空气分离制造技术

在具有高压级１０和低压级１２的双精馏塔８中分离压缩空气流。低压级１２包含例如制作的填充物这样的每个理论级有小于４００Ｐａ压降的低压降液—汽接触装置１３，以实现上升气体和下降液体间的质量交换。通过出口３６从级１２抽出气体氧产品流，让其沿和被冷却的压缩空气流流向相反的方向在热交换器６中加热至环境温度。通过部分输入空气的膨胀实现该过程的致冷。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空气的分离，特别涉及生产氧产品。在低温下通过精馏来生产气态氧产品是一种公知的工业方法。如通常所做的那样，该方法包括净化压缩空气以去除诸如与氧或氮相比具有较低挥发性的二氧化碳和水蒸汽这样的组分。然后在热交换器中将该空气在主压力下冷却到它的饱和温度左右。把得到的冷却空气引入包括有高压级和低压级的一个双精馏塔的高压级中。该两级都包含液-汽接触装置，在该装置中可产生下降的液相和上升的汽相之间的直接接触和因此而产生的质量交换。双精馏塔的低压级和高压级由一个冷凝器-再沸器连系起来，其中在高压级顶部的氮气通过低压级底部的沸腾的液体氧而被冷凝。高压级对低压级提供氧富集的液体的供应以及液体氮的回流。低压级生产出氧产品，并且通常还生产出氮产品。通常，从低压级顶部取出氮产品，而从稍微低于氮气最大纯度的地方抽出废氮气流。氧和氮气产品流以及废氮气流按和输入的压缩空气流流向相反的方向返回通过热交换器，并随着压缩空气流的冷却而被加热。如果需要，也可用该方法生产出一种不纯的氩产品。假如需要这样一种产品，把氩富集的氧气流从低压级的一个中间位置抽出，并在包含有液-汽接触装置的第三精馏塔中进行分流。该塔的顶部配有一个冷凝器，并可用从高压级中抽出的某些氧富集的液体对该冷凝器提供冷却作用。可从氩分离塔的顶部抽出氩产品，液体氧可以从氩塔底部返回到双精馏塔的低压级。因为空气的精馏是在低温下发生的，所以必须对该方法提供致冷作用。这通常按如下方式进行，即在一个适当的温度下取一部分冷凝的空气流，借助于外功的作用使其在一个透平机中膨胀，然后将其引入双精馏塔的高压级或低压级中。有时，特别是在一部分氧产品是液相的条件下，要把该压缩空气流分隔开，对其中的一小部分进行进一步的压缩，让它在热交换器中冷却，并将它引入到双精馏塔的低压级。例如，参看US-A-4746343和DE-B-2854508。提供致冷作用的另外一种公知的方法是从双精馏塔的高压级取出氮气流，并让该氮气流部分地返回通过热交换器，然后借助于外功的作用使该氮气流在透平机中膨胀，透平机把该氮气流返回到进入热交换器冷端的低压氮气流中。在已有技术EP-A-321163和EP-A-341854中描述了这样的循环过程。因而，在通过空气的低温精馏来生产氧气产品过程中通常使用单个透平机对该过程提供致冷作用。然而人们已经提出建议，在生产氧产品时使用数目多于一个的透平机来产生必要的致冷作用。首先，假如要求氧产品全部为液态，则建议使用两个分开的透平机。因为要求生产出的氧全部都是液态将会使整个过程对致冷的要求大大地增加，所以在这些情况下使用这样的两个透平机几乎不出人意外。在GB-A-1520103中，第一膨胀器17生产出-136°F(180K)的冷空气流，第二膨胀器22在-159°F(161K)的温度下接受该空气，并通过膨胀把其温度降至-271°F(105K)，然后将该空气引入精馏塔的高压级中。在US-A-4883518中公开了一种类似的方法。还建议改进空气分离循环，即由第一空气透平机提供主致冷作用，但不把空气直接供应到精馏塔的低压级中，而是增加一个第二透平机，由它把空气直接供到精馏塔的低压级中。例如，见EP-A-260002。但这样一种办法要求两个透平机都有小于110K的出口温度。在设计一个空气分离方法中，双精馏塔的低压级中的条件是特别重要的。通常期望在大气压下从低压级中生产出产品气体。为了保证有一个适当的压力以便让产品流过热交换系统，希望双塔低压级顶部的压力相对地要高于大气压。塔低压级底部的压力取决于为该低压级选择的理论分离级数目以及每个理论级的压降。因为通常要求高压级顶部气体氮的温度比低压级底部液体氧的温度高大约2K以使冷凝器-再沸器正常工作，所以低压级底部的压力有效地决定着双塔高压级顶部的压力。因而双塔高压级底部的压力将取决于该级顶部的压力、双塔高压级中的理论分离级的数目、以及每个理论级的压降。高压级底部的压力又确定了需要将输入空气压缩到的压力。通常，至少在双塔低压级中，每个理论液-汽接触盘的平均压降一般大于500帕(0.075磅/吋2)。