生产中等纯度氧和中等纯度氮的低温空气分离系统技术方案

一种低温空气分离系统，在其中先对进料空气进行处理，以产生蒸气和液体，然后在回流冷凝器的精馏段对蒸气进行处理，以生产中等纯度氮，在回流冷凝器的汽提段对液体进行处理，以生产中等纯度氧。（*该技术在2020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】
本专利技术一般地涉及生产氧和氮产品的空气低温精馏。一些工业操作既需要中等纯度氧，例如用于高炉操作或化学氧化过程，也需要中等纯度氮，例如钝化、干燥或覆盖。传统的低温空气分离系统，例如那些采用低温精馏柱生产产品的系统，对生产这些产品并没有经济上的吸引力。因此，本专利技术的目的是提供一个低温空气分离系统，它既能经济地生产中等纯度的氧又能生产中等纯度的氮。本领域的技术人员在阅读了本
技术实现思路
后对本专利技术实现了上述和其他目的将变得十分清楚，其一方面是用低温空气分离生产中等纯度氧和中等纯度氮的方法，包括(A)部分地压缩进料空气，将部分压缩的进料空气送入一个塔，在塔中通过低温精馏把进料空气分离为富氮蒸气和富氧液体；(B)将富氮蒸气送入有精馏段和汽提段的回流冷凝器的精馏段，使富氮蒸气在向上送入精馏段，同时部分冷凝向上流动的富氮蒸气，以产生富氮流体和剩余液体；(C)回收富氮流体作为中等纯度氮产品，并把剩余液体送入塔上部；(D)将富氧液体从塔下部向下送入回流冷凝器的汽提段，同时部分蒸发向下流动的富氧液体，以产生富氧流体和剩余蒸气；(E)回收富氧流体作为中等纯度氧产品。本专利技术的另一方面是用低温空气分离法生产中等纯度氧和中等纯度氮的装置，包括(A)热交换器、塔、向热交换器提供进料空气的设备和将进料空气从热交换器送入塔的设备；(B)具有精馏段和汽提段的回流冷凝器，以及将来自塔上部的流体送入精馏段的设备；(C)从精馏段回收流体作为中等纯度氮产品的设备，以及将来自精馏段的流体送入塔上部的设备；(D)将来自塔下部的流体送入汽提段的设备；(E)从汽提段回收流体作为中等纯度氧产品的设备。本专利技术还有一方面是一种通过低温空气分离生产中等纯度氧和中等纯度氮的方法，包括(A)部分地压缩进料空气，以产生进料空气的蒸气部分和进料空气的液体部分，将进料空气的蒸气部分送入有精馏段和汽提段的回流冷凝器的精镏段，将进料空气的液体部分送入该回流冷凝器的汽提段；(B)使进料空气的蒸气部分向上送入精馏段，同时部分地冷凝向上移动的进料空气的蒸气部分，以产生富氮流体和剩余液体；(C)回收富氮流体作为中等纯度氮产品，并将剩余液体送入汽提段；(D)使进料空气的液体部分和剩余液体向下送入汽提段，同时部分地蒸发向下流动的液体，以产生富氧流体和剩余蒸气；(E)回收富氧流体作为中等纯度氧产品。本专利技术还有另一方面是用于用低温空气分离生产中等纯度氧和中等纯度氮的装置，包括(A)热交换器、相分离器、向热交换器提供进料空气的设备、从热交换器向相分离器提供进料空气的设备；(B)具有精馏段和汽提段的回流冷凝器，将来自相分离器的流体送入精馏段的设备、和将来自相分离器的流体送入汽提段的设备；(C)回收来自精馏段的流体作为中等纯度氮产品的设备；(D)将来自回流冷凝器精馏段的流体送入回流冷凝器汽提段的设备；(E)回收来自汽提段的流体作为中等纯度氧产品的设备。在这里采用的术语“进料空气”的意思是指主要由氧和氮组成的混合物，例如大气。在这里采用的术语“中等纯度氧”的意思是指具有氧浓度在25至80摩尔百分数之间的流体。在这里采用的术语“中等纯度氮”的意思是指具有氮浓度在95至99.9摩尔百分数之间的流体。在这里采用的术语“塔”的意思是指蒸馏或分馏的塔或区，即接触塔或区，其中液相和蒸气相逆流接触以实现流体混合物的分离，例如，通过蒸气相和液相在一系列安装在塔中垂直放置的盘或板上的接触，和/或例如在规则或不规则排列的填充元件上的接触。对蒸馏塔的深入讨论可参阅化学工程师手册，第五版，R.H.Perry和C.H.Chilton编著，McGraw-Hill Book Company，New York，13章，连续蒸馏过程。在这里采用的术语“间接热交换”的意思是指把两种流体引入热交换关系而无流体相互间的任何物理接触或内混合。在这里采用的术语“涡轮膨胀”和“涡轮膨胀机”的意思分别是指高压气流通过涡轮降低气体的压力和温度从而产生冷冻的方法和设备。在这里采用的术语“上部”和“下部”的意思分别是指塔中点以上和以下的部分。在这里采用的术语“过冷却”和“过冷却器”的意思分别是指把液体过冷却到比该压力下液体饱和温度还低的温度的方法和设备。在这里采用的术语“相分离器”的意思是指一个容器，两相进料在其中被分离成单独的蒸气和液体部分。典型地，容器要有足够的截面积，以致蒸气和液体能被重力所分开。在这里采用的术语“回流冷凝器”的意思是指热交换设备，它有许多垂直排列的带有散热片的通道，蒸气从通道的底部向顶部流动，这些统称为回流冷凝器的精馏段，它还有许多垂直排列的带有散热片的通道，液体从顶部向底部流动，这些统称为回流冷凝器的汽提段。每一个精馏管或通道与至少一根汽提管或通道成热交换关系，因此，通过精馏通道上升的蒸气由与汽提通道中向下流动的液体进行间接热交换而部分地冷凝，向下流动的液体部分地蒸发。