CN101922848B - 用于产生加压产物的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过低温精馏产生加压产物物质流的方法和设备。在所述低温精馏过程中使用的主热交换器对包括富氧或富氮液体的泵送产物物质流进行加温，并由此产生加压的产物物质流。所述主热交换器的层被设计，以使得在所述泵送产物物质流的温度超过这种物质流的临界温度或露点温度的位置处，被设置在所述主热交换器内的用于对所述泵送产物物质流进行加温的热传递面积出现了减少。热传递面积的这种减少使得在所述层中留出了能够对与所述低温精馏相结合地使用的另一物质流进行加热或冷却的区域。这样的其它物质流可以是使得可引入附加的致冷以便提高液体产物产量的致冷剂物质流。

Description

用于产生加压产物的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种通过低温精馏产生加压产物物质流的方法和设备，其中所述产物物质流由泵送的产物物质流形成，所述泵送的产物物质流包括富氧或富氮液体，所述富氧或富氮液体在与该低温精馏过程相结合地使用的主热交换器内被加温。更具体而言，本发明涉及这样的方法和设备，其中，所述泵送产物在所述主热交换器的层内加温，所述层被设计以便既使所述泵送液体产物加温，又使另一物质流加温或冷却。

背景技术

低温精馏是一种使氧与含氧供给物如空气分离的技术。在低温精馏过程中，如果供给物并未处于加压状态下，则需要对该供给物进行压缩，还需对供给物进行净化以去除其中的杂质，并随后在主热交换器中将所述供给物冷却至适于对其进行精馏的温度。被冷却的供给物随后被引入蒸馏塔系统内，所述蒸馏塔系统具有高压塔和低压塔，其中氮与氧分开以便产生富氧产物物质流和富氮产物物质流，所述富氧产物物质流和富氮产物物质流在所述主热交换器内加温以便帮助对进入的供给物进行冷却。正如本领域众所周知地，还可设置氩塔，所述氩塔接收来自所述低压塔的富氩物质流并使氩与氧分开从而产生含氩产物。

与所述供给物分开的氧可作为液体产物被取出，所述液体产物可产生于低压塔中而作为富氧液体塔底产物。此外，液体产物可从用于对塔进行回流处理的富氮液体的一部分中被取出。正如本技术领域中已公知地，氧液体产物可被泵送且随后作为加压液体产物而被部分取出，且此外，所述液体产物还在主热交换器中受到加热以便产生氧产物，所述氧产物是蒸气或者是超临界流体，这取决于氧在泵送作用下被加压的程度。相似地，液氮可被泵送并作为加压液体、高压蒸气或超临界流体被取出。为了在主热交换器中对含氧物质流进行加热，可进一步对供给物的一部分进行压缩、冷却和膨胀而使其形成液体。所述液体可被引入所述高压塔或低压塔内或者既被引入高压塔内又被引入低压塔内。

为了操作低温精馏设备，必须供应致冷剂以便抵消环境热泄漏、暖端热交换损失并且使得可产生出液体产物。致冷剂的供应通常是通过以下方式实现的：在涡轮膨胀器内对来自低压塔的空气或废物物质流的一部分进行膨胀以便产生冷的排放物质流。该冷的排放物质流随后被引入蒸馏塔或主热交换器内。此外，也可通过被引入主热交换器内的致冷剂物质流施加外部致冷。还可通过闭路的外部致冷循环产生致冷。

主热交换器通常是由钎焊铝制的板翅构造形成的。在这种热交换器中，被限定在分隔板片之间的包含翅片的层形成了用于使热量在进入的物质流与产生于蒸馏塔中的返回物质流之间进行间接热交换的通路。例如，层被设置以便在已被泵送的富氧液体物质流与已经通过增压压缩机进行了升压的供给物质流的一部分之间进行间接热交换。该主热交换器可由多个这种单元形成且可进一步被分成用于对泵送的富氧物质流进行加热的高压热交换器和用于对进入的供给物的剩余部分进行冷却的低压热交换器。在任一种情况下，这种热交换器的成本都占了低温精馏设备的主要成本，且特定的热交换器的价格通常取决于其体积。

在空气产生膨胀以便提供致冷的情况下，空气的一部分在被压缩且被净化之后，在增压压缩机中被进一步压缩、在主热交换器内被部分冷却、且随后在被联接至增压压缩机的涡轮膨胀器中被膨胀。该布置在所属领域中已公知为涡轮机负荷的增压压缩机(turbine loadedbooster compressor)。在任何情况下，由于空气部分加温而达到介于所述主热交换器的暖端温度与冷端温度之间的温度，因此，所述层的一些部分保持打开以便用于其它热交换负载中。在泵送液氧设备中，这些部分可被用于空气或供给物质流的冷却部分中，所述空气或供给物质流被供给以使所述泵送的液氧加温。这自然就降低了主热交换器的尺寸和成本，如果层的这些部分并未被使用的话，则就会存在所述尺寸和成本。

正如下文将要讨论地，本发明提供了一种通过低温精馏产生氧产物的方法或者一种用于实施这种低温精馏的设备，目的在于产生高压氧，其中能够使主热交换器的制造方式比现有技术中预想的方式更为紧凑，或另一种可选方式是，对于给定尺寸的热交换器，能够使更高体积的流体形成间接热交换关系。此外，如果该设备用于产生液体产物的话，这种热交换器可被整合以便接收外部致冷剂物质流从而提高液体产物的产量。

发明内容

在一个方面中，本发明提供了一种产生加压产物物质流的方法。根据这种方法，通过低温精馏工艺对包含氧和氮的供给物质流进行精馏，在所述低温精馏工艺中使用了具有板翅构造的主热交换器和与所述主热交换器操作性地相关的蒸馏塔系统。从所述蒸馏塔系统中被抽出的且包括富氧液体或富氮液体的产物物质流被泵送以便产生泵送的产物物质流。所述泵送的产物物质流中的至少一部分在所述主热交换器的层内加温以便产生加压产物物质流，且另一物质流在这种层内加温或被冷却。所述层在所述主热交换器内提供了用于对所述泵送产物物质流的所述至少一部分进行加温的热传递面积(heat transferarea)，所述热传递面积由于在层内设置了用于对另一物质流进行加温或冷却的区域(region)而至少部分地减少了。所述区域被定位在所述层内，以使得所述热传递面积在所述主热交换器的位置处减少了，在所述位置处，所述主热交换器内达到的温度超过了所述泵送产物物质流的临界点温度或露点温度。

