[发明专利]空气低温分离生产压缩产品的方法和设备

说明书

本发明涉及一种采用低温空气分离从如权利要求1所述混合塔生产的气态压缩产品中生产压缩产品的方法。在本发明中，混合塔操作压力低于氮-氧分离所用两塔系统中高压塔的操作压力。

本发明精馏系统可以建成两塔系统，例如经典的双塔系统；但也可以是三塔或者多塔系统。除了氮-氧分离塔外，可能还有生产其它空气组分尤其是稀有气体(如氪、氙和/或氩)的设施。

用作混合塔原料的富氧馏分，氧浓度高于空气中的氧浓度，例如可以达到70％～99.5mol％，优选90％～98mol％。混合塔是逆流接触塔，挥发性较强的气态馏分与挥发性较差的液态馏分逆流接触。

本发明尤其适于生产带压的气态不纯氧。此处不纯氧的意思是氧含量为99.5mol％或更低、特别是70％～99.5mol％的混合物。所得产品的压力是，例如2.2～4.9巴，优选2.5～4.5巴。很明显，如果需要，该压缩产品可以在气态下进一步压缩。

开头所述的这类方法和设施已在EP697576A1中公开。该专利中全部空气压缩到大约高压塔的压力，然后用一部分混合塔空气膨胀作功，使混合塔空气膨胀到混合塔的操作压力。采用这种方法，尽管这部分空气流的高压可以用来制冷，但该方法在各种情况下对节约能量都不利。

本发明的目的是给出能耗特别低的、开头所述的方法以及相关设备。

本发明的目的是通过如下方式实现的：将至少包括第一、第二进料空气流的总空气流压缩到低于高压塔操作压力(P_HDS)的第一压力(P₁)；并大约在此第一压力(P₁)下进行净化；净化后的总空气流被分成第一和第二进料空气流；已与第二进料空气流分开的第一进料空气流，被进一步压缩到第二压力(P₂)，该压力至少等于高压塔的操作压力(P_HDS)。

因此，总空气流并非要压缩到系统最高压力，而是压缩到一个较低的值。而需要较高压力的那种或那些空气馏分，特别是高压塔的空气，要单独进一步压缩到目标值。这样，本发明的方法在压缩进料空气时，能耗可以做到尽可能的低。

如果第一压力大约等于混合塔操作压力，就可以实现最低的设备成本。在这种情况下，混合塔空气(第二进料空气流)无需进一步改变压力就可引入混合塔。

或者，第一压力可以低于混合塔操作压力(P_MiS)。这种情况下，已与第一进料空气流分开的第二进料空气流要进一步压缩到第三压力(P₃)，该压力至少等于混合塔操作压力(P_MiS)。

优选地，在引入混合塔之前，液态的带压富氧馏分用过热空气流进行间接加热。例如过热空气流可以是进料空气的一部分，其压力处于高压塔的压力。该空气流是在主换热器的中间温度下取出，在主换热器内进料空气被冷却到露点左右；所说空气流无需进一步改变温度就可与富氧液体进行间接换热。采用这种方式，进入混合塔的液体的温度可以与混合塔内逆流传质的条件形成最佳匹配。

本发明方法中，通过第三进料空气流膨胀作功并引入低压塔，以最有利的方式制冷。这样，可以利用第一压力和其它压力之间的“自然”压降来弥补绝热损失，或者如果适当的话，使一部分产品液化。

优选地，第三进料空气流在膨胀作功之前进行再压缩，尤其是在利用膨胀作功所产生的机械能驱动再压缩的情况下。此时，可以联合使用透平和增压机，使膨胀透平和再压缩机通过一根共用轴达到机械联合。

第三进料空气流可以压缩到第一压力，并与第一、第二进料空气流一起净化。然后它可以直接进行再压缩，或者仍然与第一进料空气流一起再压缩。

或者，为了把第三进料空气流注入低压塔，第二进料空气流在进一步压缩后、但在进入混合塔之前，进行膨胀作功。进一步压缩要达到明显高于混合塔压力的第二压力。

本发明也涉及如权利要求9所述的设备。

在下面参照附图，用示范的实施方案详细阐述本发明及其进一步的细节。此处：

图1表示用部分空气被压缩到第一压力时进行膨胀作功的方法和设备；

图2表示用部分空气被压缩到第二压力时进行膨胀作功的改进方法；

图3表示用混合塔空气进行膨胀作功的方法；

图4表示图1的另一种改进方案，即透平空气没有进行再压缩。

在图1所示的方法中，进料空气1送入带后冷的两段空气压缩机2，压缩到第一压力P₁，例如约2.7～3.7巴，优选约3.2巴；在此压力下进入净化设施3，该设施优选由一对分子筛吸附器构成。净化后的总空气流4分成3个支流5、6、7。