用于通过低温分馏空气来制备氧气的蒸馏塔系统和装置制造方法及图纸

本发明专利技术的蒸馏塔系统和装置用于通过低温分馏空气来制备氧气。蒸馏塔系统具有高压塔(101)和低压塔(102)，主冷凝器(103)，和具有氩气塔顶部冷凝器(155)的氩气塔(152)。低压塔(102)包括上部传质区(131)，下部传质区(132)和中部传质区(130)。氩气塔顶部冷凝器(155、255)被设置在低压塔(102)内，位于上部和中部传质区之间，并被构建为强制流动蒸发器。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及根据权利要求1前序部分、用于通过低温分馏空气来制备氧气的蒸馏塔系统。在Hausen/Linde(第二版，1985)的专题论文“Tieftempereturtechnik”[CryogenicTechnology]以及ChemicalEngineeringProgress(第63卷第2期，1967，第35页)中总体描述了低温分馏的基础，并特别描述了双塔装置的构造。双塔的高压塔和低压塔之间的热交换关系通常通过主冷凝器的方式来实现，其中高压塔的塔顶气体被液化，而低压塔的塔底液体被蒸发。本专利技术的蒸馏塔系统原则上可被构建为具有高压塔和低压塔的常规双塔系统。除了用于氮气-氧气分离的两个分离塔，其还可以包括用于获得其它空气组分、特别是稀有气体例如氪气-氙气回收的其它设备。本专利技术中的主冷凝器称为冷凝器-蒸发器。“冷凝器-蒸发器”意指一种换热器，其中第一冷凝流体料流与第二蒸发流体料流进行间接热交换。每个冷凝器-蒸发器都具有液化空间和蒸发空间，其分别由液化通道和蒸发通道构成。在液化空间中进行第一流体料流的冷凝(液化)，并在蒸发空间中进行第二流体料流的蒸发。蒸发空间和液化空间由通道组形成，所述的通道组相互之间呈热交换关系。典型地，主冷凝器被构建为液浴蒸发器，特别是级联蒸发器(例如描述于EP1287302B1＝US6748763B2中的)。其可以通过在常规压力容器中设置的单个换热器模块(block)或者多个换热器模块形成。“氩气排料塔”在这里意指用于氩气-氧气分离的分离塔，其并不用于回收纯的氩气产物，而是用于由正在高压塔和低压塔中分馏的空气排出氩气。其与通常具有70至180个理论塔板的常规粗氩气塔的连接方式仅存在轻微的不同之处；然而，其包含少得多的理论塔板，即少于40个，特别是15至35个。就像粗氩气塔，氩气排料塔的底部区域连接至低压塔中的中间点，并且氩气排料塔典型地通过顶部冷凝器而冷却，其中源自高压塔的膨胀塔底液被引入至蒸发侧；氩气排料塔通常并不具有再沸器。术语“氩气塔”在这里用作为覆盖性术语，用于氩气排料塔、全部范围的粗氩气塔和其间所有的中间阶段。任何分馏装置的蒸馏塔系统均被设置于一个或多个冷箱中。“冷箱”在这里理解为是指绝热壳，其由外壁完全包围热绝缘内部；在内部中设置的是所要绝热的装置部件，例如一个或多个分离塔和/或换热器。绝热作用可以通过外壁的恰当设置和/或通过在装置部件和外壁之间的中间空间填充绝热材料而形成。在后者的变例中，优选使用粉状材料，例如珍珠岩。用于低温空气分馏装置的氮气-氧气分离的蒸馏塔系统和主换热器及其它的冷装置部件必须要由一个或多个冷箱包封。