CN1052365A - 空气分离方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用低温精馏的原理来分离空 气制取氧、氮、氩等气体的方法及设备。它在低的能 耗条件下通过具有一只精馏塔的单级精馏塔设备制 取99.99-99.9999％的高纯氮，同时还能制取含氧为 60-98％的富氧或者通过具有双级精馏塔的双级精 馏设备制取90％以上的低纯度氧和纯氧或制取全部 含氧在99.99-99.999％病的高纯氧，同时还能制取 99.99-99.9999％的压力高纯氮，以及提出在精馏塔 的压力塔制取粗氩的方法及设备，对氧、氮、氩均有较 高的提取率。

Description

本发明涉及一种空气分离方法及设备，具体地说是采用低温精馏的原理来分离空气制取氧、氮、氩等气体的方法及设备。

空气分离是采用精馏塔来完成的，在美国专利us4662918和欧洲专利EPO183446中均公开了一种采用单级精馏塔来制取高纯氮的方法及设备。前者采用把一部分已获得的纯氮气再增压予冷后，再进入精馏塔的压力塔内所设置的换热器中，加热塔釜中的液体空气和回流液，使液体空气的含氧量达50～80%，这样在塔项可获得更多的高纯氮气，但是由于氮气的再次压缩，因此设备繁多，工艺流程复杂，致使能耗增加;后者采用原料空气在主换热器予冷后分成二路，其中占60～90%的原料空气经透平膨胀机绝热膨胀后进入塔的底部，另一路较少的原料空气在高于塔的操作压力通过塔釜内的冷凝器中加热塔底的液体空气，使液体空气含氧达50%，这样在塔项可获得约占空气总量的50～55%，含氮约99.98%的纯氮气和1-10%纯液气，同时还可获得约占空气总量的40%，含氧约50%的富氧气体，该发明的不是之处主要为由于富氧中含氧量不高，因此纯氮的提取率也不高;其二不能生产含氧在60-90%的低纯度氧，其三纯氮产品中氩含量较高。

在美国专利US4560397中公开了一种采用双级精馏塔来制取高纯氮，其主要特征是在精馏塔的压力塔顶部和低压塔底部均设置一只冷凝器，当原料空气进入精馏塔的压力塔底部时，在塔底可获得含氧为40%左右的富氧液体空气，其中一部分富氧液体空气减压降温后进入精馏塔的压力塔项部的冷凝器中作冷源，从冷凝精馏塔的压力塔之上升气体，另一部分富氧液体空气则减压降温后进入精馏塔的低压塔顶部作回流液，在精馏塔的低压塔底部的冷凝器中通入来自精馏塔的压力塔顶部的气氮作热源，加热从精馏塔的低压塔中回流下来的富氧液体空气，被冷凝的液氮仍回入精馏塔的压力塔顶部作回流液，在塔中精馏后，精馏塔的低压塔底部可获得纯氮产品，而高纯氧气是在精馏塔的低压塔下部数起的1-5块塔板上部引出，精馏塔的低压塔冷凝器中的部分液氧经一只液体泵加压后进入精馏塔的压力塔顶部的冷凝器，与从精馏塔的压力底部来的液体空气汇合作精馏塔的压力塔的冷源，所蒸发的气体作为膨胀气源经绝热膨胀后出塔。精馏的压力塔顶部获得一部分压力纯氮气作产品气。由此可知该发明的不足之处为，其一，由于膨胀气体和精馏塔的低压塔顶部所排出的废气均是含氧约24%的富氧气体，因此高纯氧的提取率不高，一般仅占3-18%，最高约25%;其二，由此可知纯氮的提取率也不高;其三、由于氩的存在影响了氧的纯度，在高纯氧气中含氩量高达10ppm，总之该发明的气体分离效果差，纯产品量少，相应能耗也比较高。

鉴于上述公知技术不足，本发明任务是提出一种改进的空气分离方法及设备，它在极低的能耗条件下通过具有一只精馏塔的单级精馏设备制取99.99-99.9999%病的高纯氮，同时还能制取含氧为60-98%的富氧或者通过具有双级精馏塔的双级精馏设备制取90%以上的低纯氧和纯氧或制取全部含氧在99.99-99.999%的高纯氧，同时还能制取99.99-99.9999%的压力高纯氮，以及提出在精馏塔的压力塔制取粗氩的方法及设备，对氧、氮、氩均有特别高的提取率。

本发明的任务是有下列方法来解决。一种低温精馏的空气分离方法，被压缩的原料空气冷却后进入分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气，并通过换热器冷却至饱和蒸汽，然后进入精馏塔进行精馏分离，其特征在于饱和蒸汽的净化原料空气引入精馏塔的压力塔中部，在精馏塔的压力塔底部设置有蒸发器，加热塔底的液体空气，并控制液体空气温度在工作压力下，液体空气的含氧为40-100%时所对应的温度值;在精馏塔的压力塔顶部设置冷凝器冷凝塔内上升气体。在精馏塔的压力塔下部设置的蒸发器引入部分净化原料空气直接或换热后进入蒸发器作热源，加热精馏塔的压力塔底的液体空气，并控制液体空气的温度在工作压力下含氧为近100%时对应的温度值。经蒸发器内换热冷却的净化原料空气经换热器冷却液化后或经减压降温后进入精馏塔的压力塔中部，即具体地言就是经蒸发器内换热冷却的净化原料空气，根据压力范围的不同在蒸发器内被冷却或液化，出蒸发器后对于全低压流程这部分净化原料空气则再经换热器被返流气体冷却液化后直接进入精馏塔的压力塔中部作回流液，对于高中压流程则须经减压降温后进入精馏塔的压力塔中部。在精馏塔的压力塔引入饱和蒸汽的净化原料空气入口处与蒸发器之间设有一塔板段。在精馏塔的压力塔的净化原料空气入口处部下所设置的塔板段中的氩富集区集抽出一部分氩馏份液体进入精馏塔的粗氩塔中作原料气进入精馏分离，精馏塔的粗氩塔顶部和底部分另设置冷凝器和蒸发器，当蒸发器中通往一般较热的净化原料空气时，液氩馏份中部份氧、氩、氮被蒸发，在塔顶的冷凝器中通入来自精馏塔的压力塔顶部的中压液氮，以冷凝精馏塔的粗氩塔内上升的气体，废气则在塔顶部排出，塔釜中的液氧仍回入精馏塔的压力塔，粗氩气则在塔的中部引出。