应该注意到：尽管权利要求书涉及一种产生加压产物物质流的方法，但本发明并不旨在限于低温精馏工艺或采用这种工艺的设备，而且在所述设备中仅产生了单一的加压产物物质流的这种情况，所述方法可用于产生富氮产物物质流或富氧产物物质流或同时产生两种产物物质流。进一步地，说明书和权利要求书中所使用的术语“主热交换器”包括这种单元中的一个单元或包括并联连接的多个这种单元。本发明的操作原则在于：本发明消耗更多热量，以便当旨在获得超临界流体时使泵送的液氧物质流加温而达到其临界温度，或者当需要获得蒸气产物时使泵送的液氧物质流加温而达到露点温度，随后使这种物质流中的任一种物质流加温而达到所述主热交换器的暖端温度。然而，在现有技术中，所述主热交换器内的用于使所述泵送的液氧物质流加温的所述层被设计以使所述液氧物质流的支流加温，从而从所述泵送液氧物质流的进入时的冷端温度变为所述主热交换器的暖端温度。因此，在这种现有技术的热交换器中，并非所有的由所述层提供的热传递面积都得到了高效地利用，原因是使支流从所述临界温度或露点温度加温而达到环境温度的热传递功率较低。然而，在本发明中，一旦超过了临界温度或露点温度，则所述支流被组合而在所述层内留下了用于对另一物质流进行加热或冷却的区域。通过这种方式，制成的所述主热交换器会比现有技术中更加紧凑，从而大大节省这种热交换器的获取成本。此外，正如下文将要讨论地那样，这种布置在产生液体产物时可带来其它有利的操作。

所述主热交换器的所述层可包括第一组层和第二组层，所述第一组层和所述第二组层中的每组层都具有第一部段和第二部段。包括所述泵送产物物质流的所述至少一部分的支流被引入所述第一组层和所述第二组层的所述第一部段内。所述支流在所述第一部段内加温之后，被组合在一起并作为组合的支流被引入所述第一组层的所述第二部段内。所述组合的支流在所述第一组层的所述第二部段内进一步加温且所述加压产物物质流由在所述第一组层的所述第二部段中进一步加温之后的所述组合支流构成。用于对与所述低温精馏工艺相关联的另一物质流进行加温或冷却的区域是由所述第二组层的所述第二部段形成的。

至少一种液体产物可由所述蒸馏塔系统产生且另一物质流是在所述主热交换器内被加温以便提高所述至少一种液体产物的产量的致冷剂物质流。在这种实施例中，包括致冷剂物质流的致冷剂支流被引入所述第二组层的所述第二部段内且在所述第二部段内被加温。所述致冷剂物质流可在闭路致冷循环中被产生。这种循环可包括在所述致冷剂物质流在所述主热交换器中被加温之后对所述致冷剂物质流进行压缩、对所述致冷剂物质流进一步压缩并随后在涡轮机中使所述致冷剂物质流产生膨胀以便形成排放物质流，所述排放物质流被引入所述第二组层的所述第二部段内。

从所述蒸馏塔中被抽出的所述产物物质流可包括所述富氧液体。所述低温蒸馏工艺可包括对所述供给物质流进行压缩和净化以便产生经过压缩和净化的供给物质流。所述经过压缩和净化的供给物质流被分成第一压缩物质流和第二压缩物质流。所述第一压缩物质流被进一步压缩且随后在所述主热交换器中被充分冷却以便形成液体物质流。就这一点而言，说明书和权利要求书中所使用的术语“充分冷却”指的是冷却至所述主热交换器的冷端温度。所述液体物质流可产生膨胀并被引入高压塔和低压塔中的至少一个塔内。所述低压塔与所述高压塔操作性地相关联，从而使得在所述高压塔中作为高压塔顶馏出物而产生的富氮蒸气被冷凝从而形成用于所述高压塔和所述低压塔的回流物，以便防止所述低压塔的富氧液体塔底产物产生气化。这使得由所述低压塔内的残余液体和所述高压塔中的富氧高压塔底液体产物形成了所述富氧液体，所述富氧高压塔底液体产物在所述低压塔内被进一步精炼。所述第二压缩物质流被进一步压缩、在所述主热交换器内被部分冷却、且在涡轮膨胀器内中产生膨胀以便形成排放物质流。就这一点而言，术语“部分冷却”意味着冷却至介于所述主热交换器的所述暖端温度与所述冷端温度之间的温度。所述排放物质流被引入所述高压塔内。低压富氮蒸气塔顶馏出物质流和从所述低压塔中提取的不纯的氮废物物质流进入所述主热交换器内以便帮助在所述供给物质流被压缩和净化之后，将所述供给物质流冷却至适于对其进行精馏的温度。所述至少一种液体产物由所述泵送液氧物质流的剩余部分或者富氮液体物质流中的至少一种形成，所述富氮液体物质流由所述富氮蒸气的一部分形成，所述富氮蒸气被冷凝且并未被用作回流物。

在另一方面中，本发明提供了一种用于产生加压产物物质流的设备。根据本发明的该方面，提供了一种低温精馏设备，所述低温精馏设备被构造以使氧与包含氧和氮的供给物质流分离开来。所述低温精馏设备包括具有板翅构造的主热交换器、与所述主热交换器操作性地相关的蒸馏塔系统、和泵。所述泵与所述蒸馏塔系统流体连通，从而使得在所述蒸馏塔系统内形成的富氧液体或富氮液体被泵送以便产生泵送的产物物质流。所述主热交换器被连接至所述泵且被构造以使得所述泵送的产物物质流中的至少一部分在所述主热交换器的层内加温以便产生加压产物物质流，且另一物质流在这种层内加温或被冷却。所述层被构造，以使得被设置在所述主热交换器内的用于对所述泵送产物物质流的所述至少一部分进行加温的热传递面积会由于在所述层的所述至少一部分内设置了用于对所述另一物质流进行加温或冷却的区域而至少部分地减少。所述区域被定位在所述层内，以使得所述热传递面积在所述主热交换器内的位置处减少了，所述位置处的温度超过了所述泵送产物物质流的临界温度或露点温度。

所述层可包括第一组层和第二组层，所述第一组层和所述第二组层中的每组层都具有第一部段和第二部段。这种层被构造以使得由所述泵送产物的所述至少一部分构成的支流在所述第一部段内被加温且在介于所述第一部段之间的连接部位处进行组合并形成组合的支流。所述第一组层的所述第二部段与所述第一部段流体连通，以使得所述组合的支流在所述第二部段内进一步被加温并形成所述加压产物物质流。所述区域是所述第二组层的所述第二部段。

所述低温精馏设备可被构造以便产生至少一种液体产物，且所述另一物质流是在所述主热交换器内被加温以便提高所述至少一种液体产物的产量的致冷剂物质流。在这种实施例中，包括所述致冷剂物质流的致冷剂支流在所述第二组层的所述第二部段内被加温。

