制取超高纯氧的方法和设备技术

一种制取超高纯度氧产品的方法及设备，其中运用一氮发生器以产生富氮馏分及富氧馏分塔底残存物。部分富氧馏分可以在精馏塔内在其塔压下再处理以产生诸如甲烷、乙炔，丙烷及丙烯等烃的含量很低的塔顶馏出物。在精馏塔内的塔顶冷凝器进行液化后，部分冷凝物再在分馏塔中进一步处理以产生可以作为产品取出的超高纯液氧塔底残存物。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
制取超高纯氧的方法和设备本专利技术涉及一种通过分离空气而制取超高纯度的氧的方法和设备。更具体地说，本专利技术涉及这样一种方法和设备，即空气先被分离成富氮馏分及富氧馏分，然后再经精馏以将富氧馏分中的烃、氩和氮除去，从而制得超高纯氧。再具体地说，本专利技术涉及这样一种方法和设备，即先通过精馏从富氧馏分中除去烃，然后再通过分馏从该富氧馏分中除去氩及氮。在已有技术中，空气通过种种低温精馏工艺而分离成富氮馏分及富氧馏分。有一种方法是，在对输入的空气加压压缩及冷却到适合精馏的温度后，在一较高压力塔中精馏成富氧馏分及富氮馏分。此富氧馏分被进一步在一与较高压力塔相连、以形成热传递关系的较低压力塔中被提纯。这种纯化的结果，气氮塔顶馏出物和液氧塔底残存物聚集在较低压力塔中。较高沸点的组份例如烃倾向于溶缩在液氧中。氩气，由于它的挥发性与氧类似，也成为液氧塔底残存物的一部分。因此，在较低压力塔中产生的液氧一般都不是超高纯度的氧。在另一种低温精馏工艺中，空气在一称为氮发生器的单一的塔中被分离。在氮发生器中，富氧馏分作为塔底残存物被产生出来，而高纯度富氮馏分则作为塔顶馏出物而产生。富氧馏分，称为粗液氧，可被用作在氮发生气的顶部的塔顶冷凝器中的冷却剂以为塔提供回流。该富氧馏分在如此提供回流以后就被作为废料而被排出，其中一部分可以在塔温或环境温度下重新加以压缩，然后再返回到塔内。这种塔，虽然能产生出高纯度的氮，但就它本身来说，却不能生产出超高纯度的液氧出来。-->有些设备应用场合需要超高纯度的氧产品。例如，在美国专利4,977,746中，将第一、第二辅助塔与一双塔组合一起用来生产超高纯氧。在此专利中，从较低压力塔的液氧槽上方来的气体在第一辅助塔中精馏以产生无烃的气体塔顶馏出物。该气体塔顶馏出物然后在第二辅助塔中被蒸馏以产生作为塔底残存物的超纯液氧。美国专利5,363,656揭示了一种氮发生器，其中，粗液氧在第二精馏塔中精馏以把氮从粗液氧中分离出来。所形成的液氧被加热以被第二精馏塔的重沸器所蒸发，被蒸发的氧然后被引入第三精馏塔以产生高纯气氧。然后该高纯气氧被引入一第四精馏塔以使氧，氮，一氧化碳和氩作为塔顶馏出物产生出来，而超高纯液氧则作为塔底残存物而产生出来。已有技术中的一个主要问题是生产超高纯氧需要一笔很大的投资。例如在以上所述的两个专利中，需要四只独立的蒸馏塔。正如下面将要详述的，本专利技术所提供的产生超高纯氧的方法和设备特别适合于与氮发生器一起使用以生产出超高纯氧及高纯度氮。本专利技术提供一种产生超高纯氧的方法。这里以及权项中所用的“超高纯氧”一词是指这样一种产品氧，它所含的氩低于十亿份之100，杂质，诸如甲烷，乙炔，丙烷，丙烯等低于10亿份之10以及低于10亿份之10的氮。这里所用的以及权利要求中所用的“组成(make-up)”一词的意思是流的组份(make-up of the stream)而不是用于形成该流的组份的量。根据本专利技术的方法，先用低温精馏工艺在一蒸馏塔内把空气分离成富氧馏分及富氮馏分(oxygen and nitrogen rich fractions)。该低温精馏工艺包括形成一由富氧馏分组成的经阀膨胀的冷却剂流(valve expanded coolant stream)。通过在阀膨胀的冷却剂流和富氮流之间的间接热交换而使由富氮馏分组成的富氮流被冷凝。这种冷凝使冷却剂流完全蒸发而形成蒸发的冷却剂流。然后用至少一部分-->富氮流回流给蒸馏塔。一部分蒸发的冷却剂流被压缩到蒸馏塔的压力以形成一压缩的粗氧流。在该压缩的粗氧流被冷却之后，就被引入到蒸馏塔里。