[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

摘要

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。

主权项

1.通过低温精馏从空气中生产高纯氮、氧气和液氧的方法，包括：(a)向第一蒸馏塔(2)的第一蒸馏区段(8)提供经压缩纯化后的第一原料空气(101)；(b)在所述的第一蒸馏塔(2)中将所述第一原料空气分离为在上部的第一富氮蒸气(105,114)和塔底的第一富氧液体(103,135)；(c)第一部分第一富氮蒸气(105)和第一部分第一富氧液体(103)在第一冷凝器(3)间接热交换，使第一部分第一富氮蒸气(105)冷凝生成第一部分富氮冷凝液(111)，并使第一富氧液体(103)至少部分汽化，生成第二富氮蒸气(125)和高氧量液体(113)；(d)至少部分的高氧量液体(113)与第二部分第一富氮蒸气(114)在第二冷凝器(5)进行间接热交换，使第二部分第一富氮蒸气(114)冷凝生成第二部分富氮冷凝液(115)，使所述高氧量液体(113)至少部分汽化，生成第一废物流(121)；(e)将至少部分所述的富氮冷凝液(111,115)作为回流液返回到所述第一蒸馏塔(2)；(f)将至少部分所述的第二富氮蒸气(125)经第一压缩机(31)形成第一循环流(131)，将经过第一主热交换器(1)冷却的第一循环流(132)输送入第一蒸馏塔(2)的第二蒸馏区段(9)，其中，第二蒸馏区段(9)位于第一蒸馏区段(8)下方且间隔至少一个理论塔板数；(g)从第二冷凝器(5)中汽化后余下的高氧量液体(113)中抽取第二富氧液体(160)，经膨胀后送入第二蒸馏塔(40)，膨胀后的第二富氧液体(160)包含液体部分和气体部分，所述液体部分向下流动到位于第二蒸馏塔(40)下部的第二蒸馏塔重沸器(44)，所述气体部分上升并在顶部生成第二废物流(164)，该第二废物流经第二主热交换器(33)复热后，至少部分经第二压缩机(32)压缩后生成第二循环流(165)，在第二主热交换器(33)中，第二循环流(165)与经压缩纯化后的第二原料空气(161)，可在和高压液氧(174)以及第二废物流(164)间接换热并冷却后，输入第二蒸馏塔下部空间(43)；(h)第二蒸馏塔下部空间(43)含有贫氧蒸汽和贫氧液体，至少部分贫氧蒸汽(166)作为热源被输送入第二蒸馏塔重沸器(44)，与经精馏后的第二富氧液体间接换热，并至少部分冷凝生成贫氧液体(167)返回第二蒸馏塔下部空间(43)；抽取第二蒸馏塔重沸器(44)中剩余的第二液氧(173)，可经液氧泵(34)增压后，在第二主热交换器(33)中复热后作为第二氧气产品(175)输出；(i)抽取第二蒸馏塔下部空间(43)中的贫氧液体且分成至少两部分，第一部分贫氧液体(162)经膨胀后被引入第二蒸馏塔上部空间(41)作为回流液，第二部分贫氧液体(163)经膨胀后可与第一富氧液体(103,135)混合并被送入第一冷凝器(3)；(j)从第一蒸馏塔(2)的第三蒸馏区段(7)抽取回流液的一部分，作为无高沸点组分的液空(133)经膨胀后输送入第三蒸馏塔(20)的顶部，其中，第三蒸馏区段(7)位于第一蒸馏区段(8)上方且间隔至少一个理论塔板数；(k)膨胀后的无高沸点组分的液空包含液体部分和气体部分，所述液体部分向下流动到位于第三蒸馏塔(20)下部空间的第三蒸馏塔重沸器(24)，与从第一蒸馏塔(2)引入的第二部分第一富氧液体(135)间接热交换，并在第三蒸馏塔(20)的底部生成第三液氧产品(145)，降温后的第二部分第一富氧液体(141)被输送回第一(3)或第二冷凝器(5)；(l)在第三蒸馏塔上部空间(21)生成第三废物流(143)，可选地，与第一废物流(121)合并后，在第一主热交换器(1)与经压缩纯化后的第一原料空气(101)间接换热；(m)可选地，至少部分第一富氮蒸气(105,114)可取出作为氮气产品(151)；(n)可选地，至少部分富氮冷凝液(111,115)可取出作为液氮产品(112)；其中，至少部分所述第一废物流(121)和/或所述第一原料空气(101)在膨胀机(30)中发生膨胀，为所述低温精馏过程提供所需的冷量。