[发明专利]空气分离方法及设备

说明书

本发明涉及一种空气分离的方法及设备，具体地说是采用低温精馏的原理分离空气，制取氧、氮、氩等气体的方法和设备。

空气分离是采用精馏塔来完成的，美国专利US4662918公开了一种采用单级精馏塔来制取高纯氮的方法及设备。该流程把一部分已获得的纯氮气增压预冷后，再进入精馏塔的压力塔内所设置的换热器中，加热釜中的液体空气和回流液，使液体空气的含氧量达50～80％，这样的塔顶可获得更多的高纯氮气，但是由于氮气的再次压缩，因此设备繁多，工艺流程复杂，致使能耗增加；德国专利DE3610973A1公开了一种带着增压机膨胀的单级精馏塔流程制取99.9999％的高纯氮气。这种空气分离方法把压缩到6bar压力的原料空气经分子筛吸附器后分成二路，其中40％的净化原料空气进入主换热器，被冷却到约100K温度后，进入精馏塔底部所设置的蒸发器通道内加热塔釜内的液体空气出蒸发器后，再减压到4bar压力后进入精馏塔中部：另一路约占60％的原料空气在膨胀机的增压机中增压7bar压力后，再进入主换热器中被返流气体冷却到120K温度后时入膨胀机中作绝热膨胀，膨胀至4bar压力后进入精馏塔内，精馏塔底部获得含氧较高的液体空气引出塔后，再经过冷器过冷进入精馏塔顶部所设置的冷凝蒸发器内作塔的冷源，在精馏塔顶部可获得99.9999％的高纯氮气。该发明的不足之处的由于富氧中含氧量不高，因此纯氮的提取率也不高：其二，不能生产含氧在60～90％的低纯度氧。其三，纯氮产品中氩含量较高。

美国专利US4560397中公开了一种采用双级精馏塔制取高纯氧的流程，其主要特征是在精馏塔的压力塔顶部和低压塔底部均设置一只冷凝器，当原料空气进入压力塔底部时，在塔底可获得含量氧为40％左右的的富氧液体空气，其中一部分富氧液体空气减压降温后进入压力塔顶部的冷凝器中作冷源，以冷凝压力塔之上升气体，另一部分富氧液体空气则减压降温后进入低压塔顶部作回流液，在低压塔底部的冷凝器中通入来自压力塔顶部的气氮作热源，加热从低压塔中回流下来的富氧液体空气，被冷凝的液氮仍加在入压力塔顶部作回流液，在塔中精馏后，在低压塔底部可获得纯氧产品，低压塔冷凝器中的部分液氧经一只液体泵加压后进入压力塔顶部的冷凝器，与从压力塔底来的液体空气汇合作压力塔的冷源，压力塔顶部冷凝器所蒸发的气体作为膨胀气源经绝热膨胀后出塔，在压力塔顶部获得一部分压力纯氮气产品：由此可知该发明的不足之处，其一，由于膨胀气体和低压塔顶部所排出的废气均是含氧约24％的富氧气体，因此高纯氧的提取率不高：其二，压力塔工作压力较高：其三，在压力塔上不能提取粗氩。其四，由于氩的存在影响了氧的纯度，在高纯氧气中含氩量高达10ppm。总之，该发明的气体分离效果差，纯产品量少，相应能耗也较高。

鉴于上述公知的技术不足，本发明的任务是提出一种改进的空气分离方法及设备，它在极低的能耗条件下，通过单级精馏设备制取含氧为2％～3ppm氮产品，还能制取含氧为60～99.5％的氧产品或者通过一只压力塔、一只低压塔的精馏设备制取全部含氧为99.99～99.999％的高纯氧产品，同时还能制取含氧为2％～3ppm纯氮产品，以及提出在压力塔制取粗氩的方法及设备，对氧、氮、氩均有特别高的提取率。