CN112955707A - 用于低温分离空气的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于低温分离空气的方法，其中空气分离设备用于低温分离空气的方法，其中使用具有第一精馏塔(11)和第二精馏塔(12)的空气分离设备(100–3100)，其中使得所述第一精馏塔(11)以第一压力水平运行，并且使得所述第二精馏塔(12)以低于所述第一压力水平的第二压力水平运行，以一股或多股第一物质流的形式从所述第一精馏塔(11)抽取与大气空气相比富集氧的流体，在换热器(2)中加热以所述一股或多股第一物质流的形式取自所述第一精馏塔(11)的所述流体的至少一部分，使用压缩机(5)压缩在所述换热器(2)中加热的所述流体的一部分，并且送回到所述第一精馏塔(11)中，在所述换热器(2)中冷凝所述第一精馏塔(11)的塔顶气的第一部分，并且以至少一种富氮空气产物的形式从所述空气分离设备(100，3100)排出第二部分，从所述第一精馏塔(11)抽取含有氧、氮和氩的另外的流体并且用作第二物质流或者用来形成第二物质流，将所述第二物质流转移到所述第二精馏塔(12)中，并且在所述第二精馏塔(12)的塔底中形成富氧塔底液并且以第三物质流的形式从所述空气分离设备(100，200)排出至少一部分，设置为：使用第三精馏塔(13)，其中所述第二精馏塔(12)和所述第三精馏塔(13)被设计成双塔的一部分，所述第三精馏塔(13)布置于所述第二精馏塔(12)下方，并且给所述第三精馏塔(14)供应空气。本发明还涉及一种对应的设备(100–3100)。

Description

用于低温分离空气的方法和设备

本发明涉及一种用于低温分离空气的方法和一种根据独立权利要求的前序部分所述的对应的设备。

背景技术

通过在空气分离设备中低温分离空气来生产液态或气态空气产品是已知的并且例如在Wiley-VCH出版公司2006年由H.-W.

编辑出版的“Industrial GasesProcessing”一书中，特别地在章节2.2.5“Cryogenic Rectification”中进行了描述。

空气分离设备具有精馏塔系统，这些精馏塔系统通常可例如被设计为双塔系统，特别地为典型的林德双塔系统，但也可被设计成三塔或多塔系统。除了用于提取液态和/或气态的氮和/或氧的精馏塔，即用于氮氧分离的精馏塔外，还可设置用于提取其他空气组分，特别地氪、氙和/或氩的精馏塔。经常将“精馏”和“蒸馏”以及“柱”和“塔”这些术语或者由此组成的术语作为同义词使用。

使得所述精馏塔系统的精馏塔以不同的压力水平运行。已知的双塔系统具有所谓的高压塔(也被称为压力塔、中压塔或下塔)和所谓的低压塔(也被称为上塔)。典型地使得高压塔以4至7bar的压力水平运行，特别地约5.3bar。典型地使得低压塔以1至2bar的压力水平运行，特别地约1.4bar。在某些情况下，在两个精馏塔中也可使用更高的压力水平。此处和下文说明的压力为各自给定的塔的顶部处的绝对压力。

已知现有技术中有所谓的SPECTRA方法，用来提供压缩氮作为主要产物。以下还将对此进行详细解释。本发明以实施方式解决这样的任务：主要在能耗和收率方面改善此类SPEC+TRA方法。本发明的任务的重点特别地还在于提供一种方法和一种空气分离设备，借助于该方法或空气分离设备，除了能够以明显高于大气压的压力水平提供更多的高纯气态氮之外，也能以有利的方式提供另外的氮产物和/或氩。

发明内容

在此背景下，本发明提出具有独立权利要求的特征的一种用于低温分离空气的方法和一种对应的设备。优选的实施方案是各从属权利要求以及后面的说明的对象。

在解释本发明的特征和优点之前，先对本发明的一些基本原理进行进一步的解释，并对下面所用的术语进行定义。

在空气分离设备中使用的装置在引用的专业文献，例如

(见上文)的书中的章节2.2.5.6“Apparatus”中进行了描述。因此，除非下文的定义与之有偏差，否则本申请的上下文中的用语明确参照所引用的专业文献。

在本文使用的语言中，流体和气体可富含或缺乏一种或多种成分，其中“富含”可表示在摩尔、重量或体积基础上的至少75％、90％、95％、99％、99.5％、99.9％或99.99％的含量，而“缺乏”可表示最多25％、10％、5％、1％、0.1％或0.01％的含量。“大部分”这一术语可对应于“富含”这一定义。此外，液体和气体可富集或贫化一种或多种成分，其中这些术语以初始液体或初始气体中的含量为准，即液体或气体是从该初始液体或初始气体中提取而来的。如果液体或气体相对于初始液体或初始气体含有至少1.1倍、1.5倍、2倍、5倍、10倍、100倍或1,000倍的对应成分的含量，则为“富集”，而如果液体或气体含有最多0.9倍、0.5倍、0.1倍、0.01倍或0.001倍的对应成分的含量，则为“贫化”。如果在此例如提及“氧”、“氮”或“氩”，则也应将其理解为富含氧或氮，但不一定完全由这些物质组成的液体或气体。

本申请书使用“压力水平”和“温度水平”这两个术语来表征压力和温度，由此表示不必为了实现本发明的理念而在对应设备中使用以精确的压力或温度值的形式的相应压力和温度。然而，此类压力和温度典型地在一定的范围内移动，该范围例如为平均值±1％、5％、10％或20％。在此，对应的压力水平和温度水平可在不相交的范围内，或者在相互重叠的范围内。特别地，例如压力水平包括不可避免的或预期的压力损失。对应的内容适用于温度水平。此处单位为bar的压力水平为绝对压力。

如果这里谈及“膨胀机”，可理解为典型地众所周知的涡轮膨胀机。这些膨胀机特别地也可与压缩机耦合。这些压缩机特别地可为涡轮压缩机。典型地也将涡轮膨胀机和涡轮压缩机构成的对应的组合称作“涡轮增压机”。在涡轮增压机中，涡轮膨胀机和涡轮压缩机机械耦合，其中能够以相同转速(例如经由共同的轴)或者以不同转速(例如经由合适的传动齿轮)实现所述的耦合。这里一般使用术语“压缩机”。“冷压缩机”在此表示这样的压缩机，即以明显低于0℃，特别地低于–50、–75或–100℃并且达到–150或–200℃的温度水平将流体流供应给该压缩机。特别地借助于主换热器(见下文)将对应的流体流冷却到对应的温度水平。

“主空气压缩机”的特征在于：通过该主空气压缩机压缩所有供应给空气分离设备并且在那里分离的空气。与之相反，在一个或多个可选地设置的另外的压缩机中，例如在增压机中，仅在每种情况下对之前已在主空气压缩机中压缩的空气的一部分继续进行压缩。对应地，空气分离设备的“主换热器”是指这样的换热器，即在该换热器中至少冷却供应给空气分离设备并且在那里分离的空气的主要部分。至少在相对于从空气分离设备排出的物质流的逆流中进行该操作。在这里使用的语言中，从空气分离设备“排出的”物质流或者“产物”是不再参与设备内部循环，而是持续从中抽取的流体。

在本发明的上下文中使用的“换热器”可采用专业上常见的方式设计。换热器用于在例如彼此逆流输运的至少两股流体流之间间接传热，例如在一股热压缩空气流和一股或多股冷流体流之间，或者在一股深冷的液态空气产物和一股或多股热或较热的流体流之间，但在适当时也可在深冷的流体流之间。换热器可由单个或多个并联和/或者串联的换热器分段构成，例如由一个或多个板式换热器模块构成。换热器例如为板式换热器(英文：Plate Fin Heat Exchanger)。此类换热器具有“通道”，这些通道被设计成具有换热面的彼此分开的流道，平行并且通过其他通道分开地合并成“通道组”。换热器的特征就是在其中在某个时刻在两个移动介质之间，即至少一个待冷却的和至少一个待加热的流体流之间交换热量。

“冷凝器蒸发器”指的是将第一冷凝流体流与第二蒸发流体流在其中间接换热的换热器。每个冷凝器蒸发器具有液化室和蒸发室。液化室和蒸发室具有液化通道以及蒸发通道。在液化室中使得第一流体流冷凝(液化)，在蒸发室中使得第二流体流蒸发。通过相互间存在换热关系的通道组形成蒸发室和液化室。

“上部”、“下部”、“上方”、“下方”、“在…之上”、“在…之下”、“在…旁边”、“并排”、“垂直”、“水平”等相对的空间概念在此涉及空气分离设备的蒸馏塔在正常运行中的空间取向。两个精馏塔或其他组件“上下重叠”的布置在此应理解为，两个设备部件中下方的那个的上端与两个设备部件中上方的那个的下端相比处于较低或相同的测地学高度，并且两个设备部件的投影在水平面上重合。特别地，两个设备部件精确地上下重叠布置，也就是说，两个设备部件的轴线在同一垂直直线上延伸。然而，两个设备部件的轴线不必精确地上下垂直，而是也可相互偏移，特别地当两个设备部件中的一个，例如精馏塔或直径较小的塔段，与另一个具有较大直径的塔段具有与冷箱的钢板外壳相同的距离。

本发明包括根据所谓的SPECTRA方法对空气进行低温分离，正如EP2 789 958A1和那里引用的其他专利文献中所述的那样。这里最简单的实施方式是单塔方法。此类方法使得高氮收率成为可能。这里通过冷凝该精馏塔的塔顶气，更准确地说冷凝该塔顶气的一部分，在换热器中提供回流送往最简单情况下唯一的精馏塔。在换热器中将取自同一个精馏塔的流体用于冷却。可提供另外的塔顶气作为方法或设备的富氮产物。

借助于冷压缩机对流体的一部分进行压缩，该部分是用来冷凝以这种方式处理后的塔顶气部分的，并且送回到同一个精馏塔中。通过SPECTRA方法可达到非常有利的空气系数，就是说每使用一定量的空气就能获得大量产物。以下将首先详细解释一种对应的方法。术语“SPECTRA方法”在此涉及所述的用来提取氮的单塔方法，或者一种改进后的单塔方法，在其中正如下面解释的那样将另外的精馏塔用于提取氧。

与其他低温分离空气的方法一样，在SPECTRA方法中也将经过压缩并且初步净化的空气冷却到适合于精馏的温度。这样可将其部分液化。然后将空气送入到刚才提及的精馏塔中，在那里如同开头所解释的那样，在高压塔的典型压力下进行精馏，获得已提及的与大气相比富集氮的塔顶气和与大气相比富集氧的塔底液。

在SPECTRA方法中因而将上述精馏塔用于空气分离设备中，一方面在其中形成与大气相比富集氮的气态塔顶产物，另一方面形成与大气相比富集氧的液态塔底产物。术语“塔顶产物”和“塔顶气”以及“塔底产物”和“塔底液”在这里各自作为同义词使用。

