[发明专利]低温空气分离设备

说明书

本发明涉及低温空气分离设备，目的在于提供一种能够以高收率回收氮、氩和高纯度氧的低温空气分离设备。该低温空气分离设备包括：热交换器1，第一精馏塔2，第一冷凝器3，第二精馏塔5，第三精馏塔6，第二冷凝器7，高纯度氧精馏塔8，第三冷凝器4，氮压缩机10，和压缩再循环气体管线L52，该压缩再循环气体管线用于将由第一氮压缩机10压缩的产物氮气作为压缩的再循环气体引入到超高纯度氧蒸发器9的热端(热源)中。

技术领域

本发明涉及一种用于生产氮、氩和高纯度氧的低温空气分离设备。

背景技术

在半导体等行业中，需要不含诸如烃的高沸点成分的高纯度氧。为了生产这种高纯度氧，例如，专利文献1描述了一种低温空气分离设备，其包括三个精馏塔，即用于生产氮、氧和氩的中压塔、低压塔和粗氩塔。专利文献1描述了一种方法，其中使用中压氮气作为再沸腾源来浓缩从粗氩塔的中间部分获得并从中去除了高沸点成分的富氧液体。除了使用中压氮气作为再沸腾源之外，还描述了一种用于使用进料空气或从中压塔的底部获得的富氧液体来获得高纯度氧的方法，如例如专利文献2中所公开的。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]US 5049173 A

[专利文献2]US 5934104 A

发明内容

[本发明拟解决的问题]

然而，如现有技术那样，在将中压氮气用于再沸腾高纯度氧的情况下，供给至低压塔底部的中压氮气的量成比例地减少。这导致低压塔中蒸气流的减少，并且引起尤其难以分离的氩的回收率的显著减小。

相对于氧气和氮气，氩气仅占空气成分的材料重量比的1％，因此，将低温空气分离设备设计为生产氩作为氧产品或氮产品的副产物通常是经济的。然而，如上所述，如果为了回收高纯度氧而牺牲氩的回收，则很有必要与氩的需求量相当地设计低温空气分离设备，结果这有可能导致经济效率低下的情况。

使用进料空气作为高纯度氧的再沸腾源的方法的问题在于，对中压塔供给的进料空气减少，并且氮的回收量减少。

此外，使用从中压塔底部供应的富氧液体作为再沸腾源的方法仅可回收少量的高纯度氧，因为仅可使用与富氧液体和高纯度氧之间的温差相对应的有限显热。

鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种低温空气分离设备，其能够以高收率回收氮、氩和高纯度氧。

[解决问题的手段]

根据本发明的低温空气分离设备包括：

用于使进料空气进行热交换的热交换器(1)；

第一精馏塔(中压塔)(2)，已通过所述热交换器(1)的进料空气被引入所述第一精馏塔，所述第一精馏塔(中压塔)(2)包括其中储存有富氧液体的第一塔底部分(21)、用于对进料空气进行精馏的第一精馏部分(22)、和设置在所述第一精馏部分(22)的上部部分处并储存第一蒸发气体的第一塔顶部分(23)；

第一冷凝器(氮冷凝器)(3)，其设置在所述第一塔顶部分(23)上方，并且使所述第一塔顶部分(23)中的第一蒸发气体冷凝；

第二精馏塔(5)，其包括第二塔底部分(31)、第二精馏部分(51，52，53)和从其中抽取氮气(其可以变成产品)的第二塔顶部分(54)；

用于精馏氩的第三精馏塔(粗氩塔)(6)，所述第三精馏塔(6)包括向其中引入从第二精馏塔(5)的第二精馏部分(50)的中间部分(51)抽取的粗氩进料气体的第三塔底部分(61)、用于对粗氩进料气体进行精馏的第三精馏部分(62)、以及其中储存有氩的第三塔顶部分(63)；