由一部分压缩的粗氧流所形成的第一支流，在被冷却之后，在一精馏塔内被精馏。这一过程在精馏塔内产生了一基本上无烃的塔顶馏出物(tower overhead)和液体馏分，该液体馏分则作为塔底残存物(column bottoms)以包括烃的较高沸点杂质的形式聚集起来。一第二支流由一部分由富氧馏分组成的粗氧流(crude oxygen stream)形成。此外，由基本上无烃的塔顶馏出物形成一无烃流(hydrocarbon-free strean)。此第二支流与该无烃流间接地进行热交换以冷凝此无烃流。精馏塔以部分无烃流作为回流，而该无烃流的另一部分被引入分馏塔以除去氩和氮以产生作为塔底残存物的超高纯氧。部分超高纯度氧在逆着至少部分第二支流的情况下蒸发以在分馏塔内产生沸腾。精馏塔的液体馏分流(stream of the liquid fraction)与至少部分第二支流混合以产生一混合流。该混合流与其余部分的粗氧流混合以形成冷却剂流。至此，超高纯氧流作为产品从分馏塔内取出。本专利技术的另一个方面是提供一种制取超高纯氧的设备。根据本专利技术的这方面，本专利技术的分离空气的设备包括：一主热交换装置，用以把经压缩和净化的空气压缩到适于精馏的温度；以及一连接至主热交换装置的蒸馏塔(distillation column)以把经压缩和净化的空气分离成富氧馏分和富氮馏分；一第一塔顶冷凝器(first head con-denser)连接至该蒸馏塔以使由富氮馏分组成的富氮流(nitrogenrich stream)通过与由富氧馏分组成的冷却剂流的间接热交换被冷凝。该蒸馏塔至少以部分富氮流作为回流。一再循环压缩机连接在主热交换装置及第一塔顶冷凝器之间以使至少部分冷却剂流被压缩到蒸馏塔的塔压，从而形成一被压缩的粗氧流，该粗氧流然后被冷却至蒸馏塔的温度。本专利技术又设一精馏塔(rectification column)，它与-->蒸馏塔一起连接至主热交换器以使部分被压缩的粗氧流返回到蒸馏塔，而由压缩的粗氧流的其余部分形成的第一支流被引入该精馏塔。该精馏塔的结构可以精馏包含在第一支流内的富氧馏分从而产生基本上无烃的塔顶馏出物和一作为塔底沉积物的液体馏分，该液体馏分则以包括烃在内的较高沸点杂质的形式而聚集在一起。一第二塔顶冷凝器连接于精馏塔以接受由富氧馏分组成的粗氧流的一部分形成的一第二支流。此第二塔顶冷凝器的作用是在第二支流和由无烃的塔顶馏出物组成的无烃流之间进行间接热交换。此过程使无烃流冷凝。一部分无烃流则回流到精馏塔中。另有一分馏塔(stripping column)连接至第二塔顶冷凝器以接受另一部分经冷凝后的无烃流。该分馏塔的结构是可以通过分馏以从另一部分无烃流中除去氩和氮以产生作为塔底残存物的超高纯氧。有一膨胀阀设置在所述分馏塔和所述第二塔顶冷凝器之间以利于从所述另一无烃流通过分馏除去氩和氮。一热交换器连接在第二塔顶冷凝器和分馏塔之间以在冷凝所述无烃流之后逆着至少部分第二支流蒸发部分超高纯氧，从而在分馏塔内产生沸腾。该精馏塔及热交换器连接起来以把精馏塔的液体馏分流和第二支流的至少一部分混合，从而形成一混合流。还设有一装置把粗氧流的其余部分和该混合流混合，从而形成冷却剂流。该装置也把所述冷却剂流膨胀至使富氮流冷凝所需的足够低的温度。此外还设有一用以把超高纯氧流从分馏塔中作为产品取出的装置。本专利技术与已有技术的不同之处在于使用了三个塔(而不是四个塔)以在压力下制取超高纯氧产品。与已有技术不同，本专利技术对经压缩的粗氧流进行精馏以避免万一出现烃产物。此后在低压下工作的分馏塔从产品中除掉氩及氮以产生超高纯氧产品。