[发明专利]用于生产低纯度氧的低温精馏系统

说明书

一般地说，本发明涉及低温精馏，而更具体地说涉及低纯度氧的生产。

空气经低温精馏生产氧和氮是一种十分成熟的工业方法。典型地说，将进料空气置于一个双塔系统里进行分离，其中来自高压塔的氮基本馏份或塔顶蒸汽被用来使低压塔塔底氧液再沸。

目前，对于低纯氧的需求在诸如玻璃制造、炼钢以及能源生产等领域正日益增长。与双塔系统运转典型地产生的数量相比，低压塔的提馏段蒸汽蒸出量较少，且低压塔增浓段回流液量较少，这对于生产氧纯度小于98.5％(分子)的低纯氧是必须的。

因此，一般用于大量生产低纯度氧的低温精馏系统的情况是，其中处于高压塔压力的进料空气用于使低压塔塔底液再沸，然后再送入高压塔。使用空气代替氮来汽化低压塔底液降低了进料空气的压力要求，并使之可能产生恰好为低压塔提馏段所必要蒸出量，这样做的方法可以是向低压塔再沸器加入适宜量的空气，也可以借部分冷凝将全部进料空气的大部分冷凝。

虽然传统空气煮沸低温精馏系统已被用于有效地生产低纯度氧，但它的产生供给低压塔顶液氮回流的能力受到限制。造成这种情况的原因是，在类似于主空气进料压力的高压塔操作压力下组分相对挥发度较低。由于生成液氮回流能力降低而导致氧回收率降低，故耗能较高。

因此，本发明的一个目的是提供一种生产低纯度氧的低温精馏系统，其中低压塔的塔底液是借助与进料空气间接换热而再沸的，该系统与传统的空气煮沸系统相比以较低能量需求运转。

上述以及其他目的对于读过本公开的熟悉此项技术的人来说将变得很清楚，这些目的可以通过本发明而达到，其一个方面是：

一种生产低纯度氧的低温精馏方法，包括：

(A)提供一种低温精装置，它包括一个带塔顶冷凝器的第一塔和一个带有塔底再沸器的第二塔，所述第一塔操作压力超过第二塔的压力；

(B)提供第一进料空气流，其压力在39至100磅/平方英寸，绝压，(psia)，并使所述进料空气流通过上述塔底再沸器；

(C)将进料空气从塔底再沸器送至所述第一和第二塔中至少一个塔；

(D)提供压力低于第一进料空气流的第二进料空气流，并将所述第二进料空气流送入第一塔；

(E)从第二塔抽出低纯度氧并通过与上述第一进料空气流以及与上述第二进料空气流进行间接换热而提高上述所抽出的低纯度氧的温度；以及

(F)将生成的、温度提高后的低纯度氧做为产品回收。  

本发明的另一方面是：

用于生产低纯氧的低温精馏设备，它包括：

(A)带塔顶冷凝器的第一塔和带塔底再沸器的第二塔；

(B)一台主换热器，以及用于将第一进料流送至主换热器以及由主换热器送到塔底再沸器的机构；

(C)用于将流体从塔底再沸器送至上述第一和第二塔中至少一塔的机构；

(D)用于将压力低于第一进料流的第二进料流送至主换热器，并从主换热器送至第一塔的机构；

(E)用于将产品流体从第二塔送至主换热器的机构；以及

(F)用于从主换热器回收产品流体的机构。

这里所用术语“低纯氧”意指一种含氧浓度为98.5％(分子)以及更低的流体。

这里所用术语“进料空气”意指一种主要含有氮和氧的混合物，例如空气。

这里所用术语“透平膨胀”和“透平膨胀机”分别指一种方法和设备，其作用是让高压气体流经一台透平以降低该气体的压力和温度并借此产生冷冻量。

这里所用的术语“塔”意指一种蒸馏或分馏塔或区，即一种接触塔或区，在其中液、汽两相逆流接触以实现流体混合物的分离，例如借助汽、液两相在一系列沿塔内纵向间隔安装的塔盘或塔板上，和/或在有规码放和/或无规堆放的填料元件上进行接触。关于蒸馏塔的进一步讨论，请参见“Chemical Engineer′s Handbook fifth edition”(《化学工程师手册·第五版》)，由R.H.Perry和C.H.Chilton编，McGraw-Hill Book Company出版，New York，Section 13，“连续蒸馏过程”。