在主空气压缩机２和增压压缩机６中压缩第一空气流，在第一压力下使其通过主热交换器８的通道而被冷却。无需进一步压缩就可将冷却后的气流引入到双精馏塔１６中的压力较高的精馏柱１８中，该精馏塔除了柱１６外还包括压力较低的精馏柱２０和冷凝器－再沸器２２。在外功作用下压缩空气第二气流在膨胀涡轮机４０中在第二压力时开始膨胀。将膨胀后的第二空气流引入到压力较低的精馏柱２０中。从压力较低的精馏柱的底部区域获得一般是不纯的氧气产物。第二压力小于第一压力，第二空气流从压缩机２和６的中间获得。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种分离空气的方法和装置。通过精馏分离空气的确广为人知。精馏是一种方法，即在向下流动的液体和向上流动的蒸汽之间进行有效的物质交换，以致于在向上流动的蒸汽中富集要分离的混合物中的挥发性较大的组分(氮)，而在向下流动的液体中富集要分离的混合物中的挥发性较小的组分(氧)。已知在双精馏塔内分离空气，其包括接受在适合于提供精馏分离的温度下的第一股净化、压缩、雾状空气的压力较高的精馏柱，和接受较高的经压力精馏塔分离的一股富氧液态空气的压力较低的精馏柱，并且该压力较低的精馏柱与压力较高精馏塔通过冷凝器-重沸器进行热交换，其中冷凝器为分离提供液氮回流，而重沸器提供在压力较低的精馏柱中的向上流动的蒸汽。双精馏塔可以如此运行，即使在压力较低的精馏柱的底部处产生液态氧部分，而使压力较低的精馏柱的顶端处产生雾状的氮气部分。该氧气部分基本上可能是纯净的，其包含小于0.5％(体积)的杂质，或者可能是不纯的，其包含不超过50％(体积)的杂质。完全需要使空气分离装置冷冻。其至少一部分原因是因为在冷冻温度下操作该双精馏塔。特别是如果空气分离产物不在液态下，那么通过将压缩空气第二气流的压力提高到压力较高的精馏柱顶部处的工作压力以上至少两巴来满足冷冻要求，膨胀涡轮机外功的作用下使该压缩空气流膨胀，之后将其抽出到压力降低的精馏柱中。一般，将该涡轮机连接到增压机-压缩机上，其将空气的压力提高到在压力较高的精馏柱顶端的压力以上。GB-A-2251 931公开了一种使用两个高膨胀的涡轮机的空气分离方法，其中一个用于将空气排入压力较低的精馏柱中，而另外一个用于将空气排入压力较高的精馏柱中。前一涡轮机与压力较高的精馏柱具有相同的入口压力。EP-A-472 878公开了一种类似的空气分离方法，但是两个涡轮机具有比压力较高的精馏柱入口压力更高的入口压力。在GB-A-2251 931和EP-A-672中，空气分离方法包括形成压力比其它空气流压力更高的压缩空气第三气流。该压缩空气第三气流用来蒸发氧气流产物，它膨胀并在液态下被引进双精馏塔中。US-A-586 451公开了与图2有关的方法，其中使用单一的空气代替上述的第一和第三气流。将单一的空气流压缩到比第二空气流更高的压力，膨胀并且在部分冷状态下引入压力较高的精馏柱。因此，大部分空气不得不被压缩到基本上压力比精馏柱的工作压力更高的压力。US-A-5337 570提供了另一种空气分离装置的例子。其中第一冷凝器-重沸器，用于冷凝在压力较高的精馏柱中分离的部分顶馏分氮气。通过与在压力较高的精馏柱中形成的富氧液体部分的间接热交换进行有效的冷凝。结果，底馏分富氧液体部分进行部分再煮沸。所得到的蒸汽和残余的液体被送入压力较低的精馏柱中。该装置使用了负荷单个蒸汽发生器的膨胀涡轮机抽入压力较低的精馏柱。在多步主压缩机中压缩待分离的空气之后。待送入压力较高的精馏柱中的主要空气在压力比送入时低的压力阶段被输送到膨胀涡轮机中。一般地空气分离装置消耗大量能源。因此希望空气分离装置具有一种使能源消耗能够最小而没有过度地增加投资资本的结构。为了减小能源消耗，最近，人们已经将许多注意力集中在操作具有两个再沸器的压力较低的精馏柱上面，一个再沸器在较高的温度下操作并被将待分离的空气流加热，而另外一个再沸器在较低的温度下操作，并被在压力较高的精馏柱下分离的氮气流所加热。此种装置的缺点是需要二个再沸器，从而增加了它的复杂性和投资成本。本专利技术的目的是提供一种通过精馏来分离空气的方法和装置，其能够在有利的动力净消耗下操作，而不会使该装置达到不能接受的高投资成本，并且不需要与压力较低的精馏塔相连的两个再沸器。