使用来自同一个精馏塔的膨胀流体，以解释过的方式将其塔顶气液化或部分液化，并且随后至少部分送回到同一个精馏塔，在这里将这种精馏塔称作“第一”精馏塔。如前所述，在已知的SPECTRA方法中，这也可为唯一的精馏塔。然而在本发明的上下文中，情况并非这样。

以一股或多股物质流的形式从第一精馏塔提取流体，将该流体用来冷凝第一精馏塔的塔顶气的以这种方式处理的部分，并且该流体特别地可为与大气相比富集氧的低温液体。在换热器中至少部分加热该流体，将该换热器用来冷凝第一精馏塔的塔顶气的以这种方式处理的部分。

以下将这种或这些物质流称作“第一”物质流。可引导流体仅仅以一股第一物质流的形式，或者以两股或多股分开的第一物质流的形式通过换热器。例如可首先从精馏塔提取一股物质流，接着将其分流，或者从精馏塔彼此独立提取两股已经分开的，特别地具有不同氧含量的第一物质流。

在SPECTRA方法中，如同样已经提及的那样，并且这里再次用其他言辞表达，对于以一股或多股第一物质流形式取自第一精馏塔并且在换热器中加热的流体，在一个或多个压缩机中压缩第一部分，并且在压缩之后重新送回到第一精馏塔中。

在SPECTRA方法中，对于以一股或多股第一物质流形式取自第一精馏塔并且在换热器中加热的流体，可使用一个或多个膨胀机将第二部分膨胀，并且特别地作为所谓的剩余气体混合物从空气分离设备中输出。

以一股或多股第一物质流形取自精馏塔的流体的第一和第二部分，也就是压缩部分和膨胀部分，又可为两股第一物质流，如前面解释过的那样，这两股第一物质流是已经从第一精馏塔单独排出的。但也可为仅仅一股取自第一精馏塔的第一物质流的部分。还可引导第一和第二部分共同通过换热器，然后再分成第一和第二部分。

特别地可使用与一个或多个膨胀机耦合的一个或多个压缩机，来压缩以一股或多股第一物质流形式取自第一精馏塔的流体的所述第一部分。在一台或多台膨胀机中特别地可使得以一股或多股第一物质流形式取自第一精馏塔的流体的所述第二部分膨胀。但是应理解的是，也可在对应耦合的单元中仅仅使得第一或第二部分的一部分压缩或膨胀。如果存在没有与对应的压缩机耦合的膨胀机，特别地可对其进行机械制动和/或者再生制动。即使与压缩机耦合的膨胀机，也能进行制动。

例如可在此使用与两个并行布置的膨胀机中的一个耦合的压缩机。如果仅使用一个膨胀机，则压缩机可与其耦合。以下使用的表述只是为了简明起见，根据这种表述，“一个”压缩机与“一个”膨胀机耦合，但并不排除使用任意相互耦合的多个压缩机和/或膨胀机。然而不必，特别地不必仅仅借助于一个或多个所述的膨胀机来驱动所述的压缩机。相反，压缩机也不必吸收膨胀过程中释放的所有功。也正如以下举例说明的那样，例如还可使用电机进行辅助驱动或专用驱动，或者可在膨胀机和压缩机之间加入制动器。

该一个或多个压缩机为一个或多个冷压缩机，因为尽管有这种加热且在适当时随后还会进一步加热，仍然以对应低的温度水平将以一股或多股第一物质流形式取自精馏塔并且在换热器中加热的流体的第一部分供应给该冷压缩机。

也可放弃进行对应的膨胀，而不是像解释过的那样使得以一股或多股第一物质流形式取自精馏塔并且在换热器中加热的流体的第二部分膨胀，也不是像所述的那样从空气分离设备将其排出，并且/或者可将所述第二部分在有或者没有膨胀的情况下送入另外一个或多个精馏塔中，正如以下还将解释的那样。

在SPECTRA方法的一种更具体的实施例中，可从第一精馏塔以具有第一氧含量的液态物质流和具有较高第二氧含量的液态物质流形式抽取两股第一物质流。可从第一精馏塔从隔板或者从液体截留装置抽出具有第一(较低)氧含量的第一物质流。特别地可使用第一精馏塔的液态塔底产物的至少一部分来形成具有第二(较高)氧含量的第二物质流。

具有第一(较低)氧含量的第一物质流特别地可形成之前解释过的，以一股或多股第一物质流形式取自第一精馏塔并且在换热器中加热的流体的第一部分，将该换热器用来冷凝第一精馏塔的塔顶气的以这种方式处理的部分。因此，具有第一(较低)氧含量的第一物质流可因而形成那个第一部分，使得该第一部分在使用之后在一个或多个压缩机中压缩，并且然后将该第一部分送回到第一精馏塔中。

与此相反，具有第二(较高)氧含量的第一物质流特别地可形成之前解释过的，以一股或多股第一物质流形式取自第一精馏塔并且在换热器中加热的流体的第二部分，将该换热器用来冷凝第一精馏塔的塔顶气的以这种方式处理的部分。因此，具有第二(较高)氧含量的第一物质流可因而形成那个第二部分，使得该第二部分在使用之后在一个或多个压缩机中压缩，并且然后将该第二部分送回到第一精馏塔中。

在所述的SPECTRA方法中，还可使用以开头解释过的典型的低压塔的压力水平运行的氧塔来提取纯氧或高纯氧。以下也将对应的氧塔称作“第二”精馏塔。

从第一精馏塔将另外的流体送入到此类第二精馏塔中。这另外的流体包含氧、氩和氮，并且以(至少)另外的物质流的形式(以下称作“第二”物质流)从第一精馏塔液态地抽出。在刚才解释的具有不同氧含量的两股“第一”物质流的实施例中，特别地在具有第一(较低)氧含量的第一物质流上方抽出第二物质流。

SPECTRA方法本来是为了以第一精馏塔的压力水平提供气态氮，而在对应的方法中使用解释过的类型的氧塔使得额外提取纯氧成为可能。

本发明的优点

本发明基于这样的认识：可特别有利地修改之前解释过的类型的方法，方式就是将刚才解释的氧塔，也就是在修改后的SPECTRA方法中使用的第二精馏塔设计成双塔的一部分，该双塔除了第二精馏塔之外还包括第三精馏塔，该第三精馏塔作为双塔的一部分布置于第二精馏塔下方并且给该第三精馏塔供应另外的空气。因此，本发明设置为：在SPECTRA方法中不仅将空气送入到第一个塔中，而且也送入到第三个塔中。

总之，本发明在此以专利权利要求的用语提供一种低温分离空气的方法，在该方法中使用具有第一精馏塔和第二精馏塔的空气分离设备。在此，使得所述第一精馏塔以第一压力水平运行，并且使得第二精馏塔以低于第一压力水平的第二压力水平运行。

此类第一和第二压力水平为在传统空气分离设备，特别地在提取氧的SPECTRA设备中使用的典型的压力水平。第一压力水平特别地可为7至12bar，第二压力水平特别地可为1.2至5bar。第二压力水平通常也可为1至4bar。这些压力水平各自为相应的精馏塔塔顶处的绝对压力。第一精馏塔和第二精馏塔特别地可并排布置，并且典型地彼此不以双塔形式合并，其中所谓“双塔”在这里一般理解为由两个精馏塔形成的分离装置，该分离装置被设计成结构单元，在其中两个精馏塔的塔壳不用管道，就是说直接彼此相连，特别地焊接在一起。然而在此单凭这种直接的连接还不能建立流体连接。

前面就已参考SPECTRA方法详细描述了在本发明的上下文中使用的第一精馏塔和在本发明的上下文中使用的第二精馏塔。该第二精馏塔特别地可为氧塔。

在此将经过压缩然后冷却的大气空气供应给第一精馏塔。特别地可以多股物质流的形式将对应的空气供应给第一精馏塔，该物质流可经过不同处理，在适当时可预先引导其通过另外的装置。特别地可以液化的分流和未液化的分流的形式送入被送入到第一精馏塔中的空气。以下还将详细解释特别地可在本发明的上下文中使用的送入空气的其他实施方式。与此相反，典型地不将空气供应给第二精馏塔；一般来说，典型地不将物质流供应给第二精馏塔，该物质流之前并非从另一个精馏塔抽出，或者由此类物质流形成。

与之前已经比较详细地解释过的那样，以一股或多股第一物质流的形式从第一精馏塔抽取与大气相比富集氧的流体。与之前关于SPECTRA方法的更具体的实施例所解释的那样，这里特别地可为具有不同氧含量的两股第一物质流。因此明确提示参考以上比较详细的解释。

在本发明的上下文中，在换热器中加热以一股或多股第一物质流形式取自第一精馏塔的流体的至少一部分，并且反之，在本发明的上下文中，使用压缩机压缩其中的一部分，也就是在换热器中加热(并且之前以一股或多股第一物质流形式取自第一精馏塔)的流体(之前被称作“第一部分”)的一部分，并且将其送回第一精馏塔中。就此而言，特别地也可如所述的那样使用多个压缩机。特别地以送回到第一精馏塔的塔底区域中的方式送回到第一精馏塔中。

使用换热器来冷却和冷凝或部分冷凝第一精馏塔的塔顶气，将该塔顶气至少一部分作为回流送回到第一精馏塔。就此而言，在换热器中(部分)冷凝第一精馏塔的塔顶气的第一部分(并且反之将其中至少一部分作为回流送回到第一精馏塔)。从方法或设备中排出塔顶气的第二部分作为至少一种富氮的空气产物。

由第一精馏塔的塔顶气构成的这至少一种空气产物具有一定的剩余氧含量，该剩余氧含量特别地可为0.001至10ppm。例如可以所述的第一压力水平未液化地提供对应的塔顶气作为气态氮产物。这种氮产物是所提供的方法的主产物。特别地可在空气分离设备的主换热器中将该主产物加热到环境温度，接着以第一压力水平提供。但是也可提供塔顶气的一部分作为方法或设备的液态氮产物，特别地在与另一部分逆流过冷之后，在之后特别地将该另一部分丢弃掉。

如已经解释过的那样，在本发明的上下文中除了未液化的塔顶气作为主产物之外，也提供氧，特别地高纯氧作为空气产物。在实施方式中也可提供氩作为方法的产物。

在本发明的上下文中，可使得在换热器中加热(和之前以一股或多股第一物质流形式取自第一精馏塔)的流体的另一部分(之前被称作“第二部分”)以解释过的方式膨胀，并且例如从空气分离设备排出。关于更多详细说明，明确提示参考以上的解释。这里使用的一个或多个膨胀机特别地可在此与上面所述的压缩机耦合。就此而言，也提示参考以上解释。

