通过精馏进行空气分离的方法及设备技术

本方法是用精馏法进行空气分离。紧接着一个两级型精馏塔３之后，馏份２２从粗氩精馏塔１０的塔釜上方若干塔板处采出，再输入到高纯氧精馏塔２３中，在那里分离成剩余气体馏份２４和高纯氧２５，２６。此外，还可以借助高纯氮精馏塔３１（该精馏塔输入来自第一精馏级２的富氮气体２７）附加地或者分别地制备高纯氮。来自高纯氮精馏塔３１的塔底馏份２９则返回第一精馏级２，从第一精馏级顶部下方若干塔板处可以获得高纯氮３４。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过精馏进行空气分离的方法，其中，空气在第一精馏级予分离成富氮馏分和富氧馏分，然后这两种馏分被送往第二精馏级，在那里分离成氧和氮。本专利技术进而还涉及实施这类方法的设备。这样一种通过两级精馏获取氧和氮的方法在US-PS4，575，388中已作过说明。分离产物氧和氮分别从第二精馏级的塔釜和塔顶获得。US-PS4575388还描述了一个粗氩精馏塔，来自第二精馏级的富氩气体通入其内。一种基本上由氧组成的液态塔底馏分从该粗氩精馏塔回流入第二精馏级。在粗氩精馏塔塔釜形成的富氧液体含有相当高浓度的杂质，因为来自第二精馏级的富氩馏分中，除了氧、氮之外还含有氪、氙和碳氢化合物，这些都聚集在粗氩精馏塔的塔釜内。将这些塔釜液体返回第二精馏级，结果使这些杂质到了第二精馏级的塔釜，从而进入了作为分离产物所得到的氧中。由于氧中有杂质，因此这一方法不能够从第二精馏级获得不含氪、氙和碳氢化合物的高纯氧，特别是不含这些杂质的高纯液态氧。举例来说，高纯氧乃是电子工业所必需的。从该已知方法获得到的氮也含有痕量的其他气体，例如氦、氖、氢和一氧化碳。然而，对于现代半导体工业而言，极其高纯度的氮仍是必需的。可以用催化方法分离出一氧化碳。一种按通常方式安装在第一精馏级顶部的氦排放器仅仅对氦、氩及氢起着少许的减小作用。因此，本专利技术的任务是开发在本文起首所述种类的、能制备出高纯度的分离产物、特别是高纯氧和高纯氢的方法。这个任务可以按本专利技术用下述方式解决来自第二精馏级、基本上只含有氧和氩的气流进入一粗氩精馏塔，从该精馏塔的塔釜上方取出另一馏分，并且在一高纯氧精馏塔分离成高纯氧和较轻的剩余馏分。藉助这一处理步骤，可以制备出作为高纯度分离产物的氧，它基本上不再含有氩、氪、氙和碳氢化合物了。在粗氩精馏塔中的氪、氙和碳氢化合物的浓度从该精馏塔塔釜开始，随位置向上而下降。在该精馏塔塔釜上方取出的馏分因而只含有氧、氩和氮的成分，而不含有氪，氙和碳氢化合物。在高纯氧精馏塔中，氧通过精馏方法从氮和氩中分离出去。用这一方法制成的氧其纯度达到氪、氙、氮和碳氢化合物含量均低于10ppm，好的可以到低于5ppm，最佳的能低于2ppm;氩的含量则可以低于20ppm，好的可以低于15ppm。在高纯氧精馏塔的塔釜中获得的氧主要是液态形式。如果要用这个方法来制备高纯度气态氧，则从这高纯氧精馏塔中至少抽取一部分气态高纯氧，它是在紧接该精馏塔塔釜上方的位置取得的。基本上只含有氧、氩和氮的剩余馏分从高纯氧精馏塔的顶部采出，该剩余馏份回流到粗氩精馏塔或第二精馏级，其位置最好在抽取其他馏份的出料位置的上方。本专利技术方法的一种的优选方案是以液态形式取出这种其他馏份，它再作为回流液提供给高纯氧精馏塔。按照本专利技术方法的一个优选方案在粗氩精馏塔的塔釜上方多块塔板处，取出该其他馏份。位于塔釜及出料位置之间的精馏塔板，其作用是阻挡氪，氙和氢这些不希望要的成份。最好是设定三块至五块精馏塔板作为阻挡之用。在本专利技术方法的一个优选方案中，高纯氧从高纯氧精馏塔(23)塔釜上方多块板处采出。输入到高纯氧精馏塔的唯一馏分一般总含有数量级远远低于ppm的这样的杂质。尽管如此，由于对最为微小的痕量的集累，或由于从外面，例如通过塔釜加热装置渗漏位置的渗入，这些组份仍会出现在该高纯氧精馏塔的塔釜中。因此，在高纯氧精馏塔塔釜上方若干精馏塔板处，特别是在三块至五块板处取料是有利的，因为这些精馏塔板如同在粗氩精馏塔中的塔板一样，是作为对不希望有的痕量氪，氙和碳氢化合物起阻挡之用。在这一部位，既可以获得气态的高纯氧，也可以获得液态的高纯氧。为了避免在运行过程中塔釜内的杂质缓慢地聚积，最好是从高纯氧精馏柱中引出小量塔釜液体，并把它们排掉或者回流到第二精馏级去。