空气分离方法及设备技术

本发明专利技术属于低温精馏空气分离的领域，应用低温精馏的原理分离空气以制取氧、氮、氩气体的方法及设备。它是一种超低压流程，在极低的能耗条件下，通过单级精馏设备制取含氧为１０００～３ｐｐｍ的纯氮产品以及制取含氧为６０～９５％富氧产品，或者通过一只压力塔，一只低压塔的精馏设备，在制取含氧量９９. ９９～９９. ９９９％高纯氧产品的同时，还能制取含氧为１０００～３ｐｐｍ的纯氮产品。提出在压力塔制取粗氩的方法及设备，对氧、氮、氩均有极高的提取率。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空气分离的范畴，它是应用低温精馏的原理分离空气，用以制取氧、氮、氩气体。空气分离是通过空分装置完成的，美国专利US4662918和欧洲专利EP0183446均公开了一种采用单级精馏塔的空分流程制取高纯氮气。前者采用把一部分已获得的纯氮气再增压予冷后，进入压力塔内所设置的换热器中加热塔釜中的液体空气和回流液，使液体空气的含氧量达50～80%，这样在塔顶可获得更多的高纯氮气，由于氮气的再次压缩，因此设备繁多，工艺流程复杂，致使能耗增加;后者采用被压缩原料空气在主换热器予冷后分成二路，其中占60～90%的原料空气经透平膨胀机绝热膨胀后进入塔的底部，另一路较少的原料空气在高于塔的操作压力下通过塔釜内所设置的冷凝器中加热塔底的液体空气，使液体空气含氧达50%左右，这样在塔顶可获得约占空气总量的50～55%，含氮约99.98%的纯氮气和1～10%的纯液氮;同时还可获得约占空气总量的40%，含氧约50%的富氧气体。美国专利US4560397公开了一种采用双级精馏塔的空分流程制取高纯氮产品，其主要特征在于精馏塔的压力塔顶部设有一只冷凝器，在低压塔底部设有一只冷凝蒸发器。当带压的原料空气进入压力塔底部时，在塔底可获得含氧为40%左右的富氧液空，其中一部分富氧液空经减压降温后进入压力塔顶部的冷凝器中作塔的冷源，以冷凝塔内上升气体;另一部分富氧液空则减压降温后进入低压塔顶部作回流液，在低压塔底部的冷凝器中通入来自压力塔顶部的气氮作热源，加热从低压塔中回流下来的富氧液空，被冷凝的液氮仍回入压力塔顶部作回流液，在塔中精馏后，低压塔底部可获得纯氮产品，而高纯氧气是在低压塔下部数起的1～5块塔板上部引出，低压塔冷凝蒸发器中的部分液氧经一只液体泵加压后进入压力塔顶部的冷凝器中，与从压力塔底部来的液体空气汇合后作压力塔的冷源，所蒸发的气体作为膨胀气源经绝热膨胀后出塔。在压力塔顶部可获得一部分压力纯氮气产品。上述专利技术的不足之处是由于压力塔底的富氧液空中含氧量不高，因此纯氮的提取率也不高，其二，上述的专利技术工艺流程复杂，其三，由于压力塔的工作压力高，因此能耗较高。鉴于上述专利技术的技术不足，本专利技术任务提出一种改进的空气分离流程及设备，它在极低的能耗条件下通过一只单级精馏设备流程制取99.99～99.9999%的高纯氮产品，同时还能制取含氧约60～95%的富氧产品;或者通过一只压力塔和一只低压塔的双级精馏设备流程制取含氧为99.99～99.999%的纯氧产品，同时还能制取99.99～99.9999%的高纯氮产品，以及提出在精馏塔的压力塔制取粗氩的方法及设备，对氧、氮、氩均有特别高的提取率。本专利技术通过下列方法来解决的。一种低温精馏的空气分离方法被压缩的原料空气冷却排水后进入分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物后，形成净化原料空气，并通过换热器冷却后，经减压伐减压降温至饱和蒸汽温度后，进入精馏塔进入精馏分离，其特征在于饱和的净化原料空气进入压力塔中部;在压力塔底部设置一只蒸发器加热塔底的液体空气，并控制液体空气温度在工作压力下液空的含氧量在60～100%时所对应的温度值;在压力塔引入净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置一塔板段;在压力塔顶部设置一只冷凝器，同时在压力塔内设置若干辅助冷凝器组以冷凝塔内上升气体;对于单级精馏塔空分流程而言在精馏塔内所设置的若干辅助冷凝器组，当压力塔顶部被冷凝器冷凝的一部分纯液氮引出塔后，在一只过冷器中被来自塔顶冷凝器所蒸发的低温氮气过冷后，再经一只减压伐减压降温后进入塔顶冷凝器低压侧作塔的冷源，冷凝器低压侧的压力不得低于0.120MPa压力，再由冷凝器中引出一部分低温液氮进入自上往数起的第一只辅助冷凝器中，冷凝塔内温度较高的上升蒸汽;塔顶冷凝器中被蒸发的低温氮气引出塔后，经过冷器换热后与来自第一只辅助冷凝器中所蒸发的低温氮蒸汽汇合后，再进入第二只辅助冷凝器中再次冷凝塔内温度较高的上升蒸汽，若塔内设有更多的辅助冷凝器可把上一只辅助冷凝器中被复热的低温氮气再次通入下一只辅助冷凝器中;在塔顶冷凝器与第一只辅助冷凝器之间，各辅助冷凝器之间均设有一定数量的塔板或填料物。