应理解的是，如果这里谈及用来冷却或(部分)冷凝第一精馏塔的塔顶气的第一部分的换热器，那么该换热器有别于空气分离设备的主换热器，并且特别地被实施成单独的结构单元。如前所述，空气分离设备的主换热器的特征特别地在于：通过该主换热器冷却所有或至少大部分供应给空气分离设备的空气。而在冷却或(部分)冷凝第一精馏塔的塔顶气的第一部分并且引导第一物质流至少部分通过的换热器中，情况并非这样。

本发明所提供的方法如前所述为额外生产氧的SPECTRA方法。因此在该方法中从第一精馏塔抽取包含氧、氮和氩的另外的流体。将这种另外的流体用作第二物质流或者用来形成第二物质流，将该第二物质流转移到第二精馏塔中。在第二精馏塔的塔底中形成富氧的塔底液，并且以第三物质流的形式从第二精馏塔或者说从空气分离设备总体排出至少一部分。这种富氧液体特别地具有一定的剩余氮含量，以下还将对此详细解释。

另外的流体的氩含量特别地为2至4摩尔百分比，其氧含量特别地为10至30摩尔百分比，该另外的流体取自第一精馏塔并且用作第二物质流或者用来形成第二物质流，将该第二物质流转移到第二精馏塔中。该流体的氩含量在此特别地取决于从第一精馏塔抽出的高度，因此要以合适的方式选择。该流体和第二物质流的抽取高度典型地如前所述高于以一股或多股第一物质流形式从第一精馏塔输出的流体的抽取高度。位于对应的抽取点之间的第一精馏塔分离板特别地还阻止碳氢化合物。因此也要从这方面的角度有利地选择这些抽取高度，以使所提取的氧产物具有与碳氢化合物有关的所需纯度。

正如以下还将详细解释的那样，并且之前已经简要提及的那样，在本发明的上下文中使用一种双塔系统，其上部构成第二精馏塔，并且其下部在这里也被称作“第三”精馏塔。在这种情况下，例如也可首先将取自第一精馏塔的另外流体送入到这个第三精馏塔中。然而在这种情况下，直接在进入第三精馏塔的进料点下方重新从第三精馏塔抽出液体并且送入到第二精馏塔中。就是说，这里在一定程度上“绕道”第三精馏塔将第二物质流或对应的流体送入到第二精馏塔中。但是从第一精馏塔抽取含有氧、氮和氩的流体并且将其用来“形成”第二物质流的陈述也包括这样的情况。但是第二物质流也可为直接(就是说不绕道另一个精馏塔)转移到第二精馏塔中的物质流，在这种情况下，在这里的用语中使用来自第一精馏塔的流体“作为”第二物质流。

可在第一和第二精馏塔之间任意另外交换流体，特别地为了达成液体平衡。本发明不受这些措施的限制。

如前所述，根据本发明使用第三精馏塔，其中第二精馏塔和第三精馏塔被设计成双塔的一部分，其中第三精馏塔以解释过的方式布置于第二精馏塔下方，并且给第三精馏塔供应空气。关于术语“双塔”应参考以上的解释。

在此特别地使得第三精馏塔以第一和第二压力水平之间的某个压力水平运行，也就是在使得第一和第二精馏塔运行的压力水平之间的某个压力水平。该压力水平特别地为4至7bar，特别地约为5.5bar绝对压力。将之前经过压缩和冷却的空气供应给第三精馏塔，并且特别地可借助于另外的膨胀机将空气膨胀到使得第三精馏塔运行的压力水平。因此，供应给第三精馏塔的空气包括经过压缩和冷却的空气，使用膨胀机使该经过压缩和冷却的空气膨胀。

在本发明所述的方法中，可使得第二精馏塔利用冷凝器蒸发器运行，该冷凝器蒸发器布置于第二精馏塔的塔底区域中，并且使用取自和/或供应给第三精馏塔的流体加热该冷凝器蒸发器。以这种方式可实现能量特别高效的方法。

在布置于第二精馏塔的塔底区域中的冷凝器蒸发器中，特别地可在此使得在适当时利用膨胀机使其膨胀并且供应给第三精馏塔的空气至少部分液化，并且作为液态回流送回给第三精馏塔。

在可布置于第二精馏塔的塔底区域中的冷凝器蒸发器中，也可将第三精馏塔的塔顶气至少部分液化，并且作为回流送回到第二或第三精馏塔。换句话说，可使用第三精馏塔的气态塔顶产物来加热第二精馏塔的冷凝器蒸发器，其中在此可将形成的液体部分用作回流送往第二精馏塔，并且用作回流送往第三精馏塔。一种对应的实施方式具有能够进一步提高氩收率和总能量范围的优点。

在本发明的上下文中，在第三精馏塔中特别地可形成塔底液，可将该塔底液送入到第二精馏塔中。在这种情况下，也可设置为：使用该塔底液的一部分来冷却额外存在的氩塔(即如下解释的“第四”塔)的塔顶冷凝器，然后才送入到第二精馏塔中。而另一部分则可绕过此类塔顶冷凝器直接转移到第二精馏塔中。

第三精馏塔特别地如前所述获得之前在膨胀机中膨胀的空气作为气态原料流。换句话说，特别地可将之前经过压缩和冷却的，利用膨胀机膨胀的空气供应给第三精馏塔。应理解的是：这是在方法或设备中除了送入第一精馏塔的空气之外还要经历分离的另外的空气。

大约在第三精馏塔的中部，一般在塔底和塔顶之间的某个区域中，也可选择从第三精馏塔抽取另一股液态物质流，特别地可借助于泵将该另一股液态物质流送回到第一精馏塔中。

如前所述，在第二精馏塔的塔底中形成富氧流体。可从第二精馏塔将该富氧流体抽出。在此可部分以气态并且部分以液态形式进行抽取。该流体典型地具有97摩尔百分比以上，特别地99.0摩尔百分比以上的氧含量。可从第二精馏塔的塔顶抽取另外的流体，在本发明的一种实施方式中可从空气分离设备将其排出和丢弃。这种情况下为氮氧混合物。然而在本发明的另一种实施方式中，形成第二精馏塔的塔顶气作为另外的富氮流体，并且作为另外的富氮空气产物提供。

在此可以较高的纯度获得第二精馏塔的塔顶气，方式是：大致在第二精馏塔的塔顶下方抽取气态分流。通过抽取该分流，类似于传统空气分离设备中的做法，在第二精馏塔的塔顶处产生具有典型地大约仅为1ppm，最多100ppm的氧的氮产物。

该产物可直接在主换热器中加热到环境温度或接近环境温度的温度水平，或者可局部加热，并且可在热压缩机中压缩到例如大约1.7至2.5bar，特别地大约2.2bar的压力水平。在加热过程中，也可以中间温度水平从主换热器中抽取该产物或者其中的分流，引导其通过冷压缩机，并且再次供应给主换热器继续加热。随后可在热压缩机中进行压缩。冷压缩机特别地可与膨胀机耦合，该膨胀机使得经过压缩和部分冷却的进气膨胀，将该进气送入到第三精馏塔中。就此而言，特别地可使用送往第二精馏塔的富氮液态回流。

在一种对应的实施方式中，本发明的特征特别地在于，在第二精馏塔的塔顶处形成富氮塔顶气，并且富氮塔顶气的至少一部分作为具有一定剩余氧含量的另外的富氮空气产物，该剩余氧含量高于第一精馏塔塔顶气的剩余氧含量，然而还是明显低于在使用氧塔的常规SPECTRA方法中从这些氧塔的塔顶处抽取的流体的剩余氧含量。在本发明的该实施方式的上下文中，特别地也可通过这样的方式使得上述特征成为可能：与常见的氧塔相比在第二精馏塔中安装附加板或填料区域，在下方抽取另外的流体，并且在第二精馏塔的塔顶处加入液态的富氮回流。

第一精馏塔的塔顶气在本发明的上下文中具有0.1ppb至10ppm，特别地0.5ppb至1ppm或者至100ppb的剩余氧含量。在本发明的上下文中提供的，使用该塔顶气形成的至少一种富氮空气产物的剩余氧含量因此在该范围内。在刚刚提及的本发明实施方式中，第二精馏塔塔顶气的剩余氧含量高于此范围。该剩余氧含量特别地为10ppb至100ppm，特别地为100ppb或者500ppb至10ppm。在本发明的上下文中使用该塔顶气提供的另外的富氮空气产物的剩余氧含量因此在该范围内。以ppb或ppm为单位的所有数据均表示摩尔含量。

如前所述，特别地通过给第二精馏塔配备附加板或填料区域，就能实现在本发明的所述实施方式中实现的，使用第二精馏塔塔顶气所提供的另外的富氮空气产物的剩余氧含量。因此第二精馏塔在本发明的该实施方式中具有优选地50至120，例如70至95，特别地72至90个理论板。

同样如前所述，可实现本发明的所述实施方式中实现的，使用第二精馏塔塔顶气所提供的另外的富氮空气产物的剩余氧含量，特别地使用送往第二精馏塔的富氮液态回流。因此在本发明的一种特别优选的实施方式的上下文中设置为：提供富氮的液态物质流并且作为回流在第二精馏塔的上方区域中加入。该回流的剩余氧含量特别地小于第二精馏塔的塔顶气的剩余氧含量。

在本发明的该实施方式中用来形成送往第二精馏塔的回流的富氮液态物质流特别地可从第一精馏塔或另一个精馏塔抽取。

特别地对于半导体工厂(所谓的Fab)的供应，除了气态、高纯度和尽可能无颗粒的氮并且在适当时还有氧之外，也越来越多地希望供应比较少量的气态氩。为此，可将液氩送货上门并且现场汽化，或者可现场制备气态氩。将液氩送货上门不仅会带来经济上的不利因素(运输成本、倒罐损失、相对于环境空气蒸发时的冷量损失)，而且对物流链的可靠性也有很高要求。因此，上述应用领域对低温分离空气的设备的需求越来越多，这些设备除了能够提供较大数量的气态高纯氮之外，也能提供较小数量的气态氩。所生产的氮典型地应当只有大约1ppb，最多1000ppb的氧，基本上没有颗粒，并且可以明显高于大气压的压力水平供货。

为了提取氩，典型地使用具有双塔系统和所谓的粗氩塔，在适当时还有所谓的纯氩塔的空气分离设备。

(见上文)的书中的图2.3A就示出了一个实施例并且从第26页起在“Rectification in the Low-pressure,Crude and Pure Argon Column”一节中以及从第29页起在“Cryogenic Production of Pure Argon”一节中进行了描述。如其中解释的那样，在对应的设备中氩积聚在低压塔中的特定高度上(即所谓的氩最高值)。在该位置或另一有利的位置处，在适当时也在氩最高值(所谓的氩过渡点处)的下方，可从低压塔抽出氩浓度典型地为5至15摩尔百分比的富集氩的气体并且将其转移到原氩塔中。对应的气体典型地含有约0.05ppm至100ppm的氮，否则基本为氧。应该明确强调的是，从低压塔抽出的气体的给定值只是典型的示例值。