本发明的任务是有下列设备来解决。

1.一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔，一只粗氩塔的全低压底温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分为二部分，其中一部分在进入主换热器后以主换热器中部的空气通道引出或在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气;另一部分则经主换热器被迫流气体冷却至饱和蒸汽后进入压力塔中部。

c.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝的一部分纯液气经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进行冷凝器氮侧作塔的冷源，压力塔底部设有一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的净化原料空气被液体空气冷却后出蒸发器，再进一只换热器被返流气体冷却液化后，进入压力塔中部作回流液，在饱和蒸汽的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有一塔板段。

d.从压力塔底部引出的高氧气体与塔釜底部所引出的部分富氧液体，混合后在主换热器中复热后引出装置作富氧产品。

e.粗氩塔底部设置一只蒸发器，由进入主换热器后以主换热器中部的空气通道引出或者在进入主换热器前的空气管道引出的净化原料空气进入蒸发器内作热源，被冷却的净化原料空气级回入出压力塔蒸发器的空气管道中;粗氩塔顶部设置一只冷凝器，引入压力塔顶部的冷凝液氮作粗氩塔的冷源，并由压力塔饱和蒸汽的净化原料空气入口处下部所设置的塔板段中部氩富集区引出一部分氩馏份液体，进入粗氩塔下部作原料气，在粗氩塔内精馏后，在粗氩顶排出少量废气，粗氩塔底的液体级回入压力塔内，粗氩气则在粗氩塔的中部引出。

f.从压力塔顶部冷凝器内蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸附器有再生气体。

g.在压力塔顶部的压力纯气氮和粗氩塔冷凝器所蒸发的压力纯气氮汇合后经换热器组复热后引出高纯氮产品，在压力塔顶塔部的冷凝器和粗氩塔顶部的冷凝器内均可获得纯液氮产品。

h.进入膨胀机的膨胀气体是由主换热器中部的压力氮通道引出，绝热膨胀后的低压氮气是进入压力塔顶部所蒸发的低压氮气管道内。

2.一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔的全低压低温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其分部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分为二部分，其中一部分在进入主换热器后从主换热器中部的空气通道引出或在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气;另一部分则经主换热器被返流气体冷却至饱和蒸汽后进入压力塔中部。

c.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝器氮侧作塔的冷源;压力塔底部设有一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的净化原料空气被液体空气冷却后出蒸发器，再进一只换热器被返流气体冷却液化后，进入压力塔中部作回流液，在饱和蒸汽的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有一塔板段。

d.从压力塔底部的塔板上引出的富氧气体与塔釜底部所的部分富氧液体，温混合后在主换热器复热后富氧产品。

e.从压力塔顶部冷凝器内蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸器的再生气体。

f.在压力塔顶部的压力纯气氮经换热器组复热后引出作压力高纯复产品，在压力塔顶部的冷凝器内可获得纯液氮产品。

g.在进入膨胀机的膨胀气体是由主换热器中部的压力氮通道引出，经绝热膨胀后的低压氮气是进入压力塔顶部所蒸发的低压氮气管道内。

3.一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔，一只粗氩塔的中压低温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分为二部分，其中一部分进入主换热器后从主换热器中部的空气通道引出或在进入主换热器前的空气管道引出;进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气。另一部分则经主换热器被返流气体冷却后经一只减压阀减压降温后进入压力塔中部。

c.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝器氮侧作塔的冷源;压力塔底部设有一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的净化原料空气被液体空气冷却后出蒸发器，再经一只减压阀减压降温后进入压力塔中部作回流液，在饱和蒸汽的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有塔板段。

d.以压力塔底部引出的高氧气体与塔釜底部所引出的部分富氧液体，混合后在主换热器中复热后引出装置作富氧产品。

e.粗氩塔底部设置一只蒸发器，由进入主换热器后从主换热器中部的空气通道引出或者进入主换热器前的空气管道引出的净化原料空气进入蒸发器内作热源、被冷却的净化原料空气级回入出压力塔蒸发器的空气管道中;粗氩塔顶部设置一只冷凝器，引入压力塔顶部的冷凝液氮作粗氩塔的冷源，并由压力塔饱和蒸汽的净化原料空气入口处下部所设置的塔板段中部氩富集区引出一部分氩馏份液体，进入粗氩塔下部作原料气，在粗氩塔内精馏后，在粗氩塔顶排出少量废气，粗氩塔底的液体及回入压力塔内，粗氩气则在粗氩塔的中部引出。

f.以压力塔顶部冷凝器内蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸附器的再生气体。

g.在压力塔顶部的压力纯气氮和粗氩塔冷凝器所蒸发的压力纯气氮汇合后经换热器组复热后引出压力高纯氮产品，在压力塔顶部的冷凝器和粗氩塔顶部的冷凝器内均可获得纯液氮产品。

h.进入膨胀机和膨胀气体是由主换热器中部的净化原料空气通道引出绝热膨胀后进入压力塔中部。

4.一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔的中压低温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分为二部分，其中一部分进入主换热器后，从主换热器中部的空气通道引出或在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气;另一部分则经主换热器被返流气体冷却后经一只减压降温后进入压力塔中部。

c.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝氮侧作塔的冷源;压力塔底部设有一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的净化原料空气被液体空气冷却后出蒸发器，再经一只减压阀减压降温后进入压力塔中部作回流液，在饱和蒸汽的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有一塔板段。

d.从压力塔底部引出的高氧气体与塔釜底部所引出的部分富氧液体，混合后在主换热器中复热后引出装置作富氧产品。

e.从压力塔顶部冷凝器内蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸附器的再生气体。

f.进入膨胀机的膨胀气体是由主换热器中部的压力氮通道引出，绝热膨胀后的低压氮气是进入压力塔顶部所蒸发的低压氮气管道内。

g.进入膨胀机的膨胀气体是由主换热器中部的净化原料空气通道引出绝热膨胀后进入压力塔中部。

5.一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔、一只低压塔、一只粗氩塔的全低压低温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份，二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分成二部分，其中一部分在进入主换热器后，从主换热器中部的空气通道引出或者在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气，另一部分则经主换热器被返流气体冷却至饱和蒸汽后进入压力塔中部。

c.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝器冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝器氮侧作塔的冷源;压力塔底部设置一只蒸发器，进入蒸发器内作源的净化原料空气被液体空气冷却后，再进入一只换热器被返流气体冷却液化后，进入压力塔中部作回流液;在饱和蒸汽的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有一塔板段。

d.从压力塔底部所引出的富氧液体空气，进入一只液体空气吸附器中除去残留的乙炔后，再经一只过冷器被出低压塔的返流气体过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入低压塔中部进行再次精馏。

e.低压塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部所引出的一部分纯液氮经过冷器过冷，再经减压阀减压降温后进入冷凝器氮侧作冷源，低压塔底部设有一只冷凝器，引入压力塔顶部的压力纯氮气或引入压力塔中部压力塔不纯氮气进入其冷凝器氮侧作热源，加热上部的液氧，被冷凝的液氮或不纯液氮相应回入压力塔顶部或中部。

f.从低压塔顶部冷凝器和压力塔顶部冷凝器所蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸附器的再生气体。

g.粗氩塔底部设置一只蒸发器，由进入主换热器后，从主换热器中的空气部通道引出或在进入主换热器前的空气管道上引出的净化原料空气进入蒸发器内作热源，被冷却液化后的净化原料空气进入压力塔中部;粗氩塔顶部设置一只冷凝器引入压力塔顶部的冷凝液氮作塔的冷源，并由压力塔净化原料空气入口处下部所设置的塔板段中部氩富集区引出一部分氩留份液体进入粗氩塔下部作原料气，在塔内精馏后，粗氩塔顶排出少量废气，粗氩塔底的液体及回入压力塔内，粗氩气则在粗氩塔的中部引出。

h.在压力塔顶部和粗氩塔冷凝器所蒸发的压力纯气氮汇合后经换热器组复热后引出，作压力高纯氮产品;在低压塔底部冷凝器获得纯液氧产品，在低压塔底从下往上不少于一块精馏塔板上部引出高纯氧气产品，在低压塔顶部冷凝器氮侧和压力塔顶部可获得纯液氮产品。

i.进入膨胀机的膨胀气体是由主换热器中部的压力氮通道引出，绝热膨胀后的低压氮气则回入液体空气过冷器前的低压氮气通道内。

6.一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔，一只低压塔的全低压低温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分成二部分，其中一部分在进入主换热器后，从主换热器中部的空气通道引出或者在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气，另一部分则经主换热器被返流气体冷却至饱和蒸汽后进入压力塔中部。

