在本发明专利技术所公开的空气低温分离方法中，经净化和冷却的空气被送入一个至少具有一个精馏塔的蒸馏系统中，在该塔中经汽相和液相之间逆流传质而使空气精馏。在至少一个精馏塔（３，５，１５）的至少一部分区段内通过比表面积至少为１０００ｍ↑［２］／ｍ↑［３］的填料进行传质。（*该技术在2013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低温分离空气的方法及实施该方法的一种空气分离装置，在该方法中将已净化和冷却的空气送入至少具有一个精馏塔的蒸馏系统中，在精馏塔中，通过汽相和液相之间的逆流传质而使空气精馏，其中传质过程在至少一个精馏塔的至少一部分区域内的一种填料上进行。一段时间以来，人们已开始在低温技术中使用迄今主要用于其它分离任务的填料，尤其是用于空气分离中的填料。此处填料的概念既包括有序填料，也包括无序填料(粒状填料)。例如在欧洲专利局的专利申请公开说明书EP-A-0321163中公开了一种至少用于两级空分装置的低压塔的部分区域中的填料。该文献还建议来用蒸馏以外的其他领域的公知填料，因为据说在蒸馏过程中填料的特殊性质并不重要。例如这类有序填料具有125m2/m3-700m2/m3的比表面积(即为传质所提供的表面积与填料总体积之比)。迄今在工业空气分离中使用较高密度的填料尚未公开过。在欧洲专利局的申请公开说明书EP-A-0407395中，填料比表面积约在250m2/m3和1000m2/m3之间的范围，在具体的实施例中，最高比表面积只限于700m2/m3。与常规的带有塔板的精馏塔相比，该方法通过减小压降措施在同样的产品规格的条件下只需较小的工作压力，因此能耗降低但制造精馏塔的费用却提高了。本专利技术的任务是要提供本说明书开始部分所描述的那种方法和装置，采用此方法和装置经济上特别有利，尤其是其设备费用较低。完成上述任务的技术方案是使传质过程在至少一个精馏塔的至少部分区域内的一种比表面积至少为1000m2/m3的填料上进行。空气分离塔的不同段由于不同馏分的送入和流出具有不同的负荷，也就是具有不同的蒸汽和液体通过量。尤其是用于空分中的精馏塔的负荷较小的部分区域采用填料时，按本专利技术的构思，通过采用比表面积非常大的填料可使精馏塔中填料的充填高度明显降低。与现有技术中所公开的方法相比，在同样的传质条件下，精馏塔的总高度较小，因此，降低了与之有关的设备生产费用。当然，若在精馏塔的所有段都充填比表面积至少为1000m2/m3的填料，设备费用将更低。然而，从以往的测量得出比表面的范围约为500m2/m3时，非常致密的填料的水力属性能显著降低，尤其是每块理论塔板的压力损失随填料密度加大而显著增加，因此，在气体负荷一定的情况下，所需的塔直径也要加大。较高的绝顷比表面也有这种关系，因为所预见的经济上的缺点，这种密度较大的填料不适用于工业空气分离。此外，气体尤其是液体在填料上的分布以及在填料内部气体和液体的横向分布也都存在较大的问题。曾用一个昂贵的试验装置在工艺空气分离的条件下做了大量试验，其结果证明对空气进行精馏时，当填料的比表面积约为1000m2/m3，其流体力学性能变坏比现有技术中要小得多。此结果非常重要，因为在空气精馏时使用这种致密的填料，设备费用降低带来的优越性显著地超过了流体力学性能降低的不足。这类填料尤其适用于精馏塔中负荷较小的区段或精馏塔中气体负荷恒定的情况。此外，上述致密填料最好具有有序结构，它与德国专利说明书DE-C-2722424或德国专利审定说明书DE-B-2722556中所公开的填料类似。然而，最好使用一种光滑的填料，其结构在德国专利申请P4209132.2中已有描述，此处着重提及这种结构。在同一专利技术构思的基础上进行更有利的改进是在精馏塔的最上段和/或最下段至少部分地装填填料，该填料的比表面积至少为1000m2/m3。在塔的最上段，例如可以是空分塔的纯氮段，只有部分氮产品流通过该段，而在称为氧气段的最下段，通常气体和液体的通过量同样也较低，在这些区段就传质面而言特别致密的填料就可以充分的挥其优势。本专利技术特别适合于粗氩塔与低压塔相连的情况。通常，在这种情况中，低压塔为双级塔，当然，原则上也可将粗氩塔与一个用于氮氧分离的单级塔相连。