分离空气的方法和设备技术

本发明专利技术涉及分离空气的方法和设备。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于分离空气的方法和设备。工业上用于分离空气的最重要的方法是通过精馏进行的。经常使用的经精馏分离空气的方法包括如下步骤压缩空气物流;通过从其中除去水蒸气和二氧化碳而纯化形成的压缩空气物流;通过热交换将形成的纯化空气物流冷却，将产物物流返回至适于其精馏的温度。精馏在所谓的“双精馏塔”中进行，双精馏塔包含高压精馏塔和低压精馏塔。既使不是所有的空气也是绝大部分空气被引入高压塔中，并被分离成富氧空气和氮蒸气。将氮蒸气冷凝。部分冷凝物用作为高压塔的液态回流液。从高压塔的塔底排出的富氧液体被低温冷却后通过节流阀或减压阀引入低压塔的中间区域。在低压塔中，富氧液体被分离成基本纯的氧及氮产品。从低压塔排出这些产品而形成返回物流，其与进料空气进行热交换。低压塔的回流液经下述过程提供从高压塔取出冷凝物的残余物，将其低温冷却，再经节流阀或减压阀将其引入低压塔的顶部。低压塔通常在1-1.5巴(绝对)的压力下进行操作。在低压塔底部的液态氧用来满足高压塔顶部的冷凝负荷。相应地，来自高压塔顶部的氮蒸气与在低压塔底部的液态氮进行热交换。足够的液态氧能被蒸发，从而满足低压塔对再沸的需求并能使氧气产品获得良好收率。高压塔的塔顶压力和进料空气被压缩的压力应设计成使冷凝氮气的温度比低压塔中沸腾氧的温度高约1开氏温度。因这些关系，高压塔通常不能在低于约5.5巴的压力下操作。当氧产品为含有例如2-20%(体积)杂质的非高纯氧产品时，业已提出了空气分离的改进方法，该方法可使高压塔在低于5.5巴的压力下操作。US-A-4，410，343公开了，当需要这种低纯氧而无需具有上述低压塔与高压塔的关联关系时，可用空气来沸腾低压塔塔底的氧气从而为该塔提供再沸并蒸发氧产品。然后将形成的冷凝空气加至高压塔和低压塔中。由高压塔中排出富氧液体物流，并将其通过一节流阀，部分该物流被用于在高压塔顶部进行氮冷凝。US-A-3，210，951也公开了一种生产不纯氧的方法，其中采用空气来沸腾低压塔塔底的氧以便为该塔提供再沸并蒸发氧产品。但是，在这种情形下，来自低压塔中间区域的富氧液体被用来对高压塔产生的氮蒸气进行冷凝。虽然US-A-4，410，343和US-A-3，210，951中所述的方法在氧产品不纯时可采取一些措施来降低高压塔与低压塔的操作压力之比，但是，人们还特别希望能有更进一步的改进方法。本专利技术涉及由空气分离不纯氧的方法和设备，所述方法和设备可满足上述要求。本专利技术提供了一种分离空气的方法，该方法包含在高压精馏塔中对第一种空气物流进行精馏从而产生氮蒸气和富氧液体;将至少部分氮蒸气进行冷凝并采用至少部分形成的冷凝物作为高压精馏塔的回流液;在低压精馏塔中对富氧液体物流进行精馏;向低压精馏塔提供液态氮回流液;从低压精馏塔排出不纯的产品氧;将来自低压精馏塔第一质量交换区域的第一种液体进行再沸，并使再沸过的第一种液体流向上通过低压精馏塔;将来自低压精馏塔至少一个第二质量交换区域的第二种液体进行再沸，并使再沸过的第二种液体流向上通过低压精馏塔;其中，所说的第二种液体经与第一种空气物流进行间接热交换而再沸，所说的氮蒸气经与第三种液体进行间接热交换而冷凝，第三种液体来自低压精馏塔的至少一个第三质量交换区域，第二种液体比第三种液体含氧量多，而比第一种液体的含氧量少。本专利技术还提供了用于分离空气的设备，该设备包含一个用于将第一种空气物流分离成氮蒸气和富氧液体的高压精馏塔;一个用于冷凝至少部分氮蒸气以用于液态氮回流液的冷凝器，它具有一个与高压精馏塔的一个入口相连通的冷凝物出口;一个与高压精馏塔的一个入口相连通的冷凝物出口;一个用于精馏富氧流体物流的低压精馏塔，它具有富氧流体物流的第一入口，液态氮回流液的第二入口，不纯产品氧的出口;一个用于再沸第一种液体的第一再沸器，它具有一个与低压精馏塔的第一质量交换区域相连通的第一种液体的入口，具有一个与低压精馏塔相连通的再沸过的第一种液体的出口，从而可产生再沸的第一种液体流向上通过低压精馏塔;一个用于经与第一种空气物流间接热交换而再沸第二种液体的第二再沸器，所述第二再沸器具有一个与低压精馏塔的至少一个第二质量交换区域相连通的第二种液体的入口，一个第一种空气物流的入口，一个与低压精馏塔相连通的再沸的第二种液体的出口，从而再沸的第二种液体流可向上通过低压精馏塔;其中，所说的冷凝器具有再沸通道，这些通道具有一个与低压精馏塔的至少一个第三质量交换区域相连通的第三种液体的入口，所说的第一种、第二种和第三种液体的入口分别与低压精馏塔的第一、第二和第三质量交换区域的连通使得在操作中第二种液体的含氧量比第三种液体的多，而比第一种液体的少。