e.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶冷凝器冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作塔的冷源;压力塔底部设置一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的净化原料空气被液体空气冷却后，再进入一只换热器被返流气体冷却液化后，进入压力塔中部作回流液;在饱和蒸汽的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有一段塔板段。

d.从压力塔底部所引出的富氧液体空气，进入一只液体空气吸附器中除去残留的乙炔后，再经一只过冷器被出低压塔的返流气体过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入低压塔中部进行再次精馏。

e.低压塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部所引出的一部分纯液氮经过冷器过冷，再经减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作冷源，低压塔底部设置一只冷凝器，引入压力塔顶部的压力纯氮气或引入压力塔中部的压力不纯氧气进入其冷凝器氮则作热源，加热上部的液氧、被冷凝的液氮或不纯氮相应回入压力塔顶部或中部。

f.从低压塔顶部冷凝器和压力塔顶部冷凝器所蒸发的低压氮气经换热组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸附器的再生气体。

g.在压力塔顶部所蒸发的压力纯气氮经换热器组复热后引出作压力高纯氮产品;在低压塔底部冷凝器中获得纯液氮产品，在低压塔底从下往上不少于一块精馏塔板上部引出高纯氧气产品，在低压塔部冷凝器氮则和压力塔顶部可获得纯液氮产品。

h.进入膨胀机的膨胀气体是由主换热器中部的压力氮通道引出，绝热膨胀后的低压氮气则回入液体空气过冷器前的低压氮气通道内。

7.一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔，一只低压塔，一只粗氩塔的中压低温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分成二部分，其中一部分在进入主换热器后，从主换热器中部的空气通道引出或者在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气，另一部分则经主换热器被返流气体冷却至饱和蒸汽后，经减压阀减压后进入压力塔中部。

c.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝器冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作塔的冷源;压力塔底部设置一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的净化原料空气被液体空气冷却后，再进入一只换热器被返流气体冷却液化后，经减压阀减压降温后，进入压力塔中部作回流液;在饱和蒸气的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有一塔板段。

d.从压力塔底部所引出的富氧液体空气，进入一只液体空气吸附器中除去残留的乙炔后，再经一只过冷器被出低压塔的返流气体过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入低压塔中部进行再次精馏。

e.低压塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部所引出的一部分纯液氮经过冷器过冷，再经减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作冷源，低压塔底部设有一只冷凝器，引出压力塔顶部的压力纯氮气或引入压力塔中部压力不纯氮气进入其冷凝器氮则作热源，加热上部的液氧，被冷凝的液氮或不纯液氮相应回入压力塔顶部或中部。

f.从低压塔顶部冷凝器和压力塔顶部冷凝器所蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸附器的再生气体。

g.粗氩塔底部设置一只蒸发器，由进入主换热器后，从主换热器中部通道引出或进入主换热器前的空气管道上引出的净化原料空气进入蒸发器内作热源，被冷却液化后的净化原料空气经一只减压阀减压降温后进入压力塔中部;粗氩塔顶部设置一只冷凝器引入压力塔顶部的冷凝液氮作塔的冷源，并由压力塔净化原料入口处下部所设置的塔板段中部氩富集区引出一部分氩馏份液体进入粗氩塔下部作原料气，在塔内精馏后，粗氩塔顶排出少量废气，粗氩塔底的液体及回入压力塔内，粗氩气则在粗氩塔的中部引出。

h.在压力塔顶部和粗氩塔冷凝器所蒸发的压力纯气氮汇合后经换热器组复热后引出，作压力高纯氮产品，在低压塔底部冷凝器中获得纯液氧产品，在低压塔底从上往上不少于一块精馏塔板上部引出高纯氧气产品，在低压塔顶部冷凝器氮则和压力塔顶部可获得纯液氮产品。

i.进入膨胀机的膨胀气体是由主换热器中部的净化原料空气通道引出，绝热膨胀后的净化原料空气则进入压力塔中部。

8.一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔，一只低压塔的中压低温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附中除去水份，二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分成二部分，其中一部分在进入主换热器后，从主换热器中部的空气通道引出或者在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气，另一部分则经主换热器被还流气体冷却至饱和蒸汽后，经减压阀减压进入压力塔中部。

e.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝器冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作塔的冷源;压力塔底部设置一只蒸发器，进入蒸发器内部作热源的净化原料空气被液体空气冷却后，再进入一只换热器被返流气体冷却液化后，经减压阀减压降温后，进入压力塔中部作回流液，在饱和蒸汽的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置一塔板段。

d.从压力塔底部所引出的富氧液体空气，进入一只液体空气吸附器中除去残留的乙炔后，再经一只过冷器被出低压塔的返流气体过冷后，再经一只减压阀减降温后进入低压塔中部进行再次精馏。

e.低压塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部所引出的一部分纯液氮经过冷器过冷，再经减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作冷源，低压塔部设有一只冷凝器，引入压力塔顶部的压力纯氮气或引入压力塔中部的压力不纯氮气进入其冷凝器则作热源，加热上部的液氧，被冷凝的液氮或不纯液相应回入压力塔顶部或中部。

f.从低压塔顶部冷凝器和压力塔顶部冷凝器所蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸附器的再生气体。

g.在压力塔顶部所蒸发的压力纯气氮经换热器组复热后引出作压力高纯氮产品;在低压塔底部冷凝器中获得纯液氮产品，在低压塔底从下往上不少于一块精馏塔板上部引出高纯氧产品，在低压塔顶部冷凝器氮则和压力塔顶部可获得纯液氮产品。

i.进入膨胀机的膨胀气体是由主换热器中部的净化原料空气通道引出，绝热膨胀后净化原料空气则进入压力塔中部。

9.一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔，一只低合塔带膨胀机的高压低温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份，二氧化碳，乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分成二部分，其中一部分在进入主换热器后，从主换热器中部的空气通道引出或者在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气，另一部分则经主换热器被返流气体冷却至饱和蒸汽后，经减压阀减压后进入压力塔中部。

c.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝器冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作塔的冷源;压力塔底部设置一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的净化原料空气液体空气冷却后，再进入一只换热器被返流气体冷却液化后，经减压阀减压降温后，进入压力塔中部作回流液，在饱和蒸气的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有一塔板段。

d.从压力塔底部所引出的富氧液体空气，进入一只液体空气吸附器中除去残留的乙炔后，再经一只过冷器被低压塔的返流气体过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入低压塔中部进行再次精馏。

e.低压塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部所引出的一部分纯液氮经过冷器过冷，再经减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作冷源，低压塔底部设有一只冷凝器，引入压力塔顶部的压力纯氮气或引入压力塔中部的压力不纯氮气进入其冷凝器氮则作热源，加热上部的液氧，被冷凝的液氮或不纯液氮相应回入压力塔顶部或中部。

f.从低压塔顶部冷凝器和压力塔顶部冷凝器所蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸附器的再生气体。

g.在压力塔顶部所蒸发的压力纯气氮经换热器组复热后引出作压力高纯氮产品;在低压塔底部冷凝器中获得纯液氮产品，在低压塔底从下往上不少于一块精馏塔板上部引出高纯氧气产品，在低压塔顶部冷凝器氮则和压力塔顶部可获得纯液氮产品。

h.进入膨胀机的膨胀气体是在主换热器前的空气通道引出经膨胀机膨胀后进入压力塔中部。

10.一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔，一只低压塔不带膨胀机的高压低温精馏法空气分离设备流程。其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分成二部分，其中一部分在进入主换热器后，从主换热器中部的空气通道引出或者在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气，另一部分则经主换热器被返流气体冷却至饱和蒸汽后，经减压阀减压后进入压力塔中部。

