[发明专利]空气分离方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于分离空气来产生氧产品的方法和设备，在其中空气由在以热传递关系与彼此运行地相关联的较高压力塔(column)和较低压力塔中的低温精馏(cryogenic rectification)来分离，以从较低压力塔中产生的富氧液塔底产物(bottoms)来产生氧产品。更具体而言，本发明涉及这样的方法和设备：在其中从较高压力塔除去的粗液态氧流用于在较低压力塔内冷凝氩富集蒸气，且用于生成出于提高氧回收的目的而引入较低压力塔中的附加的液态富氮回流和氧富集流。

背景技术

氧通过空气分离装备(plant)内的低温精馏来从空气分离。 在此类装备中，空气被压缩并净化，且随后在主热交换器内冷却至适用于其精馏的温度。冷却的空气随后被引入蒸馏塔系统中，蒸馏塔系统具有通过冷凝器重沸器来与较低压力塔运行地相关联的较高压力塔，冷凝器重沸器使较低压力塔的富氧液体塔底产物部分地气化，防止所产生的富氮蒸气冷凝成较高压力塔的塔顶产物(overhead)。所得的富氮液体用于形成用于两个塔的回流。此外，由较高压力塔的塔底产物构成的粗液态氧流在较低压力塔中进一步提纯，以使氧与氮进一步分离，且由此产生较低压力塔中的富氧液体塔底产物。氧产品的至少一部分由富氧液体塔底产物形成，且可被泵送来产生加压氧产品。

为了分离氧以便使大部分氧从空气分离，较低压力塔的最高区段内必须存在足够的液体蒸气比(liquid to vapor ratio)，以便使上升蒸气富集氮。同样地，必须存在足够的较低压力塔重沸，以便有效地从下降液体提馏氩和氮。在泵送产品氧的情况下，大约百分之30至百分之40的空气被液化来提供使主热交换器内的加压液态氧加温所需的能量。液态空气随后被输送入塔中来用于精馏。在许多情况下，液态空气和富氮液体流不足以回流较低压力塔，以便维持高的氧回收。将注意的是，当冷凝的液态或气态氮作为产品从较高压力塔提取时，在较低压力塔和较高压力塔中的液体蒸气比都受损。

如将论述的那样，本发明提供了一种用于分离空气的方法和设备，在其中，优于现有技术方法的是提高了在较低压力塔的精馏区段内的液体蒸气比，以便增大氧从空气的回收。 

发明内容

一方面，本发明提供了一种分离空气来产生氧产品的方法。根据此方法，空气在低温精馏过程中分离，该低温精馏过程具有以热传递关系与彼此运行地相关联的较高压力塔和较低压力塔，以产生用于较高压力塔和较低压力塔的富氮回流。氧产品从较低压力塔的富氧液体塔底产物产生。

执行低温精馏过程，使得由在较高压力塔中产生的粗液态氧塔底产物形成的粗液态氧流部分地气化，防止在较低压力塔中产生的氩富集蒸气至少部分地冷凝。具有比粗液态氧流的氧含量更大的氧含量的附加的富氮回流和氧富集流两者都由至少部分地由粗液态氧流在其部分气化之后产生的两相流形成。氧富集流和附加的富氮回流的至少一部分被输送入较低压力塔中。氩富集蒸气至少部分地在较低压力塔的位置处冷凝，在此位置处氩富集蒸气均具有0.1摩尔百分数与5.0摩尔百分数之间的氮浓度。所得的冷凝物将与较低压力塔的下降液体组合来使较低压力塔的最低区段中的液体蒸气比增大。氧富集流和附加的富氮液体流的至少一部分在较低压力塔的连续的较高位置处且在氩富集蒸气至少部分地冷凝之处的较低压力塔位置上方输送。

如可领会，氩的中间冷凝和附加的液态氮回流的形成使较低压力塔的最低区段内的液体蒸气比增大。此外，由于含氧流比粗液态氧流更富含氧，且已经生成附加的较低压力回流，故氧回收将提高。

尽管本发明具有对采用较高压力塔和较低压力塔的空气分离装备的普遍适用性，但由于输送空气的有意义部分在进入塔之前冷凝而特别适用于泵送的液态氧装备，且在具有百分之99.5及更高纯度的氧的生产中特别有用。此类装备具有与装备相关的较低的基本水平回收，在这些装备中，氧产品主要是从较低压力塔回收的气态氧。在此方面，氧产品通过泵送从较低压力塔取出(withdraw)且由富氧液体塔底产物构成的富氧塔底产物流的至少一部分来从较低压力塔的富氧液体塔底产物产生，以形成加压液态氧流。加压液态氧流的至少一部分通过与高压过程流间接交换来加温，使得其液化。在此方面，在本发明的任何实施例中，此高压过程流可为高压空气流，其被液化来形成液态空气流。氧产品由加温之后的加压氧流的至少一部分形成，且在液化之后，高压流的至少一部分被引入较高压力塔和较低压力塔中的至少一个中。