ChemicalEngineer?’s?Handbook)第五版第13章，連續蒸餾法。

蒸氣和液體的接觸分離過程有賴于各組分的蒸氣壓力差。高蒸氣壓(或較易揮發或低沸點的)組分傾向于集聚在汽相，而低蒸氣壓(或較難揮發或高沸點的)組分傾向于集聚在液相。蒸餾是一種分離法，該法可用對液態混合物進行加熱來使較易揮發的組分集中于汽相，從而使較難揮發的組分集中于液相。部分冷凝是一種分離法，該法可用對汽態混合物進行冷卻來使揮發性組分集中于汽相，從而使較難揮發的組分集中于液相。精餾、或稱連續蒸餾是把逆流處理汽相和液相而形成的持續的部分汽化和部分冷凝結合起來的分離法。汽相和液相的逆流接觸可以是絕熱的或非絕熱的，并可包括積分式(分步的)或微分式(連續的)相間接觸。運用精餾原理來分離混合物的分離裝備通常可稱作精餾塔、蒸餾塔、或分餾塔。低溫精餾是至少部分地在或低于開氏(K)150度的溫度下進行的精餾過程。

術語“間接熱交換”是指使兩種流體發生熱交換關系而在相互間不產生任何物理接觸或混合。

術語“渦輪膨脹”和“渦輪膨脹機”分別指的是將高壓氣流通過渦輪機以降低氣體的壓力和溫度借以制冷的方法和裝置。

術語“過冷”和“過冷器”分別指的是將液體的溫度冷卻到低于該液體現有壓力下的飽和溫度的方法和裝置。

術語“上部”和“下部”分別指的是高于或低于塔的中點的區段。

術語“分相器”是指一種容器，進入其中的兩相原料可被分離為單相的蒸氣和液體餾分。通常，該容器具有足夠的橫截面積，以使蒸氣和液體可借重力被分離。

術語“汽提塔”是指一種分離容器，在操作中，下降液流與足夠的上升氣流相對流動，以實現揮發性組分從液體中分離出來進入蒸氣之中，蒸氣中的揮發性組分愈來愈濃地向上升。