c.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝器冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作塔的冷源;压力塔底部设置一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的净化原料空气被液体空气冷却后，再进入一只换热器被返流气体冷却液化后，经减压阀减压降温后，进入压力塔中部作回流液，在饱和蒸气的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有一塔板段。

d.从压力塔底部所引出的富氧液体空气，进入一只液体空气吸附器中除去残留的乙炔后，再经一只过冷器被出低压塔的返流气体冷后，再经一只减压阀减压降温后进入低压塔中部进行再次精馏。

e.低压塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部所引出的一部分纯液氮经过冷器过冷，再经减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作冷源，低压塔底部设有一只冷凝器，引入压力塔顶部的压力纯氮气或引入压力塔中部的压力不纯氮气进入其冷凝器氮则作热源，加热上部的液氧，被冷凝的液氮或不纯液氮相应回入压力塔顶部或中部。

f.从低压塔顶部冷凝器和压力塔顶冷凝器所蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作压力氮气产品，另一部分作分子筛吸附器的再生气体。

g.在压力塔顶部所蒸发的压力纯气氮经换热器组复热后引出作压力高纯氮产品;在低压塔底部冷凝器中获得纯液氮产品，在低压塔底从下往上不少于一块精留塔板上部引出高纯氧气产品，在低压塔顶部冷凝器氮侧和压力塔顶部可获得纯液氮产品。

对于第6、8、9、10的设备流程，可从压力塔净化原料入口处下部所设置的塔板段中部氩富集区，抽出一部分氩馏份气体，经主换热器复热后出装置。

进一步说明第1、2、3、4的设备流程的主要特征，富氧气体可在塔釜上部引出复热后出装置，为了防止塔釜中富氧液体空气中的乙炔的积聚而发生爆炸，因此必须抽取一定数量的富氧液体进入富氧气体内，在塔顶被冷凝的纯液氮分为三部分，一部分作塔的回流液，第二分引出塔后，被返流气氮过冷节流降温后，进入冷凝器内作冷源，第三部分作液氮产品，对全低压流程而言，设备的冷量是由主换热器中部压力纯氮管道上一般压力氮进入膨胀机作绝热膨胀，而获膨胀后的气体复热后放空出装置，对中：压、高压流程而言，设备的冷量是主换热器中部空气通道上引出部分压力空气进入膨胀机作绝热膨胀而获得，或者从压力塔蒸发器上部所引出的富氧气体在主换热器换热至一定温度后引出进入膨胀机作绝热膨胀，这种流程所获得的低压富氧气体纯在40-60%含氧范围内膨胀的气体直接或再冷却后进入压力塔中部。

进一步说明第5、6、7、8、9、10的设备流程的主要特征，其是以单级精馏空气分离设备为基础，在低压部分设置一只低压塔，在低压塔顶部和底部均设有一只冷凝器，在压力塔釜获得75-95%的富氧液体空气后，再进入一只乙炔吸附器除去残留的乙炔后，被返流气体过冷再减压降温后进入低压塔中部进行再次分离，从压力塔顶部获得的纯液氮被返流气体过冷后，再减压降温后进入低压塔顶部冷凝器氮侧作低压塔的冷源，压力塔顶部的氮气与低压塔底部的冷凝器连通进入后作热源，必须指出低压塔项部的冷凝器两侧要保持一定的压力差，从产生足够的温差，达到冷凝低压塔中上升蒸汽的目的，这样含氧较高的富氧液体空气在低压塔精馏时不再与液氮接触，因此在低压塔底部的冷器内的液氧和气氧可获得极高纯度，高纯气氧是在低压塔下部数起不少于一块精馏塔板上面引出，以减少氪、氙等杂质的存在，这样分离方法降低了低压塔的塔板数，从而降低了压力塔的压力，节约了能源，为了进一步降低压力塔的压力，可以在压力塔中部引出一部分不纯氮气进入低压塔下部冷凝器氮侧作为液氧的热源，不纯氮气被冷凝后级回入压力塔中部作回流液，由于不纯氮气的温度较高，因此可使冷凝器的面积减少或者进一步降低了压力塔的压力，这种方法在全低压流程中称之谓“超低压流程”。

进一步说明第1、2、5、7的设备流程中提取粗氩流程的主要特征，粗氩塔顶部和底部分别设置冷凝器和蒸发器，从压力塔净化原料空气入口处下部所设置的塔板段中部的氩富集区抽出一部分氩馏份液体进入粗氩塔中，当蒸发器中通入一般较热的净化原料空气时，液氩馏份中部分氧、氩、氮被蒸发，在塔顶的冷凝器中通入来自压力塔顶部的中压液氮，从冷凝粗氩塔内的上升气体，废氮则塔顶排出，塔釜中的液氧仍回入压力塔，粗氩气则塔的中部引出，再通过传统的方法，进一步去除粗氩中的微量氧、氮即获得纯氩，此已不为本发明描述的范围，本发明从压力塔提取粗氩，使空气分离提氩从专门的提氩设备推广到普通空气分离设备，具有明显的实用性和普遍性。

下面结合流程图，描述各种空气分离设备流程：

图1  精馏塔具有一只压塔、一只粗氩塔的全低压空气分离设备流程;

图2  精馏塔具有一只压力塔的全低压空气分离设备流程;

图3  精馏塔具有一只压力塔的全低压空气分离设备的改进流程;

图4  精馏塔具有一只压力塔，一只粗氩塔的中压空气分离设备流程;

图5  精馏塔具有一只压力塔的中压空气分离设备流程;

图6  精馏塔具有一只压力塔，一只低压塔，一只粗氩塔的全低压空气分离设备流程;

图7  精馏塔具有一只压塔，一只低压塔的全低压空气分离设备流程;

图8  精馏塔具有一只压力塔，一只低压塔，一只粗氩塔的中压空气分离设备流程;

图9  精馏塔具有一只压力塔，一只低压塔的中压空气分离设备流程;

图10  精馏塔具有一只压力塔，一只低压塔带膨胀机的高压空气分离设备流程;

图11  精馏塔具有一只压力塔，一只低压塔不带膨胀机的高压空气分离设备流程;

图12  精馏塔具有双级精馏设备的空气分离设备的再改进流程;

图1是精馏具有一只压力塔，一只粗氩塔的全低压低温精馏法空气分离的设备流程。

原料空气由管道，进入压缩机2压缩至280-1000Kpa压力，冷却后由管道3进入分子筛吸附器4除去水份、二氧化碳、乙炔及其他碳氢化合物，经营道5进入主换热器6由主换热器6中部空气通道引出一部分原料空气或者在管道5上引出，这部分原料空气经管道12、阀门13、管道14进入压力塔10的蒸发器15通道内，加热塔釜内的富氧液体空气，并控制液体温度低于工作压力下液体空气含氧为近100%时所对应的温度值，出蒸发器15的压缩空气经管道16至液体空气冷器17被返流气体冷却液化后，经管道18，进入压力塔10中部，与此同时，另一部分原料空气进入主换热器6被返流气体冷却达到饱和蒸汽后经管道7、阀门8、管道9进入压力塔10中部。在塔釜上部的塔板上引出60-95%之间的富氧气或称低纯度氧，为了防止塔釜中富氧液体空气中的乙炔的积聚而发生爆炸，在塔底经管道21、阀门90、管道23抽出一部分液体空气进入富氧气中，一起经主换热器6复热，由管道24引出，压力塔10内上升气体被塔顶冷凝器11所冷凝，冷凝的纯液氮一部分作该塔的回流液，另一部分则被引出经管道37、液氮过冷器25被返流氮气过冷后进入管道38，经减压阀39减压降温后由管道40进入冷凝器11作塔的冷源，一部分纯液氮可由管道58、阀门59获得。冷凝器11中所蒸发的低压氮由管道46经换热器25、17复热经管道47a，再在主换热器6复热至常温，由管道47引出作低压产品氮，其中一部分低压氮经管道48进入分子筛吸附器4作再生气体，后由管道49放空，压力纯氮则由管道33引出塔后，经换热器17经管道34a、再在主换热器6复热至常温由管道34引出作产品压力纯氮气，与此同时在主换热器6中部压力纯氮管道引出部分氮气由管道53进入膨胀机54绝热膨胀至120-200Kpa后经管道55进入管道46中。