所述低温精馏设备还可设有被连接至所述热交换器的致冷系统，且所述致冷系统被构造以便产生所述致冷物质流并使所述致冷剂物质流循环通过所述第一组层的所述第二部段。所述致冷系统可包括闭路致冷循环。进一步地，所述低温精馏设备可包括主压缩机以便对所述供给物质流进行压缩且所述致冷系统可包含阀，所述阀可运行以便被设定在打开位置处且被定位以便在压缩之后接收所述供给物质流的一部分。在这种实施例中，所述致冷物质流由所述供给物质流的所述部分形成，所述部分由此用作所述致冷物质流的组成部分。所述致冷系统可具有再循环压缩机，所述再循环压缩机被连接至所述主热交换器且与所述第一组层的所述第二部段流体连通，从而使得所述致冷剂物质流在所述主热交换器中被加温之后在所述再循环压缩机中被压缩，增压压缩机对所述致冷剂物质流进行进一步压缩，和被连接在所述增压压缩机与所述主热交换器的所述位置之间的涡轮机，从而使得排放物质流从增压压缩机流入所述第一组层的所述第二部段内。

从所述蒸馏塔中被抽出的所述产物物质流可包括所述富氧液体。所述低温精馏设备可包括所述蒸馏塔系统，所述蒸馏塔系统包括与高压塔操作性地相关联的低压塔，从而使得作为高压塔顶馏出物而产生的富氮蒸气被冷凝从而形成用于所述高压塔和所述低压塔的回流物，以便防止所述低压塔的富氧液体塔底产物产生气化。在这种情况下，所述富氧液体由所述低压塔内的残余液体形成，且富氧高压塔底液体产物在所述低压塔中被进一步精炼。

主压缩机被连接至净化单元以便对所述供给物质流进行压缩和净化，从而产生经过压缩和净化的供给物质流。增压压缩机与所述净化单元流体连通以便对由所述经过压缩和净化的供给物质流的另一部分形成的第一压缩物质流进行进一步压缩。所述主热交换器与所述增压压缩机流体连通且同样被构造以便形成液体物质流。膨胀装置被连接至所述主热交换器以使所述液体物质流产生膨胀。所述高压塔和所述低压塔中的至少一种塔与所述膨胀装置流体连通以便接收所述液体物质流。另一增压器装载的涡轮机单元被连接至所述主热交换器，与所述净化单元流体连通，从而使得由所述经过压缩和净化的供给物质流的又一部分形成的第二压缩物质流被进一步压缩、在所述主热交换器内部分地冷却、且在涡轮膨胀器中产生膨胀从而形成排放物质流。所述涡轮膨胀器与所述高压塔流体连通，从而使得所述排放物质流被引入所述高压塔内。所述主热交换器也与所述低压塔流体连通且被构造以使得低压塔顶馏出物质流和不纯的氮废物物质流从所述低压塔进入所述主热交换器内并在所述主热交换器的所述冷端与所述暖端之间流动，以便帮助在压缩之后将所述供给物质流冷却至适于对其进行精馏的温度。至少一个出口被设置以便将所述至少一种液体产物排放出去，所述至少一种液体产物来自所述泵送液氧物质流的另一部分和产生于所述蒸馏塔系统中的富氮液体物质流的一部分中的至少一种。

附图说明

尽管本申请的权利要求书中清晰地指出了被申请人示作发明的主题，但应该相信：结合附图将能更好地理解本发明，其中：

图1是用于实施本发明的方法的低温精馏设备的示意性工艺流程图，其中采用了闭路致冷循环以便增加液体产量；

图2是图1所示低温精馏设备所使用的热交换器的侧视图；

图3是图2所示热交换器的剖视图，图中示出了被整合在图2所示热交换器中的一种层；

图4是图2所示热交换器的剖视图，图中示出了被整合在图2所示热交换器中的另一种层，且此外，所述层与图3所示的层操作性地相关联；

图5是图4所示层中使用的再分配翅片的放大剖视图；

图6是图3所示层中使用的再分配翅片的放大剖视图；

图7是图1所示低温精馏设备中所使用的主热交换器的层的另一可选实施例，所述层用于对泵送的液氧进行加温，且此外用以对另一物质流如致冷剂物质流进行加温或冷却；和

图8是图1所示低温精馏设备的另一可选实施例，其中与所述设备相关联的另一物质流在所述主热交换器的所述层内被冷却，所述层还用于对所述泵送的液氧物质流进行加温。

具体实施方式

参见图1，图中示出了一种低温空气分离设备1，所述低温空气分离设备与下文讨论的闭路致冷系统2整合在一起，以便提高液体产物的产量。这一整合是在使用热交换器3的情况下实现的，所述热交换器设有层，所述层使得泵送液氧的支流可达到超过露点或者超过所述泵送液氧的临界温度的温度且随后将这些支流组合在一起，以便在层中留下这样的区域，所述区域可自由地用于对闭路致冷循环中产生的致冷剂物质流进行加温。然而，应该理解空气分离设备1与闭路致冷系统2的整合仅是本发明的一种应用。

对于空气分离设备1而言，空气物质流10被引入低温空气分离设备1内以使氧与氮分开。空气物质流10在第一压缩机12内被压缩达到一定压力，所述压力可介于约5bar(a)与约15bar(a)之间。压缩机12可以是中冷的一体式齿轮压缩机，且去除了冷凝物，图中并未示出所述冷凝物。应该注意：在特定的整合中，所获得的空气物质流10可以是处在一定压力下的，也可以是来自压缩机或其它一些含氧和氮物质流源的排放空气。

在压缩之后，由此产生的压缩供给物质流14被引入预净化单元16内。预净化单元16，正如本技术领域中众所周知地那样，通常包含氧化铝床和/或分子筛床，所述氧化铝床和/或分子筛床根据温度和/或变压吸附循环而工作，在所述循环中，湿气和其它高沸点杂质被吸附。此外，正如本技术领域中已公知地，这种高沸点杂质通常是二氧化碳、水蒸气和烃。当一个床处于运行状态中时，另一床进行再生。当然，也可使用其它工艺，如直接接触水冷、基于致冷的深冷、与深冷水直接接触和相分离。

所产生的经过压缩和净化的供给物质流18随后被分成物质流20和物质流22。通常情况下，物质流20在该压缩和净化供给物质流18中所占的体积百分比介于约25％与约35％之间且如图中所示，剩余物质为物质流22。

物质流20随后在压缩机23内被进一步压缩，所述压缩机同样可包括中冷的一体式齿轮压缩机。第二压缩机23将物质流20压缩达到介于约25bar(a)与约70bar(a)之间的压力以便产生第一压缩物质流24。第一压缩物质流24随后被引入主热交换器3内，在所述主热交换器3处，所述第一压缩物质流在主热交换器3的冷端处被冷却并液化以便产生液体物质流25。

