大量回收氩和提取中压氮的空气分离方法和设备技术

本发明专利技术公开了一种在高于常规压力下大量回收氩，同时又生产氮的方法和装置，该装置包括三个塔，其中第一塔底部馏份被送到第二塔，第二塔底部馏份使第三塔的顶部冷凝器运行，含氩流体从第二塔中部位置送入第三塔中以便分离，第一塔底部馏份经第二塔中部某位置进入第二塔，第二塔底部馏份经其中部另一位置流出第二塔。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低温精馏空气，尤其涉及从空气中分离出它的三种主要组份。低温分离空气是通用的工业方法。低温分离方法包括将送入的空气进行过滤，以去掉杂质;将清洁空气进行压缩，以提供分离所需要的能量;再对压缩后的空气进行冷却，以去掉沸点高的杂质，如二氧化碳和水蒸汽;然后通过低温精馏，将空气的各组份分离出来。在低温分离塔中，为了通过精馏分离空气，其气体和液体应进行必要的接触，分离出的产品通过与冷却空气流逆向流动其温度回升到环境温度。如果在将空气分离成氮和氧的过程中还要回收氩，通常所采用的系统包括三个分离塔，其中，空气在前两个塔中分离出氮和氧，此两个塔一个是高压塔，另一个为低压塔。通常，上述两个塔因主冷凝器而呈换热关系，含氩气流从低压塔流到第三塔，以生产粗氩。在R.E.Latimer著的“DistillationofAir”，chemicalEngineeringprogress，Volume63，page35-59(1967)中对此类常规方法已作了讨论。这种常规的、从空气中分离出三种组份的方法通常适用于很多场合，但如果需要在高压下回收氮气，则有一个明显的缺点。对于空气的这三种组份，氮最易挥发，氩次之，氧挥发性最小。为了能够大量回收各种组份，低压塔要在尽可能低的压力下运行，一般约比大气压高2磅/吋2(psi)。这样的低压能够尽可能地增大氩和氧及氮和氧之间的相对挥发性，因而能从空气中最大地分离出这三种组份。如果希望氮处在中压状态，低压塔应在高于常规低压的压力下运行。这将导致氩的回收量明显地减少，因为在分离过程中有大量氩和氮排出，而不进到粗氩塔中。中压氮气用作保护气、压送剂(stirring)及提高油回收量其需求量越来越大。此外，因为早期为炼钢工业所建造的氧-氩空气分离装置的利用有所减少，增加氩和中压氮的产量就更重要了。因此，非常希望能有一种在高于常规压力下生产氮同时又能大量回收氩的空气分离方法。据此，本专利技术的任务在于提供一种生产中压氮气同时又能大量回收氩的方法和设备。对于本领域的普通技术人员而言，在阅读了本专利技术所公开的文本后将会很清楚地理解本专利技术的上述目的和其它目的。本专利技术的内容之一是一种空气分离方法，它包括(A)将加工空气送入工作压力范围在60-300psia的第一塔中，在上述第一塔中，加工空气被分离为含氮较多的馏份及含氧较多的馏份;(B)将含氧较多的馏份和含氮较多的馏份从第一塔送到压力低于第一塔、压力范围在20-90psia的第二塔中，以便分离成富氮馏份和富氧馏份;(C)回收富氮馏份作为中压氮产品;(D)将含氩流体从第二塔的中部送进第三塔中，在第三塔中将含氩流体分离为含氩较多的蒸汽和含氧较多的液体;(E)回收含氩较多的蒸汽中的初始部分作为粗氩产品;以及(F)通过与富氧馏份进行间接热交换，使含氩较多的蒸汽中的第二部分冷凝，并将冷凝出的液体作为回流液体向下流到第三塔中。本专利技术的另一部分内容是(A)带有加工空气引入装置的第一塔;(B)带有流体回收装置的第二塔;(C)将流体由第一塔送到第二塔的装置;(D)将流体从第二塔中部位置送到第三塔的装置，在第三塔中装有顶部冷凝器和流体回收装置;以及(E)将流体由第二塔下部送到第三塔的顶部冷凝器的装置。在此使用的术语“塔”(Column)是指蒸馏塔(或段)或精馏塔(或段)，即，一种接触塔或段，在其中，液相与汽相逆向接触，以有效地分离液体混合物。例如，通过一系列在塔中垂直放置的塔盘或塔板，或者在塔中充填填充元件，使液相和汽相相接触。有关蒸馏塔的进一步讨论请参见ChemicalEngineers′Handbook，FifthEdition，editedbyR.H.PerryandC.H.Chilton，McGraw-HillBookCompany，NewYork，Section13，“Distillation”B.D.Smith，et.al.