粗氩塔68的流路是氩馏份液体从压力塔10的原料空气入口管道9下方所设置的塔板段10a中氩富集区引出，经管道65进入粗氩塔68下部，粗氩塔68底部含氩液体被来自管道14的中压空气经管道70进入粗氩塔68之蒸发器71通道内作加热气源，塔釜内液体由管道75、阀门76、管道77仍回入压力塔10内，被液体冷却后的中压空气经管道72仍回入压力塔10中部适应部位，粗氩塔68顶设有一只冷凝器69，中压液氮由管道62经阀门63、管道64进入冷凝器69氮侧作粗氩塔68的冷源，以此控制粗氩塔68的回流液，粗氩塔68冷凝器69所蒸发氮气由管道78进入管道33内，粗氩塔68顶部的废气由管道80引出，粗氩则在粗氩塔68的中部适当部位引出经管道79出装置，复热后再按照传统的方法进一步除去粗氩中的微量氧，氮即获得纯氩，此超出本发明的涉及的范围。

图2  是精馏具有一只压力塔的全低压空气分离设备流程。

与图1相比其变动部分是取消粗氩系统的粗氩塔68，管道及阀门，仅富氧气或称低纯度氧气引出管道91位置有所变动，改在压力塔10所增设板段10a段中氩馏份富集区引出，以利于压力塔10的精馏和减少纯氮中的氩。

图3是精馏塔具有一只压力塔的全低压空气分离设备的改进流程。

图3是图2的改进，是由压力塔10下部所引出富氧气体，在主换热器6复热至一定温度后，再进入膨胀机54作绝热膨胀，膨胀后低压富氧气体经管道55。换热器25、17及主换热器6复热后出装置，一般富氧气体含氧在40-60%范围内，该流程可以提取更多的液氮或压力气氮。

图4是精馏塔具有一只压力塔、一只粗氩塔的中压空气分离设备流程。

与图1相比其变动部分是一、原料空气的压力范围在800-5000Kpa压力范围内，二、膨胀机54的膨胀气体改为空气膨胀，膨胀后的空气进入压力塔10的中部，三、进压力塔10之蒸发器15通道内的原料空气压力较高，在蒸发器15内被液体空气液化则须经减压阀19减压后进入压力塔10，四、进粗氩塔68底部蒸发器71的原料空气压力高，出蒸发器71纯减压后才能进入压力塔中，五、部分原料空气在主换热器6冷却至饱和蒸汽后，经节流阀8减压才能进塔，其余同图1。

图5是精馏塔具有一只压力塔的中压空气分离设备流程。

与图3相比其不同部分即取消粗氩塔的系统的管道，阀门及粗氩塔68仅富氧气或称低度氧气的引出管道91位置有所变动，改在塔板段10a段氩馏份富集区引出，以利于压力塔的精馏和减少纯氮中的氩。

图6是精馏塔具有一只压力塔，一只低压塔，一只粗氩塔的全低空气分离设备流程。

原料空气由管道1进压力缩机2压缩至280-1000Kpa压力冷却后，由管道3进入分子筛吸附器4除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物，经管道5进入主换热器6，由主换热6空气通道中部引出一部分原料空气或者在管道5上引出，这部分原料空气经管道12、阀门13、管道14进入压力塔10的蒸发器15内，加热塔釜内的富氧液体空气，并控制液体空气温度低于压力塔10工作压力下液体空气含氧为近100%时所对应的温度值，出蒸发器15的压缩空气经管道16至液体空气过冷器17被返流气体冷却液化后，经管道18进入压力塔10中部，与此同时，另一部分原料空气进入主换热器6被返流气体冷却达饱和蒸汽后，经管道7、阀门8、管道9，进入压力塔10中部，在塔釜获得含氧约75-98%的富氧液体空气由管道21引出，经乙炔吸附器22除去残留乙炔后由管道23进入液体空气过器17被返流气体过冷后，经管道24，液氮过冷器25再过冷后，经管道26、减压阀27减压后由管道28进入低压塔29中部，上升气体中的氧被低压29顶部冷凝器引冷凝，废氮由管道50引出，经液氮过冷器25复热，再经管道51，液体空气过冷器17，主换热器6复热后由管道52出装置。压力塔10内上升气体被塔顶冷凝器11和低压塔29底部的冷凝器30冷凝，冷凝的纯液氮一部分作该塔的回流液，另一部分则被引出经管道37、液氮过冷器25被返流氮气过冷后进入管道38后，分成二部分，其中一部分经减压阀39减压后，由管道40进入压力塔10顶部的冷凝器11作为冷源，另一部分则经减压阀4减压到120-200Kpa压力经管道42作低压塔29顶部冷凝器31的冷源，必须保证冷凝器31二侧有一定的压力差来获得所需的冷凝温差。压力塔10顶部由管道32与低压塔29底部的冷凝器30氮侧相通，则进入的中压氮气为冷凝器30热源，加热低压侧的液氧，与此同时冷凝器30内气氮被冷凝后由底部管道35、阀门36汇合流入液氮管37内，含氮约99.99-99.9999%的压力纯氮气由管道33引出，在液体空气过冷器17、主换热器6复热至常温，由管道34获得压力氮气产品出装置，含氧约90%以上的氧气则冷凝蒸发器30上部引出，含氧为99.99-99.999%的高纯氧则由低压塔29下部数起不少于一块精馏塔板29a上面引出，经管道43、液体空气过冷器17，主换热器6复热至常温出装置，由管道44获得产品氧气。低压纯氮气分别由低压塔29上冷凝器引、管道45和压力塔10，冷凝器11，管道86引出，进入管道45后在液氮过冷器25复热，再经管道46，液体空气过冷器17、主换热器6复热至常温，由管道47引出作产品氮气，其中一部分低压纯氮经管道48进入分子筛吸附器4作再生气体后由管道49放空。与此同时，在主换热器6中部压力纯氮管道引出一股压力氮气由管道53进入膨胀机54绝热膨胀至120-200Kpa压力后，经管道55进入管道46，纯液氮可由管道56、阀门57或管58、阀门59引出。高纯液氧则由管道60、阀门61引出。

粗氩的提取所包括的流路与图1所述完全相同。

图7是精馏塔具有一只压力塔，一只低压塔的全低压空气分离设备流程。

与图6相比，其变动部分是取消粗氩系统的管道、阀门及粗氩塔68，仅富氧或称低纯度氧气的引出管道65位置改在压力塔10所设置的塔板段10a的氩馏份富集区引出的是气体，以利于压力塔10的精馏和减少纯氮中的含氩量。