物质流22进一步被涡轮机负荷的增压压缩机26压缩且更进一步地被第二增压压缩机28压缩而达到一定压力，所述压力可处于从约20bar(a)至约60bar(a)之间的范围内，从而产生第二压缩物质流30。第二压缩物质流30随后被引入主热交换器3内，在所述主热交换器中，所述第二压缩物质流被部分冷却至处在约160开氏温度与约220开氏温度之间的范围内，从而形成部分冷却的物质流31，所述物质流随后被引入涡轮膨胀器32内以便产生排放物质流34，所述排放物质流被引入空气分离单元50内。应该意识到：物质流22的压缩可在单个压缩机器中进行。如图所示，涡轮膨胀器32与第一增压压缩机26相联，这种相联或者是直接的或者是通过适当齿轮实现的。然而，该涡轮膨胀器也可能被连接至发电机以便产生可就地使用或者可被输送至电网的电力。

在主热交换器3内对第一压缩物质流24进行的冷却导致产生的液体物质流25在膨胀阀45中部分地膨胀且被分成液体物质流46和48，从而最终引入空气分离单元50内。膨胀阀45可被液体膨胀器取代以便产生部分的致冷。

供给物质流10的上述组分，氧和氮，在空气分离单元50内被分离，所述空气分离单元包括压力更高的塔52和压力更低的塔54。应该理解：如果氩为必要产物的话，则可将氩塔引入蒸馏塔单元50内。压力更低的塔54通常在约1.1bar(a)至约1.5bar(a)之间的压力下运行。

压力更高的塔52和压力更低的塔54以热传递关系进行联接，从而在冷凝器-重沸器57内对作为物质流56而从压力更高的塔52的顶部提取出来的富氮蒸气塔顶馏出物进行冷凝，所述冷凝器-重沸器位于压力更低的塔54的底部中，而防止富氧液体塔底产物58产生沸腾。富氧液体塔底产物58的沸腾导致在压力更低的台54内开始形成上升的蒸气相。这种冷凝产生了液体含氮物质流60，所述液体含氮物质流被分成物质流62和64，所述物质流62和64分别对压力更高的塔52和压力更低的塔54进行回流，以便导致在这种塔中开始形成下降的液相。

排放物质流34与液体物质流46一起被引入压力更高的塔52内，以便通过在质量传递接触元件66和68内使这种混合物的上升的蒸气相与下降的液相接触的方式进行精馏，所述下降的液相是在回流物质流62的作用下开始产生的。这使得产生了粗制的液氧塔底产物70，所述产物也被称作釜液(kettle liquid)，且产生了前述富氮塔顶馏出物。粗制液氧塔底产物70的物质流72在膨胀阀74产生膨胀而达到压力更低的塔54的压力且被引入这种塔内以便进一步精炼。第二液体物质流48流过膨胀阀76、膨胀至压力更低的塔54的压力且随后被引入压力更低的塔54内。

压力更低的塔54设有质量传递接触元件78、80、82和84，所述质量传递接触元件可以是托盘、规整填料或散堆填料、或者本技术领域中的其它已公知元件。如前所述，这种分离产生了富氧液体塔底产物58和富氮蒸气塔顶馏出物，所述富氮蒸气塔顶馏出物作为氮产物物质流86被提取出来。此外，废物物质流88也被提取出来以便控制氮产物物质流86的纯度。氮产物物质流86和废物物质流88流过过冷却单元90。过冷却单元90对回流物质流64进行过冷却。回流物质流64的一部分作为物质流92而可选地可被提取作为液体产物且剩余部分93可在通过膨胀阀94降低压力之后被引入压力更低的塔54内。

在流过过冷却单元90之后，氮产物物质流86和废物物质流88在主热交换器3内被充分加温以便产生加温的氮产物物质流95和加温的废物物质流96。加温的废物物质流96可用于在预净化单元16内对吸附剂进行再生。此外，富氧液体物质流98从压力更低的塔54的底部被提取出来，所述富氧液体物质流包括富氧液体塔底产物58。富氧液体物质流98可被泵99泵送以便形成泵送产物物质流，如泵送液氧物质流100所示。泵送液氧物质流100的一部分可选地可作为液氧产物物质流102被取出。剩余部分104可在主热交换器3内被充分加温并产生气化以便在压力下产生以氧产物物质流106的形式存在的加压产物物质流，所述产生加压产物物质流的方式将在下文进行讨论。

应该注意到：尽管如图所示的第一空气分离设备1具有压力更高的塔和压力更低的塔，且这两种塔通过设置冷凝器-重沸器57的方式以热传递关系相连，但也可能使用其它类型的设备。例如，本发明可使用低纯氧设备。在这种设备中，压力更高的塔和压力更低的塔并不是以如图1所示的潜在热传递关系相连的。相反地，压力更低的塔的最底层重沸通常是由压缩空气物质流的冷凝或部分冷凝提供的，所述压缩空气物质流随后被供给进入压力更高的塔内。

正如上文所述，空气分离设备1能够以物质流92和液氧产物物质流102的方式产生液体产物，即富氮液体。为了提高这种产物的产量，本发明用致冷系统提供了附加的致冷，所述致冷系统被示作闭路致冷系统2，所述闭路致冷系统使用空气作为致冷剂。就这一点而言，本发明通过打开阀112的方式而将经过压缩和净化的供给物质流18的一部分作为物质流110而用作闭路致冷系统2的装填料。在已经进行了装填之后，阀112返回闭合位置。再循环物质流114a在再循环压缩机116中被压缩且随后被供给至增压压缩机118和涡轮膨胀器112，所述再循环物质流处于约4bar(a)与约11bar(a)之间的压力下且已经在主热交换器3中进行了加温，所述涡轮膨胀器优选被示作联接至增压压缩机118。在后冷却器120内去除了压缩热量之后，所产生的压缩致冷剂物质流122在介于约35bar(a)与75bar(a)之间的压力下被供给至涡轮膨胀器112，从而产生包括冷的致冷剂物质流114b的排放物质流，所述排放物质流在略高于再循环物质流114a的压力下被供给进入主热交换器3内。

应该可以意识到：通常情况下可通过控制压缩机116的功率输入的方式控制向主热交换器3供应的致冷程度。更具体而言，压缩机116和118可使用入口导向叶片以便在较宽的运行范围内都保持压缩效率。另一种可选方式是，当需要更多液体产物时，闭路致冷系统2可被打开，且当不需要这种提高的产量时，闭路致冷系统可被关闭。尽管图1中并未示出，但在需要提高气态氧所占份数(减少液体氧产量)的情况下，可设置附加的阀和导管以使得在主热交换器3内使用的用于对冷的致冷剂物质流114b进行加温的层的区域在另一可选方式中可用于对气态氧进行加温或者在第二压缩物质流22在压缩机28中进行了压缩之后对所述第二压缩物质流进行冷却。