必须确保冷凝器二侧有一定的压力差，以产生足够的冷凝温差，保证塔内各段有足够的回流液。从主换热器中部引出一部分净化原料空气进入一只膨胀机中作绝热膨胀，产生维持空分装置所必须的冷量，膨胀气体在热交换器中冷却液化后进入压力塔中部相应部位。从分子筛吸附器后的净化原料空气通道上，或者从主换热器中引出一部分净化原料空气进入压力塔底部所设置的蒸发器中作液体空气的热源，净化原料空气在蒸发器中被冷却后，经一只换热器冷却，再经一只减压伐减压降温后进入压力塔中部。或者引入经主换热器被复热后的一部分被分离气体进入塔底的蒸发器中作液体空气的热源，冷却后的被分离气体则进入主换热器中再次复热至常温后作产品气，富氧气体可在塔的下部的塔板上引出。对于提氩的空分流程而言，在压力塔的净化原料空气入口处下部所设置的塔板段中氩富集区抽出一部分氩馏份气体进入粗氩塔中作原料气进行精馏分离，粗氩塔顶部设置一只冷凝器，引出部分由压力塔顶部所冷凝液氮进入粗氩冷凝器中作粗氩塔的冷源，冷凝粗氩塔内上升气体，废气同在粗氩冷凝中排出，塔釜中的液氧仍回入压力塔中，粗氩气则在粗氩塔顶部引出。精馏塔由一只压力塔，一只低压塔的空分设备流程，它是以单级精馏塔为基础的，低压塔则由上冷凝器、塔体和下冷凝器所组成的，压力塔底部的富氧液体经过冷减压后进入低压塔中部再次精馏，由压力塔顶部冷凝的压力液氮减压降温后进入低压塔上冷凝器中作低压塔的冷源。在压力塔中引出一部纯氮气或不纯氮气进入低压塔下冷凝器氮侧作为液氧的热源，纯氮气或不纯氮气被冷凝后仍回入压力塔相应部位作塔的回流液。由于不纯氮气的温度较高，因此可进一步降低压力塔的工作压力。由于进入低压塔顶部冷凝器的液氮不再与低压塔中的富氧液空相接触，因此在低压塔可获得极高纯度的氧气产品。对于具有低温气体制冷机的流程而言，它有二种类型的流程1.通过低温气体制冷机把出主换热器后的低温空气液化后送入精馏塔内作回流液;2.引出精馏塔下部的低温富氧气体液化后作低温液体产品。本专利技术的任务是通过下列空气分离设备流程来解决的。一种低温精馏的空气分离设备，精馏塔为一只压力塔的空分流程，其特征为a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其部分碳氢化合物形成净化原料空气。b.净化原料空气的其中一部分在进入主换热器前或在进入主换热器后的空气通道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部的液体空气，另一部分则经主换热器被返流气体冷却后，经一只减压伐减压降温后进入压力塔中部。c.从主换热器中部或从主换热器前的空气通道上引出一部分净化原料空气进入膨胀机作绝热膨胀，膨胀气体则经一只换热器被冷却液化后进入压力塔中部适当部位。d.压力塔底部设有一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的带压原料空气被液体空气冷却后出蒸发器，再进入一只换热器被返流气体冷却液化后，经一只减压伐减压降温后进入压力塔中部，在净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有塔板段或填料物，由压力塔底部的伐门排出少量富氧液体。e.压力塔顶部设置一只冷凝器和在压力塔内设有辅助冷凝器组，由压力塔顶部被冷凝的纯液氮经一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温精馏的空气分离方法，被压缩的原料空气冷却后，进入分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气，并通过换热器冷却至接近饱和蒸汽温度，然后进入精馏塔进行精馏分离，其特征在于净化原料空气引入精馏塔的压力塔中部；在压力塔底部设置有蒸发器，从主换热器前的空气管道或在主换热器中的空气通道引出的一部分压力空气，或者从主换热器中复热至一定温度的被分离气体，进入蒸发器内作热源。用于加热塔底的液体空气，控制液体空气温度在工作压力下液体空气含量在４０～１００％时的对应的温度值，在压力塔顶部设置一只冷凝器和在压力塔内设有辅助冷凝器组冷凝塔内上升空气；在压力塔引入原料空气入口处与蒸发器之间设置一段塔板段。由压力塔顶部冷凝器所冷凝的液氮减压降温后通入压力塔顶部的冷凝器内；通入来自冷凝器的低温液氮和从冷凝器所蒸发的低温氮气进入压力塔内设置的冷凝器通道内作塔的冷源。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙克锟，
申请(专利权)人：孙克锟，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]