图8是精馏具有一只压力塔、一只低压塔、一只粗氩塔的中压空气分离设备流程。

与图6相比，其不同之处是一、原料空气的压力范围在800-5000Kpa压力范围内。二、膨胀机45的膨胀气体改为空气膨胀，膨胀后的空气进入压力塔10的中部。三、进压力塔10之蒸发器15通道内的原料空气压力较高，在蒸发器15内被液体空气液化则须经减压阀19减压后直接进压力塔10之中部。四、进粗氩塔68底部蒸发器71的原料空气压力高，出蒸以器71后须经减压直接进入压力塔10，其余全部相同。

图9是精馏塔具有一只压力塔，一只低压塔的中压空气分离设备流程。

与图8相比，不同之处是取消粗氩系统的管道，阀门及塔体。在压力塔10可抽部分富氧气由管道65位置改在压力塔10所设置的塔板段10a的氩馏份富集区引出，以利于压力塔10的精馏和减少纯氧中的含氩量。

图10是精馏塔具有一只压力塔，一只低压塔带膨胀机的高压空气分离设备流程。

与图9相比不同之处是一、原料空气的压力范围在4-20Map压力范围内。二、膨胀机进气管道53改在为主换热器6前的空气管道5引出，膨胀后的空气经管道55引出后再进入主换热器6中部被返流气体予冷后经管道88进入压力塔10中部。其余全部相同。

图11是精馏塔具有一只压力塔，一只低压塔不带膨胀机的高压空气分离设备流程。

与图10相比其变动部分，除去膨胀机系统外完全相同。

图12是精馏具有双级精馏设备的空气分离设备的再改进流程。

对图6～图11可知为了进一步降低压力塔10经管道100进入低压塔29下部冷凝器30氮侧作为液氧的热源，不纯氮气被冷凝后由管道101后仍回入压力塔10相应的部位作为回流液，由于不纯氮气的温度较高，因此可使冷凝器11的面积减少或者进一步降低了压力塔10的压力，这种方法在全低压流程中称之谓“超低压流程”。

Claims (18)

1、一种低温精馏的空气分离方法，被压缩的原料空气冷却后进入分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气，并通过换热器冷却至饱和蒸汽，然后进入精馏塔进行精馏分离，其特征在于饱和蒸汽的净化原料空气引入精馏塔的压力塔中部；在精馏塔的压力塔底部设置蒸发器，加热塔底的液体空气，并控制液体空气温度在工作压力下液体空气含氧为40～100%时所对应的温度值；在精馏塔的压力塔顶部设置冷凝器冷凝塔内上升之气体。

2、根据权利要求1所述的空气分离方法，其特征在于设置在精馏塔的压力塔底部设置的蒸发器以引入部分净化原料空气直接或换热后进入蒸发器为热源，经蒸发器内换热冷却的净化原料空气经换热器冷却液化过冷后或经减压降温后进入精馏塔的压力塔中部。

3、根据权利要求1所述的空气分离方法，其特征在于精留塔的压力引入饱和蒸汽的净化原料空气入口处与蒸发器之间设有一塔板段。

4、根据权利要求1所述的空气分离方法，其特征在精馏塔的压力底部塔釜中的液体空气温度控制在工作压力下液体空气的含氧为近100%时所对应的温度值。

5、根据权利要求1、2、3、4所述的空气分离方法，其特征在于在精馏塔的压力塔饱和蒸汽的净化原料空气入口处下部所设置的塔板段中部的氩富集区抽出一部分氩馏份液进入精馏塔的粗氩塔中分离，在精馏塔的粗氩塔顶部设置冷凝器冷凝上升气体，在底部设置蒸发器，蒸发液氩馏份中的部分氧、氩、氮，蒸发器以净化原料空气或换热的净化原料空气为热源。

6、一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔，一只粗氩塔的全低压底温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分为二部分，其中一部分在进入主换热器后以主换热器中部的空气通道，引出或在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气;另一部分则经主换热器被迫流气体冷却至饱和蒸汽后进入压力塔中部。

c.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝的一部分纯液气经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进行冷凝器氮侧作塔的冷源，压力塔底部设有一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的净化原料空气被液体空气冷却后出蒸发器，再进一只换热器被返流气体冷却液化后，进入压力塔中部作回流液，在饱和蒸汽的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有一塔板段。

d.从压力塔底部引出的高氧气体与塔釜底部所引出的部分富氧液体，混合后在主换热器中复热后引出装置作富氧产品。

e.粗氩塔底部设置一只蒸发器，由进入主换热器后以主换热器中部的空气通道引出或者在进入主换热器前的空气管道引出的净化原料空气进入蒸发器内作热源，被冷却的净化原料空气级回入出压力塔蒸发器的空气管道中;粗氩塔顶部设置一只冷凝器，引入压力塔顶部的冷凝液氮作粗氩塔的冷源，并由压力塔饱和蒸汽的净化原料空气入口处下部所设置的塔板段中部氩富集区引出一部分氩馏份液体，进入粗氩塔下部作原料气，在粗氩塔内精馏后，在粗氩顶排出少量废气，粗氩塔底的液体级回入压力塔内，粗氩气则在粗氩塔的中部引出。

f.从压力塔顶部冷凝器内蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸附器有再生气体。

g.在压力塔顶部的压力纯气氮和粗氩塔冷凝器所蒸发的压力纯气氮汇合后经换热器组复热后引出高纯氮产品，在压力塔顶塔部的冷凝器和粗氩塔顶部的冷凝器内均可获得纯液氮产品。

h.进入膨胀机的膨胀气体是由主换热器中部的压力氮通道引出，绝热膨胀后的低压氮气是进入压力塔顶部所蒸发的低压氮气管道内。

7、一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔的全低压低温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其分部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分为二部分，其中一部分在进入主换热器后从主换热器中部的空气通道引出或在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气;另一部分则经主换热器被返流气体冷却至饱和蒸汽后进入压力塔中部。

c.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝器氮侧作塔的冷源;压力塔底部设有一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的净化原料空气被液体空气冷却后出蒸发器，再进一只换热器被返流气体冷却液化后，进入压力塔中部作回流液，在饱和蒸汽的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有一塔板段。

d.从压力塔底部的塔板上引出的富氧气体与塔釜底部所的部分富氧液体，温混合后在主换热器复热后富氧产品。

e.从压力塔顶部冷凝器内蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸器的再生气体。

f.在压力塔顶部的压力纯气氮经换热器组复热后引出作压力高纯复产品，在压力塔顶部的冷凝器内可获得纯液氮产品。

g.在进入膨胀机的膨胀气体是由主换热器中部的压力氮通道引出，经绝热膨胀后的低压氮气是进入压力塔顶部所蒸发的低压氮气管道内。

8、一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔，一只粗氩塔的中压低温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分为二部分，其中一部分进入主换热器后从主换热器中部的空气通道引出或在进入主换热器前的空气管道引出;进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气。另一部分则经主换热器被返流气体冷却后经一只减压阀减压降温后进入压力塔中部。

c.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝器氮侧作塔的冷源;压力塔底部设有一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的净化原料空气被液体空气冷却后出蒸发器，再经一只减压阀减压降温后进入压力塔中部作回流液，在饱和蒸汽的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有塔板段。

d.以压力塔底部引出的高氧气体与塔釜底部所引出的部分富氧液体，混合后在主换热器中复热后引出装置作富氧产品。

e.粗氩塔底部设置一只蒸发器，由进入主换热器后从主换热器中部的空气通道引出或者进入主换热器前的空气管道引出的净化原料空气进入蒸发器内作热源、被冷却的净化原料空气级回入出压力塔蒸发器的空气管道中;粗氩塔顶部设置一只冷凝器，引入压力塔顶部的冷凝液氮作粗氩塔的冷源，并由压力塔饱和蒸汽的净化原料空气入口处下部所设置的塔板段中部氩富集区引出一部分氩馏份液体，进入粗氩塔下部作原料气，在粗氩塔内精馏后，在粗氩塔顶排出少量废气，粗氩塔底的液体及回入压力塔内，粗氩气则在粗氩塔的中部引出。