冷箱的外部尺寸典型地决定了在预制装置的情况下包装的运输尺寸。“主换热器”用于冷却与源自蒸馏塔系统的回流进行间接热交换的进给空气(feedair)。所述主换热器可以由一个单独的或者多个并联和/或串联连接的换热器部分形成，例如由一个或多个板式换热器模块形成。特别是用于蒸发或者伪蒸发单独液体或者超临界流体、而不会部分加热和/或蒸发其它流体的分离型换热器并不形成主换热器的一部分。这样的分离型换热器例如可以通过用于在升高的压力下蒸发或伪蒸发液体料流的次级冷凝器或者分离型换热器来形成。除了主交换器，某些空气分馏装置例如包含用于蒸发或者伪蒸发以液体形式由进给空气的一部分形成的高压空气流来加压的产品的次级冷凝器或者高压交换器。相对空间术语“顶部”、“底部”、“在…之上”、“在…之下”、“上方”、“下方”、“竖直”、“水平”等涉及在常规操作中装置的空间排列。在文章开始时提及类型的蒸馏塔系统从US5235816已知。这种类型的装置在生产时尽可能按计划预制，并将预制部件运输至施工现场并最终相互连接。根据装置的尺寸，例如，整个双塔可以与其冷箱一起运输。如果装置的尺寸并不允许这样，那么双塔就不与冷箱和管道一起运输，如果合适的话其可以分为两个部分运输。其它塔例如氩气塔会由于分离的冷箱而产生额外的复杂性。这种塔被单独地运输至施工现场，并在现场连接至装置的其它部分，这具有相当高的复杂性。为了避免额外的低温泵，这种塔(位于其自身的冷箱内)被置于复杂的框架上。这种框架尤其会导致整个装置占地面积的增加。EP1108965A1的图1公开了一种氩气塔，其已被组装于低压塔中，并且其具有的顶部冷却器设置在低压塔的外部。本专利技术的目的在于以最大的密实度来构建在本文开始时所提及类型的蒸馏塔系统，从而简化其构造，并开发操作特别可靠的控制方法。这种目的通过权利要求1的技术特征来实现。据此，氩气塔顶部冷却器被设置于低压塔内。氩气排料顶部冷凝器被构建为强制流动(直通式)蒸发器；在其顶部末端，蒸发空间连接于低压塔的内部，从而使得其中产生的气体可以流至上部传质区中。在本专利技术中，氩气塔顶部冷凝器无需设置在氩气塔上方的中部(如果氩气塔全部或者部分组装于低压塔内)；取而代之的是，其能够利用低压塔的整个横截面。在强制流动蒸发器中，液流在其自身压力下强制经过蒸发空间，并在其中部分蒸发。这种压力例如通过液体柱的方式在通向蒸发空间的入口管道内产生。这种液体柱的高度相应于蒸发空间内的压力降。离开蒸发空间的通过相分离的气体-液体混合物直接向前地被导向至下一个方法步骤，并且更特别地，其不被引入至冷凝器-蒸发器的液浴中，而以液体形式保持的部分会由所述冷凝器-蒸发器再次吸入(“直通式”)。液体在强制流动蒸发器的蒸发空间内部分蒸发。将流出出口的两相混合物优选在中部传质区的顶部引入至液体分配器中。已蒸发的馏分(fraction)向上流至上部传质区内；以液体形式保持的馏分形成回流的至少一部分，用于中间传质区的至少一部分，其特别地形成低压塔的氩气部分。原则上，如在标准的氩气方法中，强制流动蒸发器能够在只有源自高压塔的粗氧气的情况下运行。然而，在本专利技术的内容中，已经发现使用源自低压塔的上部传质区的液体来进料(charge)氩气塔顶部冷凝器的蒸发空间是更加有利的。