应该注意到：也可在主热交换器3内引入其它致冷剂物质流来代替闭路致冷剂循环3，如液体低温物质流，如来自位于罩壳中的贮存设施的液氮。另一种可能性是将所有氮产物物质流95或其中一部分用作致冷剂。如果需要获得处于压力下的氮产物，则可使用氮压缩机来代替再循环压缩机116且致冷循环将不会是闭合循环。又一种可能性是将再循环压缩机116和增压压缩机118与增压压缩机28和增压压缩机23整合在一起。此外，致冷循环能够产生低温致冷剂，例如，可能使用已公知的混合气体致冷循环，所述混合气体致冷循环使用的是可与氧相容的致冷剂。在将氮用作工作流体的情况下，可使用商用的温度更低的致冷剂如氨或R134a来代替后冷却器120，所述后冷却器在空气的情况下将使用水。此外，压缩的致冷剂物质流112可在涡轮膨胀器112中进行膨胀之前在主热交换器3内被进一步冷却。该进一步的预冷可以是除了冷却器120以外的冷却或者用来代替后冷却器120。另一种可选方式是，后过冷器120可被整合在主热交换器3内。

从图中可以清楚地看到，泵送液氧物质流100的剩余部分104被分成第一支流104a和第二支流104b。尽管图中仅示出了两条这种第一支流104a和第二支流104b，但也可提供一系列这种物质流并将其供给进入主热交换器3的层内。泵送液氧物质流100可被加压至高于或低于临界压力，从而使得氧产物物质流106在从热交换器3中被排放出来时将成为超临界流体。另一种可选方式是，可降低泵送液氧物质流的加压程度以便产生蒸气形式的氧产物物质流106。对于超临界流体而言，将达到这样的温度点，在该温度点下，泵送液氧物质流100的剩余部分104将获得临界温度。对于蒸气而言，在热交换器3内将达到这样的点，在该温度点下，剩余部分104将达到其露点。所属领域技术人员应该意识到：在提高泵送液氧物质流100的剩余部分104的温度而使其达到临界温度或露点温度的过程中必须添加的热量要大于对这种物质流进一步加温而使其达到主热交换器3的暖端处的环境温度或大约达到该环境温度所需的热量。因此，当第一支流104a和第二支流104b超过进行超临界加压时的临界温度或者进行并未达到临界压力的加压时的露点温度时，这种物质流从这种温度被加温而达到主热交换器3的暖端温度时所需的热传递面积要少于在第一种情况下获得这种温度所需的热传递面积。因此，由所述层提供的旨在对泵送液氧进行加温的总的热传递面积可减少，所述层的区域可被释放出来以便实现其它目的，即，在这种层的剩余区域内对冷的致冷剂物质流114b进行加温。结果是，在所述层内被加温的冷的致冷剂物质流114b内，空气分离设备1得到了附加的致冷从而提高了液体产物的产量。然而，与此同时，主热交换器又无需设置更多的层来容纳冷的致冷剂物质流114b从而导致被放大，相应地，制造这种由于具有附加层而被放大的主热交换器带来的成本也被降低了。

参见图2，热交换器3具有钎焊铝板翅型构造。这种热交换器的有利之处在于具有紧凑设计、较高的热传递速率且能够对多条物质流进行处理。所述热交换器被制成全钎焊和焊接的压力容器。钎焊操作涉及将波状翅片、分隔板片和端部杆叠置起来以便形成芯体基体。所述基体被置于真空钎焊炉中，基体在所述炉内被加热且在清洁真空环境中被保持在钎焊温度下。对于小型设备而言，包括单个芯体的热交换器可能就足够了。而对于更高流量的情况而言，热交换器可由多个芯体构成，所述芯体必须被并联或串联连接。

主热交换器3以本技术领域中已公知的方式被分成多个层以便在流动于相邻层之间的物质流之间实施间接热交换。要被加热或冷却的物质流通过一系列集管箱120、122、124、126、128、130、132、134、136、140、142和144被引入主热交换器3的层内且从所述层中被提取出来。所有上述集管箱都具有半圆柱形构型。尽管这种集管箱120至144延伸达主热交换器3的总长度，但仅有用以接收和排放特定物质流的层才会通过入口和出口管口与那些与这种物质流相关联的集管箱进行流体连通。对于所有其它层而言，都用侧杆将它们与流体密封隔离开来了。所述层在一定比率和次序或图案下被叠置，从而在热物质流与冷物质流之间提供安全且高效的热传递。

如图所示，第一压缩物质流24进入集管箱120，从该位置处开始，这种物质流被进一步分配进入位于主热交换器3内的一组层内，在所述层处，物质流被液化从而产生被收集在集管箱122内的液体物质流，从而使得液体物质流25能够从该处被排放出来。相似地，第二压缩物质流30被引入集管箱124内，且在流过了仅延伸达主热交换器3高度的一部分的层之后，所述物质流被收集并作为部分冷却的物质流31从集管箱126中被排放出来，所述部分冷却的物质流被引入涡轮膨胀器32内。氮产物物质流86和废物物质流88被引入集管132和128内、被分配进入位于主热交换器3内且与这种物质流相关的层内、且作为产物氮物质流95和暖的废物物质流96而分别从集管箱134和130中被排出，所述集管箱134和130位于主热交换器3的顶部处。

此外，参见图3和图4，图中分别示出了层150和152。这些层在主热交换器3内形成了这样的层，所述层涉及对泵送液氧物质流100的剩余部分104进行加温以及对冷的致冷剂物质路114b进行加温从而产生再循环物质流114a。这两个层在其底部部分处都与集管箱128形成流体连通，所述集管箱接收泵送液氧物质流100的剩余部分104。集管箱128将这种物质流作为支流104a和104b分配到层150和152上。应该意识到：在主热交换器3中可设置多个层150和152，且因而，支流104a和104b表示将被引入这种层内的支流。

首先转到层150，所述层被限定在侧杆154和156、端杆158和160与分隔板片162之间。层150的罩壳将由主热交换器3内的下一层的分隔板片完成。翅片164位于层150内以便促进支流104a的热传递，同时提高层150的结构完整性。支流104a进入层150且通过已公知的分配翅片网络168被重新引导进入层150的第一部段内。流沿向上方向朝向再分配翅片170前进。应该注意到：位于再分配翅片170的相对侧上的翅片164的设计将具有不同构型以便实现最高效的热传递。

