CN1095155A - 空气深冷分离的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种空气深冷分离的方法和设备，其中空气在冷 却、压缩和纯化后精馏制成富氧液体。分离贫氮的氩 -氧液体流，形成液氧流和氩蒸汽流。冷凝氩蒸汽以 向氩柱提供回流。富氧液体流膨胀至一压力，通过与 氩蒸汽的冷凝进行热交换而蒸发。富氧液体经蒸发 后引入氮气提柱，用气提气体将氮从中气提出来，产 生氩-氧液体，它再被引入氩柱。在预定压力范围内 调节氮气提柱，使氧进入氮气提柱的进口处压力不大 于膨胀后的富氧液体压力。氩气从氩柱的顶部排 出。

Description

本发明涉及一种藉深冷手段分离空气生产高纯氩的方法和设备。更具体地说，本发明涉及一种使用三柱蒸馏系统的方法和设备，其中氩是在一个氩柱中生产出来，该氩柱具有可制备高纯氩产物所必需的理论塔板数。

从空气中分离氩的常规方法是用一个由高压柱、低压柱和氩柱组成的三柱蒸馏系统。在该系统中，高压柱产生富氧液体，低压柱纯化此富氧液体产生富氩的混合蒸气，氩柱则将富氩混合蒸气进一步纯化，在塔顶获得粗氩。为了向氩柱提供回流液体，一股粗氩气流在柱顶冷凝器中受到来自高压柱的过冷及经膨胀的富氧液体流的冷却而冷凝。

粗氩含有氧和氮，制备高纯氩必须将它们除去。因此，粗氩尚须提高其品位，通常是用催化燃烧的办法除去氧，随后吸附除去所形成的水，然后蒸馏以除去氮。

理论上，通常增加氮柱中分离的塔板数来提高氩和氧的分离程度是可能的。然而，至少对于使用盘即板的氩柱，这是不实际的，因为所产生的压力降会降低粗氩的冷凝温度，因此增加所需的富氧液体膨胀度，这样，富氧液体压力就太低以致不能流入低压柱。因为粗氩气是在低压柱压力作用下从低压柱流入氩柱的，所以低压柱的操作压力范围无法降低以适应如此高度膨胀的富氧液体。

在现有技术中，有的三柱蒸馏系统的氩柱设计采用了足够多的理论塔板数，从而将氧从氩中分离得极其彻底，无需采用催化燃烧来提高氩的品位。U.S.5，019，145中有一个例子，它在低压力降填料的氩精馏柱中采用了150个理论塔板。使用这种填料就防止了板式柱会发生过大压力降的问题。

U.S.5，133，790是深冷精馏过程和其设备的一个例子，在此过程中直接降低了氧和氮两者的浓度生成高纯氩的产品，该产品由氩柱直接排出，无需随后的催化和蒸馏步骤。在此专利中，用一个具有足够的理论塔板（由规整排列的填料提供）数的低压柱进行操作，使得氩柱进料中的氮的浓度少于百分之五十。因为进入氩柱的氮已经较少，由氩柱制得的氩，其氮的浓度就较低。为了除去氧，氩柱的规整排列的填料能提供的150块理论搭板（如U.S.5，019，145所要求的），从而达到制备高纯氩产品所需的氧的分离程度。

以上所述的现有技术专利都是依靠在至少氩柱中采用低压降的填料以防止过大的压力降。如下所述，本发明则提供了一种直接从氩柱中制备高纯度氩产品的方法和设备，但其可操作性不是靠采用规整排列的填料。事实上，氩柱和低压柱均可按常规方法采用筛板，低压降填料或任何其它类型的液气接触装置或它们的任何组合。从下述的讨论中，可以很清楚地看出本发明的进一步优点。

本发明提供了一种空气深冷分离来生产高纯氩的方法。在此方法中，将空气加以压缩并纯化。压缩和纯化之后的空气在精馏柱中精馏之，在精馏柱内产生柱底的富氧液体和柱顶的富氮蒸气。在氩柱中将贫氮的氩-氧液体分离成柱底液氧和柱顶高纯氩蒸气。将一股柱顶高纯氩蒸气流从氩柱排出，然后通过间接的热交换使之冷凝为液态氩，再引入氩柱作为回流。