本专利技术的另一特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制取超高纯氧的方法，该方法包括：通过低温精馏工艺将空气在一蒸馏塔内分离成富氧馏分及富氮馏分；所述低温精馏工艺包括：形成一通过阀膨胀的冷却剂流，该冷却剂流由所述氧富馏分组成；通过在所述阀膨胀冷却剂流与所述富氮流之间的间接热 交换把一由富氮馏分组成的富氮流加以冷凝，从而形成一蒸发冷却剂流，并且用至少部分所述富氮流作为蒸馏塔的回流；压缩至少一部分所述蒸发的冷却剂流至所述蒸馏塔的塔压力以形成一压缩的粗氧流，及冷却所述被压缩的粗氧流并把部分所述被压缩的粗氧流引 入所述蒸馏塔内，从冷却后的所述被压缩的粗氧流的存留部分形成一第一支流；在精馏塔中精馏所述第一支流以在所述分馏塔内产生一基本无烃的塔顶馏出物及一作为塔底残存物的液态馏分，塔底残存物中聚集了包括烃在内的较高沸点杂质；从由所述氧富馏分 组成的粗氧流的一部分形成一第二支流；从所述基本无烃的塔顶馏出物形成一无烃流；在所述第二支流和所述无烃流之间进行间接热交换以冷凝所述无烃流；以部分所述无烃流作为精馏塔的回流，并把另一部分无烃流引入分馏塔以从中除去氩和氮而产生作为塔 底残存物的超高纯氧；用至少部分所述第二支流蒸发部分所述超高纯氧以在所述分馏塔中产生沸腾，将所述精馏塔的所述液态馏分流与至少部分第二支流混合以产生一混合流，并且把所述混合流与所述粗氧流的一存留部分混合以形成所述冷却剂流；以及，从所述分馏塔 取出超高纯氧流作为产品。...

【技术特征摘要】
US 1995-6-26 08/494,8991.一种制取超高纯氧的方法，该方法包括：通过低温精馏工艺将空气在一蒸馏塔内分离成富氧馏分及富氮馏分；所述低温精馏工艺包括：形成一通过阀膨胀的冷却剂流，该冷却剂流由所述氧富馏分组成；通过在所述阀膨胀冷却剂流与所述富氮流之间的间接热交换把一由富氮馏分组成的富氮流加以冷凝，从而形成一蒸发冷却剂流，并且用至少部分所述富氮流作为蒸馏塔的回流；压缩至少一部分所述蒸发的冷却剂流至所述蒸馏塔的塔压力以形成一压缩的粗氧流，及冷却所述被压缩的粗氧流并把部分所述被压缩的粗氧流引入所述蒸馏塔内，从冷却后的所述被压缩的粗氧流的存留部分形成一第一支流；在精馏塔中精馏所述第一支流以在所述分馏塔内产生一基本无烃的塔顶馏出物及一作为塔底残存物的液态馏分，塔底残存物中聚集了包括烃在内的较高沸点杂质；从由所述氧富馏分组成的粗氧流的一部分形成一第二支流；从所述基本无烃的塔顶馏出物形成一无烃流；在所述第二支流和所述无烃流之间进行间接热交换以冷凝所述无烃流；以部分所述无烃流作为精馏塔的回流，并把另一部分无烃流引入分馏塔以从中除去氩和氮而产生作为塔底残存物的超高纯氧；用至少部分所述第二支流蒸发部分所述超高纯氧以在所述分馏塔中产生沸腾，将所述精馏塔的所述液态馏分流与至少部分第二支流混合以产生一混合流，并且把所述混合流与所述粗氧流的一存留部分混合以形成所述冷却剂流；以及，从所述分馏塔取出超高纯氧流作为产品。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，部分所述蒸发冷却剂流在所述蒸馏塔的温度下被压缩；3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，它进一步包括：从所述蒸发的冷却剂流的又一部分形成一第三支流；膨胀所述第三支流，用所述膨胀所作的功供所述低温精馏工艺致冷；利用至少一部分膨胀的功来压缩所述蒸发的冷却剂流。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述空气被压缩，净化，冷却至适合于精馏的温度；经过冷凝后的部分所述富氮流的一部分形成一产品流；从在所述分馏塔内产生的塔顶馏出物形成一废流；以及所述空气和所述至少部分所述压缩的粗氧流通过与所述产品、废流及所述第三支流间接热交换而得到冷却。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述空气被分离因此所述富氮馏分是高纯度氮。6.一种用以制取超高纯氧产品的设备包括：一空气分离设备，该设备包括：一主热交换装置用以冷却经压缩和净化的空气至适合于对该空气进行精馏的...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫P瑙莫维茨，罗伯特A莫斯特劳，
申请(专利权)人：波克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]