[發明專利]空氣分離方法和設備

有效

• 申請號: 201280045357.0
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN104364597B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: H.E.霍華德
• 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72001
• 代理人: 張昱,傅永霄

技術領域

本發明涉及一種用于分離空氣來產生氧產品的方法和設備，在其中空氣由在以熱傳遞關系與彼此運行地相關聯的較高壓力塔(column)和較低壓力塔中的低溫精餾(cryogenic?rectification)來分離，以從較低壓力塔中產生的富氧液塔底產物(bottoms)來產生氧產品。更具體而言，本發明涉及這樣的方法和設備：在其中從較高壓力塔除去的粗液態氧流用于在較低壓力塔內冷凝氬富集蒸氣，且用于生成出于提高氧回收的目的而引入較低壓力塔中的附加的液態富氮回流和氧富集流。

背景技術

氧通過空氣分離裝備(plant)內的低溫精餾來從空氣分離。?在此類裝備中，空氣被壓縮并凈化，且隨后在主熱交換器內冷卻至適用于其精餾的溫度。冷卻的空氣隨后被引入蒸餾塔系統中，蒸餾塔系統具有通過冷凝器重沸器來與較低壓力塔運行地相關聯的較高壓力塔，冷凝器重沸器使較低壓力塔的富氧液體塔底產物部分地氣化，防止所產生的富氮蒸氣冷凝成較高壓力塔的塔頂產物(overhead)。所得的富氮液體用于形成用于兩個塔的回流。此外，由較高壓力塔的塔底產物構成的粗液態氧流在較低壓力塔中進一步提純，以使氧與氮進一步分離，且由此產生較低壓力塔中的富氧液體塔底產物。氧產品的至少一部分由富氧液體塔底產物形成，且可被泵送來產生加壓氧產品。

為了分離氧以便使大部分氧從空氣分離，較低壓力塔的最高區段內必須存在足夠的液體蒸氣比(liquid?to?vapor?ratio)，以便使上升蒸氣富集氮。同樣地，必須存在足夠的較低壓力塔重沸，以便有效地從下降液體提餾氬和氮。在泵送產品氧的情況下，大約百分之30至百分之40的空氣被液化來提供使主熱交換器內的加壓液態氧加溫所需的能量。液態空氣隨后被輸送入塔中來用于精餾。在許多情況下，液態空氣和富氮液體流不足以回流較低壓力塔，以便維持高的氧回收。將注意的是，當冷凝的液態或氣態氮作為產品從較高壓力塔提取時，在較低壓力塔和較高壓力塔中的液體蒸氣比都受損。

如將論述的那樣，本發明提供了一種用于分離空氣的方法和設備，在其中，優于現有技術方法的是提高了在較低壓力塔的精餾區段內的液體蒸氣比，以便增大氧從空氣的回收。?

發明內容

一方面，本發明提供了一種分離空氣來產生氧產品的方法。根據此方法，空氣在低溫精餾過程中分離，該低溫精餾過程具有以熱傳遞關系與彼此運行地相關聯的較高壓力塔和較低壓力塔，以產生用于較高壓力塔和較低壓力塔的富氮回流。氧產品從較低壓力塔的富氧液體塔底產物產生。

執行低溫精餾過程，使得由在較高壓力塔中產生的粗液態氧塔底產物形成的粗液態氧流部分地氣化，防止在較低壓力塔中產生的氬富集蒸氣至少部分地冷凝。具有比粗液態氧流的氧含量更大的氧含量的附加的富氮回流和氧富集流兩者都由至少部分地由粗液態氧流在其部分氣化之后產生的兩相流形成。氧富集流和附加的富氮回流的至少一部分被輸送入較低壓力塔中。氬富集蒸氣至少部分地在較低壓力塔的位置處冷凝，在此位置處氬富集蒸氣均具有0.1摩爾百分數與5.0摩爾百分數之間的氮濃度。所得的冷凝物將與較低壓力塔的下降液體組合來使較低壓力塔的最低區段中的液體蒸氣比增大。氧富集流和附加的富氮液體流的至少一部分在較低壓力塔的連續的較高位置處且在氬富集蒸氣至少部分地冷凝之處的較低壓力塔位置上方輸送。

如可領會，氬的中間冷凝和附加的液態氮回流的形成使較低壓力塔的最低區段內的液體蒸氣比增大。此外，由于含氧流比粗液態氧流更富含氧，且已經生成附加的較低壓力回流，故氧回收將提高。

盡管本發明具有對采用較高壓力塔和較低壓力塔的空氣分離裝備的普遍適用性，但由于輸送空氣的有意義部分在進入塔之前冷凝而特別適用于泵送的液態氧裝備，且在具有百分之99.5及更高純度的氧的生產中特別有用。此類裝備具有與裝備相關的較低的基本水平回收，在這些裝備中，氧產品主要是從較低壓力塔回收的氣態氧。在此方面，氧產品通過泵送從較低壓力塔取出(withdraw)且由富氧液體塔底產物構成的富氧塔底產物流的至少一部分來從較低壓力塔的富氧液體塔底產物產生，以形成加壓液態氧流。加壓液態氧流的至少一部分通過與高壓過程流間接交換來加溫，使得其液化。在此方面，在本發明的任何實施例中，此高壓過程流可為高壓空氣流，其被液化來形成液態空氣流。氧產品由加溫之后的加壓氧流的至少一部分形成，且在液化之后，高壓流的至少一部分被引入較高壓力塔和較低壓力塔中的至少一個中。