柱底富氧液体流从精馏柱排出，然后膨胀至一压力，在该压力下，此富氧液流的温度降底到柱顶高纯氩气的冷凝温度以下。然后此富氧液流通过与氩蒸气流的冷凝间接热交换而至少有一部分蒸发。然后，此富氧流其中至少有一部分是蒸发的引入一氮的气提柱，引入口的浓度可与富氧流的浓度相适应。用一气提气体将氮从引入气提柱的富氧流中气提出来，从而产生柱底的贫氮的氩-氧液体。此柱底氩-氧液体流从气提柱排去后，又引入氩柱进行分离。

调节气提柱在预定的压力范围内操作，使富氧流进口的压力不大于富氧流在膨胀后的压力。在柱顶的高纯氩蒸气流从氩柱中排去。

进一步还可以说，本发明提供了一种用于制备高纯氩的空气分离设备。在这样的设备中，有一个压缩空气的装置和一个与压缩装置相连用来纯化空气的装置。纯化装置又连接着一个冷却装置，用以冷却空气至适合精馏的温度。

蒸馏柱系统包括一个精馏柱，一个氩柱和一个氮的气提柱。精馏柱与冷却装置连接，它将空气液体精馏成柱底富氧液体和柱顶富氮蒸气。氩柱则将贫氮的氩-氧液体分离成柱底液体氧和柱顶高纯氩蒸气。一膨胀阀与精馏柱连接，用来使柱底富氧流膨胀到一压力，在该压力下，富氧流的温度降低到低柱顶高纯氩蒸气的冷凝温度以下。一个柱顶冷凝器与氩柱及膨胀阀相连接。此柱顶冷凝器是使柱顶高纯氩蒸气流与富氧流热交换而冷凝，富氧流因此有部分进行了蒸发，而冷凝的氩液流则回到氩作为回流。氮气提柱则是用一种气提气体将氮从富氧液体中气提出来，从而在柱底生成贫氮的氩-氧液体。

氮气提柱与柱顶冷凝器连接，使得富氧流在至少部分蒸发后能以具有可与富氧流相容的进口浓度流入气提柱。气提柱与氩柱之间有一连接装置，使氩-氧液体流入氩柱。有一调节装置与氮气提柱连接，以调节气提柱的操作压力范围，使富氧液体的进口压力不大于膨胀后的富氧流的压力。有一个装置连接于氩柱，它是用于形成由柱顶高纯氩蒸气组成的产品流（此产品可以是来自氩柱柱顶冷凝器的液体或直接来自氩柱的蒸气）。

如上所述，本发明中的柱子可以使用填料、筛板、或任何其它液-气物质传递的装置（可根据设计者的需要而选用），这是因为本发明的方法得以运行并不依赖于采用规整排列的填料。本发明却是使用一种按现有技术不会与氩柱相连的氮气提柱来代替低压柱。在现有技术中，氩柱操作压力范围必须低于低压柱的富氩流的排放压力。因为在本发明中，氩柱的进料是液体，因此可将氮气提柱的操作压力范围设置在氩柱进料口的压力或低于此压力，因为为了将液体料喂入氩柱，可以用泵或者更简单地将氮气提柱设置在足够高于氩柱的进料口位置而来提供进料的压头。应该注意的是，为了升高蒸气的压力，要将蒸气压缩。但对于含有氧的蒸气如富氧蒸气并不进行压缩，这是因为这类压缩机的费用较大以及其使用有危险性之故。

因为可以调节氮气提柱的操作压力范围使之低于氩柱的压力范围，因此氩柱就可以具有足够多的理论塔板数来促进其进料的氧分离而无需使用规整排列的填料。而且，因为氮气是从氮气提柱中的富氧液体中气提出来，所以由它所获得的氩柱的液体进料中氮的浓度非常低。因此，很高纯度的氩产品可直接从氩柱获得。