f.以压力塔顶部冷凝器内蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸附器的再生气体。

g.在压力塔顶部的压力纯气氮和粗氩塔冷凝器所蒸发的压力纯气氮汇合后经换热器组复热后引出压力高纯氮产品，在压力塔顶部的冷凝器和粗氩塔顶部的冷凝器内均可获得纯液氮产品。

h.进入膨胀机和膨胀气体是由主换热器中部的净化原料空气通道引出绝热膨胀后进入压力塔中部。

9、一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔的中压低温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分为二部分，其中一部分进入主换热器后，从主换热器中部的空气通道引出或在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气;另一部分则经主换热器被返流气体冷却后经一只减压降温后进入压力塔中部。

c.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝氮侧作塔的冷源;压力塔底部设有一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的净化原料空气被液体空气冷却后出蒸发器，再经一只减压阀减压降温后进入压力塔中部作回流液，在饱和蒸汽的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有一塔板段。

d.从压力塔底部引出的高氧气体与塔釜底部所引出的部分富氧液体，混合后在主换热器中复热后引出装置作富氧产品。

e.从压力塔顶部冷凝器内蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸附器的再生气体。

f.进入膨胀机的膨胀气体是由主换热器中部的压力氮通道引出，绝热膨胀后的低压氮气是进入压力塔顶部所蒸发的低压氮气管道内。

g.进入膨胀机的膨胀气体是由主换热器中部的净化原料空气通道引出绝热膨胀后进入压力塔中部。

10、一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔、一只低压塔、一只粗氩塔的全低压低温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份，二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分成二部分，其中一部分在进入主换热器后，从主换热器中部的空气通道引出或者在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气，另一部分则经主换热器被返流气体冷却至饱和蒸汽后进入压力塔中部。

c.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝器冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝器氮侧作塔的冷源;压力塔底部设置一只蒸发器，进入蒸发器内作源的净化原料空气被液体空气冷却后，再进入一只换热器被返流气体冷却液化后，进入压力塔中部作回流液;在饱和蒸汽的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有一塔板段。

d.从压力塔底部所引出的富氧液体空气，进入一只液体空气吸附器中除去残留的乙炔后，再经一只过冷器被出低压塔的返流气体过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入低压塔中部进行再次精馏。

e.低压塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部所引出的一部分纯液氮经过冷器过冷，再经减压阀减压降温后进入冷凝器氮侧作冷源，低压塔底部设有一只冷凝器，引入压力塔顶部的压力纯氮气或引入压力塔中部压力不纯氮气进入其冷凝器氮侧作热源，加热上部的液氮，被冷凝的液氮或不纯液氮相应回入压力塔顶部或中部。

f.从低压塔顶部冷凝器和压力塔顶部冷凝器所蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸附器的再生气体。

g.粗氩塔底部设置一只蒸发器，由进入主换热器后，从主换热器中的空气部通道引出或在进入主换热器前的空气管道上引出的净化原料空气进入蒸发器内作热源，被冷却液化后的净化原料空气进入压力塔中部;粗氩塔顶部设置一只冷凝器引入压力塔顶部的冷凝液氮作塔的冷源，并由压力塔净化原料空气入口处下部所设置的塔板段中部氩富集区引出一部分氩留份液体进入粗氩塔下部作原料气，在塔内精馏后，粗氩塔顶排出少量废气，粗氩塔底的液体及回入压力塔内，粗氩气则在粗氩塔的中部引出。

h.在压力塔顶部和粗氩塔冷凝器所蒸发的压力纯气氮汇合后经换热器组复热后引出，作压力高纯氮产品;在低压塔底部冷凝器获得纯液氧产品;在低压塔底从下往上不少于一块精馏塔板上部引出高纯氧气产品，在低压塔顶部冷凝器氮侧和压力塔顶部可获得纯液氮产品。

i.进入膨胀机的膨胀气体是由主换热器中部的压力氮通道引出，绝热膨胀后的低压氮气则回入液体空气过冷器前的低压氮气通道内。

11、一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔，一只低压塔的全低压低温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分成二部分，其中一部分在进入主换热器后，从主换热器中部的空气通道引出或者在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气，另一部分则经主换热器被返流气体冷却至饱和蒸汽后进入压力塔中部。

e.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶冷凝器冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作塔的冷源;压力塔底部设置一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的净化原料空气被液体空气冷却后，再进入一只换热器被返流气体冷却液化后，进入压力塔中部作回流液;在饱和蒸汽的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有一段塔板段。

d.从压力塔底部所引出的富氧液体空气，进入一只液体空气吸附器中除去残留的乙炔后，再经一只过冷器被出低压塔的返流气体过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入低压塔中部进行再次精馏。

e.低压塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部所引出的一部分纯液氮经过冷器过冷，再经减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作冷源，低压塔底部设置一只冷凝器，引入压力塔顶部的压力纯氮气或引入压力塔中部的压力不纯氧气进入其冷凝器氮则作热源，加热上部的液氧、被冷凝的液氮或不纯氮相应回入压力塔顶部或中部。

f.从低压塔顶部冷凝器和压力塔顶部冷凝器所蒸发的低压氮气经换热组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸附器的再生气体。

g.在压力塔顶部所蒸发的压力纯气氮经换热器组复热后引出作压力高纯氮产品;在低压塔底部冷凝器中获得纯液氮产品，在低压塔底从下往上不少于一块精馏塔板上部引出高纯氧气产品，在低压塔部冷凝器氮则和压力塔顶部可获得纯液氮产品。

h.进入膨胀机的膨胀气体是由主换热器中部的压力氮通道引出，绝热膨胀后的低压氮气则回入液体空气过冷器前的低压氮气通道内。

12、一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔，一只低压塔，一只粗氩塔的中压低温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分成二部分，其中一部分在进入主换热器后，从主换热器中部的空气通道引出或者在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气，另一部分则经主换热器被返流气体冷却至饱和蒸汽后，经减压阀减压后进入压力塔中部。

c.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝器冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作塔的冷源;压力塔底部设置一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的净化原料空气被液体空气冷却后，再进入一只换热器被返流气体冷却液化后，经减压阀减压降温后，进入压力塔中部作回流液;在饱和蒸气的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有一塔板段。

d.从压力塔底部所引出的富氧液体空气，进入一只液体空气吸附器中除去残留的乙炔后，再经一只过冷器被出低压塔的返流气体过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入低压塔中部进行再次精馏。

e.低压塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部所引出的一部分纯液氮经过冷器过冷，再经减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作冷源，低压塔底部设有一只冷凝器，引出压力塔顶部的压力纯氮气或引入压力塔中部压力不纯氮气进入其冷凝器氮则作热源，加热上部的液氧，被冷凝的液氮或不纯液氮相应回入压力塔顶部或中部。

f.从低压塔顶部冷凝器和压力塔顶部冷凝器所蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸附器的再生气体。

