[發明專利]低溫空氣分離的三塔系統

無效

• 申請號: 02107923.4
• 申請日: 2002-03-21
• 公開（公告）號: CN1375676A
• 公開（公告）日: 2002-10-23
• 發明（設計）人: 格哈德·蓬普爾
• 申請（專利權）人: 林德股份公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 過曉東

技術領域

本發明涉及一種如權利要求1前序部分所述的、用三塔系統進行低溫空氣分離的方法。該三塔系統包括高壓塔、低壓塔和中壓塔。所述中壓塔用作分離從所述高壓塔中流出的第一富氧餾分，特別是用來生產氮，而氮則以液態形式作為回流液導入低壓塔或作為產品取出。

背景技術

在Hansen/Linde的專著《低溫技術》(第二版，1985)和Latimer于《化學工程進展》的論文(第63卷，第2期，1967，第35頁)中系統地闡述了低溫分離空氣的基本原理。對于三塔系統而言，高壓塔和低壓塔優選地形成Linde-雙塔，這就是說，這兩個塔在熱交換系統中為主要的冷凝裝置(然而本發明中基本上是應用另外的高壓塔和低壓塔的排列結構和/或應用另外的冷凝器排列結構)。與經典的Linde-雙塔處理方法不同，在三塔方法中，不是所有的在高壓塔中形成的富氧液體直接導入低壓塔中，而將從高壓塔中流出的第一富氧餾分流入中壓塔中，并在中壓塔中于中壓下進行預分離，所述中壓為高壓塔和低壓塔工作壓力之間的壓力。中壓塔的塔頂氣與冷卻液進行間接換熱，并至少部分地被冷凝。此處所產生的液態氮將作為三塔系統中另外的回流液和/或作為液態氮產品取出。例如，人們已經知道，可以將高壓塔的塔底液體、中壓塔的塔底液體、中壓塔的中間位置處液體、低壓塔的塔底液體或者低壓塔的中間位置處液體作為冷凝中壓塔塔頂氣的冷卻液。這種三塔方法例如可從DE1065867?B、DE?2903089?A、US?5692395或EP1043556中獲知。

在上述的用來分離氮氧的三塔裝置中，還可以進一步附加其他的分離裝置，例如附加一個用來分離氧-氬的粗氬塔、一個用來分離氬-氮的純氬塔或一個或多個用來制備氪和/或氙的分離塔，或者非蒸餾分離的裝置或后凈化裝置。具有附加的粗氬塔的三塔系統可以從上述的Latimer論文中以及從US?4433989、EP?828123?A或EP?831284A中等獲知。

發明內容

本發明的基本任務就是提供一種用三塔系統進行低溫空氣分離的方法或裝置，該方法或裝置是特別經濟實用的。

上述任務可按如下解決，即至少采用下述兩種過程物流(Prozess-Strom)中的一種，作為冷凝中壓塔第二氮-塔頂氣的冷卻液：

·第二液態原料空氣流和/或

·高壓塔的中間位置液體

這樣，可以在中壓塔-冷凝器中進行特別有效的間接換熱。

本發明方法的第一種變化形式特別適用于對空氣進行強力預液化的裝置，而且對于高的液體產量和/或內壓縮也是特別適用。對于內壓縮方法，至少有一種產品(例如從高壓塔和/或中壓塔流出的氮、從中壓塔和/或低壓塔流出的氧)是以液態形式從三塔系統的一個塔中或與這樣的塔相連的冷凝器中取出的，并在液態的形式下將其提高到更高的壓力，與第二原料空氣流進行間接熱交換而被氣化或(在超臨界壓力下)假氣化，最后獲得氣態壓力產品。在這個過程中或在接著的膨脹步驟(Entspannungsschritt)中液化了的空氣被用作冷卻液。氣化了的第二原料空氣流優選被導入低壓塔中。所必需的液態空氣(第二原料空氣流)也可在液化裝置里沒有內壓縮的情況下產生，例如在空氣循環中產生。

此處所說的“液態原料空氣”是指直接通過液化原料空氣的分支物流而形成的物流，之后沒有采取任何改變空氣的措施。在中壓塔-冷凝器的氣化室中的液化和導入之間沒有進行相分離。

優選地，中壓塔的冷凝器采用降膜蒸發器；這樣，冷卻液只是部分地被氣化。所生成的二相混合物被導入相分離裝置，在此，氣態餾分和液態成分相互分離。所說的富氧蒸氣輸送回中壓塔，而液態成分輸送到低壓塔。采用降膜蒸發器可以使得液化室和氣化室之間的溫差特別小。這種性能有助于中壓塔工作壓力的優化。

一般來說，冷卻液必須在間接換熱的上游進行減壓。在本發明中，這種減壓可以有效地進行。例如，液態的或超臨界狀態的第二原料空氣流可以導入液體渦輪機中，從該渦輪機中，第二原料空氣流完全或基本上完全以液態形式溢出。

在許多情況下，在中壓塔中除了導入第一富氧餾分外，導入第二加料餾分(Einsatzfraktion)是有利的；例如，所述第一富氧餾分可以是由高壓塔塔底液體形成。為此，與第一富氧餾分成分不同的添加餾分(Zusatzfraktion)可以從高壓塔中抽出而注入中壓塔中。如果用高壓塔流出的中間位置液體作為冷卻液，就可以分流一部分作為進一步的加料餾分而導入中壓塔中。在這種情況下，所述的添加餾分和冷卻液可以從高壓塔的中間位置處取出。