在另一种本专利技术方法的优选方案中，利用第一精馏级顶部的氮来对其他精馏塔的塔釜进行加热。这种加热最好是通过安装在高纯氧精馏塔塔釜内的冷凝-蒸发器的热交换来完成的。其优点是在加热过程中至少有一部分氮会冷凝，该冷凝液返回压力级。实施本专利技术方法的设备包括一个两级型精馏塔以及与该第二精馏级相联接的粗氩精馏塔，其特征在于有一个高纯氧精馏塔，它通过一个侧线出料管路与粗氩精馏塔相联。本专利技术设备的一个优选方案是在粗氩精馏塔塔釜上方多个塔板处设置侧线出料管路。进而还可以用下列方法解决本专利技术提出的任务将另一种来自第一精馏级顶部的富氮馏分输入到高纯氮精馏塔，并在那里分离成塔釜液体和剩余气体馏分。运用这些处理步骤，可以制备出非常纯的分离产物氮。为此，在高纯氮精馏塔中，氦、氖、氢和一氧化碳用精馏方法从氮中分离出去，它们作为剩余气体馏分被采用。该剩余气体馏分例如可与不纯的氮混合，而这些氮通常取自第二精馏级并用于分子筛吸附器的再生。高纯氮精馏塔的釜液最好回流到第一精馏级的顶部。采用这些措施提高了在第一精馏级顶部的氮的纯度，并可以附带获得到高纯氮。这些高纯氮最好以液态形式取自第一精馏级顶部。在本专利技术装置的进一步的结构中，从第一精馏级顶部下方若干塔板处取出高纯氮液态馏分，这表现出特别的优越性。借助塔顶冷凝器下方的中间塔板，可以抑制诸如氦、氖和氢的其他轻气体。虽然存在着氦排放管，但这些轻气体即使在高纯氮精馏塔使用附加精馏时仍可以在第一精馏级顶部富集。这些液态高纯氮具有99.999%的纯度并还含有氩，氦，氖，氢和一氧化碳。本专利技术的方法的一种有益改进乃是将这种液态高纯氮至少部分地作过冷处理，由此便易于在一个贮罐内贮藏这种液态产品。这种冷却主要是用第二精馏级的氮作间接热交换来实现的。这以后，氮被输往一分离器，可以由该分离器取出液态氮。如果要获取一部分气态高纯氮，则一种有效的办法是将这液态高纯氮至少部分地与来自第一精馏级顶部的正在冷凝的氮进行热交换后蒸发而得。实施上述这种获取高纯氮方法的设备包括一个高纯氮精馏塔和一高纯氮采出管路，该高纯氮精馏塔经由气体管路和液体管路与第一精馏级相联，高纯氮采出管路则连接在第一精馏级顶部下方若干塔板处。在本专利技术方法的一种优选方案中，共同采用根据权利要求1至5中任一项的处理步骤以及根据权利要求8至12中任一项的处理步骤，此外，对高纯氧精馏塔釜液的加热是通过与高纯氮精馏塔顶部的气体进行热交换而实现的。用这种方式可以制备出高纯氧和高纯氮这些分离产物。由于高纯氧精馏塔和高纯氮精馏塔之间的热交换，故能量消耗很小。实施这一方法的设备还具有一个安排在高纯氧精馏塔和高纯氮精馏塔之间的冷凝-蒸发器。按这一方式，高纯氧精馏塔和高纯氮精馏塔可作为一个整体制作，这会更节省制作成本和投资额。本专利技术及其细节可以通过示意图表示的实施例作出详细的说明这里表出了附图说明图1按本专利技术方法制取高纯氧的实施形式的流程图，图2制取高纯氧另一实施形式的细节示意图，图3按本专利技术方法制取高纯氧的实施形式，图4按本专利技术的方法同时制备高纯氧和高纯氮的另一种实施形式的流程图。上述各图中，相同的或类似的处理步骤和装置部件均用相同的标号。按一般方法，将空气除掉其中的CO2和H2O不纯物进行予先净化，然后压缩到约6.3巴的压力，由管路1输入两级精馏塔3的第一精馏级2。在约-177℃的温度条件下，该空气予分离成顶部的富氮馏分和塔底的富氧馏分。一部分富氮馏分由管路4以液态形式采出，它们在热交换器5经受过冷处理、减压、并以约-193本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过精馏进行空气分离的方法，其中空气在一精馏级予分离成富氮馏分和富氧馏分，然后这两种馏分被输往第二精馏级，在那里分离成氧和氮，其特征在于：来自第二精馏级（６）、基本上只含有氧和氩的气流（１７）进入一粗氩精馏塔（１０），从该精馏塔的塔釜上方采出另一馏分（２２），并在一高纯氧精馏塔（２３）中分离成高纯氧（２５，２６）和较轻的剩余馏分（２４）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：赫尔斯特科杜安，迪特里克罗特曼，
申请(专利权)人：林德股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]