[发明专利]通过空气的低温蒸馏而制备气态氧的方法和设备

说明书

通过空气的低温蒸馏制备气态氧的方法，其中借助吸入温度T0为0‑50℃的第一压缩机(1)使一部分(15)进料空气流达到压力P1，将在压力P1下的气体冷却以产生在压力P1和5‑45℃的温度T1下的空气料流，使在第一压缩机中压缩的一部分(17，19)空气经受起始于温度T1和压力P1至大于P1的压力P2的另一压缩步骤，然后冷却至温度T2，其中T2和T1相差小于10℃。

本发明涉及通过空气的低温蒸馏制备气态氧的方法和设备。

本发明的一个主题是通过将从蒸馏塔中取出的液体氧在主交换器中蒸发并借助泵达到高压而改进在20巴以上的绝对压力下制备气体，通常氧气的空气分离装置的能量性能。

在通过液体的蒸发而制备氧气的装置中，装置的能效很大程度上取决于用于产生热加压流体(通常进料空气)的方法，所述热加压流体通过冷凝至交换器的冷端，能够通过热交换而将氧气蒸发。

US-A-5475980描述了空气分离方法，其中将一部分空气在热增压器中压缩，另一部分在冷增压器中压缩直至达到基本相同的压力。冷压缩导致将压缩热引入换热器中。然而，在冷增压器中增压的一部分空气在膨胀式涡轮机中膨胀。为此不能使冷增压流降至特定值以下，因为有效用于膨胀的空气是不足的。

在本发明中，送入涡轮机中的空气料流未在冷增压器中增压，因此可使压缩热的量最小化。

所有提到的压力为绝对压力。

本发明提议通过连续的几个操作而产生该加压气体的特别有效的方法。

根据本发明的一个主题，提供通过空气的低温蒸馏而制备气态氧的方法，其中：

i)借助吸入温度T0为0-50℃，优选5-30℃的第一压缩机使所有或一部分进料空气流达到比中压塔的压力大至少5巴的压力P1，

ii)通常通过与水热交换而将压力P1下的气体冷却以产生在压力P1和5-45℃，优选15-25℃的温度T1下的空气料流，

iii)使在第一压缩机中压缩的一部分空气经受起始于温度T1和压力P1至大于P1的压力P2的另一压缩步骤，然后通常通过与水热交换而冷却至温度T2，其中T2和T1相差小于10℃，通常小于5℃，

iv)然后将该冷却部分引入空气分离装置的换热器中以经受冷却至低于或等于-100℃的温度，

v)将另一部分空气在压力P1下引入任选来自步骤iv)的空气分离装置的换热器中，以在其中经受冷却至-100℃以下的温度，然后将该另一部分的至少一个馏分在第二压缩机(4)中起始于该深冷温度压缩至等于P2或者比P2高或低小于5巴的压力P3，

vi)将因此在第二压缩机中压缩的馏分送回先前交换器中的一个或者交换器中以在其中冷却至-100℃以下的温度，

vii)将在压力P2下的至少一部分空气和在压力P3下的至少一部分空气以及任选在压力P1下的至少一部分料流冷却至它们在其中液化的交换器的冷端，然后在膨胀以后送入空气分离装置的至少一个蒸馏塔中，

viii)在膨胀式涡轮机中膨胀以后将至少50％，优选至少70％的总空气流以气体形式供入装置的至少一个蒸馏塔中，

ix)将空气在塔系统中分离，和

x)将液体氧从一个蒸馏塔中取出，借助泵加压至大于20巴绝对压力的所需压力，通过热交换蒸发，然后再加热以便以气体产物的形式使用，其特征在于将空气在膨胀式涡轮机中起始于压力P1或P2或者P1与P2之间的压力膨胀。

根据本发明另一任选方面：

-将在小于P1的压力下的第三部分空气在交换器中冷却并送去蒸馏，

-第二压缩机与另一膨胀式涡轮机连接，

-分离装置包含中压塔和低压塔，并使来自中压塔的富氮气体在涡轮机中膨胀，