本专利技术提供了一种用精馏来分离空气方法，其包括在第一压力下在主热交换器中通过精馏将压缩空气第一气流冷却到适合于用精馏将它分离的温度，但将没有冷却压缩的第一气流引入到双精馏塔的压力较高的精馏柱中，该双精馏塔包括压力较高的精馏柱和压力较低的精馏柱，(其中形成底馏分液态氧部分)和位于高压精馏柱上的冷凝器-再沸器，压力较高的精馏柱与压力较低的精馏柱之间进行间接热交换，随着外功的作用处于二级压力的二级压缩空气流膨胀，将该膨胀的二级空气流引入到压力较低的精馏柱中，并且从压力较低的精馏柱的底部区域获得氧气产物，其中该二级压力小于第一压力，其特征在于在大约第一压力下将冷却的第一气流引入压力较高的精馏柱中。本专利技术也提供一种用于通过精馏分离空气的装置，其包括串联用于压缩空气流的至少两个压缩级，具有第一通道的主热交换器，该热交换器用于在该压缩空气的第一气流的第一压力下将该气流冷却至适合于精馏的温度，该第一通道与压缩级中的第一个选择级相联，因此第一压力实质上是第一选择的压缩级的出口压力，而第二通道用于在压缩空气的第二气流的第二压力下将该气流冷却至精馏的精馏温度以上的温度，该第二通道与两个压缩级的第二个选择的级相联，因此第二压力实质上是第二个选择的压缩级的出口压力，双精馏塔包括压力较高的精馏柱、压力较低的精馏柱和位于压力较高的精馏柱上的冷凝器-再沸器，其与压力较低的精馏柱进行间接热交换，压力较高的精馏柱被安排为在其底部压力不大于第一压力的条件下操作，而压力较低的精馏柱被安排为操作时产生底馏分液态氧部分；压力较高的精馏柱的入口与第一通道相联；用于随外功作用使压缩空气中的第二气流膨胀的膨胀涡轮机，该膨胀涡轮机被安排为在入口压力不大于第二压力的条件下操作；压力较低的精馏柱的入口与膨胀涡轮机相联，压力较低的精馏柱底部区域的出口作为氧气产物出口，其中第一个选择的压缩级在第二个选择的压缩级的下游，因此该二级压力小于第一压力，本专利技术设备特征在于在第一通道和压力较高的精馏柱之间没有膨胀机制。在此处使用的术语″基本上相同的压力″表示所给定的压力是在另一个给定的压力的加或减0.5巴之内。本专利技术的方法和装置具有许多优点。通过在入口压力低于压力较高的精馏柱的压力条件下运转膨胀涡轮机，使压缩待分离空气所消耗的动力数量可以保持在较低的水平上。随着可有效地送到膨胀涡轮机中的待分离空气的比例增加，该优点越明显。这又取决于可形成的液体分离产物的比例和氧产物的纯度，下面将讨论这一问题。像节约动力一样，当待分离比例特别大的空气随着外功的作用而膨胀并被引入到压力较低的精馏柱中时，还能表现出其它优点。特别地，当蒸汽运输量小于所引入的膨胀空气的水平时，可较有效地操作低压精馏柱。另外，这降低了冷凝器-再沸器上的热负荷。可以减小压力较低的精馏柱下部压力较低的精馏柱的有效直径，从而尽可能缩小液体-蒸汽接触面的总面积。同样，可以缩小压力较高的精馏柱的有效直径。也可以减小冷凝器-再沸器的尺寸。其次，不需要与膨胀涡轮机相联的常规增压机-压缩机，代之以将发电机与膨胀涡轮机相连。结果，可以输出有效数量的电力，从而减小本专利技术方法和装置的净动力消耗量。再者，本专利技术装置甚至可在较宽松的操作条件下达到满意地高效操作。这就简化了制造其中使用标准或预制装置的空气分离装置的方法。一般，从压力较低的精馏塔中提取液态氧气产物，其经增压和蒸发与压缩空气中的第三气流间接进行热交换，蒸汽流处于比第一压力高的第三压力下。(此热交换可在主热交换器分开的热交换器中进行。)优选至少30摩尔百分数的氧气产物是不纯的，即它氧含量在50到本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过精馏分离空气的方法，其包括在第一压力下在主热交换器中将压缩空气第一气流冷却到适合于用来通过精馏来分离它的温度，将没有进一步压缩的冷却后的第一气流引入到双精馏塔的压力较高的精馏柱中，除了压力较高的精馏柱外，该双精馏塔还包括压力较高的精馏柱和压力较低的精馏柱，其中形成底部的液态氧部分，并且冷凝器－再沸器位于压力较高的精馏柱与压力较低的精馏柱进行间接热交换，在外功作用下处于二级压力的压缩空气第二气流发生膨胀，将膨胀的第二空气流引入到压力较低的精馏柱中，并且从压力较低的精馏柱的底部区域获得氧气产物，其中第二压力小于第一压力，其特征在于在基本上是第一压力的压力下将冷却后的第一气流引入压力较高的精馏柱中。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P希金博塔姆，
申请(专利权)人：英国氧气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]
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