低温精馏分离空气的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种低温空气分离系统，在该系统中一部分原料空气被透平膨胀以产生冷量，原料空气的第二部分与从空分设备中流出的正在蒸发的产品进行热交换而被冷凝，此两部分原料空气均被送入同一塔中以进行分离。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及低温空气分离领域，更具体地说，涉及从空气分离中生产高压产品气体。常用于空气分离的工业系统是低温精馏，它是利用高进气压来进行分离的，这种高进气压通常是将原料空气在引入塔系统之前经压缩机压缩而获得的。进行空气分离时，液体和蒸汽逆流接触通过该塔或几个塔的汽-液接触部件，使易挥发组份从液体变成蒸汽，而不易挥发组份由蒸汽变成液体。蒸汽在塔内上升的过程中，易挥发组份逐渐增多，液体在塔内下降的过程中，不易挥发的组份逐渐增多。通常，低温分离是在主塔系统和辅助氩塔中进行的，主塔系统至少包括一个塔，在该塔中原料空气被分离成富氮组分和富氧组分，从主塔系统中流出的原料空气在辅助氩塔中被分离成富氩组分和富氧组分。人们常常希望从空气分离系统中回收到高压气体产品。通常是用压缩机将产品气体压缩到高压，这种系统很有效，但十分昂贵。因此，本专利技术的一个目的是要提供一种改进的低温空气分离系统。本专利技术的另一个目的是要提供一种用于生产高压产品气体而又减少或不需要对产品气体进行压缩的低温空气分离系统。本专利技术还有一个目的是要提供一种具有较高的氩气回收率的低温空气分离系统。本领域的普通专业技术人员阅读了本专利技术所公开的内容后，将能清楚地看到用本专利技术可达到上述目的及其它目的。本专利技术一般包括透平膨胀一部分经压缩的原料气，以向设备供冷并提高氩气的回收率;冷凝另一部分与正蒸发的液体进行热交换的原料空气，以生产产品气体。更具体地说，本专利技术一方面包括利用低温精馏分离空气以生产产品气体的方法，它包括如下步骤(A)透平膨胀经冷却、压缩的原料空气的第一部分，将所生成的经透平膨胀的部分引入空分设备的第一塔中，第一塔的运行压力范围通常为60至100磅/吋2;(B)至少部分冷凝经冷却、压缩的原料空气的第二部分，将所生成的液体引入上述第一塔;(C)将进入上述第一塔的流体分离成富氮流体和富氧流体;并将上述两股流体引入空分设备的第二塔中，所述第二塔的运行压力低于上述第一塔的运行压力;(D)将流入第二塔中的流体分离成富氮蒸汽和富氧液体;(E)通过与经冷却、压缩的原料空气的第二部分进行间接热交换蒸发富氧液体，以便进行步骤(B)中的冷凝;(F)回收经步骤(E)中热交换而获得的蒸汽，以作为氧气产品;以及(G)将从第二塔流出的含氩流体送入氩塔;将含氩流体分离成富氧液体和富氩蒸汽，回收至少部分富氩流体。本专利技术另一方面包括利用低温精馏分离空气以生产产品气体的设备，它包括(A)一个空气分离设备，它包括一个第一塔、一个第二塔、一个再沸器、使流体从第一塔流入再沸器的装置、以及使流体从再沸器流到第二塔的装置;(B)一个透平膨胀机、向透平膨胀机提供原料空气的装置、以及使流体从透平膨胀机流到第一塔的装置;(C)一个冷凝器、向该冷凝器提供原料空气的装置、以及使流体从该冷凝器流进第一塔的装置;(D)使流体从空气分离设备流入上述冷凝器的装置;(E)从上述冷凝器回收产品气体的装置;以及(F)一个氩塔、使流体从第二塔流入该氩塔的装置、以及从上述氩塔中回收流体的装置。此处所使用的术语“塔”指的是一种蒸馏或精馏塔、或蒸馏或精馏区，即一种接触塔或区域，在该塔或区中液相和汽相逆流接触，以实现流体混合物的分离。例如，汽相和液相可以在安装在塔内的一系列垂直相隔的盘或板上接触，或者也可以在填料部件上接触。对于蒸馏塔的进一步讨论可以参见“化学工程手册”(第5版，由R.H.Perry和C.H.Chilton编，McGraw-Hill图书公司出版、纽约)的第13章，即“蒸馏”一章的第13-3页上B.D.Smith等人的文章“连续蒸馏过程”(The Continuous Distillation Process)。术语“双级塔”指的是一种高压塔，其上端与低压塔的下端处于热交换关系。关于双级塔的进一步讨论发表在Ruheman的“气体分离(The Separation of Gases)”一书(牛津大学出版，1949年)的第7章“工业空气分离(Commerical Air Separation)”中。