出于此目的，液体收集器在上部传质区的下方连接至经由入口将液体收集器的液体引入至氩气塔顶部冷凝器的蒸发空间内的设备。由上部传质部分流出的液体在液体收集器中混合，并例如经由管道被引入至氩气塔顶部冷凝器的蒸发空间内。所述液体由此用于冷却氩气塔的顶部。其为比源自高压塔的粗氧气更加富氧的，据此能够在氩气塔顶部冷凝器中产生更小的温差以及相应更小的热力学损失。根据本专利技术(“控制方法3”)，源自氩气冷凝器蒸发空间的两相混合物被引入至作用为相分离单元和液体缓冲器的容器中。在所述容器中分离出的液体被导向至下方的液体分配器中。液体体积通过位于容器底部内的固定隔膜或者相应的孔或者通过液体管道内的控制阀来控制。气体经由气体管道由容器排出。所述管道包含控制阀，蒸发空间内的压力通过所述控制阀而被调节，由此，氩气冷凝器内的温差及其性能会被调节。原则上，除了强制流动冷凝器，还可使用降膜蒸发器，在这种情况下，向下流至上部传质部分内的所有或者几乎所有的液体会同样流经所述降膜蒸发器的蒸发空间。DE1272322B公开了通过圆柱形分隔壁的方式将粗氩气塔组装至低压塔内；顶部冷凝器被构建为常规液浴蒸发器，其第一部分设置于低压塔内。此外，在这里使用其它容器用于顶部冷凝器的第二部分。优选地在本专利技术中，氩气冷凝器经构建本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过低温分馏空气来获得氧气的蒸馏塔系统，包括‑高压塔(101；201)和低压塔(102；202)，‑主冷凝器(103；203)，其被构建为冷凝器‑蒸发器，主冷凝器的液化空间与高压塔的顶部流体连接(104、105、114、115；204、205、214、215)，‑并且包括氩气塔(152；252)，其‑与低压塔(102)内的中间点流体连接，并且‑具有排出富氩料流的设备(37，163)，和‑氩气塔顶部冷凝器(155、255)，其被构建为冷凝器‑蒸发器，并与氩气塔(152、252)的顶部流体连接(37、62、41)，‑所述低压塔具有上部传质区(131)，下部传质区(132)和中部传质区(130)，‑中部传质区(130)具有至少一个第一传质空间(134)，其在向上的方向朝上部传质区(131)敞开，并在向下的方向朝下部传质区(132)敞开，其特征在于，‑上部传质区(131)在其底端具有液体收集器(133)，‑第一传质空间(134)在其顶部具有液体分配器(44)，‑氩气塔顶部冷凝器(155、255)设置于低压塔(102)内，位于上部和中部传质区之间，并且其中，‑氩气塔顶部冷凝器(155)被构建为强制流动蒸发器，其具有蒸发空间，所述蒸发空间在其底端具有入口并且在其顶端具有出口，并且所述出口连接至第一传质空间(134)的液体分配器(44)，所述系统进一步包括‑在上部传质区(131)的下方、将源自液体收集器(133)的液体引入至氩气塔顶部冷凝器(155)的蒸发空间的入口内的设备(71)，和‑容器(1250)，连接至氩气冷凝器(155)的蒸发空间的出口以及容器(1250)的入口的两相管道(73)，用于由容器(1250)排出气体并包含控制阀(1252)的气体管道(1251)，和在中部传质部分(152)的顶部将液体由容器(1250)引入至液体分配器(44)内的液体管道(1254)。...