粗氩塔主要用于将氧从从低压塔抽出的气体中分离出来。可将在粗氩塔中分离的氧或者说对应的富氧流体以流体形式送回到低压塔中。在此，典型地在从高压塔抽出的，富集氧且贫化氮的，并且在适当时至少部分地蒸发的液体的送入位置下方的多个理论或实际板将氧或者说富集氧的流体送入到低压塔中。将分离过程中保留在粗氩塔中的，主要含有氩和氮的气态馏分在纯氩塔中进一步分离，以获得纯氩。粗氩塔和纯氩塔具有顶置式冷凝器，特别地可通过从高压柱中抽出的，富集氧且贫化氮的液体的一部分冷却这些顶置式冷凝器，该液体的一部分在冷却时部分地蒸发。也可使用其他流体进行冷却。

原则上在对应的设备中也可弃用纯氩塔。在这种情况下，通常要如此构造该设备或使得该设备如此运行，使得氩过渡点处的氮含量低于1ppm，或低于所需的产物纯度。然而这并非是强制性的前提条件。在这种情况下从粗氩塔或者说类似的塔抽出的氩，典型的抽出位置在比常规转移到纯氩塔中的流体更下方一点，和从常规纯氩塔抽出的氩质量相同，其中粗氩冷凝器，即粗氩塔的顶置式冷凝器与用于氩产物的对应的抽气设备之间的区段中的板特别地用作氮的阻挡板。

即使仅需要比较少量的氩，通常仍然必须为了生产气态氩而安装具有氩精馏功能的完整空气分离设备(就是说配有用来提取氧的典型低压塔)，正如之前解释过的那样。这种空气分离设备中待加工的空气量是由气态氩或气态氮决定的，就是说会产生大量的气态氧作为无法利用或很难利用的残余气体。此外，在传统的设备中不可能以明显高于大气压的压力水平产生氮，同时还有很大的产量。氮在这里作为低压产物出现。使用高压塔生产氮的已知设备典型地不太适合生产氩。

现在本发明在一种特别优选的实施方式中提供一种方法和一种空气分离设备，借助于该方法或空气分离设备，除了能够以明显高于大气压的压力水平提供更多的高纯气态氮之外，也能以有利的方式提供比较少量的氩。

在本发明的上下文中，根据这种特别优选的实施方式，为了提取氩，从第二精馏塔抽取流体并且用作第三物质流或者用来形成第三物质流，其中该流体与第二精馏塔塔底中形成的富氧塔底液相比具有较高的氩含量。此外，该流体与第二精馏塔塔底中形成的富氧塔底液相比具有较小的氧含量。该流体可特别地具有45至60摩尔百分比的氧，40至55摩尔百分比的氩和少于1摩尔百分比的氮。在此，可在所谓的氩最高值的高度上抽出取自第二精馏塔并且用作第三物质流或者用来形成第三物质流的流体，正如空气分离设备的已知低压塔中发生的那样。

在该实施方式中使用第四精馏塔，将第三物质流送入到该第四精馏塔中，其中在该第四精馏塔中形成富氩的流体，该流体具有95摩尔百分比以上的氩含量并且特别地可直接或者在继续纯化之后作为氩产物使用。

在此可实现第三物质流中小于1ppm的氮含量，特别地通过这样的方式：在第二塔内的氩过渡点上方借助于合适的附加板进行对应的氮脱除。如果取自第二精馏塔并且用来形成第三物质流的流体具有对应小的氮含量，则可特别地在不使用传统纯氩塔的情况下提供该流体作为第四精馏塔的产物。如果氮含量明显更高，那么除了对应于传统粗氩塔的对应的第四精馏塔之外，通常还要使用纯氩塔。作为使用纯氩塔的替代方案，也可大致在第四精馏塔塔顶下方抽出液态氩作为通常转移到纯氩塔中的流体，从而能以这种方式提取与常规纯氩塔相同质量的氩。

在任何情况下，第四精馏塔都是一种精馏塔，在很大程度上对应于常规空气低温分离方法的典型粗氩塔。如有需要，在适当时可提供纯氩塔。但是如果是之前解释过的很少的氮含量，则典型地可不使用纯氩塔。如果氮含量高于所述的1ppm，则氧和氩的含量可对应地更少。典型地，在此，氧含量在这里也为45至60摩尔百分比，氩含量为40至55摩尔百分比，然而在此情况下参考的是对应的流体的非氮含量。

送入到第四精馏塔的第三物质流特别地可为取自另一个精馏塔的物质流，供应给该另一精馏塔的流体来自于第二精馏塔。请参考以下解释。然而即使在这种情况下，也可使用取自第二精馏塔的流体来形成第四物质流，即绕道另一个精馏塔。

在本发明的对应的实施方式的上下文中，正如部分以下还将解释的那样，可通过氩的脱除，产生不纯氧(具有90至98％的摩尔百分比的氧含量)、工业氧(具有98至99.8％的摩尔百分比的氧含量)和高纯氧(具有ppb范围内的微量氩或碳氢化合物)。

在本发明的上下文中，即使例如提供了用来生产氧的第三精馏塔，原则上也可始终从第二精馏塔抽取氧作为氧产物。例如可从第二精馏塔抽取富氧气体，并且(与混合到其他流相比，例如图31中所示一样)引导其单独通过主换热器，并且作为产物从设备排出。以这种方式获得纯度99％以上的氧，这对应于所谓的工业氧的纯度。

在该解释过的实施方式中，在第四精馏塔的塔底中形成塔底液，特别地可借助于泵将该塔底液送回到第二精馏塔中。进入第二精馏塔的进料点在此特别地在用作第三物质流或用来形成第三物质流的流体的抽取点的相同高度或附近，其中所谓“附近”在这里指的是相差不超过10个理论板或实际板的进料位置。由于进出第四精馏塔的两股流处在平衡状态，因此还可在相同高度，就是说特别地在同一个板上进行回流进料。

本发明的刚才解释的实施方式的上下文中的一项特别大的优点在于，通过给SPECTRA方法增添附加的氩提取功能，就能提取工艺空气中所含氩的最多50％作为产物，不需要昂贵的传统的氧精馏。因此在本发明的刚才解释的实施方式的上下文中解决之前所述的问题。在本发明的上下文中，也可特别地提取液态氩，可对该液态氩进行已知的内压缩。从开头引用的专业文献可知，也可对设备中形成的纯氧进行内压缩。

根据本发明的一种特别优选的实施方式，使得第二精馏塔，如前所述，利用布置于第二精馏塔的塔底区域中的冷凝器蒸发器运行。为了加热冷凝器蒸发器，也可使用其他物质流作为所述的物质流。例如在本发明的上下文中，可为此使用大气空气的一部分，该大气空气预先经过压缩和冷却。对应的空气例如可存在于第一精馏塔的压力水平，或者预先借助于膨胀机使其膨胀。在第一种情况下，典型地借助于空气分离设备的主冷凝器将空气冷却到接近其液化温度的某个温度水平，就是说高于液化温度不超过50K、25K或10K的某个温度水平。在后一种情况下，将空气在膨胀之前仅仅冷却到某个温度水平，该温度水平虽然特别地低于–50℃，但是高于液化温度至少50K。在这种情况下，典型地膨胀到某个压力水平，该压力水平低于使得第一精馏塔运行的第一压力水平，典型地约为4至6bar绝对压力。用来加热冷凝器蒸发器的空气至少部分液化，并且因此能以对应的形式送入到第一和/或第三精馏塔中，其中可通过加入一个泵或者通过纯粹静压-大地压力升高来补偿其中可能出现的压力差。

然而也可使用一股或多股另外的物质流来加热第二精馏塔中的冷凝器蒸发器。在此特别地可为含有氧、氮和氩的流体，从第一精馏塔抽取该流体用作第二物质流或者用来形成第二物质流，并且将该流体转移到第二精馏塔中，或者为其中的一部分。在此例如从第一精馏塔抽取对应的第二液态物质流，引导其通过冷凝器蒸发器，在此过冷却并且然后特别地在塔顶区域下方，就是说特别地在富氮回流下方加入到第二精馏塔中。以这种方式可使用该第二物质流作为送往第二精馏塔的回流。如前所述，也可使得冷凝器蒸发器利用第三精馏塔的塔顶气运行。

在本发明的上下文中，如前所述，可使用来自第一精馏塔的富氮液体形成送往第二精馏塔的富氮回流。在这种情况下，特别地可在第二精馏塔的冷凝器蒸发器中冷却对应的物质流；然而还可行的是：将对应的物质流不经过冷却就送入到第二精馏塔中。在任何情况下，有利的是，明显在第二物质流上方从第一精馏塔抽取该物质流。典型地，在第一精馏塔的塔顶区域下方20个理论板或实际板范围内进行抽取。

在本发明的上下文中，从第二精馏塔抽取塔顶气，并且特别地从空气分离设备排出，正如之前已在不同实施方式中解释的那样。根据本发明的一种实施方式，在此借助于另一个膨胀机使得该塔顶气的至少一部分膨胀，加热并且从空气分离设备排出。

在本发明的上下文中，可使得第二精馏塔如前所述以第二压力水平，特别地以1.1至1.6bar绝对压力的某个压力水平运行，其中将之前经过压缩和冷却的空气供应给第一精馏塔，借助于膨胀机将其中的一股分流膨胀到使得第二精馏塔运行的第二压力水平。在膨胀后，可在冷凝器蒸发器中至少部分液化该分流，该冷凝器蒸发器布置于第二精馏塔的塔底区域中，并且将该分流送入到第一精馏塔中。此类实施方式具有明显改善氩收率和总能量范围的优点。用于膨胀的膨胀机可与压缩机耦合，该压缩机在本发明的之前解释过的实施方式中热压缩使用第二精馏塔塔顶气形成的另外的空气产物。除了此类耦合之外或者作为替代方案，也可设置制动，例如再生制动和/或借助于液压制动器。但是在本发明的一种实施方式中，也可借助于类似的另一个膨胀机使得另外的流体膨胀。

一般来说，在本发明的上下文中，在存在第四精馏塔的实施方式中，可使得第四精馏塔利用塔顶冷凝器运行，使得该塔顶冷凝器的蒸发室以小于1.2bar绝对压力或150mbar正压的某个压力水平运行，并且利用流体冷却该蒸发室，随后将该流体送入到第二精馏塔中或者从空气分离设备排出。该流体特别地可为第一精馏塔的塔底液，或者如果存在的话，可为第三精馏塔的塔底液，或者对应的流体可包括该塔底液的一部分。然而也可使用另外的流体。在本发明的上下文中，塔顶冷凝器蒸发室的此类工作压力范围可提高氩收率。这一点特别地可由此实现：在空气分离设备中不使用对应的流体作为再生气体。