g.粗氩塔底部设置一只蒸发器，由进入主换热器后，从主换热器中部通道引出或进入主换热器前的空气管道上引出的净化原料空气进入蒸发器内作热源，被冷却液化后的净化原料空气经一只减压阀减压降温后进入压力塔中部;粗氩塔顶部设置一只冷凝器引入压力塔顶部的冷凝液氮作塔的冷源，并由压力塔净化原料入口处下部所设置的塔板段中部氩富集区引出一部分氩馏份液体进入粗氩塔下部作原料气，在塔内精馏后，粗氩塔顶排出少量废气，粗氩塔底的液体及回入压力塔内，粗氩气则在粗氩塔的中部引出。

h.在压力塔顶部和粗氩塔冷凝器所蒸发的压力纯气氮汇合后经换热器组复热后引出，作压力高纯氮产品，在低压塔底部冷凝器中获得纯液氧产品，在低压塔底从上往上不少于一块精馏塔板上部引出高纯氧气产品，在低压塔顶部冷凝器氮则和压力塔顶部可获得纯液氮产品。

i.进入膨胀机的膨胀气体是由主换热器中部的净化原料空气通道引出，绝热膨胀后的净化原料空气则进入压力塔中部。

13、一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔，一只低压塔的中压低温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附中除去水份，二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分成二部分，其中一部分在进入主换热器后，从主换热器中部的空气通道引出或者在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气，另一部分则经主换热器被还流气体冷却至饱和蒸汽后，经减压阀减压进入压力塔中部。

e.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝器冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作塔的冷源;压力塔底部设置一只蒸发器，进入蒸发器内部作热源的净化原料空气被液体空气冷却后，再进入一只换热器被返流气体冷却液化后，经减压阀减压降温后，进入压力塔中部作回流液;在饱和蒸汽的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置一塔板段。

d.从压力塔底部所引出的富氧液体空气，进入一只液体空气吸附器中除去残留的乙炔后，再经一只过冷器被出低压塔的返流气体过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入低压塔中部进行再次精馏。

e.低压塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部所引出的一部分纯液氮经过冷器过冷，再经减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作冷源，低压塔部设有一只冷凝器，引入压力塔顶部的压力纯氮气或引入压力塔中部的压力不纯氮气进入其冷凝器则作热源，加热上部的液氧，被冷凝的液氮或不纯液相应回入压力塔顶部或中部。

f.从低压塔顶部冷凝器和压力塔顶部冷凝器所蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸附器的再生气体。

g.在压力塔顶部所蒸发的压力纯气氮经换热器组复热后引出作压力高纯氮产品;在低压塔底部冷凝器中获得纯氮产品，在低压塔底从下往上不少于一块精馏塔板上部引出高纯氧产品，在低压塔顶部冷凝器氮则和压力塔顶部可获得纯液氮产品。

i.进入膨胀机的膨胀气体是由主换热器中部的净化原料空气通道引出，绝热膨胀后净化原料空气则进入压力塔中部。

14、一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔，一只低合塔带膨胀机的高压低温精馏法空气分离设备流程，其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份，二氧化碳，乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分成二部分，其中一部分在进入主换热器后，从主换热器中部的空气通道引出或者在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气，另一部分则经主换热器被返流气体冷却至饱和蒸汽后，经减压阀减压后进入压力塔中部。

c.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝器冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作塔的冷源;压力塔底部设置一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的净化原料空气液体空气冷却后，再进入一只换热器被返流气体冷却液化后，经减压阀减压降温后，进入压力塔中部作回流液，在饱和蒸气的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有一塔板段。

d.从压力塔底部所引出的富氧液体空气，进入一只液体空气吸附器中除去残留的乙炔后，再经一只过冷器被低压塔的返流气体过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入低压塔中部进行再次精馏。

e.低压塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部所引出的一部分纯液氮经过冷器过冷，再经减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作冷源，低压塔底部设有一只冷凝器，引入压力塔顶部的压力纯氮气或引入压力塔中部的压力不纯氮气进入其冷凝器氮则作热源，加热上部的液氧，被冷凝的液氮或不纯液氮相应回入压力塔顶部或中部。

f.从低压塔顶部冷凝器和压力塔顶部冷凝器所蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作低压氮气产品，另一部分作分子筛吸附器的再生气体。

g.在压力塔顶部所蒸发的压力纯气氮经换热器组复热后引出作压力高纯氮产品;在低压塔底部冷凝器中获得纯液氮产品，在低压塔底从下往上不少于一块精馏塔板上部引出高纯氧气产品，在低压塔顶部冷凝器氮则和压力塔顶部可获得纯液氮产品。

h.进入膨胀机的膨胀气体是在主换热器前的空气通道引出经膨胀机膨胀后进入压力塔中部。

15、根据权利要求14所述的精馏塔为一只压力塔，一只低合塔带膨胀机的高压低温精馏法空气分离设备流程，其特征在于进入膨胀机的膨胀气体是在主换热器前的空气通道引出经膨胀机膨胀后，再经一只换热器被返流气体过冷后进入压力塔中部。

16、一种低温精馏的空气分离设备，其精馏塔为一只压力塔，一只低压塔不带膨胀机的高压低温精馏法空气分离设备流程。其特征为：

a.被压缩的原料空气在分子筛吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气。

b.净化原料空气分成二部分，其中一部分在进入主换热器后，从主换热器中部的空气通道引出或者在进入主换热器前的空气管道引出，进入压力塔底部的蒸发器内加热底部塔釜中的液体空气，另一部分则经主换热器被返流气体冷却至饱和蒸汽后，经减压阀减压后进入压力塔中部。

c.压力塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部冷凝器冷凝的一部分纯液氮经一只过冷器过冷后，再经一只减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作塔的冷源，压力塔底部设置一只蒸发器，进入蒸发器内作热源的净化原料空气被液体空气冷却后，再进入一只换热器被返流气体冷却液化后，经减压阀减压降温后，进入压力塔中部作回流液，在饱和蒸气的净化原料空气入口处与底部蒸发器之间设置有一塔板段。

d.从压力塔底部所引出的富氧液体空气，进入一只液体空气吸附器中除去残留的乙炔后，再经一只过冷器被出低压塔的返流气体冷后，再经一只减压阀减压降温后进入低压塔中部进行再次精馏。

e.低压塔顶部设置一只冷凝器，由压力塔顶部所引出的一部分纯液氮经过冷器过冷，再经减压阀减压降温后进入冷凝器氮则作冷源，低压塔底部设有一只冷凝器，引入压力塔顶部的压力纯氮气或引入压力塔中部的压力不纯氮气进入其冷凝器氮则作热源，加热上部的液氧，被冷凝的液氮或不纯液氮相应回入压力塔顶部或中部。

f.从低压塔顶部冷凝器和压力塔顶冷凝器所蒸发的低压氮气经换热器组复热后引出装置，一部分作压力氮气产品，另一部分作分子筛吸附器的再生气体。

g.在压力塔顶部所蒸发的压力纯气氮经换热器组复热后引出作压力高纯氮产品;在低压塔底部冷凝器中获得纯液氮产品，在低压塔底从下往上不少于一块精留塔板上部引出高纯氧气产品，在低压塔顶部冷凝器氮侧和压力塔顶部可获得纯液氮产品。

17、根据权利要求11、13、14、15、16所述的低温精馏法空气分离设备流程，其特征在于从压力塔饱和蒸汽的净化原料空气入口处下部所设置的塔板段中部氩富集区抽出一部分氩馏份气体经主换热器复热后出装置。

18、根据权利要求10-17所述的低温精馏法空气分离设备流程，其特征在于低压塔顶部所设置的冷凝器的冷凝侧和蒸发侧是通过一定的压力差来获得所需的冷凝温差来冷凝低压塔上升气体。

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