氧气和氮气的生产方法技术

一种生产氧和氮的方法，用于从蒸馏塔系统中以液态形式分离出氧产品，将其泵压到一定压力，至少部分地通过冷却适当增压的流而得到加热。第一蒸馏塔在其底部产生第一浓缩氧液流。第二蒸馏塔在其其顶部产生第一富氮蒸汽流，从其底部产生第二浓缩氧液流。第三蒸馏塔在其顶部产生第二富氮蒸汽，从其底部产生富氧液流。第二蒸馏塔接收至少下列之一作为进料：（ａ）来自所述第一蒸馏塔的所述第一浓缩氧液流或（ｂ）所述冷却高压流的一部分。第三蒸馏塔接收至少下列之一作为进料（ａ）来自所述第一蒸馏塔的所述第一浓缩氧液流或（ｂ）所述冷却高压流的一部分。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由低温气体分离装置生产氧和氮的方法，尤其是利用泵送-LOX(液态氧)生产高压氧和生产至少部分为高压氮的氮气。用于生产氧和氮的低温方法众所周知的是双塔循环。这一方法采用蒸馏塔系统，该系统包括一个高压塔、一个低压塔和一个热连接此二塔的重沸-冷凝器。最初的双塔循环从低压塔以蒸汽的方式同时产生氮和氧。近来普遍采用的是将氧气以液态的方式从蒸馏塔系统中排放，利用静吸头或泵增加液态氧的压力，然后在主热交换器中通过冷却一部分适当加压的气流而使液态氧升温。这一生产氧的方法称作泵送-LOX。当需要同时生产大量的高压氮时，典型的做法是增加低压塔的压力以便在高于大气压的某一压力下回收氮。这种方法通常称作增压或EP循环。有关增压装置、双塔、泵送-LOX循环的例子可见于已公开的文献。图9给出了这一现有技术循环方式的一个例子。上述方法的工业应用是生产用于煤气化联合循环(CGCC)电力和化学厂所需的低纯度氧(小于98摩尔％氧)和氮。由于此类应用的目的之一是产生电能，因而对于空气分离方法的基本要求是能够有效地产生能量。这种对高效的需求给传统增压装置、双塔、泵送-LOX循环带来了诸多改进。提高双塔循环效率的方法之一是使用一个第三蒸馏塔，如美国专利5682764(Agrawal等)。该专利提出使用第三塔，其工作压力在高压塔和低压塔之间。第三塔接受气态空气进料，此气态空气进料的压力低于输送到高压塔的主空气进料的压力。该中压塔上有一个冷凝器，但没有重沸器，并产生用于低压塔的液氮日流。仅通过压缩进料空气的一部分，使其达到高压塔的压力，便可以减少能耗。另一项提出使用第三塔以提高效率的专利是美国专利5678426(Agrawal等)。该专利也教导使用其工作压力在高压塔和低压塔之间的第三塔。该第三塔从高压塔底部接受富氧液体作为进料。该中压塔包括重沸器和冷凝器，并从其顶部产生富氮流，从其底部产生更为富氧的液体。另外一项教导使用第三塔以提高效率的专利公开于美国专利4254629(Olszewski)。Olszewski教导使用第三中压塔，其功能与美国专利5682764中的第三塔十分相似。Olszewski还公开了一种四-塔装置，该装置具有平行的一对双塔。如Olszewski所教导的那样，两个低压塔在基本相同的压力下工作。而一个高压塔比另一个高压塔的工作压力要低。这通过维持一个低压塔底部的组分比另一个低压塔更加贫氧来实现的——这样，与含有更多贫氧组份的低压塔热连接的高压塔便可在低压下工作。Olszewski还教导将贫氧蒸汽通到另一个低压塔。以上三个专利皆没有提到使用泵送液态氧的操作模式。美国专利4433989(Erickson)也教导使用第三塔以提高效率。Erickson教导使用与双塔工艺相连接的第三中压塔。Erickson教导的步骤包括1)将所有空气通到高压塔中；2)将几乎所有富氧液体从高压塔通到中压塔中；3)在中压塔中蒸馏，产生富氮蒸汽和更为富氧的液体；4)将更为富氧的液体通到低压塔；5)将来自高压塔的富氮液体在中压塔和低压塔中回流；和6)通过与来自高压塔的冷凝蒸汽进行间接热交换，将沸腾的气体供给到中压塔和低压塔。Erickson还建议了一种使用泵送-液态氧的操作方法。他指出，将高压空气送入第四蒸馏塔的底部。此蒸馏塔由顶部产生富氮液体，而由底部产生富氧液体——类似于典型的高压塔。第四塔的冷凝器通过在高压下蒸发氧气而工作。迫切需要一种用于分离空气来生产氧和氮的行之有效的方法，运用此方法，氧气以高压产品的方式产生，同时至少部分氮气也以高压产品的方式产生。同时还迫切需要一种在含三个或更多蒸馏塔的多塔循环中有效使用泵送-液态氧的模式。本专利技术涉及一种用于分离空气生产氧和氮的方法，此方法运用包括至少三个蒸馏塔的蒸馏塔系统。本专利技术还包括一个使用此方法的低温空气分离装置。本专利技术的实施方案之一，是利用包括至少含有三个蒸馏塔的蒸馏塔系统来分离空气以生产氮和氧的方法。该系统包括第一蒸馏塔、第二蒸馏塔和第三蒸馏塔，每个蒸馏塔具有顶部和底部。该方法包括多个步骤。第一步提供一个具有第一氮含量的压缩空气流。