支流104b进入被限定在侧杆172和174、端杆176和178与分隔板片180之间的层152内。层150的罩壳将由主热交换器3内的下一层的分隔板片完成。翅片182位于层152内以便促进支流104b的热传递，并实现结构方面的目的。支流104b进入层152且通过已公知的分配翅片网络186被重新引导进入层150的第一部段内。流沿向上方向朝向再分配翅片170前进。同样地，应该注意到：位于再分配翅片188的相对侧上的翅片182的设计将具有不同构型以便实现最高效的热传递。参见图5，再分配翅片188包括再分配翅片190和192，所述再分配翅片通过板194被分开以便实现下文将更详细地讨论的目的。支流104b的流体在再分配翅片190的作用下朝向再分配集管箱196偏斜，同样如图2所示，所述再分配集管箱同样与一个或多个层150的第一部段和再分配翅片170流体连通。如图6所示，支流104b流入再分配集管箱196内且随后流入一个或多个层150的再分配翅片170内，在所述再分配翅片中，所述支流与支流104a组合在一起以便形成组合的支流104c，所述组合的支流被引入一个或多个层150的第二部段内且随后被引至层150的再分配翅片198。再分配翅片198将组合的支流104c引入集管箱140内，同样如图2所示，在所述集管箱处，组合的支流104c重新组合成从热交换器3中被排出的氧产物物质流106。

因此，支流104a和104b分别在一个或多个层150的第一部段内和层152的第一部段内被加温，所述层150的第一部段被限定在再分配翅片168与170之间，所述层152的第一部段被限定在再分配翅片186与188之间，且随后在该一个或多个层150的第二部段内被充分加温，所述层150的第二部段被限定在再分配翅片170与198之间，或换句话说，氧物质流在该一个或多个层150的这种部段中变得过热。由于被限定在再分配翅片188与202之间的一个或多个层152的第二部段并未用于涉及支流104b的热交换。因此这种层存在用于使致冷剂物质流114b进行热交换的区域，所述致冷剂物质流在板194的另一侧处被引入集管管道142内且随后被引导至再分配翅片192，以便将层152和翅片182内的流体引导至再分配翅片202，在所述再分配翅片中，现在被加温的一条或多条致冷剂支流114c被排放进入集管管道144内以便形成再循环物质流114a。应该注意到：致冷剂物质流114b的进入温度可能高于再分配翅片188分配氧时所处的温度。在这种情况下，将使用独立的再分配翅片以便将支流104b排放至再分配集管196且用于致冷剂物质流114b的进入。事实上，如果使用机械深冷器将致冷剂供应至主热交换器3的话，则这种情况可能是需要的。在任一种情况下，被设置用于冷的致冷剂物质流114b的主热交换器3的总剖面积优选介于总的可用面积的约5％与约10％之间。

一个或多个层152的再分配翅片188、一个或多个层150的再分配翅片170和再分配集管196被设置在主热交换器3的这样的位置处，在临界压力下，支流104a和104b在所述位置处的温度超过了临界温度约3开氏温度，或者在低于临界压力的压力下，所述支流在所述位置处的温度超过了露点温度约5开氏温度。这种位置可通过所属领域技术人员众所周知的模拟技术找到。应该注意到：由于组合的支流104c在层150的组合支流104c内进一步加温，因此这种温度低于主热交换器3的暖端温度，或换句话说再分配翅片198处的温度。应该注意到：这些层的设计之所以要使得在支流104a与104b的组合之前超过临界温度或露点温度，原因在于要确保存在足够的热交换面积以便在组合的支流104c进一步被加温之前形成超临界流体或者使氧完全气化。这种温度超过的程度将当然会减少这种层中的可用于对另一物质流进行加温或冷却，例如用于对冷的致冷剂物质流114b进行加温，的剩余区域。上面给出的超过临界温度或露点温度的优选温度因此代表了设计主热交换器3时的安全系数，同时考虑到如下事实：空气供给物会由于温度和压力而产生变化，因此主热交换器3在再分配翅片198处的温度也会产生变化。所属领域技术人员同样已公知的是：由于物质流在层150和152中都会加温，因此这种层将被设置在与冷却物质流中使用的层相邻的位置处，在低温精馏设备1中，冷却物质流中使用的层为用于冷却第一压缩物质流24的层。

在主热交换器1中，涉及到冷却第一压缩物质流24的层预想会延伸达该主热交换器的整个长度。然而，所属领域技术人员应该理解：也可能使用在第一压缩物质流24的冷却过程中对第二压缩物质流30进行部分冷却的过程中使用的层的未使用区域。

层150和152被设计以便减少被设置的用于对泵送液氧物质流100的部分104进一步加温的热传递面积，所述进一步加温是在达到临界温度或露点温度之后进行的，从而在这种层中留出用以对冷却的致冷剂物质流14b进行加热的区域。如上所述，这是通过将支流104a与104b组合在一起且随后仅使用层150的第二部段对组合的支流104c进行加温的方式实现的。图7示出了另一种可能性，其中泵送液氧物质流100的部分104并未被分开，且因此支流并不被组合成组合支流。在这种实施例中，使用了层153，所述层被限定在侧杆204和206、端杆208和210与分隔板片212之间。泵送液氧物质流100的部分104被引入集管箱136′内以便产生支流，所述支流被再分配翅片214引入包含翅片216的层153的第一部段内。支流随后通过再分配翅片218流入包含翅片217的第二部段内。这种第二部段被限定在再分配翅片218、隔开杆(dividing bar)220与另一组再分配翅片222之间。支流随后通过设置再分配翅片222的方式流出这种第二部段并收集在集管箱140′内，从而使得氧产物物质流106可从所述集管箱中被排放出来。再分配翅片218将位于这样的位置处，所述位置处的支流温度超过了上述临界温度或露点温度。隔开杆由此减少了层153提供的热传递面积，所述热传递面积无需用于将物质流104进一步加热至高于临界温度或高于露点温度。此外，其限定出层153的另一区域或第三部段以便对致冷剂物质流114b进行加温。致冷剂物质流114b进入集管箱142′且其致冷剂支流通过再分配翅片226被引导至翅片224。这种支流随后在这种层中通过再分配翅片228被引至集管箱144′，从而收集并排放再循环物质流114b。