应该指出的是，此处及在下面权项中所讲的术语“柱”指的是一种柱子，其中上升的蒸气流通过传统的物质传递元件如盘、板、填料（随机填充的或规整排列的）。任何上述的组合或任何其它的液气物质装置与下降的液体流密切接触能进行热量传递和物质传递。而且，在此处和下面权项中所述的高纯氩产品所含的氧少于的1000ppm（体积），所含的氮少于约1000ppm（体积）。在下面将要讨论和表明，本发明的方法是可以制备出氧、氮杂质浓度更低的高纯氩产品。在此处和权项中所述的“贫氮”是指氮的浓度（体积）少于约30ppm。

虽然权项中的说明清楚地指出了专利申请人认为是实质性的内容，但是可以认为，与所附的图结合起来叙述，就可更好地理解本发明，这唯一的一张图示意地表示了本发明的空气深冷分离的设备和过程。

在图中，空气被压缩机10压缩，然后用纯化器12纯化，除去空气中的二氧化碳、水气和烃类。纯化器12可以是轮流工作的氧化铝或沸石分子筛的两个床，当一个床在使用时，另一个床则在再生。在压缩机的后面有一个后冷却器14，用于除去压缩的热量。后冷却器14可使用水或氢-氯-氟-碳作为冷却剂用来从压缩的空气流中除去热量。此后，通过一个采用板和翅状结构的主热交换器16将压缩空气冷却至适于精馏的温度，按常规是要冷却到其露点附近。这个主热交换器具有用数字18、20、22和24分别表示的第一、第二、第三和第四通道。空气通过通道18后，引入精馏柱26的底部。在精馏柱26中，在其顶部（用数字27表示）产生富氮蒸气，在其底部（用数字28表示）产生柱底富氧液体。柱顶富氮蒸气在冷凝后，其一部分以回流形式再次引入精馏柱26的顶部27，并还形成一股流32。

富氧液体流34从精馏柱26的底部排出，再在常规结构、（最好也是板和翅片型）的低温冷却器39中深度冷却。然后此富氧液体流分成第一支流和第二支流36和38。先且叙述第二支液38，此第二支流38在与其浓度相容的入口处哺喂入氮气提柱42。应该注意的是第二支流可先膨胀至一较低的压力或如图所示直接地闪蒸进入氮气提柱42。虽然未在图中表示，若氮气提柱是用一种填料柱的话，就需采用一闪蒸分离器，然后令气体和液体都进入气提柱。在气提柱42中，富氧液体就被一气提气体以后将会描述）气提出来，在气提柱42的底部44产生贫氮的氩-氧液体。高纯的氮气则在气提柱42的顶部（数字46表示）形成。

再将柱底氩-氧液体以液流48的形式喂入氩柱50。被引入氩柱50的此氩-氧液体，就部分地蒸发并且进行了分离，这样液体氧就收集于氩柱50的底部（用数字52表示），高纯的氩则聚集于氩柱50的顶部（用数字54表示）。蒸发的氩-氧然后以氩-氧蒸气流56的形式引入氮气提柱52的底部44作为气提气体。用一冷凝再沸器58使在柱底52收集的液体氧与氮气的冷凝进行热交换而变为蒸气。氧的蒸发引发了上升蒸气流的形成。该蒸气流的含氧量逐步地减小，直至在氩柱50的顶部54变成高纯的柱顶氩蒸气。

将柱顶氩蒸气冷凝并作为回流重新引入氩柱50的顶部54以引发下降液体流的形成，此液体流在氩柱50中下降时，其氩的含量就变得越来越少。氩蒸气的冷凝是使用柱顶冷凝器59，它也是采用常规的结构，与氩柱50连接，氩蒸气流60从氩柱排出后，在柱顶冷凝器中冷凝，然后冷凝的氩液体流62作为回流重新返回氩柱50。