本专利技术的比表面积至少为1000m2/m3的填料既可用于粗氩塔也可用于低压塔中，或者仅用于上述两种塔之一例如仅用于低压塔中。若传质过程至少在粗氩塔的部分区段的比表面积至少为1000m2/m3的填料上进行则尤为有利。在许多情况中，使粗氩塔中通过该类填料进行大部分传质(大体上是全部传质)或者也可以是全部传质。作为例子，此处还要提一下一种在装有填料且分离级数非常高的粗氩塔中仅精馏分离氧和氩的方法(EP-A-0377117)，其中的粗氩塔非常高。而采用本专利技术的比表面积非常高的填料，例如比表面积达1200m2/m3或1500m2/m3的填料则能降低这类粗氩塔的高度，因此用于设备的投资也相应减少。此外，本专利技术用于一种蒸馏系统包括一个高压塔和一个低压塔的双向塔方法是有利的，该方法的步骤是至少将部分已净化和冷却过的空气送入高压塔，并将来自高压塔的富氧馏分和富氮馏分送入低压塔。这种双级塔例如可用来仅仅制取氧和/或氮，或者也可作为制取稀有气体的附加分离塔。在双级塔方法中，可取的是使传质过程在低压塔的至少部分区段内的比表面积至少为1000m2/m3的填料上进行。尤其可使传质过程在低压塔的大部分范围或全部范围内装填的致密填料上进行。将通常设置在低压塔下面的高压塔相连时采用本专利技术降低结构高度其效果特别好。也许还能省掉在其他情况下将液态馏分从高压塔送至低压塔所需要的泵。如果使用由高压塔下部区域的一种馏分经间接热交换冷却低压塔的顶部则特别有效。采用本专利技术的致密的填料甚至只用所存在的压力差就可克服高压塔塔釜与低压塔顶部之间的高度差。在部分低压塔中装有高比表面积的填料的情况下，如果在位于从高压塔取出并送至低压塔的氧馏分的进口处下方的低压塔区段中至少部分地通过比表面至少为1000m2/m3的填料进行传质也是很有利的。此区段常称之为氧气段，因为从高压塔抽出的上述两种馏分都是从该区段的上方送入，该区段的负荷较少。与前相似，本专利技术的方法还适用于位于抽出纯氮馏分的低压塔顶部和顶部下面不纯氮馏分的抽取处之间的纯氮优及氩中间段。氩中间优位于送入氩塔的含氩氧流的抽取处及与粗氩塔顶部的气体进行间接热交换的蒸发馏分输入处之间。最好在上述区段中的一段或二段中至少部分地通过比表面积至少为1000m2/m3的填料进行传质。此外，也可使双级塔中的传质过程至少部分地在填料上进行。此处所提到的是较高比表面积的填料，当然也可采用较低密度的填料。但在高压塔中极少采用十分致密的填料。此外，根据权利要求13至24所述，本专利技术还涉及一种空分装置。下面将结合陷图对本专利技术的实施例作详细描述，附图中示出的各方法至少都有两个精馏级，当然，本专利技术也可用于单级空气分离方法中。 附图说明图1为本专利技术的低压塔分为三段的空分方法流程图; 图2为本专利技术的低压塔分为四段的空分方法流程图，该方法中附加的部分空气直接送入低压塔中; 图3示出了本专利技术方法的一种改变，该方法中采用了一个与低压塔相连的粗氩塔，而且将低压塔分为五段; 图4示出了本专利技术方法的另一种改变，该方法采用了粗氩塔，且空气直接送入，低压塔分为六段。在这些实施例中，用相同的标号表示与方法步骤相应的装置部件。在图1所示的流程中，经净化的空气1(压力为4-20巴，可取的是5-12巴)在热交换器2中与产品流进行逆向热交换而被冷却到大约为露点温度，然后被送入双级精馏装置的高压塔3中。高压塔3经共同的冷凝蒸发器4与低压塔5相本文档来自技高网...
【技术保护点】
空气低温分离方法，将已净化和冷却的空气输入到至少具有一个精馏塔的蒸馏系统中，空气在该系统中通过汽相和液相之间的逆流传质而被精馏，并且传质过程是在至少一个精馏塔的至少一部分区域内的一种填料上进行的，其特征在于，传质过程是在至少一个精馏塔的至少一部分区域内的一种比表面积至少为１０００ｍ↑［２］／ｍ↑［３］的填料上进行的。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：安东莫尔，威廉罗德，
申请(专利权)人：林德股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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