[发明专利]通过低温精馏从空气中生产高纯氮、氧气和液氧的方法及设备

说明书

本发明公开了一种通过低温精馏从空气中生产高纯氮、氧气和液氧的方法及设备，可以同时满足市场对氮和氧的需求，在保证产量的同时，又能实现对氮氧纯度的要求。本发明充分考虑了各方面因素以实现生产高纯氮、氧气和液氧设备的平稳、高效、低能耗的运行。

技术领域

本发明涉及通过低温精馏生产高纯氮、氧气和液氧的方法及设备。

背景技术

含氮气和氧气的混合物，最常见的是空气，可经低温精馏分离成富氮和富氧的馏分以及包含稀有气体的馏分，例如氩气。在低温精馏中，将空气纯化、压缩，以去除高沸杂质(如二氧化碳)、水蒸汽以及碳氢化合物。然后将所得的纯化并压缩的空气流冷却至适于精馏的温度。精馏生成富氮和富氧馏分以及其他需要的馏分，其可以为液体和气体产物形式。存在不同的精馏塔布置以用于此目的。

近年来，在石油化工，高炉炼铁，电子产业等领域，对高纯氮和高纯氧的需求量大大增加。因此需要高效，节能，节约开支的生产高纯氮和高纯氧的方法和设备。

中国实用新型专利CN202648307U介绍了一种通过低温精馏来分离空气的设备，利用两个布置在塔顶的冷凝器在一个蒸馏塔中可产生高纯氮。但是本实用新型中只能生产高纯氮而不能生产高纯氧，无法满足对于高纯氧的需求，不具有普遍适用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何在高纯氮的生产不受影响的前提下，生产高纯氮的同时生产高纯氧和氧气。

为了解决上述问题，公开了一种通过低温精馏从空气中生产高纯氮、氧气和液氧的方法。首先向第一蒸馏塔的第一蒸馏区段提供经压缩纯化后的第一原料空气，并在第一蒸馏塔中将第一原料空气分离为在上部的第一富氮蒸气和塔底的第一富氧液体，第一富氮蒸气和第一富氧液体都可被分成至少两部分，其中第一部分第一富氮蒸气和第一部分第一富氧液体在第一冷凝器间接热交换，使第一部分第一富氮蒸气冷凝生成第一部分富氮冷凝液，同时第一富氧液体的至少一部分汽化，生成第二富氮蒸气和高氧量液体。可选地，可以将部分第一富氮蒸气取出作为氮气产品。

然后一部分高氧量液体与第二部分第一富氮蒸气在第二冷凝器进行间接热交换，使第二部分第一富氮蒸气冷凝生成第二部分富氮冷凝液，同时至少一部分高氧量液体汽化，生成第一废物流。将至少部分上述富氮冷凝液作为回流液返回到第一蒸馏塔，可选地，也可以将部分富氮冷凝液取出作为液氮产品。

将部分第二富氮蒸气经第一压缩机形成第一循环流，后经过第一主热交换器冷却，并将冷却的第一循环流输送入第一蒸馏塔的第二蒸馏区段，其中，第二蒸馏区段位于第一蒸馏区段下方且间隔至少一个理论塔板数。

从第二冷凝器中，抽取汽化后余下的高氧量液体，并作为第二富氧液体经膨胀后送入第二蒸馏塔中，膨胀后的第二富氧液体包含液体部分和气体部分，液体部分向下流动到位于第二蒸馏塔下部的第二蒸馏塔重沸器，气体部分上升并在顶部生成第二废物流，该第二废物流经第二主热交换器复热升温后，至少部分会流经第二压缩机压缩后生成第二循环流，在第二主热交换器中，第二循环流与经压缩纯化后的第二原料空气，与高压液氧以及第二废物流间接换热并冷却后，输入第二蒸馏塔下部空间。

第二蒸馏塔下部空间含有贫氧蒸汽和贫氧液体，一部分贫氧蒸汽作为热源被输送入第二蒸馏塔重沸器，并与经精馏后的第二富氧液体进行间接换热，贫氧蒸汽热交换后部分冷凝生成贫氧液体返回第二蒸馏塔下部空间。

抽取第二蒸馏塔重沸器中剩余的第二液氧，可经液氧泵增压后，在第二主热交换器中复热后作为第二氧气产品输出。

第二蒸馏塔下部空间中的贫氧液体可至少分成两部分，第一部分贫氧液体经膨胀后作为回流液被引入第二蒸馏塔上部空间，第二部分贫氧液体可经膨胀后可与第一富氧液体混合并被送入第一冷凝器。

从第一蒸馏塔的第三蒸馏区段抽取回流液的一部分，作为无高沸点组分的液空经过膨胀阀后输送入第三蒸馏塔的顶部，其中，第三蒸馏区段位于第一蒸馏区段上方且间隔至少一个理论塔板数。