分离空气的方法技术

提供了一种分离空气的方法和装置。该方法包括在主热交换器中利用热交换将压缩空气流的温度降低到适合用精馏将其分离的温度，在双精馏柱中精馏空气，雌涞脱怪懦鲅鹾偷鳎怪杂肟掌髂媪鞯姆绞酵ü魅冉换黄鳎辽俨糠值髟谖新种信蛘筒⒁杂肟掌飨喾吹姆较蛲ü魅冉换黄鳎佣评渥饔貌⒈３指门蛘偷牡氡焕淙吹目掌髦涞钠骄虏钪辽傥保埃恕Ｒ虼巳冉换黄鞯某叽缈杀瘸９婀こТ蟠蠹跣　?（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空气分离。包括氧化步骤的现代工业和化学过程需要很大量的氧来进行该氧化步骤。利用空气分离法每天可以制出2000吨以上的氧，该方法包括将空气流压缩，由空气流中除去诸如水蒸汽和二氧化碳这类挥发性较低的组分从而将该空气流纯化，将这样纯化的空气流冷却到适合用分馏或精馏法进行分离的温度，然后进行该分离以得到所要求纯度的氧产物。最好是用吸附剂床进行该纯化，该床吸附低挥发性的组分，例如水蒸汽和二氧化碳。空气的分馏最好是在双柱分馏器内进行，它包括一个高压分馏柱和一个低压分馏柱，二者共用一个热交换器，该交换器在高压柱的顶部将氮冷凝，在低压柱的底部使富氧的液体再沸。这样形成的液体氮的一部分作为高压柱的回流使用，其余的则从高压柱中取出，低温冷却，通过一个膨胀阀进入低压柱的顶部，为该柱提供回流。将空气引入高压柱。富氧的液态空气则由高压柱的底部排出，通到低压柱，在那里通常分离成基本上纯的氧和氮产物。这些产物可以从低压柱中以气态形式排出，以与输入的空气逆流热交换的方式温热到环境温度，从而将输入的空气冷却。因为此过程在低温下操作，所以必须制冷。通常是将一部分输入空气在涡轮中膨胀，或是从高压柱中取出氮气流并使其通过膨胀式涡轮来实现制冷。这种空气分离工厂现在很常见。几乎是普遍地，低压柱都在1.3至1.7巴、高压柱在5.5至6.5巴的范围内的压力下操作。选择这样的操作压力是因为可以使产物氮和氧气流在温热至环境温度之后处于略高于大气压的压力。实际上，当柱体要在远离空气分离工厂的预定地点处制造时，机械工程和运输限制决定了这种空气分离工厂的规模的上限。用工厂每天制造的氧的总吨数表示，这一限制是在每天2500吨的量级。因此，所谓的由煤制油的Sasol方法需要几个空气分离工厂以满足它对氧的需求，因为它的需氧量远超过每天5000吨。曾经提出高压柱和低压柱分别在远大于常规的5.5-6.5巴和1.3-1.7巴的压力下进行操作。采用这样高的压力的主要理由是在低压柱中实现更有效的分离。这一建议的缺点是，当生产出的氮供大于求时，就会产生如何处理所得到的高压产物氮气流的问题。曾经提议从氮气流中回收能量来解决这一问题，作法是使氮气流在涡轮中膨胀，利用这一能量产生电力输出。这一建议一般来说确实有利。但是，有些地方电力的输出是不可能的或不需要的。本专利技术涉及利用氮气产物的另一种方法和设备。根据本专利技术，提供了一种分离空气的方法，包括利用在至少一个主热交换器中的热交换将压缩的空气流的温度降低到适合用精馏法进行分离的温度，在双精馏柱中精馏该空气，从双精馏柱的低压柱中排出氧气流和氮气流，将氧气和氮气流以与空气流逆流热交换的方式通过主热交换器，其中低压精馏柱在至少2巴的压力下操作，至少部分氮气流在涡轮中膨胀并且以与空气流逆流的方式流过主热交换器以产生制冷作用，同时维持主热交换器内膨胀的氮气流与被冷却的空气流之间的平均温差至少为10K。本专利技术还提供了用于分离空气的装置，包括至少一台主热交换器，用来将压缩空气流的温度降低到适合用精馏进行分离的温度，一台双精馏柱，它有一个与贯穿上述主热交换器的空气流通道相连的空气入口，双精馏柱中低压柱有用来排出氧气流和氮气流的出口，所述出口与贯穿主热交换器的通道相连，一台膨胀式涡轮用来使至少一部分氮气流膨胀并且以与压缩空气流逆流的方式将其送回到所述主热交换器，该涡轮的安排使得氮气流与使用该装置进行冷却的空气流之间的平均温度差能保持至少10K。最好是，采用至少部分氮气流在精馏柱和主热交换器所位于的保温室外起冷却作用。这种在保温室外进行的冷却作用可以例如是从压缩空气流中除掉压缩热、将用来在空气分离装置处进行冷却作用的水冷却、或是将在空气分离装置处产生的气体混合物中至少一种组分冷凝下来。所述的温度差最好是至少20K。