[發(fā)明專利]單級(jí)精餾設(shè)備的空氣分離方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210300535.1
• 申請(qǐng)日: 2012-08-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103629894A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫克錕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 孫克錕
• 主分類號(hào): F25J3/04
• 分類號(hào): F25J3/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于低溫精餾空氣分離的領(lǐng)域，應(yīng)用低溫精餾的原理分離空氣，制取氧、氮、氬的方法。

背景技術(shù)

自1903年德國(guó)科學(xué)家通過(guò)節(jié)流和雙級(jí)精餾方法，誕生了世界上第一臺(tái)制氧機(jī)以來(lái)，空氣分離技術(shù)的發(fā)展巳經(jīng)歷了一個(gè)世紀(jì)的歷程；從百年的發(fā)展史看，空氣分離技術(shù)的發(fā)展并未擺脫傳統(tǒng)理論的模式；壓力塔內(nèi)提餾段的缺失是制約空分技術(shù)發(fā)展的根本原因，壓力塔內(nèi)提餾段的設(shè)置是空氣分離技術(shù)的發(fā)展方向。

1903年德國(guó)科學(xué)家林德制造了世界上第一臺(tái)10Nm3/h制氧機(jī)，它是通過(guò)節(jié)流和雙級(jí)精餾方法取得的；1910年法國(guó)液空公司通過(guò)克勞特循環(huán)方法制造了第一臺(tái)50Nm3/h制氧機(jī)，它也是通過(guò)雙級(jí)精餾方法取得的；1939年蘇聯(lián)科學(xué)家卡皮查發(fā)明了具有高效透平膨脹機(jī)的低壓液化循環(huán)流程，同樣是通過(guò)雙級(jí)精餾方法分離空氣。

空氣分離技術(shù)屬于化學(xué)工程領(lǐng)域的范疇，是化學(xué)工程領(lǐng)域的重要分枝，空氣分離具有一定的特殊性；傳統(tǒng)的空氣分離過(guò)程中，由于空氣中還存在微量水分、二氧化碳和碳?xì)浠衔铮瑸榱饲宄@些有害雜質(zhì)，不得不在冷箱內(nèi)與空氣分離同時(shí)進(jìn)行；以前曾通過(guò)凍結(jié)法在可逆式換熱器清除水分和部分二氧化碳，水分和二氧化碳以固體狀態(tài)存在會(huì)阻塞換熱器通道、管道、閥門、塔板小孔；而乙炔和碳?xì)浠衔飫t溶解在液空內(nèi)，當(dāng)液空中氧含量太高時(shí)，乙炔和碳?xì)浠衔锿瑫r(shí)也被濃縮，并以固體狀態(tài)存在于液空中與高濃度的含氧液體會(huì)引起化學(xué)性爆炸，因此壓力塔內(nèi)液空含氧量不能提得太高，一般在36％左右，就此壓力塔不必設(shè)置提餾段僅有精餾段的精餾分離就能達(dá)到這一純度，再通過(guò)液空吸附器清除液空內(nèi)的乙炔及其他碳?xì)浠衔铮^清潔的液空在低壓塔進(jìn)行再次精餾，有害雜質(zhì)的存在嚴(yán)重威脅空分設(shè)備的安全運(yùn)行，成為壓力塔分離空氣的主要矛盾；因此有害雜質(zhì)存在于液空中使壓力塔無(wú)法設(shè)置提餾段，是制約壓力塔精餾潛力的充分發(fā)揮，傳統(tǒng)的空氣精餾過(guò)程必須采用雙級(jí)精餾方法分離空氣以制取氧氮產(chǎn)品。

空分設(shè)備中的氬通常溶解在壓力塔釜的液空內(nèi)，因此希望壓力塔頂液氮帶走的氬越少越好，為了能有較高的提取率，液氮的含氧保持在1％以下和液空含氧在36％左右，當(dāng)液空含氧達(dá)41％以上時(shí)，則液氮內(nèi)不含氧，但液氮中含有大量的氬，不利于低壓塔氬的提取；因此氧氮?dú)宓姆蛛x必須在壓力塔上部設(shè)置一只低壓塔中進(jìn)行。

傳統(tǒng)的精餾塔通常以低壓液氧作為冷源，通過(guò)冷凝器低壓側(cè)和壓力塔之間以壓力差的形式，產(chǎn)生一定的傳熱溫度差冷凝壓力塔的上升氮?dú)猓捎谝貉醯睦淠郎囟容^高，壓力塔的工作壓力也較高，因此空分設(shè)備的能耗較大。

傳統(tǒng)的單級(jí)精餾設(shè)備僅能制取氧或氮的單一氣體，且不能提氬。

傳統(tǒng)的中壓空分設(shè)備由于入壓力塔的膨脹空氣溫度高，膨脹氣體所獲得的有效能低，裝置的冷量受到制約。

傳統(tǒng)的低壓空分設(shè)備由于入低壓塔的膨脹空氣溫度較高，嚴(yán)重影響低壓塔氧、氮、氬的分離效果，因此空分低壓塔必須設(shè)計(jì)得很高，金屬材料使用量大；或者膨脹氮?dú)馀c主換熱器熱交換氣體之間傳熱溫差較大，膨脹氣體所獲得的有效能較低，且膨脹氣量均不能太多，裝置的冷量受到制約。

“化工原理”指出：多組分溶液的精餾過(guò)程應(yīng)有一個(gè)完整的精餾塔，完整的精餾塔應(yīng)包括精餾段和提餾段，在這樣的精餾塔可將一個(gè)雙組分混合體連續(xù)地、高純度地分離為輕、重兩組分；在對(duì)于分離N個(gè)多組分溶液則通過(guò)用N-1個(gè)單級(jí)精餾塔的精餾分離過(guò)程，以獲得所有產(chǎn)品。顯然傳統(tǒng)的空氣分離設(shè)備從它誕生之日起至今的百年歷史，由于當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)水平還不夠發(fā)達(dá)的原因，無(wú)法遵循“化工原理”的精餾過(guò)程。

空氣分離屬于氧氮?dú)迦M份分離的過(guò)程，根據(jù)“化工原理”的三組分離原理，通過(guò)兩個(gè)完整的單級(jí)精餾塔即可以達(dá)到精餾分離的目的，因此完全有可能實(shí)現(xiàn)精餾過(guò)程兩者的統(tǒng)一。

空分設(shè)備采用常溫分子篩吸附原理后，原料空氣中的有害雜質(zhì)如水份、二氧化碳以及乙炔等碳?xì)浠衔镌谶M(jìn)入冷箱之前巳被基本清除，基本排除了嚴(yán)重威脅空分設(shè)備安全運(yùn)行的主要矛盾，因此完全有可能采用一只單級(jí)精餾塔分離空氣，在塔內(nèi)設(shè)置提餾段和精餾段，把液空中含氧量大幅提高，以實(shí)現(xiàn)空分設(shè)備能耗大幅度降低，精餾塔內(nèi)規(guī)正填料的采用進(jìn)一步降低了能耗。

發(fā)明內(nèi)容