在柱顶冷凝器中的这个冷凝作用是通过与第一支流36的热交换发生的，第一支流36在进入柱顶冷凝器59之前，通过一膨胀阀膨胀到一个压力，在该压力下富氧液体第一支流的温度与柱顶氩蒸气流60的冷凝温度相同，或低于该温度。第一支流36在柱顶冷凝器59中与氩蒸气的冷凝进行热交换而蒸发，然后引入氮气提柱42的合适位置，在该位置氧、氮和氩的浓度与进入的第一支流36的浓度相容。应该理解，根据方法的要求不同，这第一支流36可以是从精馏柱26中排出的唯一富氧流，并且在本发明一种可能用的过程中，这第一支流36可以只是部分蒸发的。

为了让第一和第二支流36和38能流入氮气提柱42，这个柱的这两个支流进口（数字64和66表示）处的压力必须不大于第一和第二支流36和48在其进入之前的压力。控制氮气提柱42压力范围的一个较佳的方法是调节用作气提气体的氩-氧蒸气流56在进入气提柱42的底部44时的压力。通过压力调节阀68实现这个压力调节，该阀可调节氩-氧蒸气流56的压力，因而也就调节了气提42的操作压力范围。

在本发明大多数可能的实施例中，氮气提柱42的操作压力范围实际上低于氩柱50。此处应该指出，氮气提柱42压力范围较低指的是氮气提柱42中的最高压力低于氩柱50中的最高压力。应指出的另一点是，在这些可能的实施例中，氩柱50的操作压力范围通常比精馏柱26低，这里讲的压力范围较低与氮气提柱42和氩柱50的比较在意义上是相同的。根据本发明，为了让氩-氧液体流48进入氩柱50，要对氩-氧液体流增加压头。较佳的简单方法是提高氮气提柱42的位置，由重力提供所需的压头。也可以泵送氩-氧流48来为它进入氩柱50增加压头。

将由柱顶高纯氩蒸气组成的氩产品流以液体流70的形式从柱顶冷凝器59排出。在这里以及在权项中“由高纯氩蒸气组成的产品流”指的是产品可以是氩的冷凝液或直接从氩柱50顶端排出的蒸气或这两者的组合。也可获得由从氩柱50排出的氧蒸气组成的氧气产品流72，它通过主热交换器16的通道24以便冷却进入的空气。这样获得的高纯氧的纯度约99.5%，甚至更高。要理解的是，在根据本发明的方法生产高纯氩产品的同时，也可以生产纯度较低的氧。产品氮气流74从氮气提柱42的顶部46排出，而且废弃氮气流76也从气提柱42顶部46以下的一个位置排出。气流74和76通过低温冷却器39，与富氧液体流34和富氮气流32进行间接的热交换将它们冷却。然后，气流74和76通过主热交换器16的通道20和22，再作为产品流和废气流流出空气分离设备。

为了维持图示的空气分离过程和设备的热量平衡，一个经部分冷却的辅助空气流78（称为“部分冷却”是因为这个气流是从主热量交换器16的冷端和热端之间引出的）通入一个涡轮膨胀机80。涡轮膨胀机80的排出气体则引入氮气提柱42的合适位置。可以理解的是，该排出气体可以仅部分地引入氮气提柱42。

如前所述，在图中所示的任一个柱子可以采用板或填料或两者的组合。在所说明的实施例中，精馏柱26采用板，氮气提柱42和氩柱50则采用填料。无论所使用的物质传送元件是哪一种，所示的设备都可以生产氧和氩的产品。应该注意的是，在本发明的空气分离过程和设备中，涡轮膨胀机80的排出气体可以返回主热交换器16产生深冷作用，而降低进入空气的焓。还应注意的是，规整排列的填料具有一个明显的优点，即其产生的压力降板要低，从而操作费用也较低。

下列两个实施例（以“实施例1”和“实施例2”表示）是设备运行的计算机模拟结果，显示了在氮气提柱42和氩柱50中使用规整排列的填料或筛板的功效情况。在实施例1中，精馏柱使用了40个板，操作时其效率约为100%，压力降约为0.04磅每平方英吋/板;氮气提柱42和氩柱50都是使用规整排列的填料（如Sulzer  Brothers  Limited  of  Winter，Switzerland制造的700Y）。在实施例2中，精馏柱使用了50个板，操作时其效率也约为100%，压力降约为0.04磅平方英吋/板，氮气提柱42和氩柱50也是使用板的。这些板操作时的效率为约70%，压力降为0.04磅每平方英寸/板。