，Page13-3TheContinuousDistillationProcess。术语“双塔”是指一个高压塔，其上部与低压塔下部呈换热关系。有关双塔的进一步论述可参见Ruheman“TheSeparationofGases”OxfordUniversityPress，1949，ChapterVII，CommercialAirSeparation.术语“间接热交换”意指两种流体流在彼此不接触或不混合的情况下进行热交换。术语“再蒸发器”是指从塔底部液体中产生向塔上部流动的蒸汽的热交换装置。此处所用的术语“冷凝器”是指从塔上部蒸汽中产生向下流的液体的热交换装置。附图说明图1表示本专利技术的一个实施例的示意图，其中含氩流体以蒸汽的形式从第二塔流入第三塔中。图2是本专利技术的另一个实施例的示意图，其中含氩流体以液体的形式从第二塔流入第三塔中。下面结合附图对本专利技术的方法和设备进行详细说明。参见图1，经冷却、清洁的加工空气10被送到压力范围在60-300绝对压力磅/吋2(psia)的第一塔1中，其较好的压力范围是80-150psia。在第一塔1中，加工空气被分离成含氮量较多的馏份和含氧量较多的馏份。含氧量较多的馏份通过管道21和阀门50进到第二塔2中。第二塔的工作压力低于第一塔1，其范围为20-90psia，较好的压力范围是20-60psia，最好在20-45psia的范围内。在图1所表示的实施例中，第一塔和第二塔因主冷凝器120而呈换热关系，因而构成双塔。在这样的安排中，含氮量较多的馏份11以蒸汽形式进到主冷凝器120中通过换热而被冷凝，同时使第二塔或低压塔2底部馏份再蒸发。也可以从塔截面处抽出馏份流11的一部分，一般少于15%作为回收的高压氮产品。被冷凝下来的含氮较多的馏份12中的一部分作为回流13向下流入下塔1中，另一部分通过管道22和阀51进入塔2中。如需要，例如可以把来自透平膨胀机的、另外的加工空气蒸汽23加到第二塔2中。在塔2中，含氮较多的馏份、含氧较多的馏份以及不是必须加入的空气蒸汽23被分离为富氮馏份和富氧馏份。压力与塔2工作压力大体相同、纯度至少为99.5%的富氮馏份25从塔2上部被回收。除非特别说明，此处所使用的百分数是指摩尔百分数。为了控制氮的纯度，还可从塔2中排出少量污氮流24。含氩流体以蒸汽形式从塔2中部经管道30被送到第三塔3中，塔3有一个顶部冷凝器230，塔3的工作压力与塔2相同。含氩流体中氩的浓度一般为8%-20%，其剩余组份基本上是氧以及含0.1%或更少的氮。在塔3中，含氩流体被分离成含氩较多的蒸汽以及含氧较多的液体。含氩较多的蒸汽31的初始部分作为粗氩被回收，其浓度范围通常为95%-99.5%。含氩较多的蒸汽的第二部分33被通入顶部冷凝器230中，并被冷凝。所产生的液体34作为回流向下流到塔3中。含氧较多的液体作为流35从塔3底部流入塔2并向下流。顶部冷凝器230蒸发来自低压塔2下部的富氧馏份。如图1所示，富氧馏份40以液体形式从塔2中抽出，通过阀52膨胀，然后进入顶部冷凝器230，在该冷凝器中蒸发，由于其压力较低，因而温度低于塔2底部温度，同时，冷凝含氩较多的蒸汽33。根据塔2底部液体和冷凝器230蒸发侧之间的压力差和高度差，利用液体泵100可使塔2底部压力增加。最好，流40中至少包括由该过程所生产的产品氧的8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气分离方法，包括：（Ａ）将加工空气送入工作压力范围为６０－３００ｐｓｉａ的第一塔中，在上述第一塔中，加工空气被分离成含氮较多的馏份和含氧较多的馏份；（Ｂ）将含氧较多的馏份和含氮较多的馏份从第一塔送至工作压力低于第一塔、压力范围 为２０－９０ｐｓｉａ的第二塔中，以便将它们分离成富氮馏份和富氧馏份；（Ｃ）回收富氮馏份作为中压氮产品；（Ｄ）从第二塔的中部抽出含氩流体并送入第三塔中，在第三塔中将该流体分离成含氩较多的蒸汽和含氧较多的液体；（Ｅ）回收含氩较多的蒸 汽的初始部分作为相氩产品；以及（Ｆ）通过与富氧馏份进行间接热交换，使含氩较多的蒸汽中的第二部分冷凝，并将冷凝出的液体作为回流液体向下流到第三塔中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：丛海理，
申请(专利权)人：联合碳化公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]