[发明专利]外冷式单级精馏空分装置及方法

权利要求书

1.外冷式单级精馏空分装置，其特征在于，包括主塔、付塔、冷凝蒸发器，换热器、循环压缩机、液氧泵、节流阀和输送管道；

所述冷凝蒸发器包括主冷凝蒸发器、氩冷凝蒸发器，其中所述主冷凝蒸发器和氩冷凝蒸发器分别设置在所述主塔和付塔的顶部；所述付塔的底部与主塔下段的中部连通；

所述换热器包括氧气换热器、氮气换热器、粗氩换热器、循环换热器；

所述主塔的中部设有原料空气进料口，原料空气分别通过所述氧气换热器、氮气换热器和粗氩换热器预冷至饱和温度后通过输送管道从所述主塔中部进入主塔。所述主塔底部设有液氧输入口，从该液氧输入口注入液氧。氮气从主塔的顶部引出并通过氮气换热器复热至常温后回收；液体回流至主塔底部分离出液氧通过主塔外部配设的带有节流阀以及液氧泵的输送管道进入主塔顶部的主凝蒸发器以及付塔顶部的氩冷凝蒸发器，作为该两个冷凝蒸发器的冷媒；

主塔中，部分氮气进入主凝蒸发器与液氧冷媒进行换热，液氧冷媒转化为气体蒸发排出后进入所述循环换热器，并通过所述循环压缩机加压，预冷后进入主塔底部塔釜上升，氮气冷凝回流与主塔底部上升的氧气循环精馏；

位于主塔下段的氩馏分进入付塔，在付塔内，氩气上升至付塔塔顶，一部分引出后通过所述氩气换热器复热至常温后回收，其余继续冷凝回流。液氧在氩冷凝蒸发器内，参与换热后转化为氧气，再通过所述氧气换热器复热至常温后回收。

2.根据权利要求1所述的外冷式单级精馏空分装置，其特征在于，所述主塔顶部设有液氮输入口。

3.根据权利要求1所述的外冷式单级精馏空分装置，其特征在于，所述氩冷凝蒸发器上设有液氩输入口。

4.根据权利要求1所述的外冷式单级精馏空分装置，其特征在于，所述主塔塔釜与所述主凝蒸发器连通的回路上设有节流阀，与氩冷凝蒸发器连通的回路上设有回流阀以及所述液氧泵。

5.根据权利要求1所述的外冷式单级精馏空分装置，其特征在于，所述氧气换热器、氮气换热器以及氩气换热器均为板式换热器。

6.外冷式单级精馏空分方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.将预处理净化后的原料空气送入热换器与返流气体换热后预冷至饱和温度，并通过主塔中部的加料口送入主塔内；

b.向主塔底部的第二冷凝蒸发器内注入液氧，与该冷凝蒸发器内的液氧冷媒进行换热，产生的氧气上升，并与中部的饱和原料空气中的液氮进行换热，氮气上升至主塔顶部，大部分被引出，经过氮气换热器复热至常温后回收，氧气冷凝回流；同时，位于主塔下段中部的氩气以及大部分氧气进入付塔，其中的大部分氩气上升至所述付塔顶部；

c.将持续回流至主塔底部的液氧通过液氧泵以及节流阀分别送入所述主塔顶部的第一冷凝蒸发器和所述付塔顶部的第三冷凝蒸发器内作为液氧冷媒使用，所述第一冷凝蒸发器内的液氧冷媒与进入该冷凝蒸发器内的氮气换热后转化为氧气从第一冷凝蒸发器内排出，并经过循环蒸发器复热后，通过循环压缩机加压液化后再次转化为液氧冷媒进行所述第二冷媒蒸发器内，同时氮气冷凝回流再次作为上升氧气的回流液；付塔中的大部分氩气上升至所述付塔的顶部，并被引出，通过氩气换热器复热至常温后被回收，部分氩气进入所述第三冷凝蒸发器内，并与其内的液氧冷媒换热冷凝回流，而液氧冷媒转化为氧气从所述第三冷凝蒸发器内排出，并经过氧气换热器复热至常温后被回收。

7.根据权利要求6所述的外冷式单级精馏空分方法，其特征在于，所述第一冷凝蒸发器上设有液氮输入口。

8.根据权利要求6所述的外冷式单级精馏空分方法，其特征在于，所述第三冷凝蒸发器上设有液氩输入口。

9.根据权利要求6所述的外冷式单级精馏空分方法，其特征在于，步骤c中，所述第一冷凝蒸发器和所述第二冷凝蒸发器的连通管路上设有第一节流阀，所述节流阀设在靠近所述第二冷凝蒸发器的一端；

所述第二冷凝蒸发器和所述第三冷凝蒸发器的连通管路上复合配设有液氧泵和第二节流阀。

10.根据权利要求6所述的外冷式单级精馏空分方法，其特征在于，所述步骤d中还包括，将回收的常温氩气再送入精氩塔内继续提纯。