在本发明的上下文中或对应的实施方式中，特别地可在塔顶冷凝器中使用积累在精馏塔的塔底，特别地在第一或第三精馏塔的塔底的流体，作为冷却第四精馏塔的塔顶冷凝器的流体，或者作为该流体的一部分。如前所述，可特别地从空气分离设备输出对应的流体，或者以其他方式有利地使用。

在本发明的一种对应的实施方式的上下文中，在第四精馏塔中形成的塔顶气特别地可具有99.999摩尔百分比以上的氩含量。在该实施方式中，不用继续精馏就可从空气分离设备输出该塔顶气作为氩产物。如前所述，如果从第二精馏塔抽取氮含量特别少的流体并且转移到第四精馏塔中，则特别地会产生对应高的氩含量。

作为替代方案，在一种对应的实施方式中，也可在第四精馏塔中形成具有较小的氩含量，例如具有大于95摩尔百分比且小于99.999摩尔百分比的某种氩含量的塔顶气。在该实施方式中，然后可特别地设置以一种已知的纯氩塔的形式的另外的精馏塔，接着可在该另外的精馏塔中精馏该塔顶气，获得对应的纯度为99.999摩尔百分比以上的氩产物。关于已知的粗氩塔和纯氩塔，参阅开头引用的专业文献。

同样如前所述，但是在对应的实施方式中，也可在第三精馏塔的塔顶下方，以第五物质流的形式从该精馏塔抽出液体形式的富氩流体而不是塔顶气。

在本发明的上下文中，如多次提及的那样，在空气分离设备中形成的氩产物的量可包括以大气空气形式总体供应给空气分离设备的氩的量的1％至50％。

根据本发明所述方法的一种变异方案，为了制备超高纯度的氧，例如氧含量为99.5摩尔百分比，剩余含量为不超过1ppb的甲烷、10ppb的氩和不超过1ppb的其他空气成分，可使用第五精馏塔，在该第五精馏塔中形成具有一定氧含量的液体，该氧含量高于在第二精馏塔的塔底中形成的富氧塔底液的氧含量。

特别地，这个第五精馏塔可被设计成双塔，该双塔具有彼此液密分开的上部和下部。无论如何，在双塔的上部和下部各自形成塔顶气和塔底液。该上部在此可作为例如碳氢化合物之类的高沸物的阻隔柱，并且从功能上来看，是第四精馏塔的转移部分。将下部，即第五精馏塔本身，作为汽提柱使用，用来脱除氩之类的低沸物。

总之，在本发明的上下文中，可在第五精馏塔中或者在其下部形成具有一定氧含量的液体，该氧含量高于在第二精馏塔的塔底中形成的富氧塔底液的氧含量，并且使用第五精馏塔，将取自第二精馏塔并且具有比第二精馏塔的富氧塔底液更高氩含量的流体用来形成第三物质流，将该第三物质流送入到第四精馏塔中。

在此可将取自第二精馏塔的用作第四物质流或者用来形成第四物质流的流体送入到刚才解释的被设计成双塔的第五塔的上部中，也就是送入到从功能上来看属于第二精馏塔的这部分中。

可使得刚才解释的双塔的上部和下部各自利用回流运行，在使用第四精馏塔塔底液的情况下提供该回流，如果存在，可将刚才解释的双塔的上部和下部的塔顶气送入到第四精馏塔中，并且可以下部塔底液的形式，形成氧含量高于在第二精馏塔的塔底中形成的富氧塔底液的氧含量的液体。

本发明特别地可包括，借助于在其中冷却来自第四精馏塔的流体的冷凝器蒸发器，加热双塔，即实际上就是第五精馏塔的下部。

本发明也涉及被适配为执行本发明的之前解释过的实施方式所述方法的空气分离设备。关于对应的空气分离设备的特征和优点，明确提示参阅对应的独立专利权利要求和上述实施方式。此类空气分离设备特别地具有被适配为执行解释过的实施方式中的一项所述方法的装置。

在本发明所提供的空气分离设备的一种特别优选的实施方式中，该空气分离设备具有主换热器，该主换热器布置于第一个预制的冷箱中，并且第一精馏塔与用来冷却其塔顶气的换热器布置于第二个预制的冷箱中。在此类空气分离设备中，第二和第三精馏塔均布置于第三个预制的冷箱中。

此类空气分离设备可特别地具有一个或多个另外的精馏塔，正如之前参考第四和第五精馏塔解释的那样。一个另外的或者多个另外的精馏塔中的至少一个可布置于第三个预制的冷箱中，或者布置于一个或多个另外的冷箱中。

该冷箱为金属制成的绝热容器，该绝热容器各自包围全部所述的装置，并且装填了绝热材料，例如珍珠岩。有利地，除了一个或多个所述的装置之外，运行所需的换热器之类的装置和/或附件布置于冷箱中，从而在建造对应的设备的时候仅需完成管道安装。这样便于在安装地点进行建造。预制特别地包括建造冷箱外壳和在适当时放入具有对应的管道的所述装置。因此在施工现场仅需进行连接(管道安装)。

下面参考附图更详细地解释本发明，这些附图示出了本发明的优选的实施方案。

附图说明

图1至31各自以全视图或局部视图示出空气分离设备和空气分离设备的部件。

具体实施方式

以下附图所示为本发明不同实施方式的空气分离设备，并且使用100至3100进行标记。在此首先参考图1和图中所示非本发明所述的空气分离设备100解释对应设备的组件。在那里不重复解释图2至31所示空气分离设备200至3100中现有的，在结构或者功能上各自对应的元件。

图1以示意性设备图的形式示出非本发明所述的空气分离设备100。

从空气分离设备100的热段将进气流a供应给空气分离设备100，该热段在这里用110表示并且特别地包括纯化和压缩进气的装置。在空气分离设备100的主换热器1中冷却该进气流a，并且从主换热器1的冷端附近抽取。空气分离设备的热段110可采用专业上常见的方式设计。对于不限制本发明的示例，可参阅

(见上)关于图2.3A的解释。

接着将进气流a划分为两股分流b和c，其中将分流b直接送入到第一精馏塔11中。而反之引导分流c通过第二精馏塔12的冷凝器蒸发器121，并且然后如下文解释的那样特别地在与另外的物质流合并之后，同样送入到第一精馏塔11中。将分流b和c各自在合适的高度送入到第一精馏塔11中。

在以之前解释过的“第一”压力水平运行的第一精馏塔11中形成富集氮的或者主要具有氮的塔顶气和富集氧的塔底液。从第一精馏塔11抽取两股物质流d和e，这两股物质流各自包括相对于大气空气富集氧的流体。

首先在主换热器1中继续冷却物质流d，并且接着引导其通过换热器2，如同以下解释的那样，使用该换热器来冷却第一精馏塔11的塔顶气。首先以与物质流d类似的方式处理物质流e，其中可将一部分物质流e分支为物质流e1，之后再将物质流e(为了简单起见继续用e标记)的剩余部分供应给换热器2。如果需要，也可从外部将液氮X供应给物质流e。在示出的示例中，从第一精馏塔11的塔底中抽取物质流e，与之相反从第一精馏塔11的塔底上方多个理论板或实际板的某个位置抽取物质流d。引导物质流d和e彼此分开地通过换热器2。

接着在主换热器1中部分加热物质流e，并且借助于膨胀机3和在适当时借助于没有单独标记的旁通阀使其以两股分流的形式膨胀。接着将这些分流相互并且与另外的物质流合并，在主换热器1中加热，并且以总流f的形式从空气分离设备输出，或者在热段110中例如用于吸附剂的再生。

与之相反，在适当时在分支并且将一股分流排出到大气A之后，在与这里所示的膨胀机3耦合的压缩机5中压缩物质流d，接着将其冷却，并且与物质流c类似地送回到第一精馏塔11中。如同以虚线画出的物质流d1的形式所示的那样，这里也可进行旁路。压缩机5与膨胀机3耦合，并且还具有这里没有单独标记的液压制动器。

引导第一精馏塔11的塔顶气以物质流g的形式通过换热器2，并且在那里至少部分液化。可将这种部分液化的塔顶气部分以回流的形式送回到第一精馏塔11中，并且可将另一部分作为液氮产物B提供。为此可在过冷器6中过冷一部分，并且作为对应的过冷的液氮产物B输出。可将过冷器6中为了冷却而膨胀的部分与已经提过的物质流e合并。也可将物质流g的一部分作为所谓的吹扫(Purge)P排出。可以物质流h的形式在主换热器1中加热另外的塔顶气，并且作为气态氮产物C输出，或者作为密封气D使用。气态氮产物C是之前关于本发明不同实施方式解释过的“富氮空气产物”。

在图1示出的示例中，从第一精馏塔11液态地输出物质流i，在第二精馏塔的冷凝器蒸发器121中使得该物质流过冷，并且作为回流加入到第二精馏塔12中。从第一精馏塔11的塔顶附近某个区域，无论如何明显在物质流i的上方，液态地抽出另一股富氮物质流i1，并且在物质流i的上方，特别地在塔顶处，作为回流加入到第二精馏塔12中。

可从第二精馏塔12的塔底抽出液态的富氧物质流k，可借助于内压缩泵7或者借助于增压蒸发使该物质流达到压力，并且接着在主换热器1中加热，并且作为内压缩的氧压缩产物E提供。也可提供物质流k的一部分作为液氧产物F。可类似地以物质流k1的形式从第二精馏塔12抽出另外的富氧液体，但是有较少的氧含量，借助于另外的内压缩泵7a使其达到压力，并且作为另外的内压缩的氧压缩产物E1提供。也可选择以物质流k2的形式送回一部分。也可提供一部分作为液氧产物F。在示出的示例中，从第二精馏塔12的塔顶抽出物质流l，与另外的物质流合并之后同样将其加热，在示出的示例中，可向大气A放出。在过冷器9中使得物质流i和i1与物质流l逆流过冷，之后再将它们送入到第二精馏塔12中。

从第二精馏塔12的中部区域，特别地在氩过渡点处抽出物质流m，将该物质流送入到精馏塔14的下部区域中，该精馏塔出于一致性原因被称作第四精馏塔14(在这里所示的非本发明所述实施方式中不存在按照本发明所述使用的第三精馏塔13)。借助于泵8从第四精馏塔14的塔底抽出另外的物质流n，并且送回到第二精馏塔12中。从第四精馏塔14在上方区域抽出物质流o，引导其通过第四精馏塔141的塔顶冷凝器141，在那里至少部分液化，并且作为回流送回到第四精馏塔14中。可向大气A放出未蒸发的部分。在第四精馏塔14的塔顶下方以物质流p的形式液态地抽出液氩产物G。也可借助于泵使得对应的物质流p至少部分达到压力，并且在主换热器1中加热，从而能以这种方式提供内压缩的氩产物。