【技术特征摘要】
2015.08.20 EP 15002477.61.通过低温分馏空气来获得氧气的蒸馏塔系统，包括-高压塔(101；201)和低压塔(102；202)，-主冷凝器(103；203)，其被构建为冷凝器-蒸发器，主冷凝器的液化空间与高压塔的顶部流体连接(104、105、114、115；204、205、214、215)，-并且包括氩气塔(152；252)，其-与低压塔(102)内的中间点流体连接，并且-具有排出富氩料流的设备(37，163)，和-氩气塔顶部冷凝器(155、255)，其被构建为冷凝器-蒸发器，并与氩气塔(152、252)的顶部流体连接(37、62、41)，-所述低压塔具有上部传质区(131)，下部传质区(132)和中部传质区(130)，-中部传质区(130)具有至少一个第一传质空间(134)，其在向上的方向朝上部传质区(131)敞开，并在向下的方向朝下部传质区(132)敞开，其特征在于，-上部传质区(131)在其底端具有液体收集器(133)，-第一传质空间(134)在其顶部具有液体分配器(44)，-氩气塔顶部冷凝器(155、255)设置于低压塔(102)内，位于上部和中部传质区之间，并且其中，-氩气塔顶部冷凝器(155)被构建为强制流动蒸发器，其具有蒸发空间，所述蒸发空间在其底端具有入口并且在其顶端具有出口，并且所述出口连接至第一传质空间(134)的液体分配器(44)，所述系统进一步包括-在上部传质区(131)的下方、将源自液体收集器(133)的液体引入至氩气塔顶部冷凝器(155)的蒸发空间的入口内的设备(71)，和-容器(1250)，连接至氩气冷凝器(155)的蒸发空间的出口以及容器(1250)的入口的两相管道(73)，用于由容器(1250)排出气体并包含控制阀(1252)的气体管道(1251)，和在中部传质部分(152)的顶部将液体由容器(1250)引入至液体分配器(44)内的液体管道(1254)。2.根据权利要求1的蒸馏塔系统，其特征在于，氩气冷凝器(155)经构建以使得其产生用于氩气塔的整个回流料流。3.根据权利要求1或2的蒸馏塔系统，其特征在于，氩气塔被构建为粗氩气塔，并具有70至180个理论塔板。4.根据权利要求1至3任一项的蒸馏塔系统，其特征在于，-中部传质区(130)被竖直的分隔壁、特别是扁平分隔壁(136)以气密的方式分隔为第一传质空间(134)和第二传质空间(135)，-第一传质空间(134)在向上的方向朝上部传质区(131)敞开，并在向下的方向朝下部传质区(132)敞开，并在其顶部具有液体分配器(44)，-其中，第二传质空间(135)在向上的方向朝上部传质区(131)以气密的方式(36)密封，并形成氩气塔(152)的至少一部分，-其中，第二传质空间(135)特别是在向下的方向朝下部传质区(132)敞开。5.根据权利要求4的蒸馏塔系统，其特征在于，氩气塔由第二传质空间(135)和分开的粗氩气塔(900)的组合形成，或者仅由单独的粗氩气塔(900)形成，并且，特征还在于以下情形的任选其一-第二粗氩气塔(900)的顶部与氩气塔顶部冷凝器(155)的液化空间流体连接(907、908)，并且-单独的粗氩气塔(900)的底部特别地与第二传质空间(135)的顶部流体连接(905、906)，或者-第二粗氩气塔(900)的顶部与第二传质空间(135)的下端流体连接(903、904)，并且第二传质空间(135)特别地在朝下部传质区(132)的下端(901)闭合，或者-氩气塔由单独的粗氩气塔(900)形成，氩气塔的顶部与氩气塔顶部冷凝器(155)的液化空间流体连接(907、908)，并且氩气塔的底部与低压塔(102)的中间区域、特别是与中部和下部传质区(130、132)之间的区域流体连接(901、902)。6.根据权利要求1至5任一项的蒸馏塔系统，其特征在于，将液体由液体收集器(133)引入至氩气塔顶部冷凝器的蒸发空间内的设备(71)经构建，以用于将至少80摩尔％、特别是大于90摩尔％体积的在正常运行时流至液体收集器内的液体引入至氩气塔顶部冷凝器的蒸发空间内。7.根据权利要求1至6任一项的蒸馏塔系统，其特征在于，粗氧气管道(153)用于将源自高压塔(101)底部的粗氧气引入至低压塔(102)的上部传质区(131)内。8.通过低温分馏空气来制造氧气的装置，包括-主空气压缩机(303)，用于压缩进给空...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·格卢贝夫，
申请(专利权)人：林德股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE