低温空气分离的三塔系统技术方案

本发明专利技术涉及用于进行低温空气分离的三塔系统，该三塔系统具有高压塔（１１）、低压塔（１３）和中压塔（１２）。第一原料空气流（１０、６４）被导入高压塔（１１）中，在此分离出第一富氧液体和第一氮－塔顶气。从高压塔（１１）流出的第一富氧馏分（２３、２４、２６）被导入中压塔中，在此分离出第二富氧液体和第二氮－塔顶气。从高压塔和／或中压塔（１２）流出的第二富氧馏分（３３、３５）被导入低压塔（１３）中，在此分离出第三富氧液体和第三氮－塔顶气。从低压塔（１３）流出的含氩馏分（６８）被输送入粗氩塔（７０）中，在此分离出粗氩－塔顶馏分和富氧液体。至少一部分（７３）粗氩－塔顶馏分被导入粗氩－冷凝器（２９），在此与至少一部分（２７）从中压塔（１２）流出的第二富氧液体进行间接热交换而至少部分地被冷凝。在此所生成的富氧蒸汽（３２）回流入中压塔（１２）中。从粗氩塔（７０）上部区域流出的馏分（７２）和／或一部分在粗氩－冷凝器下游的粗氩－塔顶馏分作为氩制成产品。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种如权利要求1前序部分所述的、用三塔系统进行低温空气分离的方法。该三塔系统包括高压塔、低压塔和中压塔。所述中压塔用作分离从所述高压塔中流出的第一富氧馏分，特别是用来生产氮，而氮则以液态形式作为回流液导入低压塔或作为产品取出。在上述的用来分离氮氧的三塔装置中，还可以进一步附加其他的分离装置，例如附加一个用来分离氧-氩的粗氩塔、一个用来分离氩-氮的纯氩塔或一个或多个用来制备氪和/或氙的分离塔，或者非蒸馏分离的装置或后净化装置。具有附加的粗氩塔的三塔系统可以从上述的Latimer论文中以及从US 4433989、EP 828123 A或EP 831284A中等获知。上述任务可按如下解决，即至少采用下述两种过程物流(Prozess-Strom)中的一种，作为冷凝中压塔第二氮-塔顶气的冷却液·第二液态原料空气流和/或·高压塔的中间位置液体这样，可以在中压塔-冷凝器中进行特别有效的间接换热。本专利技术方法的第一种变化形式特别适用于对空气进行强力预液化的装置，而且对于高的液体产量和/或内压缩也是特别适用。对于内压缩方法，至少有一种产品(例如从高压塔和/或中压塔流出的氮、从中压塔和/或低压塔流出的氧)是以液态形式从三塔系统的一个塔中或与这样的塔相连的冷凝器中取出的，并在液态的形式下将其提高到更高的压力，与第二原料空气流进行间接热交换而被气化或(在超临界压力下)假气化，最后获得气态压力产品。在这个过程中或在接着的膨胀步骤(Entspannungsschritt)中液化了的空气被用作冷却液。气化了的第二原料空气流优选被导入低压塔中。所必需的液态空气(第二原料空气流)也可在液化装置里没有内压缩的情况下产生，例如在空气循环中产生。此处所说的“液态原料空气”是指直接通过液化原料空气的分支物流而形成的物流，之后没有采取任何改变空气的措施。在中压塔-冷凝器的气化室中的液化和导入之间没有进行相分离。优选地，中压塔的冷凝器采用降膜蒸发器；这样，冷却液只是部分地被气化。所生成的二相混合物被导入相分离装置，在此，气态馏分和液态成分相互分离。所说的富氧蒸气输送回中压塔，而液态成分输送到低压塔。采用降膜蒸发器可以使得液化室和气化室之间的温差特别小。这种性能有助于中压塔工作压力的优化。一般来说，冷却液必须在间接换热的上游进行减压。在本专利技术中，这种减压可以有效地进行。例如，液态的或超临界状态的第二原料空气流可以导入液体涡轮机中，从该涡轮机中，第二原料空气流完全或基本上完全以液态形式溢出。在许多情况下，在中压塔中除了导入第一富氧馏分外，导入第二加料馏分(Einsatzfraktion)是有利的；例如，所述第一富氧馏分可以是由高压塔塔底液体形成。为此，与第一富氧馏分成分不同的添加馏分(Zusatzfraktion)可以从高压塔中抽出而注入中压塔中。如果用高压塔流出的中间位置液体作为冷却液，就可以分流一部分作为进一步的加料馏分而导入中压塔中。在这种情况下，所述的添加馏分和冷却液可以从高压塔的中间位置处取出。本专利技术的方法可以在没有制氩设备的情况下进行。在后一种情况下，中压塔可以用各种已知的方法进行加热，例如借助于高压塔气态氮物流的冷凝、中压塔中间馏分的冷凝或原料空气分支物流的冷凝，或者利用高压塔富氧液体的显热传输。另外一种方案是利用返回压缩的氮，对中压塔塔底进行加热，这在一份尚未公开的申请(德国专利申请10103957.3及其相应的申请)中有详细地描述。然而，本专利技术的三塔系统可以以特别有利的方式与制氩设备相连；其中，可以在三塔系统之后连接一粗氩塔，粗氩塔的塔顶气可以在一粗氩-冷凝器中冷凝。优选地，所述粗氩-冷凝器也同时起着加热中压塔塔底的作用，其中，中压塔塔底液体至少在此部分地被气化，由此所形成的富氧蒸气再返回中压塔种。粗氩塔中回流液的产生和中压塔中的上升蒸气的产生可以在一个单独的换热过程中进行。