附图说明图1是本专利技术优选实施方案的示意图，其中采用一个塔与回流冷凝器相接。图2是另一个本专利技术优选实施方案的示意图，其中采用一个塔与回流冷凝器相接。图3是本专利技术优选实施方案的示意图，其中采用一个相分离器与回流冷凝器相接。图4是另一个本专利技术优选实施方案的示意图，其中采用一个相分离器与回流冷凝器相接。图中采用的数字对于共同的部件是相同的。本专利技术的要点是防止具有不同组分的液体在进入回流冷凝器的汽提段之前直接混合，因此避免了热力学的无效性，并使本专利技术可能以更有效的方法生产期望的产品。参考附图将更详细地说明本专利技术。现在参考图1，压缩机101通常把进料空气2压缩至30-70磅/英寸2(psia)，得到的压缩空气流6中的高沸点杂质，例如水蒸气和二氧化碳，在通过净化器103后被清除。在热交换器107中，经过清洗、过冷却的进料空气流8经与返回液流的间接热交换冷却到它的露点附近，由此产生的进料空气流10在热交换器123中经与返回液流的间接热交换而部分冷凝。由此产生的两相进料空气流12被送入塔131。塔131在压力通常为28-68psia的范围内操作。在塔131中，进料空气被低温精馏分离成富氮蒸气和富氧液体。富氮蒸气从塔131的上部作为管道14通入回流冷凝器140的精馏段，回流冷凝器140也有汽提段，在图1中表示为精馏段142和汽提段144。富氮蒸气在精镏段142内向上流动，同时部分地经与汽提段144向下流动液体的间接热交换而冷凝，从而产生富氮流体和剩余液体。富氮流体从精馏段142中作为蒸气流50流出，并在通过热交换器123时加热。由此产生的富氮蒸气流52在通过涡轮膨胀机150时由涡轮膨胀致冷，由此产生承载冷冻的富氮蒸气54在通过热交换器123时加热。由此产生的富氮蒸气流56在通过热交换器107时进一步加热，并且作为中等纯度氮产品作为气流58回收。来自精馏段142的剩余液体作为物流16进入塔131的上部，作为回流液体。富氧液体从塔131的下部流出，并作为物流20通过过冷却器133，在其中经与剩余蒸气的间接热交换而过冷却，这将在以下进一步讨论。由此产生冷却后的富氧液体22通过阀门137，作为物流26进入汽提段144。富氧液体向下流过汽提段144的同时部分地蒸发，正象前面叙述的那样，产生富氧流体和剩余蒸气。剩余蒸气从汽提段144中作为气流60流出，在通过低温过冷却器133本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用低温空气分离生产中等纯度氧和中等纯度氮的方法，包括：（Ａ）部分地压缩进料空气，将部分压缩的进料空气送入一个塔，在塔中通过低温精馏把进料空气分离为富氮蒸气和富氧液体；（Ｂ）将富氮蒸气送入有精馏段和汽提段的回流冷凝器的精馏段，使富 氮蒸气在向上送入精馏段，同时部分冷凝向上流动的富氮蒸气，以产生富氮流体和剩余液体；（Ｃ）回收富氮流体作为中等纯度氮产品，并把剩余液体送入塔上部；（Ｄ）将富氧液体从塔下部向下送入回流冷凝器的汽提段，同时部分蒸发向下流动的富氧液体，以产 生富氧流体和剩余蒸气；（Ｅ）回收富氧流体作为中等纯度氧产品。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1999-5-4 09/3041021.一种用低温空气分离生产中等纯度氧和中等纯度氮的方法，包括(A)部分地压缩进料空气，将部分压缩的进料空气送入一个塔，在塔中通过低温精馏把进料空气分离为富氮蒸气和富氧液体；(B)将富氮蒸气送入有精馏段和汽提段的回流冷凝器的精馏段，使富氮蒸气在向上送入精馏段，同时部分冷凝向上流动的富氮蒸气，以产生富氮流体和剩余液体；(C)回收富氮流体作为中等纯度氮产品，并把剩余液体送入塔上部；(D)将富氧液体从塔下部向下送入回流冷凝器的汽提段，同时部分蒸发向下流动的富氧液体，以产生富氧流体和剩余蒸气；(E)回收富氧流体作为中等纯度氧产品。2.权利要求1的方法，其中进料空气分成两部分，第一部分作为蒸气进入塔，第二部分被加压、冷凝，然后进入塔。3.用于用低温空气分离生产中等纯度氧和中等纯度氮的装置，包括(A)热交换器、塔、向热交换器提供进料空气的设备和将进料空气从热交换器送入塔的设备；(B)具有精馏段和汽提段的回流冷凝器，以及将来自塔上部的流体送入精馏段的设备；(C)从精馏段回收流体作为中等纯度氮产品的设备，以及将来自精馏段的流体送入塔上部的设备；(D)将来自塔下部的流体送入汽提段的设备；(E)从汽提段回收流体作为中等纯度氧产品的设备。4.权利要求3的设备，其中从汽提段回收流体作为中等纯度氧产品的设备包括液体泵。5.一种通过低温空气分离生产中等纯度氧和中等纯度氮的方法，包括(A)部分地压缩进料空气，以产生进料空气的蒸气部分和进料空气的液体部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：V斯里尼瓦桑，MM沙，ACP刘，MJ洛克特，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]