在空气分离技术中通常设法使在其热交换器内被温热的气流与被冷却的气流之间保持小的温差。这样一种措施使能量的利用更为有效，但是需要更大的热交换器。被温热的气流和被冷却的气流之间的温差大时，主热交换器可以制作得较小。特别是当主热交换器是矩阵型时，它可以由较少的部件构成，从而减少对歧管、管道及其它辅助设备的需要。这不仅使主热交换器本身的成本降低，而且也减小了该空气分离装置中低温操作的部件位于其中的保温室(有时称作“低温箱”)的尺寸。另外，氮气流本身在离开主热交换器时的温度较低，这有利于将它用于低温箱外的冷却作用。再者，在低压精馏柱的压力为至少2巴(最好是压力为2.5-4.5巴)下操作，由给定尺寸的双精馏柱生产氧的产率可能会更高。使用氮气流从压缩空气流中除去压缩热有助于减少空气分离装置对冷水的需求，因此可以减小用来向空气分离装置和其它装置供应这种冷却水的冷却塔的尺寸。氮气流也可以直接用来冷却冷却塔中的水。氮的这一用途有可能减小用来冷却水的机械制冷设备的尺寸，或完全不用它。另外，与常规的工厂比较，有可能将水冷却至更低的温度，使其成为更有效的冷却剂，从而有可能减小为将水冷却所需的装置的尺寸。水的冷却最好是以把氮气直接通入水中与之接触的方式来进行。现在通过实施例并参照附图说明本专利技术的方法和设备，这些附图是一个空气分离工厂的示意图。参照附图，画出的装置包括一个多级压缩机2，它具有压缩级4、6和8，紧随其后的分别是后冷却器10、12和14。后冷却器10和12是水冷式。空气流在压缩机2中被压缩至约11巴的压力。然后将空气通过一台纯化装置16，它能有效地从输入的空气中除掉低挥发性的杂质，主要是水蒸汽和二氧化碳。装置16使用吸附剂床从输入的空气中吸附水蒸汽和二氧化碳。这些吸附床可以相互无顺序地工作，以便当用一个或几个吸附床纯化空气时，对剩下的一个或几个吸附床进行再生，通常是用氮气流法再生。然后将纯化过的空气流分成主气流和次气流。主气流通过主热交换器18，气流的温度在其中被降到适合于用精馏法在低温下进行空气分离的程度。如图所示，主热交换器18是一个单件设备。但是可以用多个主热交换器彼此串联或并联，或是串联与并联排列相结合。主空气流在主热交换器18中通常被冷却到它在支配压力下的饱和温度，并且以此温度离开热交换器18的冷端。然后经由入口20将主空气流引入构成双精馏柱22一部分的高压精馏柱24中。这里所用的术语“双精馏柱”是指一种包含两个精馏柱和一个冷凝-再沸器的装置，两个精馏柱中的一个在比另一个更高的压力下操作，冷凝-再沸器将来自高压精馏柱的氮蒸汽冷凝，将低压柱的富氧液体馏分再沸。因此，在附图中的柱24之上还画出了低压精馏柱26。精馏柱24和26都包含着液体-蒸汽接触塔板和相连的泄液管(或其它装置，未画出)，藉此使下降的液相与上升的蒸汽相紧密接触，使得在此两相之间发生质量传递。在每个柱中，下降的液相逐渐地富集氧，而上升的蒸汽相则逐渐地富集氮。高压柱24在压力略低于输入空气被压缩的压力下操作。柱24的操作条件最好是使其顶部产生基本上纯的氮馏分，但其底部的氧馏分中仍含有相当比例的氮。柱24和26通过冷凝-再沸器28连在一起。冷凝-再沸器从高压柱24的顶部接收氮蒸汽，通过与柱26中的沸腾液态氧进行热交换而冷凝。所得到的冷凝物送回到高压柱24。一部分冷凝物为柱24提供回流，其余的则收集在一起，经由出口40排出其液流，在热交换器42中低温冷却，经过膨胀阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分离空气的方法，包括在至少一个主热交换器中利用热交换将压缩空气流的温度降低到适合用精馏将其分离的温度，在双精馏柱中精馏该空气，从双精馏柱的低压柱中排出氧气流和氮气流，使该氧和氮气流以与空气流成逆流热交换关系的方向通过主热交换器，其中低压精馏柱在至少２巴的压力下操作，至少部分氮气流在一台涡轮中膨胀并且以与空气流相反的方向通过主热交换器，从而产生制冷作用并保持主热交换器中膨胀的氮气与被冷却的空气流之间的平均温差至少为１０Ｋ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JT拉文，
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]