第二步是将压缩空气流的至少第一部分送到第一蒸馏塔。第三步是从第一蒸馏塔的底部将第一浓缩氧流排出，并将第一浓缩氧流的至少一部分送入第二蒸馏塔和/或第三蒸馏塔。第四步是从第一蒸馏塔顶部或其附近将第一贫氧蒸汽流排出，并将第一贫氧蒸汽流的至少一部分送入第二蒸馏塔或第三蒸馏塔的第一重沸-冷凝器，将第一贫氧蒸汽流的至少第一部分至少进行部分压缩，由此形成第一浓缩氮液流。第五步是至少将第一浓缩氮液流的第一部分送入第一蒸馏塔的顶部。第六步是将第二浓缩氮液流和/或至少第一富氮液流的第二部分送入第二蒸馏塔的顶部。第七步是从第二蒸馏塔的底部将第二浓缩氧液流排出，并将第二浓缩氧液流送入第三蒸馏塔。第八步是从第二蒸馏塔的顶部将第一浓缩氮蒸汽流排出。第九步是从第三蒸馏塔的顶部将第二浓缩氮蒸汽流排出。第十步是从第三蒸馏塔的底部将液态氧流排出，此处所说的液态氧流在通过与所含氮与第一含氮量相同的高压流进行间接热交换而升温之前已对其加压，所说的高压流未经蒸馏而直接被冷却。第十一步是将至少部分冷却的高压流最终送入第一蒸馏塔、第二蒸馏塔或第三蒸馏塔中的一个或全部。上述实施方案可作多种改变。例如，一个实施方案为，高压流为压缩空气流的第一部分。在另一实施方案中，高压流是压缩空气流的另一部分。在此实施方案中，该方法包括一个附加的步骤。此附加步骤是进一步压缩压缩空气流的另一部分。该实施方案还可以有其他的改变。例如，在一个实施方案中，高压流是从蒸馏塔系统中排放出的贫氧蒸汽流的压缩部分。在另一实施方案中，第一蒸馏塔具有第一压力，第二蒸馏塔具有低于第一压力的第二压力，第三蒸馏塔具有低于第二压力的第三压力。在另一实施方案中，通过与贫氧蒸汽的第一部分进行间接地热交换，将蒸汽至少部分地提供给第二蒸馏塔，通过与第一贫氧蒸汽的另一部分进行间接地热交换，将蒸汽至少部分地提供给第三蒸馏塔。本专利技术的另一实施方案具有与上述实施方案相同的多个步骤，而且还包括另外五个附加步骤。第一个附加步骤是提供一个具有顶部和底部的第四蒸馏塔。第二个附加步骤是将来自第一蒸馏塔的第一贫氧流的第二部分送入第四蒸馏塔的底部。第三个附加步骤是将第三浓缩氮液流从第四蒸馏塔的底部排出，并将第三浓缩氮液流的至少一部分送入第二和/或第三蒸馏塔。第四个附加步骤是将第二贫氧蒸汽流从第四蒸馏塔顶部或顶部附近处排出，将第二贫氧蒸汽流的至少第一部分送入第二或第三蒸馏塔的第二重沸-冷凝器，至少将第二贫氧蒸汽流的第一部分进行部分冷凝，由此形成第四浓缩氮液流，并将至少一部分第四浓缩氮液流送入第四蒸馏塔的顶部。第五个附加步骤是将高纯氮流从第二贫氧蒸汽流或第四浓缩氮液流中排出。在该实施方案的一个改变中，通过与贫氧蒸汽流的第一部分进行间接地热交换，将蒸汽至少部分地提供给第二蒸馏塔，通过与第二贫氧蒸汽流的第一部分进行间接地热交换，将蒸汽至少部分地提供给第三蒸馏塔。本专利技术还有另一个实施方案。该实施方案具有与第一实施方案相同的多个步骤，而且还包括另外五个附加步骤。第一个附加步骤是提供一个具有顶部和底部的第四蒸馏塔。第二个附加步骤是将压缩空气流的另一部分送入第四蒸馏塔的底部。第三个附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分离空气生产氧和氮的方法，所述方法使用一种至少有三个蒸馏塔的蒸馏塔系统，该体系包括第一蒸馏塔、第二蒸馏塔和第三蒸馏塔，其中，每个蒸馏塔有一个顶部和一个底部，该方法包括以下步骤： 提供一种具有第一氮含量的压缩空气流； 至少将压缩空气流的第一部分送入第一蒸馏塔； 将第一浓缩氧液流从第一蒸馏塔的底部排出，将第一浓缩氧液流的至少一部分送入第二和／或第三蒸馏塔； 将第一贫氧蒸汽流从第一蒸馏塔的顶部或其附近排出，将第一贫氧蒸汽流的至少一部分送入第二蒸馏塔或第三蒸馏塔的第一重沸一冷凝器，将第一贫氧蒸汽流的至少第一部分至少部分冷凝，由此形成第一浓缩氮液流； 将第一浓缩氮液流的至少第一部分送入第一蒸馏塔的顶部； 将第二浓缩氮液流和／或第一浓缩氮液流的至少第二部分送入第二蒸馏塔的顶部； 将第二浓缩氧液流从第二蒸馏塔底部排出，将此第二浓缩氧液流送入第三蒸馏塔； 将第一富氮蒸汽流从第二蒸馏塔的顶部排出； 将第二富氮蒸汽流从第三蒸馏塔的顶部排出； 将液态氧流从第三蒸馏塔底部排出，其中所述液态氧流在通过与至少含有等同于第一氮含量的高压流进行间接地热交换而至少部分地加热之前，压力增加，所述高压流未经蒸馏而直接冷却；和 将至少一部分冷却的高压流最终送入第一蒸馏塔、第二蒸馏塔或第三蒸馏塔中的一个或全部。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P希金博撒姆，R阿格拉沃，DM赫尔龙，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]