实施例1：流量、温度、压力和组成表

流 流量 温度 压力 %N₂%Ar %O₂

千摩尔/  开氏温度  巴

小时

72主热交换  105  92.98  13.5  0  0.27  99.73

器16之前

70  4  89.09  1.23  0.1ppm  99.9992  8.3ppm

48  241.5  92.4  1.342  5ppb  7.9  92.1

56阀68前  132.5  92.4  1.342  5.5ppb  11.2  88.8

56阀68后  132.5  92.4  1.335  5.5ppb  11.2  88.8

32(深度冷却  208.4  81  5.25  99.97  0.03  1ppm

后)

74气提柱  42  260.5  79.5  1.3  99.985  0.015  0.3ppm

的顶部

34(深度冷却  241.6  96  5.36  59.26  1.71  39.03

后)

38  99.5  96  5.36  59.26  1.71  39.03

36蒸发后  142.1  87.03  1.35  59.26  1.71  39.03

76氮气提柱  130.5  79.55  1.303  99.7  0.3  19ppm

42的顶部

10压缩前  500  298  1  78.113  0.931  20.956

10压缩后  500  293  5.8  78.113  0.931  20.956

78膨胀后  50  100.84  1.35  78.113  0.931  20.956

74通过热交  260.5  97.51  1.2  99.985  0.015  0.3ppm

换器38后

74通过主热  260.5  291.37  1.1  99.985  0.015  0.3ppm

交换器16后

76通过热交  130.5  97.51  1.2  99.7  0.3  19ppm

换器38后

76通过主热  130.5  291.37  1.1  99.7  0.3  19ppm

交换器16后

72通过主热  104.54  291.37  1.25  0  0.27  99.73

交换器16后

在上述的实施例中，氮气提柱42具有约60个理论塔板。气流76在第6个理论塔板排出，先通过热交换器39，再通过主热交换器16。气流76可以作为废气排出，或用于纯化器12的再生。气流74在第1个理论塔板排出，先通过热交换器39，再通过主热交换器16。气流74可以作为废气排出，或作为产品取出，或分流为这两种形式。富氧液体流34（在深度冷却之后）分成液流36和38。液流38在氮气提柱42的第26个理论塔板处闪蒸进入该柱子。液流36通过阀64膨胀后，在氩柱冷凝器59中蒸发。蒸发后的气流36在氮气提柱的第30个理论塔板处进入该柱子。氩柱约有220个塔板，其中195个是起精馏作用的，25个是起气提作用的。氩-氧流48从氮气提柱42的底部排出，进入氩柱50的第195个理论塔板。气流56从氩柱50中排出，经阀68降低压力，然后喂入氮气提柱42的底部。氩产品的生产流量为4千摩尔/小时，其氮的浓度为0.1ppm，氧的浓度为8.3ppm，其余均为氩。

流 流量 温度 压力 %N₂%Ar %O₂

千摩尔/  开氏温度  巴

小时

72主热交换  105.5  97.6  2.08  0  0.5  99.5

器16之前

70  3.3  88.4  1.15  0.3ppm  99.999  9.3ppm

48  222.15  94  1.56  10ppb  7.6  92.4

56阀68前  113.35  96  1.88  12ppb  11.6  88.4

56阀68后  113.35  94  1.56  12ppb  11.6  88.4

32(深度冷却  197.7  81  7.34  99.94  0.06  1ppm

后)

74气提柱  42  261.5  79.5  1.3  99.97  0.03  1.3ppm

的顶部

34(深度冷却  252.3  101  7.45  61.01  1.62  37.37

后)