利用液体冷却第四精馏塔14的塔顶冷凝器141，可将该液体以已经提过的物质流q的形式供应给塔顶冷凝器141。可使用同样已经提过的物质流e1的至少一部分并且可选地物质流k2的至少一部分形成物质流q。可将没有用来形成物质流q的部分以物质流q1的形式与物质流c合并，并且送入到第一精馏塔11中。可从第四精馏塔14的塔顶冷凝器141的蒸发室抽出物质流r，在该物质流与物质流l合并之后如同参考该物质流l解释过的那样优选地无背压地或者基本上无背压地在主换热器1中加热该物质流，并且可从设备输出。以这种方式可在塔顶冷凝器141的蒸发室内设置很低的压力。可选地，也可将物质流r的一部分r1送入到第二精馏塔12中。如有需要，可使得来自第四精馏塔14的塔顶冷凝器141的蒸发室的液体在主换热器1中加热之前以物质流s的形式与物质流e的分流合并。

如已经提过的那样，可在各自使用9标记的与物质流l逆流的过冷器中，使得物质流i和/或i1与物质流l逆流过冷。对应的做法也选择地适用于与物质流r相对的物质流q。多个过冷器9也可组合在一个共同的装置中。

图2以示意性设备图的形式示出另一种非本发明所述的空气分离设备，总体上使用200进行标记。

与图1所示的空气分离设备100相比，这里以中间温度水平从主换热器1抽取进气流a的分流a1，借助于与发电机耦合的膨胀机201使其膨胀，并且在其他方面如图1所示的物质流c一般使用。如果对应的膨胀机存在并且用于相同或者类似用途，那么也在下面的附图中使用201进行标记。可单独或者一起设置与空气分离设备100不同的特征，并且/或者可与之前和以下所述的任意特征相结合。

图3以示意性设备图的形式示出另一种非本发明所述的空气分离设备，总体上使用300进行标记。

如这里所示，还可将与图2的物质流a1对应的物质流在膨胀机201中膨胀之后重新供应给主换热器1，在那里加热并且向大气A排放。关于更多详细说明，在此明确提示参阅关于上述附图的解释。也可在这里单独或者一起设置与上述附图不同的特征，并且/或者可与之前和以下所述的任意特征相结合。

图4以示意性设备图的形式示出另一种非本发明所述的空气分离设备，总体上使用400进行标记。

与上述附图中示出的空气分离设备100至300相比，这里没有使用与物质流i1对应的物质流。关于更多详细说明，在此明确提示参阅关于上述附图的解释。也可在这里单独或者一起设置与上述附图不同的特征，并且/或者可与之前和以下所述的任意特征相结合。

图5以示意性设备图的形式示出了本发明的一种实施方式所述的空气分离设备，总体上使用500进行标记。

图5所示空气分离设备500与之前解释过的实施方式的区别特别地在于，第二精馏塔12被设计成双塔的一部分，该双塔还额外具有所述的第三精馏塔13。在此，将如前使用a1标记的并且经过对应处理的进气流a的一部分送入到该第三精馏塔13的下部区域中。

在空气分离设备500中使用第三精馏塔13的塔底液、分流e2并且可选地物质流k2形成物质流q2，在其他方面与上述附图的物质流q一样继续使用该物质流，并且因此这里也继续在下游使用q进行标记。以物质流u的形式在冷凝器蒸发器121中至少部分液化第三精馏塔13的塔顶气，接着以分流u1的形式将其用作回流送往第三精馏塔13，以及以分流u2的形式用作回流送往第二精馏塔12。

从第三精馏塔13经由侧线抽出口以物质流v的形式抽取富氮液体，并且借助于泵501输送到第一精馏塔11中。

关于更多详细说明，在此明确提示参阅关于上述附图的解释。也可在这里单独或者一起设置与上述附图不同的特征，并且/或者可与之前和以下所述的任意特征相结合。

图6以示意性设备图的形式示出另一种非本发明所述的空气分离设备，总体上使用600进行标记。图6和以下图与图1至5中的图示略有不同，但其中所示元件的功能的一部分在技术作用方面是相同或类似的，因此用相同的附图标号表示。

这里也从热段将大气空气L所形成的进气流a供应给空气分离设备600，该热段在这里同样被归纳为110。在热段110中，这里主要描绘了过滤器111，经由该过滤器抽吸进气；主空气压缩机112，具有没有单独标记的二次冷却器；直接接触冷却器，使得该直接接触冷却器利用水W运行；以及吸附剂组件115。这里也在空气分离设备600的主换热器1中冷却该进气流a，并且从主换热器1的冷端附近抽取。

如前所述将进气流a划分为两股分流b和c，其中将分流b直接送入到这里也使用11标记的第一精馏塔中。反之引导第二分流c通过这里也使用12标记的第二精馏塔12的冷凝器蒸发器121，但是在这里接着如下文解释的那样从空气分离设备600输出。与图1至5中所示的冷凝器蒸发器121相比，在图6所示的冷凝器蒸发器121中没有通过十字表示流动方式。

这里也在以之前解释过的“第一”压力水平运行的第一精馏塔11中形成富集氮的或者主要具有氮的塔顶气和富集氧的塔底液。这里也从第一精馏塔11抽取两股物质流d和e，这两股物质流各自包括相对于大气空气富含氧的流体。

首先在主换热器1中继续冷却物质流d，并且接着引导其通过换热器2，如同以下解释的那样，使用该换热器来冷却第一精馏塔11的塔顶气。首先以类似于物质流d的方式处理物质流e，其中在这里首先将物质流e与物质流c合并，并且接着从中分支出另外的物质流q3。然后才在主换热器1中继续冷却该为了简单起见继续用e标记的物质流，并且供应给换热器2。接下来为了能够与前面的附图进行比较，并且由于其对应的使用，将继续使用q标记物质流q3。

如有需要，也可如前所述将液氮X供应给物质流e。在示出的示例中，从第一精馏塔11的塔底中抽取物质流e，与之相反从第一精馏塔11的塔底上方多个理论板或实际板的某个位置抽取物质流d。引导物质流d和e彼此分开地通过换热器2。

接着在主换热器1中部分加热物质流e，并且借助于膨胀机3和在适当时借助于膨胀阀或者经由旁路使其以两股分流的形式膨胀。接着将这些分流相互并且与另外的物质流合并，在主换热器1中加热，并且以总流f的形式从空气分离设备输出，或者在空气分离设备600的热段110中例如用于吸附剂组件114的吸附剂再生。

与之相反，在适当时在分支并且将一股分流排出到大气A之后，在与这里所示的膨胀机3耦合的压缩机5中压缩物质流d，接着将其冷却，并且送回到第一精馏塔中。如同以虚线画出的物质流d1的形式所示的那样，也可在这里进行旁路。压缩机5与膨胀机3耦合，并且还具有这里没有单独标记的液压制动器。也可是任意的其他组合。

引导第一精馏塔11的塔顶气以物质流g的形式通过换热器2，并且在那里至少部分液化。可将这种部分液化的塔顶气部分以回流的形式送回到第一精馏塔中，并且可将另一部分作为液氮产物B提供。为此可在过冷器6中过冷一部分，并且作为对应的过冷的液氮产物B输出。可将过冷器6中为了冷却而膨胀的部分与已经提过的物质流e合并。也可将一部分作为所谓的吹扫(Purge)P排出。可以物质流h的形式在主换热器1中加热另外的塔顶气，并且作为气态氮产物C输出，或者作为密封气D使用。

在图6示出的示例中，也从第一精馏塔11液态地输出物质流i，可在第二精馏塔120的冷凝器蒸发室121中使得该物质流过冷，并且作为回流加入到第二精馏塔12中。

可从第二精馏塔12的塔底液态地抽出富氧的物质流k，这里将该富氧的物质流液态地送入到储罐系统101中。可从储罐系统101或者另一个储罐抽出对应的液态富氧物质流，这里使用k3进行标记，并且接着在主换热器1中加热，并且作为气态氧产物U提供。特别地，第二精馏塔12可如此被设计并使得其如此运行，即借助于该第二精馏塔可提供具有之前解释过的规格的超高纯度的氧产物U。空气分离设备100至500的第二精馏塔12不必如此。

可类似地以物质流k1的形式从第二精馏塔12抽出另外的富氧液体，借助于内压缩泵7a使其达到压力，并且作为内压缩的氧压缩产物E1提供。在示出的示例中，从第二精馏塔12的塔顶抽出物质流l，在这里也用来形成已经提过的物质流f。

从第二精馏塔12的中部区域，特别地在氩过渡点处抽出物质流m，将该物质流送入到在这里也使用14标记的第四精馏塔的下部区域中。和上面一样，借助于泵8从第四精馏塔14的塔底抽出另外的物质流n，并且送回到第二精馏塔12中。塔顶气从第四精馏塔14的塔顶上升到塔顶冷凝器141的冷凝室中，在那里至少部分液化，并且作为回流送回到第四精馏塔14中。可向大气A放出未蒸发的部分。在第四精馏塔14的塔顶下方液态地抽出物质流p。借助于泵7b使得物质流p达到压力，并且接着在主换热器1中加热，从而能以这种方式提供内压缩的氩产物I。

在这里也利用液体冷却第四精馏塔14的塔顶冷凝器141，可将该液体以接下来使用q标记的已经提过的物质流q3的形式供应给塔顶冷凝器141。可从第四精馏塔14的塔顶冷凝器141的蒸发室抽出物质流r，在该物质流与物质流l和以下所述的物质流s合并之后如同参考该物质流l解释的那样优选地无背压地或者基本上无背压地在主换热器1中加热该物质流，并且可从空气分离设备输出。以这种方式可在塔顶冷凝器141的蒸发室内设置很低的压力。在这里以物质流s的形式抽出来自第四精馏塔14的塔顶冷凝器141的蒸发室的液体。

图7以示意性设备图的形式示出了本发明的另一种实施方式所述的空气分离设备，总体上使用700进行标记。

与图6中所示的空气分离设备600相比，这里以中间温度水平从主换热器1抽取进气流a的分流，该分流在图2中第一次使用a1进行标记，并且借助于和上面一样使用201标记的膨胀机使其膨胀。

将进气流a的剩余部分至少部分送入到第一精馏塔中，其中在分流a1和物质流a之间提供有横向连接a2。

图7所示空气分离设备700的特征还在于，第二精馏塔12被设计成双塔的一部分，该双塔额外还具有第三精馏塔13。将进气流a的使用a1标记的并且经过膨胀的部分送入到该第三精馏塔13的下部区域中。

在空气分离设备700中使用第三精馏塔13的塔底液形成物质流，在其他方面与上述附图的物质流q一样继续使用该物质流，并且因此这里也使用q进行标记。以物质流u的形式在冷凝器蒸发器121中至少部分液化第三精馏塔13的塔顶气，接着以分流u1的形式将其用作回流送往第三精馏塔13，以及以分流u2的形式用作回流送往第二精馏塔12。