作为层153的另一种可选方式，可构建出这样的层，其中代替使用隔开杆，如隔开杆220，而沿长度方向隔开层的方式地，层的深度可被板分成子层。一个子层将形成用以对致冷剂物质流114b进行加温或者用以对其它物质流进行冷却或加温的区域，且另一子层将用以在形成氧产物物质流106的过程中使氧变为过热状态。第一子层将通过半高度隔开杆与第二子层隔离开来。对于所述子层而言，将通过叠置在氧再分配翅片上的半高度再分配翅片和半高度分配器翅片将泵送液氧的部分104的支流单独地供应给这些子层，从而将致冷剂支流分配进入子层内。由于被隔开的层将构成彼此相邻的两个加温层。因此确保在分隔层的两侧上都存在冷却物质流是重要的，从而避免出现这样的状况，其中三个冷层彼此相邻地形成叠置图案。显然，如果出现这种情况，则中间加温层将仅能够通过另一加温层将热量传递至冷却层，且这是低效的，并会引入温度梯度，这种温度梯度将导致产生过度热应力。叠置在彼此上的再分配翅片将被设置以便将这种支流从所述层泄放至其相应的集管箱。

尽管在上文中，本发明被用于对致冷剂物质流114b进行加温，但本发明还有其它可能的应用方式。例如，参见图7，图中示出了没有辅助致冷循环的空气分离设备1的另一可选实施例。在这种实施例中，第二压缩物质流30可被分成压缩物质流30a和30b。压缩物质流30b可被引入与对致冷剂物质流114b进行加温相关的相同的层内，并通过被引入集管管道144内而在这种层内被冷却并且在部分冷却之后从集管管道142中被抽出。所产生的部分冷却的压缩物质流30c将在部分加温之后与压缩物质流30a组合在一起，且作为组合物质流30d的物质流将被引入涡轮膨胀器32内。正如所属领域技术人员应该理解地，主热交换器3的设计将在层的排序方面略微产生变化。即，层152将必须位于与至少一个加温物质流相邻的位置处。

正如所属领域技术人员易于理解地，本发明所使用的层还可用于对需要处在高压下的氮产物进行加热，在被设计用于这种目的的低温精馏设备中，富氮液体物质流可被泵送至所需压力，所述富氮物质流例如为单独的物质流92或者与富氧液体物质流98结合在一起，所述富氧液体物质流如上所述被泵送且随后在主热交换器3中进行气化。如果这两种物质流都需要在一定压力下，则主热交换器3可产生变型以便包括用于两条这种物质流的层，例如上面描述的层。

尽管上面已经结合优选实施例对本发明进行了讨论，但正如所属领域技术人员易于理解地：在所附权利要求书中，可在不偏离本发明的精神和范围的情况下对本发明做出多种变化和省略。

Claims (16)

1.一种产生加压产物物质流的方法，所述方法包括：

通过低温精馏工艺对包含氧和氮的供给物质流进行精馏，在所述低温精馏工艺中使用了具有板翅构造的主热交换器和与所述主热交换器操作性地相关的蒸馏塔系统；

对从所述蒸馏塔系统中被抽出的且包括富氧液体或富氮液体的产物物质流进行泵送以便产生泵送的产物物质流；

在所述主热交换器的层内对所述泵送的产物物质流中的至少一部分进行加温以便产生加压产物物质流，且在所述层内对另一物质流进行加温或冷却；以及

所述层在所述主热交换器内提供了用于对所述泵送产物物质流的所述至少一部分进行加温的热传递面积，所述热传递面积由于在层内设置了用于对另一物质流进行加温或冷却的区域而至少部分地减少了，所述区域被定位在所述层内，以使得所述热传递面积在所述主热交换器的位置处减少了，在所述位置处，所述主热交换器内达到的温度超过了所述泵送产物物质流的临界点温度或露点温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述主热交换器的所述层包括第一组层和第二组层，所述第一组层和所述第二组层中的每组层都具有第一部段和第二部段；

包括所述泵送产物物质流的所述至少一部分的支流被引入所述第一组层和所述第二组层的所述第一部段内；

所述支流在所述第一部段内加温之后，被组合在一起并作为组合的支流被引入所述第一组层的所述第二部段内；

所述组合的支流在所述第一组层的所述第二部段内进一步加温；

所述加压产物物质流由在所述第一组层的所述第二部段中进一步加温之后的所述组合支流构成；

所述区域是由所述第二组层的所述第二部段形成的。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：

至少一种液体产物由所述蒸馏塔系统产生；且

所述另一物质流是在所述主热交换器内被加温以便提高所述至少一种液体产物的产量的致冷剂物质流。

4.根据权利要求3所述的方法，其中：

所述主热交换器的所述层包括第一组层和第二组层，所述第一组层和所述第二组层中的每组层都具有第一部段和第二部段；

包括所述泵送产物物质流的所述至少一部分的支流被引入所述第一组层和所述第二组层的所述第一部段内；

所述支流在所述第一部段内加温之后，被组合在一起并作为组合的支流被引入所述第一组层的所述第二部段内；

所述组合的支流在所述第一组层的所述第二部段内进一步加温；

所述加压产物物质流由在所述第一组层的所述第二部段中进一步加温之后的所述组合支流构成；

所述区域是由所述第二组层的所述第二部段形成的；且

包括所述致冷剂物质流的致冷剂支流被引入所述第二组层的所述第二部段内且在所述第二部段内被加温。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述致冷剂物质流在闭路致冷循环中被产生。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述致冷循环包括在所述致冷剂物质流在所述主热交换器中被加温之后对所述致冷剂物质流进行压缩、对所述致冷剂物质流进一步压缩并随后在涡轮机中使所述致冷剂物质流产生膨胀以便形成排放物质流，所述排放物质流被引入所述第二组层的所述第二部段内。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：

从所述蒸馏塔系统中被抽出的所述产物物质流包括所述富氧液体；且

所述低温蒸馏工艺包括：

对所述供给物质流进行压缩和净化以便产生经过压缩和净化的供给物质流；

将所述经过压缩和净化的供给物质流分成第一压缩物质流和第二压缩物质流；

对所述第一压缩物质流进一步压缩、在所述主热交换器中对所述第一压缩物质流进行充分冷却以便形成液体物质流、使所述液体物质流产生膨胀并将所述液体物质流引入高压塔和低压塔中的至少一个塔内；

所述低压塔与所述高压塔操作性地相关联，从而使得在所述高压塔中作为高压塔顶馏出物而产生的富氮蒸气被冷凝从而形成富氮液体，以便防止所述低压塔的富氧液体塔底产物产生气化，由此使得由所述富氮液体的至少一部分形成了用于所述高压塔和所述低压塔的回流物，由所述低压塔内的残余液体和所述高压塔中的富氧高压塔底液体产物形成了所述富氧液体，所述富氧高压塔底液体产物在所述低压塔内被进一步精炼；

对所述第二压缩物质流进一步压缩、在所述主热交换器内对所述第二压缩物质流进行部分地冷却、使所述第二压缩物质流在已经部分地冷却之后在涡轮膨胀器内中产生膨胀以便形成排放物质流、并且将所述排放物质流引入所述高压塔内；