在本领域中众所周知，可使用塔填充物代替精馏盘来实现液-汽有效接触。这种填充物的一种特性是它们比精馏盘具有更低的每个理论分离级压降，当然在空气分离塔的精馏盘的最新设计中有把每个理论盘的压降减小到传统使用的压降值之下的趋势。因为低压级可能包括大量的利用低压液-汽接触装置来设计低压级的理论分离级(通常大于50级)，所以该低压级就是一种填充物或多个盘，该低压级对空气分离循环的工作参数的确具有明显的影响，并且该低压级特别可使降低输入空气需被压缩到的压力成为可能。即使通常输入的空气被压缩到的压力的总的下降为0.5至1巴，我们还会惊奇地发现，这个压降对该过程中热交换系统的热动态效率有很大影响，并对所用的致冷系统产生所期望的实质性变化。虽然EP-A-321163及EP-A-341854这两篇专利都公开了在精馏塔低压级中使用低压降液-汽接触装置这一事实，但它们与双塔结合起来所使用的致冷循环具有明显的便利性，即只使用一个透平机把来自高压塔的返回氮气流膨胀到低压塔的压力。按照本专利技术，提供了一种从空气中分离氧产品的方法，该方法包括如下步骤通过在热交换装置中的热交换把压缩空气流的温度降到适于通过精馏分离的数值;然后将冷却的空气流引入用于空气分离的双精馏塔的高压级中，所说双精馏塔由低压级和高压级组成;利用塔的高压级提供液氮回流并对低压级供给氧富集的空气;以及从低压级中抽出氧产品;其中至少70%的氧产品是作为气体从双精馏塔中取出的，最好至少低压级包括一个低压降液-汽接触装置(按如下定义的)以实现液体和汽体之间的直接接触和由此产生的质量交换，并且该过程的致冷作用是分两步产生的，即借助于外功的作用至少完成分离流体的两次膨胀，第一次这样的膨胀是在一个较高的温度从热交换装置中取出流体并在一个较低的温度下使流体返回热交换装置，所说的这两个温度是在热交换装置的冷端空气流的温度和热端空气流的温度之间;并且第二次这样的膨胀在一个最低的温度下形成流体，在等于或低于该最低温度时所说的压缩空气流离开热交换装置的冷端。这里使用的术语“低压降液-汽接触装置”指的是在主条件下每个理论分离级具有小于400Pa压降的一种液-汽接触装置。在液-汽接触盘情况下，术语“理论分离级”指的是一个理论盘。在一个液-汽接触塔中使用的理论盘的数目是所用盘的实际数目和每个盘的平均效率的乘积。在填充物的情况下，例如一种定购的或制作的填充物，一个理论分离等效于和一个理论盘或板的分离作用相同的填充物的高度。有时称这个参数为HETP。通过在低压级中使用定购的或制作的填充物，可将高压级的工作压力(在高压级半腰处的一点)保持在5.5巴之下。高压级中更低的工作压力可通过使冷凝器-再沸器的冷端和热端间的温差最小来达到，该冷凝器-再沸器提供来自低压级的再沸腾并对高压级提供回流。本专利技术还提供从空气中分离氧产品的设备，该设备包括一个主空气压缩机;把来自主空气压缩机的压缩空气的温度降至适于精馏分离的热交换装置;具有低压级和高压级的一个双精馏塔，高压级与来自热交换装置的压缩空气流的出口相连通，低压级至少包括一个低压降液-汽接触装置(如前定义的)以实现液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从空气中分离氧产品的方法，它包括以下步骤：通过在热交换装置中进行热交换把一个压缩空气流的温度降到一个适于通过精馏进行分离的数值；然后把被冷却的空气流引入用于空气分离的双精馏塔的高压级中，所说双精馏塔由低压级和高压级组成；利用塔的高压级提供液氮回流并对低压级供给氧富集的空气；以及从低压级抽出氧产品；其中至少７０％的氧产品作为气体从双精馏塔取出，该低压级至少包括一个低压降液一汽接触装置，它是一种每个理论分离级有小于４００Ｐａ的压力降的液一汽接触装置，用它来实现液体和气体之间的直接接触以及由此而产生的质量交换，并且该方法的致冷作用分两步建立，即借助于外功的作用至少完成两次分离流体的膨胀，第一次这样的膨胀在一个较高的温度下从热交换装置中取出流体，并在一个较低温度下让该流体返回该热交换装置中，所说的这两个温度是在热交换装置的冷端和热端的空气流温度之间，这样的第二次膨胀在一个最低温度下形成流体，在等于或低于该最低温度情况下所说压缩空气流离开热交换装置的冷端。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚巴特尔，
申请(专利权)人：英国氧气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]