[发明专利]用于通过低温蒸馏分离空气的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通过低温蒸馏分离空气的方法/工艺和设备。

背景技术

大多数氧气发生器是基于LOX泵送循环的，其中液氧通过泵加压，并通过冷凝加压空气而气化，然后升温以形成加压的气态氧产品。通常约25％至35％的进料空气通过使氧产品气化而液化。液体泵送循环不仅适用于液氧而且一些液氮也可以基于相同的概念被气化。当液氧和液氮两者被泵送和通过冷凝空气而气化以形成加压的氧气和氮气时，高达总进料空气的50％的大量空气必须被液化。

通过泵送液体来生产气态氧和氮产品，可以避免昂贵的产品压缩机而导致显著的成本降低。然而，通过使大量的进料空气液化，双塔工艺的高压塔失去了气态进料空气，使得对其向低压塔提供回流液体的能力产生不利影响。进料空气的减少还减少了高压塔顶部的冷凝气体，并且这转化成对于低压塔的较少的再沸器负荷。当液氧和液氮两者都以显著量通过冷凝空气泵送时，蒸馏性能将受到影响。因此，会发生氧回收的损失。当所有的液氧和大约相同的摩尔流率的液氮被气化时，可以预期多达7-10％的氧气回收率损失。需要更多的动力和更多进料空气、即更大的发生器尺寸以生产相同量的氧。

在低温空气分离技术中，中压塔可以被添加到双塔工艺以提高蒸馏性能。中压塔的主要功能是蒸馏高压塔底部的富液以得到用于低压塔的额外的富氮液体回流。中压塔通常是通过冷凝来自高压塔顶部的富氮气体而底部加热或再沸。双塔工艺可具有用于提取氩的侧臂塔。有时，中压塔的再沸可通过向氩侧臂塔供给气体来提供或由从氩塔本身产生的一些气体提供。中压塔在介于低压塔的压力和高压塔的压力之间的压力下操作。

例如，氩塔和中压塔可以与双塔工艺一起使用，以生产氩气和最大限度地从高压塔提取高压氮。可以实现良好的工艺效率。在这些工艺中，高压塔的底部的富氧液体被供给至中压塔，然后从中压塔的底部提取所得到的液体在中压塔和氩塔的顶部冷凝器中部分地气化以提供所需的回流。

然而，在液氧和液氮两者都被气化，以及有时具有液体生产要求的情况下，形成过多的液态空气使得高压塔底部的富液的量急剧减少。由于这种效果，使用具有氩塔的中压塔变得不那么有效或不实用，原因很简单，没有足够的富液以驱动氩塔和中压塔。在一些情况下，为了保证中压塔的冷凝器中的正的温度差，一些液态空气或富氮液体必须被注入或与底部液体混合以降低它的沸点温度。这种混合可以在蒸馏系统中引入不可逆性并造成效率的损失。新工艺通过提供一种替代技术以有效地处理附加的液态空气而解决了上述缺点。

EP-A-0828123所述的工艺利用中压塔提高在液氧和液氮两者被泵送和气化时的氩回收率。为了弥补富氧液体不足的问题，一些液态空气被送至中压塔以生产附加的中压塔底部液体。具有类似于空气的成分的中间液体与中压塔的底部液体混合，以提供中压塔顶部冷凝器的冷却。氩塔的顶部冷凝器也通过使中压塔的底部液体气化而冷却。

在技术公开IPCOM000019394D中，图2公开了使用中压塔以增强氩的回收。该工艺类似于EP-A-0828123的工艺，但更多或几乎所有从高压塔中提取的液态空气被送至中压塔以获得附加的液氮回流。中压塔的底部流在其顶部冷凝器中部分地气化以冷却。液态馏分被送至氩塔的顶部冷凝器并被气化以供给所需的冷却。在这种布置中，中压塔和氩塔的两个顶部冷凝器在从中压塔的底部接收气化液体而言是串联的。

发明内容

根据本发明的一个目的，提供一种用于在塔系统中通过低温蒸馏分离空气的方法，该塔系统包括高压塔、低压塔、中压塔和氩塔，低压塔的底部与高压塔的顶部热联接，中压塔在介于高压塔的压力和低压塔的压力之间的压力下操作，在该方法中：

i)经净化的压缩空气在热交换器中冷却和至少部分地被送至高压塔，

ii)富氮液体被从高压塔的顶部送至低压塔的顶部，

iii)富氧液体被从低压塔取出、加压和在所述热交换器或另一热交换器中气化，

iv)富氮液体被从塔系统取出、加压和在所述热交换器或另一热交换器中气化，

v)富氩气体被从低压塔送至具有顶部冷凝器的氩塔，并且从氩塔的顶部取出富氩流体，

vi)来自高压塔底部的富氧液体在氩塔的顶部冷凝器中部分气化，和由此形成的气体被送至低压塔，

vii)在高压塔的中间位置取出一中间流并至少部分地送至中压塔的顶部冷凝器，其在中压塔的顶部冷凝器中部分地气化以形成蒸气和液体，

viii)在中压塔的顶部冷凝器中形成的蒸气被送至低压塔，

ix)来自中压塔的顶部冷凝器的液体被送至中压塔进行分离，