38  99.5  101  7.45  61.01  1.62  37.37

36蒸发后  142.1  87.35  1.43  61.01  1.62  37.37

76氮气提柱  130  79.73  1.32  99.35  0.62  270ppm

42的顶部

10压缩前  500  298  1  78.113  0.931  20.956

10压缩后  500  293  7.9  78.113  0.931  20.956

78膨胀后  50  123.9  1.43  78.113  0.931  20.956

74通过热交  261.5  101.4  1.2  99.97  0.03  1.3ppm

换器38后

74通过主热  261.5  289.6  1.1  99.97  0.03  1.3ppm

交换器16后

76通过热交  130  101.4  1.2  99.35  0.62  270ppm

换器38后

76通过主热  130  289.6  1.1  99.35  0.62  270ppm

交换器16后

72通过主热  105.5  289.6  1.976  0  0.5  99.5

交换器16后

在上述的实施例2中，氮气提柱42具有约65个理论塔板。气流76在第6个理论塔板排出，先通过热交换器39，再通过主热交换器16。气流76可以作为废气排出，或用于纯化器12的再生。气流74在第1个理论塔板排出，先通过热交换器39，再通过主热交换器16。气流74可以作为废气排出，或作为产品取出，或分流为这两种形式。富氧液体流34（深度冷却之后）分成液流36和38。液流38在氮气提柱42的第26个理论塔板处闪蒸进入该柱子。液流36通过阀64膨胀后，在氩柱冷凝器59中蒸发。蒸发后的气流36在氮气提柱的第30个理论塔板处进入该柱子。氩柱50约有220个塔板，其中185个是精馏的，而35个是气提的。氩-氧流48从氮气提柱42的底部排出，进入氩柱50的第185个理论塔板。气流56从氮气提柱42的底部。氩产品的生产流量为3.3千摩尔/小时，含氮量为0.3ppm，含氧量为9.3ppm，其余为氩。

虽然结合了较佳的实施例对本发明在上面进行了描述，但是本技术领域的人员仍可对本发明进行各种添加、改变和省略，只要不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1、一种生产高纯氩的空气深冷分离方法，其特征在于包括下列过程：

将空气压缩和纯化；

将压缩和纯化后的空气冷却至一合适的精馏温度；

在精馏柱中精馏此空气，从而在精馏柱中产生柱底富氧液体和柱顶富氮蒸气，

在氩柱中对贫氮的氩-氧液体进行分离过程，生成柱底液体氧和柱顶高纯氩蒸气；

从氩柱中排出由柱顶高纯氩蒸气组成的氩蒸气流，用间接热交换使之冷凝，然后再重新引入氩柱作为回流；

从精馏柱中排出由柱底富氧液体组成的富氧流，令其膨胀至一压力，在该压力下富氧液体的温度不高于柱顶高纯氩蒸气的冷凝温度，然后通过与氩蒸气流的冷凝进行间接热交换，其本身至少部分地蒸发，然后再被引入氮气提柱，该柱进入口位置处的浓度与富氧流的浓度相容；

用一气提气体将氮气从被引入氮气提柱中的富氧流中气提出来，从而在柱底产生贫氮的氩-氧液体；

将由柱底氩-氧液体组成的氩-氧液体流从氮气提柱中排出，引入氩柱进行分离与部分蒸发，从而产生气提气体；

将气体气体从氩柱中排去，引入氮气提柱；

通过调节气提气体进入氮气提柱时的压力以调节氮气提柱在一预定的压力范围操作，从而使富氧流的进口压力不大于膨胀后的富氧流的压力，使得富氧流能流入氮气提柱，并且使氩柱的操作压力范围高于氮气提柱的预定压力范围，从而使气提气体能在两者之间的压力差的作用下流入氮气提柱；

升高氩-氧流的压头使它能流入氩柱；

将由柱顶氩蒸气组成的产品流从氩柱排出。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于精馏柱的柱顶富氮蒸气与氩柱的柱底液体氧的蒸发进行热交换，其本身冷凝成液体氮，此液体氮的一部分返回精馏柱作为液氮回流，并且还形成一个回流而被引入氮气提柱。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

将产品氮气流和废弃氮气流从氮气提柱排去;

将产品氧气流从氩柱除去;

通过与产品氮气流和废弃氮气流进行间接热交换来冷却回流和富氧流，而两个氮气流则温度有所提高;