从第三精馏塔13经由侧线抽出口以物质流v的形式抽取富氮液体，并且借助于和上面一样使用501标记的泵输送到第一精馏塔11中。从第二精馏塔12气态地抽取另外的物质流k4，并且与物质流l和r合并成为这里使用f1标记的物质流。与物质流f一样，在主换热器1中加热物质流f1并且对应地使用。在示出的示例中，在一个共同的过冷器9中使得物质流q、i和u2与物质流l逆流过冷。

关于更多详细说明，在此明确提示参阅关于上述附图，特别地关于图5和6的解释。与上述附图不同的特征也可在这里单独或者共同实现。

图8以示意性设备图的形式示出了本发明的另一种实施方式所述的空气分离设备，总体上使用800进行标记。

图8所示空气分离设备800与之前解释过和所述空气分离设备100至700的区别特别地在于，使用第五精馏塔15，该第五精馏塔被适配为提供高纯氧的精馏塔。

此外还在空气分离设备800中将物质流i送入到第三精馏塔13中，并且在该进料区域中液态地抽取物质流w并且送入到第二精馏塔12中。就是说在这里“绕道”第三精馏塔13将物质流i送入到第二精馏塔12中。此外还将塔底液的一部分从第三精馏塔13以物质流q4的形式直接送入到第二精馏塔12中。这等于绕过第四精馏塔14的塔顶冷凝器141，仅将剩余部分供应给该塔顶冷凝器。

从第二精馏塔12抽取物质流m1，并且送入到第五精馏塔15的上部15a中，该上部通过阻挡板15c与下部15b分开。以物质流n1的形式将在阻挡板15c上分离的液体送回到第二精馏塔12中。将已经解释过的物质流r和s送回到第二精馏塔12中。第五精馏塔15的上部15a特别地用来排出氩，经由物质流m2将该氩的绝大部分转移到第四精馏塔14中。物质流m2在此还包括第五精馏塔15的下部15b的塔顶气。以物质流m2的形式引导第四精馏塔14的塔底液前往第五精馏塔15的上部和下部15a、15b的塔顶。

第五精馏塔15设置有冷凝器蒸发器151，使得该冷凝器蒸发器利用富氮气体运行，以物质流x的形式从第三精馏塔13抽取该富氮气体，在冷凝器蒸发器151中至少部分液化，并且送回到第三精馏塔13中。

在这里示出的示例中，也从第二精馏塔12的塔底抽取物质流k并且转移到储罐系统101中。然而，接着在这里借助于泵7c进行内压缩。此外还以物质流k5的形式从第五精馏塔5抽取超高纯度的氧。将其转移到储罐系统102中，临时存放在那里，在主换热器1中蒸发，并作为超高纯的氧产物U1提供。还可行的是：在储罐系统103中临时存放氩产物。

关于更多详细说明，在此明确提示参阅关于上述附图，特别地关于图5至7的解释。与上述附图不同的特征也可在这里单独或者共同实现。

图9至28所示为本发明的实施方式和非本发明的实施方式所述空气分离设备的一系列其他变异方案。虽然这里部分针对某些物质流和装置使用与上述附图中不同的附图标记，但是这些也可相互对应。

图9所示为一种非本发明所述的空气分离设备，总体上使用900进行标记，该图仅仅作为对后面的附图进行解释的基础，该空气分离设备在第一精馏塔11旁边具有一个氧塔，也就是第二精馏塔12，然而没有另外的精馏塔。图9所示组件的绝大部分已经解释过多次。如图9所示，可使用另外的储罐104，并且可引导物质流l单独通过主换热器1。

图10所示为一种空气分离设备，使用1000进行标记，这是图9所示空气分离设备900的一种同样非本发明所述的变异方案，在该空气分离设备中，经由中间抽出口从第二精馏塔12抽取物质流k6，并且在适当时在缓冲罐105中临时存放并且在内压缩泵7d中内压缩并且在主换热器1中加热之后，作为对应的氧产物U2输出。

图11所示为另一种非本发明所述的空气分离设备，使用1100进行标记，该图是图9和10所示设备900和1000的另一种变异方案。空气分离设备1100包括第四精馏塔14，从该精馏塔以液体形式抽取多次解释过的物质流p。可将对应的氩临时存放在缓冲罐103中，并且在内压缩泵7b中内压缩并且在主换热器1中加热之后作为对应的氩产物I输出。

与这里使用1101所示的那样，在主换热器1的冷端可在物质流f和l之间提供横向连接。特别地可在一个或多个精馏塔发生故障的情况下激活该横向连接，这样就不必将空气分离设备1100整体停机。

与使用1102所示的那样，在该实施方式中还可在第二精馏塔12的塔顶处加入外部提供的液氮，以及来自第一精馏塔的液态富氮物质流i1。后者具有比第二精馏塔12的塔顶气更小的氮含量。第二精馏塔12中的附加分离段使用1103进行标记。

从第二精馏塔12抽取物质流k7，与物质流l合并，并且以为了简单起见继续用l标记的物质流的形式输出，或者供应给热段110。这样就能总体上提高气态的内压缩的氩(物质流p或产物I)的收率。将物质流r供应给物质流l，反之将物质流s用来形成物质流f。

图12所示为另一种非本发明所述的空气分离设备，使用1200进行标记，该图特别地是图11所示空气分离设备1100的一种变异方案。空气分离设备1200具有另外的膨胀机201。在这个另外的膨胀机201中使得分流a1膨胀，并且如多次解释过的那样使用。

类似于物质流，类似于之前解释过的物质流b处理没有在膨胀机201中膨胀的物质流a的剩余部分，并且因此对应地进行标记。另外这里还展示了多次解释过的过冷器9。第二精馏塔12的最低点特别地布置于第一精馏塔11的最低点上方6米以上。

图13所示为一种空气分离设备，并且使用1300进行标记，该图特别地是图12所示空气分离设备1200的一种变异方案，但是与之相反是本发明的一种实施方式。

空气分离设备1200具有多次解释过的第三精馏塔13和第五精馏塔15，已参考附图8对此进行了详细解释。因此关于设备900，在此明确提示参阅关于图8所示空气分离设备800的详细说明。

与图8所示的空气分离设备800不同，这里特别地将外部液氮X送入到第二精馏塔12中，并且将物质流r的一股分流与物质流l和物质流k3合并。情况之所以这样，特别地是因为在第二精馏塔12中不需要完全回流，或者就此而言存在着最佳状态。如图所示，在这里在冷凝器蒸发器121中使得物质流i，之后再将该物质流送入到第二精馏塔12中。

图14所示为一种空气分离设备，使用1400进行标记，该图特别地是图13所示空气分离设备1300的一种本发明所述的变异方案。空气分离设备1400被适配为提供另外的压缩氮产物D1。

为此提取纯度比之前的物质流l更高的第二精馏塔12的塔顶流。因此该塔顶流在这里使用l1进行标记。在塔顶下方从第二精馏塔12抽出另外的物质流l2，就能予以实现。此外，第二精馏塔在这里还配备了另外的分离段12a。图示的实施方式对于氩收率和纯度也有积极作用。

在图13所示空气分离设备1300中与物质流l合并的物质流，现在与物质流l2合并成一股为了简单起见重新使用l标记的物质流。在主换热器1中加热之后，在外部压缩机1401中部分地压缩物质流l1。另外一部分进入热段110。对此的更多相关细节在图27和28中也进行了进一步的说明。

图15所示为一种空气分离设备，总体上使用1500进行标记，该图特别地是图14所示空气分离设备1400的一种本发明所述的变异方案。

在这里，将在图14所示空气分离设备1400中仅用来形成物质流q的第三精馏塔13的塔底液部分地用来形成加入到第二精馏塔12的物质流q4(为此也可参见图8所示的空气分离设备800)。对应地调整第二精馏塔12和物质流i的进料点。

图16所示为一种空气分离设备，使用1600进行标记，该图特别地是图15所示空气分离设备1500的一种本发明所述的变异方案。

这里没有对应地使用之前解释过的设备800和1300至1500中形成的物质流x。代之以将物质流x1分支为从第三精馏塔13抽取的塔顶气的分流，并且与之前的物质流x一样，在冷凝器蒸发器151中部分液化，作为回流送回到第三精馏塔13。以物质流x2的形式加热另一部分，并且至少部分作为另一种氮产物D2从空气分离设备1600输出。

图17所示为一种空气分离设备，使用1700进行标记，该图特别地是前述附图所示设备的一种本发明所述的变异方案，在其中使用第五精馏塔15。然而这里以修改的形式存在，并且与之前一样使用15a进行标记。

精馏塔15a对应于前述附图的第五精馏塔15的上部15a。从其塔顶将物质流m3转移到第四精馏塔14中，并且在此送入到塔底上方的某个区域中，该区域在功能上对应于前述附图的第五精馏塔15的下部15b，因此在这里使用15b'进行标记。借助于没有单独标记的泵将这里积累的液体以物质流n3的形式泵回到精馏塔15a。通过图17所示的实施方式，可特别地实现氧产物U中不含有色金属，因为正是通过这种布置，让引导到部分柱15b'的流体不会与通常用青铜制成的泵叶轮接触。

图18和19所示为设备的变异方案，使用1800和1900进行标记，其中基本上修改了热段110和物质流通过主换热器1的走向。在图18和19中仅描绘了该热段110、主换热器1的一段以及理解该变异方案所需的物质流。

将在主换热器112中经过压缩、冷却和纯化的空气按照图18划分为分流a2和a3，引导其中的分流a2从热端到冷端通过主换热器1。反之，利用与主空气压缩机112耦合的压缩机或压缩机级112a继续压缩物质流a3，然后与前述附图的物质流a一样处理。特别地使得这里与之前一样使用a1标记的分流在膨胀机201中膨胀，然后与物质流a2合并。与图19所示的变异方案一样，也可放弃膨胀机201和形成物质流a1。

使用图18和19所示的措施可降低能耗，因为不必让全部空气达到很高的压力，而只是物质流a3的一部分。

图20所示为本发明所述空气分离设备的一种变异方案，使用2000进行标记，该方案与图8所示的空气分离设备800和其他之前所述的设备特别地在物质流i和w的处理方面有共同之处。因此可将第三精馏塔13用来分离物质流i，并且可获得较高的氮产物占比。参阅以上详细说明，并且这里和以下仅单独标记少数物质流。

图20(和图8)所示的实施方式具有特别的优点，能简化冷凝器蒸发器121，并且能使用同样简化的控制系统。特别地可像传统的Joule-Thomson流那样控制物质流w。

在图21所示并且使用2100标记的一种本发明所述的变异方案中，使用第四精馏塔14的塔底液形成物质流q5，借助于泵7e引导其通过修改后的换热器2，这里使用2a进行标记，在此冷却下来并且接着送回到第三精馏塔13中。这样特别地能够改善第三精馏塔13中氮的提取，使得所有产物都能有较高的收率。