术语“氩塔”指的是一种塔，在该塔中通过往上流的蒸汽与向下流的液体逆向流动，使上流的蒸汽中氩的含量逐渐增多，氩气产品从该塔中抽出。术语“间接热交换”的含义是两种流体进行热交换时没有任何直接接触，或者流体之间互不掺混。术语“汽-液接触部件”是指在两相逆流流动期间，在液汽接触界面处任何有助于传质或有助于组分分离的塔内部件。术语“塔盘”指的是一种大体上是平坦的板，板上有孔、液体入口和出口，液体能流过板，而蒸汽通过孔上升，以便两相之间进行传质。术语“填料”的含义是指用作塔内部件的任何具有予定结构、尺寸和形状的实体或空心体，它们为液体提供了表面积，从而能在两相逆流流动期间，在液-汽接触界面处进行传质。术语“无规填料”意指各个填料互相之间或相对于塔轴线来说无特定取向的填料。术语“结构定形填料(structured packing)”指的是各个填料彼此之间、以及相对于塔轴线而言具有特定取向的填料。术语“理论段”的含义是指在某段中向上流动的蒸汽和向下流动的液体之间为理想接触，使离开的流体保持在平衡状态。术语“透平膨胀”意指让高压气流通过一个透平机而降低该气体的压力和温度，从而产生冷量。一般常采用负载装置，如发电机、功率计或压缩机之类来回收能量。术语“冷凝器”是指一种靠间接热交换的方式冷凝蒸汽的热交换器。术语“再沸器”意指一种靠间接热交换的方式蒸发液体的热交换器。再沸器一般用在精馏塔的底部，以向汽-液接触部件提供蒸汽流。术语“空气分离设备”指的是一种利用低温精馏的方法分离空气的设备，它包括至少一个塔和附属连接装置，如泵、管路、阀和热交换器等。附图说明图1是本专利技术的低温空气分离系统的一个最佳实施例的流程简化示意图;图2是空气冷凝压力与氧沸腾压力的关系曲线图。下面将参照附图详细描述本专利技术。参见图1，原料空气100通常被压缩到绝对压力为90至500磅/吋2(psia)的范围内，然后与流过热交换器101的逆向回流进行间接热交换而被冷却。将经冷却、压缩的原料空气的第一部分103送入透平膨胀机102中，膨胀后的压力通常为60到100磅/吋2。将所生成的膨胀后的空气104送入第一塔105中，该塔的运行压力范围一般为60-100磅/吋2。通常第一部分103含有70%-90%的原料气100。将冷却、压缩后的原料气的第二部分106送入冷凝器107中，在该冷凝器中，此部分原料气与来自在后面将作更详细描述的空分设备的正在蒸发中的富氧液体进行间接热交换而至少部分被冷凝。通常，第二部分106含有原料空气100的5%-30%。所生成的液体从高于蒸汽进料口的地方被送入塔105中。在气流106仅部分被冷凝的情况下，所生成的流体160可以直接送入塔105中，或者如图1所示，送入分离器108中。从分离器108流出的液体109再流入塔105中。液体109也可以在进入塔105之前流过热交换器110而进一步被冷却。对原料空气中经过冷凝的部分进行冷却可以提高生产过程中液体的产量。从分离器108流出的蒸汽111可以直接送入塔105中，或者也可以在热交换器112中与回流进行热交换而被冷却或冷凝，然后再流入塔105中。此外，被冷却、压缩的原料气的第四部分113本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用低温精馏分离空气以生产气体产品的方法，它包括：（Ａ）透平膨胀冷却、压缩过的原料空气的第一部分，将透平膨胀所产生的部分引入空分设备的第一塔，通常上述第一塔的运行压力范围为６０－１００磅／时↑［２］；（Ｂ）至少冷凝一些冷却、压缩过的 原料空气的第二部分，并将所生成的液体引入第一塔；（Ｃ）将进入第一塔的流体分离成富氮和富氧流体，并将所述两股流体引入空分设备的第二塔，第二塔的运行压力低于第一塔的运行压力；（Ｄ）将流入第二塔的流体分离成富氮蒸汽和富氧液体；（Ｅ）通 过与冷却、压缩过的原料空气的第二部分进行间接热交换使富氧液体蒸发，以便进行步骤（Ｂ）中的冷凝；（Ｆ）回收从步骤（Ｅ）的热交换中所得到的蒸汽，以作为氧气产品；以及（Ｇ）将从第二塔流出的含氩流体引入氩塔，将上述含氩流体分离成富氧液体和富 氩蒸汽，至少回收部分富氩流体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JR德雷，
申请(专利权)人：联合碳化工业气体技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]