产品氧气流、产品氮气流和废弃氮气流在进行了上述的与回流和富氧流的间接热交换之后，又使其温度有充分地提高。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于将空气作为一股空气流先行冷却，然后为了保持过程的热量平衡，当这股空气流部分地冷却之后，从它引出一支辅助空气流，令这辅助空气流膨胀作功，然后将辅助空气流的全部或一部分引入氮气提柱。

5、一种空气深冷分离的设备，其特征在于它包括：

用于压缩空气的压缩装置;

与压缩装置相连接用于纯化空气的纯化装置;

与纯化装置相连用于冷却空气至一适合精馏的温度的冷却装置;和

一个蒸馏柱系统，包括

一个连接于冷却装置的精馏柱，它是用来对空气进行精馏，从而在其中产生柱底富氧液体和柱顶富氮蒸气;

一个氩柱，用来将贫氮的氩-氧液体分离成柱底液氧和柱顶高纯氩蒸气;

一个与精馏柱相连的膨胀阀，用来将由柱底富氧液体组成的富氧流膨胀到一压力，在该压力下富氧流的温度下降至不高于柱顶高纯氩蒸气的冷凝温度;

一种与氩柱和膨胀阀相连的柱顶冷凝器，用来使由柱顶高纯氩蒸气组成的氩气流通过与富氧流进行间接热交换而冷凝结果令富氧流至少部分地蒸发为蒸气，而冷凝成的液氩流返回进氩柱作为回流;

一个氮气提柱，在其此柱中用一种气提气体将氮从富氧流中气提出来，从而产生贫氮的氩-氧液体作为柱底残液，此氮气提柱与柱顶冷凝器相连，在此冷凝器中富氧流至少部分地蒸发，然后在一个入口流入氮气提柱，柱的流入口处的浓度与富氧流相容;

将氮气提柱与氩柱连接的装置，使得氩-氧液体流能流入氩柱并且部分地蒸发产生气提气体;

与氮气提柱相连的氩柱，使得气提气体从氩柱流入氮气提柱;

在氩柱和氮气提柱之间的一个减压阀，用来降低进入氮气提柱的气提气体的压力，从而调节氮气提柱的操作压力范围，使得气提柱的富氧流进口处的压力不大于膨胀后的富氧流的压力，从而使富氧流能流入氮气提柱，并且氩柱的操作压力范围高于氮气提柱的压力范围，从而使气提气体能在二个柱之间的压力差的作用下流入氮气提柱;

与氩柱相连的装置，用于由柱顶高纯氩蒸气形成产品流。

6、如权利要求5所述的设备，其特征在于：

氮气提柱和氩柱的连接装置包括一根将氩-氧流从氮气提柱引入氩柱的管道和一个将氮气提柱提升到相对于氩柱足够高位置的架子，后者是为了使氩-氧流有足够的压头能流入氩柱。

7、如权利要求5或6所述的设备，其特征在于：

精馏柱和氩柱之间藉一个冷凝再沸器相连，构成热交换关系，该冷凝再沸器使精馏柱的柱顶富氧蒸气冷凝成液体氮，而同时使氩柱的柱底液体氧蒸发;

该设备还包括一个将冷凝再沸器连接于氮气提柱的管道，使液氮流引入氮气提柱作为回流。

8、如权利要求7所述的设备，其特征在于：

此设备还包括连接于氮气提柱和精馏柱的低温冷却装置，用于使液氮流与富氧流冷却，同时使产品氮气流和废弃氮气流温热起来;

该冷却装置包括一个主热交换器，它包括4个通道：第一通道连接纯化装置和精馏柱，空气在进入精馏柱前先通过此第一通道进行冷却;第二通道与氩柱连通，使得高纯的产品氧气流因空气的冷却而温热起来;第三和第四通道则是与低温冷却装置连通，使得产品氮气流和废弃氮气流在变得温热之后，因空气的冷却而充分地温热起来。

9、如权利要求8所述的设备，其特征在于还包括一个连接于氮气提柱和主热交换器的第一通道之间的涡轮膨胀机，用于使部分冷却的空气流在涡轮膨胀机中膨胀，然后，引入氮气提柱以维持设备的热量平衡。