通过再沸第一种和第二种液体，就可以减少在压缩进料空气中消耗的功，因而降低了高压精馏塔塔底处压力与低压精馏塔塔底处压力之比。通常，至少部分的第一种空气物流是通过其与所说的第二种液体的间接热交换而被冷凝的。富氧液体优选直接或间接地取自高压精馏塔。高压精馏塔优选在其塔底压力基本等于下述某一压力下进行操作，在该压力或低于该压力下，第一种空气物流经与所说的第二种液体进行间接热交换而排出，第二种液体取自低压精馏塔的第二质量交换区域。第一质量交换区域优选为低压精馏塔的底部。通常，来自低压精馏塔第一质量交换区域的第一种液体与从该区域排出的不纯氧产品的组成相同。在本专利技术方法的一些实施例中，所说的第一种液体优选在高于第一种空气物流的压力的压力下经与第二种空气物流进行间接热交换而再沸，从而至少部分第二种空气物流被冷凝。第二种空气物流优选在其与第一种空气物流热交换的下游进行减压，并被引入高压精馏塔。如果需要的话，第二种空气物流也可在其与第一种液体热交换的上游进行富氧。优选在一个气液接触塔中实现这种富集，由低压精馏塔采出富氧液体。形成了富氧的第二种空气物流。第二种空气物流的氧富集降低了第二种空气物流为再沸第一种液体所需提供的压力，并使得有可能在与第一种空气物流相同的压力下供应第二种空气物流。优选通过泵使所述富氧液体的压力提高至气液接触塔的压力。氧产品优选以液态排出。这样做可使欲分离的作为第二种空气物流的空气的比例降至约15%(体积)或更少。从而可降低过程中的总能量消耗。另外，也可以采取第三种氧产品为气体，但需增加再沸第一种液体所需的费用，因而，第二种空气物流通常形成更大比例的进料空气流。优选将第三种空气物流引入低压精馏塔。各种空气物流优选取自一种或多种压缩空气源，该压缩空气经除去水蒸气和二氧化碳而纯化并冷却至适于经精馏而将其分离的温度。本专利技术的方法和设备适用于在常规的低压力下操作低压精馏塔的工艺方法，其中低压精馏塔塔底的压力低于1.5巴;还适用于在相当高的压力下例如2.5-5巴下操作低压精馏塔的工艺方法。在低压工艺过程的实例中，其中不纯氧以液态得到，不纯氧产品优选经与压缩空气物流在高于高压精馏塔塔底压力的压力下进行间接热交换而汽化。为此可采用第三种空气物流。在高压工艺过程的实例中，不纯液态氧产品可通过与冷凝流体的热交换而汽化，其热交换的下游的冷凝物流在一个或两个精馏塔中用作为回流液。在所说的冷凝器中的所述第一和第二再沸器可位于低压精馏塔的内部。另一种方式是一个或多个再沸器可位于低压精馏塔的外部。可以借助蒸馏塔板或填料如结构填料使精馏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分离空气的方法，该方法包含：在高压精馏塔中对第一种空气物流进行精馏从而产生氮蒸气和富氧液体；将至少部分氮蒸气进行冷凝并采用至少部分形成的冷凝物作为高压精馏塔的回流液；在低压精馏塔中对富氧液体物流进行精馏；向低压精馏塔提供 液态氮回流液；从低压精馏塔排出不纯的产品氧；将来自低压精馏塔第一质量交换区域的第一种液体进行再沸，并使再沸过的第一种液体流向上通过低压精馏塔；将来自低压精馏塔至少一个第二质量交换区域的第二种液体进行再沸，并使再沸过的第二种液体流 向上通过低压精馏塔；其中，所说的第二种液体经与第一种空气物流进行间接热交换而再沸，所说的氮蒸气经与第三种液体进行间接热交换而冷凝，第三种液体来自低压精馏塔的至少一个第三质量交换区域，第二种液体比第三种液体含氧量多，而比第一种液体的含氧量 少。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：T拉思邦恩，
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]