[发明专利]空气分离方法及设备

说明书

本发明属于低温精馏空气分离的领域，应用低温精馏的原理分离空气，制取氧、氮、氩气的方法和设备。

传统的单级精馏塔流程，一般仅能生产单一的富氧或纯氮气体，产品提取率低，若要制取更多的产品气，必须通过增加压力的方法，并且工艺流路复杂。相应能耗也较高。传统的双级精馏塔流程，塔板多，体积大，能耗高才能生产纯氧和低压氮气。

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，它在较低的能耗条件下，通过单级精馏设备制取含氧为5％～3ppm氮产品，还能制取含氧为70～99.5％的富氧或纯氧产品，或者通过双级精馏设备制取含氧99.5％～99.999％的氧气产品和含氧为2％～3ppm的压力纯氮产品。在压力塔或低压塔附设一只粗氩塔取氩气。对氧、氮，氩气均有极高的提取率。

本发明的任务是用下列方法来解决的：一种单级精馏塔的空气分离方法，其特征在于在压力塔底部设置一只蒸发器，在压力塔顶部设置一只冷凝器或在压力塔内还设置有辅助冷凝器组，被压缩的原料空气冷却后进入分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气，通过主换热器冷却后的原料空气进入压力塔底部的蒸发器中作加热气源加热液体空气，原料空气被冷却后出蒸发器，再在过冷器中冷却至液化温度后，进入压力塔中部进行精馏分离；在压力塔顶部设置的冷凝器或再在压力塔内设置辅助冷凝器组冷凝塔内上升气体，由压力塔底部引出的富氧或纯氧液体经过冷器过冷减压降温后，进入塔顶冷凝器低压侧作塔的冷源。塔内上升气体中的氧根据塔内的精馏平衡原理，先后在辅助冷凝器和塔顶冷凝器被冷凝，并形成足够的回流液，并与设置在塔内的塔板或填料物上与上升气体进行精馏，上升气体中的氧被冷凝，最后在塔顶可获得高纯液氮。在塔顶冷凝器内可获得富氧或纯氧液体，通过调节冷凝器二侧的压力差以获得足够的冷凝温差。

在辅助冷凝器中通入低温的膨胀气体作塔的冷源。

一种低温精馏的空气分离方法，是采用双级精馏塔的流程，它基于压力塔，通过压力塔所获得的纯液氮减压降温后进入低压塔顶冷凝器低压侧作低压塔的冷源，压力塔顶冷凝蒸发器作为低压塔的热源，精馏分离来自压力塔釜的富氧或纯氧液空，在低压塔底为部可获得纯氧。

在塔内均设有塔板段或填料物。

本发明的空气分离设备流程为分离气体增压膨胀流程或不设置增压机的膨胀流程。即在压力塔内精馏分离后的带压氮气，在换热器组复热至一定温度后进入膨胀机作绝热膨胀的，再进入精馏塔内所设置的辅助冷凝器中作冷源，或者在过冷器内复热，然后在换热器组复热后出装置。

为了同时制取高纯氮产品和纯氧气，必须在单塔中具有分离粗氩气的能力，粗氩气的提取可以改善精馏塔的精馏工况，本发明所设置的粗氩流程是以制取高纯氮产品，同时制取纯氧气为目的。

本发明的任务是用下列空气分离设备来解决的。

一种单级精馏塔的空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化物形成净化原料空气。

b.净化原料空气进入主换热器后，被返流气体冷却后进入精馏塔底部的蒸发器内加热釜中的液体空气，再在过冷器中冷却后进入精馏塔中部。

c.精馏塔顶部设置一只冷凝器和在精馏塔内设有辅助冷凝器组，从精馏塔底部引出的压力富氧或纯氧液体在过冷器中过冷后，再经减压降温后进入塔顶冷凝器内作塔的冷源，被加热后的气体，再经换热器组复热后作产品气。

d.从压力塔顶部引出的压力纯氮气在主换热器复热至常温后作产品气。并在主换热器中部引出部分压力氮气进入膨胀机作绝热膨胀。对于采用增压膨胀的空分流程而言，在主换热器复热后的压力氮气则进入膨胀机的增压机中增压后，再进入主换热器内冷却至一定温度后再进入膨胀机作绝热膨胀的，膨胀气体则进入精馏塔内适当部位所设置的辅助冷凝器中作冷源，出换热器后再经主换热器复热出装置作产品气，一部分气体进入分子筛吸附器作加热气体。

e.从压力塔顶部可获得部分纯液氮产品，从塔顶冷凝器低压侧可获得部分液氧产品。

一种单级精馏塔的空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气进入主换热器后，被返流气体冷却后进入精馏塔底部的蒸发器内加热塔釜中的液体空气，再在过冷器中冷却后进入精馏塔中部。

c.精馏塔顶部设置一只冷凝器，从精馏塔底部引出的压力富氧或纯氧液体在过冷器中过冷后，再经减压降温后进入冷凝器低压侧作塔的冷源。