因此，一个单独的冷凝器-气化器同时起二种功能是有利的。这一方面可以相对地降低装置费用，另一方面这种方法因为降低了热交换的损耗而特别节能。优选地，冷却液通过与来自中压塔的第二氮-塔顶气进行间接地换热而至少部分地被气化；由此所形成的气态馏分导入低压塔，特别是借助于冷却通风机。优选地，中压塔在第一富氧馏分的注入处之上至少7个理想塔板的范围内设有传质单元(Stoffaustauschelemente)，例如在所述注入处之上7至50个理想塔板之处，优选为16至22个理想塔板处。在第一富氧馏分的注入处以下中压塔没有传质单元，或在1至5个理想塔板范围内没有传质单元。此外，本专利技术还涉及一种如权利要求9所述的制备氩的装置。在权利要求10至14中则描述了该装置的优选实施方式。在附图说明图1所示出系统中，大气空气1在具有后冷却器3的空气压缩机2中被压缩。被压缩了的原料空气4被导入净化装置5中，该净化装置由一些分子筛-吸附器构成。被净化了的空气6的第一部分7在主热交换器8中冷却到露点。被冷却了的空气的第一部分9与另一气态空气流67混合。该混合气流在本实施例中形成“第一原料空气流”，其没有节流地通过管道10而被输送入三塔系统的高压塔11中。三塔系统除了高压塔还有中压塔12和低压塔13。在本实施例中，高压塔11总的塔顶产物(“第一氮-塔顶气”)通过管道14被导入主冷凝器15中，在此被完全地或基本完全地冷凝。在此所形成的液态氮16的第一部分17作为回流液回流到高压塔11中，第二部分18在底部逆流冷却器19中冷却，并通过管道20、节流阀21和管道22被输送到低压塔13的顶部。高压塔11的塔底中产生第一富氧液体，其通过管道23、底部逆流冷却器19、管道24、节流阀25和管道26作为“第一富氧馏分”注入中压塔12中。在本实施例中，中压塔12在第一富氧馏分26注入处以下没有传质单元，在注入处上方通过所安置的填料而形成传质单元，其相当于总数为22个理想塔板。中压塔的塔底产物(“第二富氧液体”)通过管道27和控制阀28而导入粗氩-冷凝器29的气化室中，在此部分地被蒸发。这样所形成的二相混合物30被导入分离器(相分离器)31中。蒸气部分32作为“富氧蒸气”流回到中压塔12中，在中压塔中作为上升蒸气。所留下的液体33被节流(34)，作为富氧加入液35注入低压塔13中。在中压塔12塔顶生成的第二氮-塔顶气，在本实施例中通过管道36而被全部取出，在中压塔-塔顶冷凝器37的液化室中被全部冷凝。在此所形成的液态氮38的第一部分39作为回流液回流到中压塔12中；第二部分40通过节流阀41和管道42-22输送到低压塔13的顶部和/或直接作为制备的液态产物(没有图示出)。在低压塔13的上部区域取出的气态氮43-44-45和不纯氮46-47-48，在底部逆流冷却器19和主热交换器8中加热，并作为产品(GAN)或余气(UN2)而取出。从低压塔13的塔底中流出的液态氧49的第一部分50-52用泵51输送入主冷凝器15的气化室并在此部分地气化。在此生成的二相混合物被输送回低压塔13的塔底液49的其余部分在内压缩泵55中被压缩到所期望的产品压力，通过管道56而输送到主热交换器8中，在此被气化或假性气化和加热，最后通过管道57作为气态压力产品(GOX-IC)而输出。用内压缩法可以达到任一所期望的产品压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用三塔系统进行低温空气分离的方法，该三塔系统具有高压塔（１１）、低压塔（１３）和中压塔（１２），在该方法中： （ａ）第一原料空气流（１０、６４、５６４）被导入高压塔（１１）中，在该高压塔中分离为第一富氧液体和第一氮－塔顶气； （ｂ）来自高压塔（１１）的第一富氧馏分（２３、２４、２６）被导入中压塔（１２）中，在该中压塔中分离为第二富氧液体和第二氮－塔顶气； （ｃ）从高压塔和／或中压塔（１２）流出的第二富氧馏分（３３、３５）被导入低压塔（１３）中，在该低压塔中分离出第三富氧液体和第三氮－塔顶气， （ｄ）从低压塔（１３）中取出氮产物物流和／或氧产物物流； （ｅ）从中压塔（１２）流出的第二氮－塔顶气的至少一部分（３６），通过与冷却液（７８、５７８、６７８、７７８）进行间接热交换（３７），而至少部分地被冷凝； 其特征在于， （ｆ１）将第二原料空气流（６２、７５、７６、６７６）液化，接着作为用于冷凝从中压塔（１２）流出的第二氮－塔顶气（３６）的冷却液（７８）和／或 （ｆ２）从高压塔（１１）中间位置流出的液体（５７５、５７６、７７５、７７６）被用作冷凝从中压塔（１２）流出的第二氮－塔顶气（３６）的冷却液。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：格哈德蓬普尔，
申请(专利权)人：林德股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]