使低压富氮蒸气塔顶馏出物质流和从所述低压塔中提取的不纯的氮废物物质流进入所述主热交换器内以便帮助在所述供给物质流被压缩和净化之后，将所述供给物质流冷却至适于对其进行精馏的温度；以及

使所述至少一种液体产物由包括富氧液体的所述泵送产物物质流的剩余部分或者所述富氮液体的另一部分中的至少一种形成，所述富氮液体的另一部分未被用于形成回流物。

8.一种用于产生加压产物物质流的设备，所述设备包括：

低温精馏设备，所述低温精馏设备被构造以便对包含氧和氮的供给物质流进行精馏；

所述低温精馏设备包括具有板翅构造的主热交换器、与所述主热交换器操作性地相关的蒸馏塔系统、和泵；

所述泵与所述蒸馏塔系统流体连通，从而使得在所述蒸馏塔系统内形成的富氧液体或富氮液体被泵送以便产生泵送的产物物质流；

所述主热交换器被连接至所述泵且被构造以使得所述泵送的产物物质流中的至少一部分在所述主热交换器的层内加温以便产生加压产物物质流，且另一物质流在所述层内加温或被冷却；且

所述层被构造，以使得被设置在所述主热交换器内的用于对所述泵送产物物质流的所述至少一部分进行加温的热传递面积会由于在所述层的所述至少一部分内设置了用于对所述另一物质流进行加温或冷却的区域而至少部分地减少，所述区域被定位在所述层内，以使得所述热传递面积在所述主热交换器内的位置处减少了，所述位置处的温度超过了所述泵送产物物质流的临界温度或露点温度。

9.根据权利要求8所述的设备，其中：

所述层包括第一组层和第二组层，所述第一组层和所述第二组层中的每组层都具有第一部段和第二部段；

所述层被构造以使得由所述泵送产物物质流的所述至少一部分构成的支流在所述第一部段内被加温且在介于所述第一部段之间的连接部位处进行组合并形成组合的支流；

所述第一组层的所述第二部段与所述第一部段流体连通，以使得所述组合的支流在所述第二部段内进一步被加温并形成所述加压产物物质流；且

所述区域是所述第二组层的所述第二部段。

10.根据权利要求8所述的设备，其中：

所述低温精馏设备被构造以便产生至少一种液体产物；且

所述另一物质流是在所述主热交换器内被加温以便提高所述至少一种液体产物的产量的致冷剂物质流。

11.根据权利要求10所述的设备，其中：

所述层包括第一组层和第二组层，所述第一组层和所述第二组层中的每组层都具有第一部段和第二部段；

所述层被构造以使得由所述泵送产物物质流的所述至少一部分构成的支流在所述第一部段内被加温且在介于所述第一部段之间的连接部位处进行组合并由此形成组合的支流；

所述第一组层的所述第二部段与所述第一部段流体连通，以使得所述组合的支流在所述第一组层的所述第二部段内进一步被加温并形成所述加压产物物质流；且

所述区域是所述第二组层的所述第二部段；且

包括所述致冷剂物质流的致冷剂支流在所述第二组层的所述第二部段内被加温。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述低温精馏设备还具有被连接至所述主热交换器的致冷系统，且所述致冷系统被构造以便产生所述致冷物质流并使所述致冷剂物质流循环通过所述第二组层的所述第二部段。

13.根据权利要求11所述的设备，其中所述致冷系统是闭路致冷循环。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述低温精馏设备包括主压缩机以便对所述供给物质流进行压缩且所述致冷系统包含阀，所述阀可运行以便被设定在打开位置处且被定位以便在压缩之后接收所述供给物质流的一部分，并由此由所述供给物质流的所述部分形成所述致冷物质流，以便用作所述致冷物质流的组成部分。

15.根据权利要求14所述的设备，其中所述致冷系统具有再循环压缩机，所述再循环压缩机被连接至所述主热交换器且与所述第二组层的所述第二部段流体连通，从而使得所述致冷剂物质流在所述主热交换器中被加温之后在所述再循环压缩机中被压缩，所述致冷系统包括用以对所述致冷剂物质流进行进一步压缩的增压压缩机，且所述致冷系统包括被连接在所述增压压缩机与所述主热交换器的所述位置之间的涡轮机，从而使得排放物质流从所述涡轮机流入所述第二组层的所述第二部段中。

16.根据权利要求15所述的设备，其中：

从所述蒸馏系统塔中被抽出的所述产物物质流包括所述富氧液体；且

所述低温精馏设备包括：

所述蒸馏塔系统，所述蒸馏塔系统包括与高压塔操作性地相关联的低压塔，从而使得作为高压塔顶馏出物而产生的富氮蒸气被冷凝从而形成富氮液体，以便防止所述低压塔的富氧液体塔底产物产生气化，由此由所述富氮液体的至少一部分形成了用于所述高压塔和所述低压塔的回流物，由所述低压塔内的残余液体形成所述富氧液体，且富氧高压塔底液体产物在所述低压塔中被进一步精炼；

主压缩机，所述主压缩机被连接至净化单元以便对所述供给物质流进行压缩和净化，从而产生经过压缩和净化的供给物质流；

增压压缩机，所述增压压缩机与所述净化单元流体连通以便对由所述经过压缩和净化的供给物质流的另一部分形成的第一压缩物质流进行进一步压缩；

所述主热交换器与所述增压压缩机流体连通且同样被构造以便形成液体物质流，膨胀装置被连接至所述主热交换器以使所述液体物质流产生膨胀，且所述高压塔和所述低压塔中的至少一种塔与所述膨胀装置流体连通以便接收所述液体物质流；

被连接至所述主热交换器的另一增压器装载的涡轮机单元与所述净化单元流体连通，从而使得由所述经过压缩和净化的供给物质流的又一部分形成的第二压缩物质流被进一步压缩、在所述主热交换器内部分地冷却、且在涡轮膨胀器中产生膨胀从而形成排放物质流，且所述涡轮膨胀器与所述高压塔流体连通，从而使得所述排放物质流被引入所述高压塔内；

所述主热交换器也与所述低压塔流体连通且被构造以使得低压塔顶馏出物质流和不纯的氮废物物质流从所述低压塔进入所述主热交换器内并在所述主热交换器的所述冷端与所述暖端之间流动，以便帮助在压缩之后将所述供给物质流冷却至适于对其进行精馏的温度；和

至少一个出口，所述出口用于将所述至少一种液体产物排放出去，所述至少一种液体产物来自包括富氧液体的所述泵送产物物质流的另一部分和未被用于形成回流物的所述富氮液体的另一部分中的至少一种。