在图22所示并且使用2200进行标记的另一种本发明所述的变异方案中，对第五精馏塔15的塔底液形成的物质流k5进行对应处理，并且送回到第五精馏塔15中。

图23所示为本发明的另一种实施方式所述的空气分离设备，使用2300进行标记。与之前所示的实施方式的区别特别地在于布置于第三精馏塔13的塔底中的冷凝器蒸发器131。从功能上看，可将这视作划分第二精馏塔12中的冷凝器蒸发器，该冷凝器蒸发器在这里使用121a进行标记。以这种方式可改善第二精馏塔12或第三精馏塔13中氮的提取。

如这里所示的那样，可经由侧线抽出口从第二精馏塔2以物质流i2的形式抽取流体，引导其通过冷凝器蒸发器141，在此至少部分液化，并且送入到第三精馏塔13中。可在相同高度从第三精馏塔13抽取液体，并且借助于泵7r送回到第二精馏塔12中。

图24借助于使用2400标记的设备展示一种非本发明所述的变异方案，该设备缺少第三精馏塔13，或者其功能被整合到第一精馏塔11中。这里将物质流i2在主换热器1中部分加热，在膨胀机201a中膨胀，在换热器1中重新冷却，并且引导其一部分通过第二精馏塔的冷凝器蒸发器121，在此至少部分液化，并且再次按比例加入到第一和第二精馏塔11、12。膨胀机201a例如与发电机耦合。

图25所示为本发明另一种实施方式所述的空气分离设备，总体上使用2500进行标记。该设备与先前的设备的区别在于，在其中形成物质流a1，并且通过继续处理该物质流a1使之膨胀。

在空气分离设备2500中将分流a1划分为分流a4和a5，可各自经由没有单独标记的阀门调节其占比。在此在膨胀机3中并且在适当时在平行的膨胀阀中使得分流a4而不是分流e膨胀，就像之前的情况一样，并且从而部分用来驱动压缩机5。与之前的全部分流a1一样，将分流a5例如送入到第三精馏塔13中。虽然形成物质流e并且部分与之前一样处理，然而没有借助于膨胀机3和膨胀阀4使其膨胀。在物质流a5下方将其送入到第三精馏塔13中。在此可给第三精馏塔13配备一个附加的分离段13a。

通过图25所示的措施可将精馏塔11至15热耦合。来自第一精馏塔11的剩余气体可用来提取氩、氧和氮。可完全或者部分地引导物质流e前往第二精馏塔12。可通过膨胀机3将剩余部分排出，作为剩余气体在热段110中使用。

图26所示为本发明另一种实施方式所述的空气分离设备，总体上使用2600进行标记。这特别地是空气分离设备2500的一种变异方案。这里也将分流a1划分为分流a4和a5，但是其中在这里先将物质流a4供应给物质流l，之后再加热，排出或供应给热段110。将分流a5送入到第二精馏塔12中。因此膨胀机201的功能在这里对应于Lachmann涡轮机的功能。通过图示的措施可将精馏塔11至15热耦合。

与之前一样形成并且压缩分流d，其中为此使用的压缩机在这里是纯粹由电机驱动的，因此使用5a进行不同的标记。与之前参考图25解释的那样，将分流e送入到第四精馏塔14中。

图27和28中的局部视图所示为本发明实施方式所述的空气分离设备2700和2800，在其中形成首次参考图14所述的物质流l1。在此明确提示参阅那里的解释。与图28中借助于空气分离设备2800所示的那样，在此可首先在主换热器1中部分加热物质流l1，在与膨胀机201耦合的压缩机201b中压缩，接着在中间温度压力水平上再次供应给主换热器1，继续加热，并且接着供应给压缩机1401。

如图29中的局部视图所示，在本发明的一种实施方式所述的空气分离设备2900中，也可如同之前参考图28和29所示的那样，对应地压缩物质流h的氮。可选择使用这里用1401'标记的压缩机。

图30以示意性设备图的形式示出非本发明实施方式所述的空气分离设备3000。

图30所示的空气分离设备3000与图1中所示的，同样不是本发明所述的空气分离设备100有很大的共性。以下仅解释区别。

在这里，在将分流c引导通过第二精馏塔12的冷凝器蒸发器121之后，在将其送入到第一精馏塔11中之前，并不与另外的物质流合并。此外，在这里没有像图1或空气分离设备100中的物质流e1那样分支部分物质流e，从而使得在这里将全部物质流e供应给换热器2。这里在两个膨胀机3和4中以两股分流的形式使得物质流e膨胀。膨胀机4与发电机耦合。

如这里所示，这里在物质流i上方将这里不同标记的物质流j从第二精馏塔排出，并且特别地在塔顶处加入到第二精馏塔2。从第二精馏塔12的塔顶抽出物质流l，不与另一股物质流合并将其加热，并且特别地可在压缩机3001中压缩之后作为另外的气态氮产物H从空气分离设备100输出。气态氮产物H是之前关于本发明不同实施方式解释过的“另外的富氮空气产物”。

如同这里高度简化所示的那样，主换热器1可在空气分离设备3000中布置于第一个预制的冷箱3010中。具有用来冷却其塔顶气的换热器2的第一精馏塔11可布置于第二个预制的冷箱3020中。第二精馏塔可布置于第三个预制的冷箱3030中。与图1高度简化的示意图不同，这些完全包围各自所述的元件。

图31所示为图31所示空气分离设备3000的一种变异方案，然而是本发明的一种实施方式，总体上使用3100进行标记。与图30中所示的设备3000相比，这里还由多次提及到第三精馏塔13提供进气流的分流a1，并且还在第四精馏塔14中设置氩提取。另外还在空气分离设备3100中提供第五精馏塔15。“第一”、“第二”、“第三”、“第四”和“第五”精馏塔这些名称的用法与以上说明一致，因此可参阅这些说明。

物质流d、e、f、g、h、i、k和l的形成和处理基本上与参考图1或30所示设备100或3000解释的一样，其中在设备3100中仅仅再次示出了膨胀机4而不是膨胀机3和4，并且并非直接将物质流i送入到第二精馏塔12中，而是预先引导通过冷凝器蒸发器121和过冷逆流换热器202。在这里所示的示例中，还可将物质流k临时存放在储罐系统203中。同样引导物质流l通过过冷逆流换热器202。

在这里不形成与设备100所示的物质流j对应的物质流。代之以从第四精馏塔以物质流m的形式抽取塔顶气，并且在冷凝器蒸发器121中将其液化，从而形成送往第二精馏塔12的液态回流n。一部分液化的塔顶气通过过冷逆流换热器202，并且以物质流n的形式使用，将另外未标记的部分作为回流送回到第一精馏塔11。能以液氮X的形式提供另外的液体。在设备200中借助于泵204从第三精馏塔13将物质流o送回到第一精馏塔1中。

第五精馏塔15在这里也是双塔，关于其功能可参阅以上的解释。使得下部15b利用冷凝器蒸发器151运行，使用取自第三精馏塔13的物质流p将该冷凝器蒸发器加热，接着，也就是说在冷凝器蒸发器151的下游重新送回到第三精馏塔13中。此外还在下部15b以物质流q的形式抽取超高纯度的氧。将其转移到储罐系统205中，临时存放在那里，在主换热器1中蒸发，并作为超高纯度的氧产物U提供。

在氩过渡点的区域中或者下方从第二精馏塔12抽取物质流r，并且送入到第五精馏塔15的上部15a中，该上部通过阻挡板15c与下部15a分开。在物质流r下方将在阻挡板15c上分离的液体送回到第二精馏塔12中。经由物质流s将第五精馏塔15的上部15a和下部15b的塔顶气转移到第四精馏塔14中。以物质流t的形式引导第四精馏塔14的塔底液前往第五精馏塔15的下部15a和上部15b的塔顶。

以物质流u的形式使用第二精馏塔12的塔底液冷却第三精馏塔13的塔顶冷凝器141，预先引导该塔底液通过过冷逆流换热器202。以物质流v的形式将来自塔顶冷凝器141的蒸发室的液体送回到第二精馏塔12中。以物质流w的形式从塔顶冷凝器141的蒸发室抽出气体，部分膨胀进入第二精馏塔12，部分用来形成剩余气流x，该剩余气流也包括从第二和第三精馏塔12、13抽取的流体。

在塔顶下方以物质流x的形式从第四精馏塔14抽取富氩液体。可将该富氩液体存放在储罐系统206中，之后再借助于泵207对其进行内压缩和加热，并且可作为氩产物V提供。以物质流y的形式将第四精馏塔14的未冷凝塔顶气向大气A放出。

也可在图31所示的空气分离设备3100中将主换热器1布置于第一个预制的冷箱3110中。具有用来冷却其塔顶气的换热器2的第一精馏塔11可布置于第二个预制的冷箱3120中。第二精馏塔12可与第三精馏塔13一起布置于第三个预制的冷箱3130中。在示出的示例中，第五精馏塔15也布置于第三个冷箱3130中。在示出的示例中，第四精馏塔14布置于另一个预制的冷箱3140中，但是在其中也可例如布置有第五精馏塔15。但是第四精馏塔14也可布置于第三个冷箱3130中。可任意分布。

应再次强调的是，尽管在上述附图中，将本发明的各个实施方式所述的措施各自描述为相应设备的一部分，但也可单独使用或者在其他设备中使用，不脱离本发明的范围。例如在所有情况下，都可设置有压缩机的电动和/或者涡轮机运行模式，并且/或者可用再生方式和/或借助于制动器和/或通过与压缩机耦合的方式对膨胀机进行制动。

尽管上述某些空气分离设备被描述为之前所解释的设备的变异方案，但是不言而喻，也可在不同于所述设备的其他设备中使用这里各自提供的措施或特征。

Claims (13)

1.用于低温分离空气的方法，其中使用具有第一精馏塔(11)和第二精馏塔(12)的空气分离设备(100–3100)，其中

–使得所述第一精馏塔(11)以第一压力水平运行，并且使得所述第二精馏塔(12)以低于所述第一压力水平的第二压力水平运行，

–以一股或多股第一物质流的形式从所述第一精馏塔(11)抽取与大气空气相比富集氧的流体，

–在换热器(2)中加热以所述一股或多股第一物质流的形式取自所述第一精馏塔(11)的所述流体的至少一部分，

–使用压缩机(5)压缩在所述换热器(2)中加热的所述流体的一部分，并且送回到所述第一精馏塔(11)中，

–在所述换热器(2)中冷凝所述第一精馏塔(11)的塔顶气的第一部分，并且以至少一种富氮空气产物的形式从所述空气分离设备(100，3100)排出第二部分，

–从所述第一精馏塔(11)抽取含有氧、氮和氩的另外的流体并且用作第二物质流或者用来形成第二物质流，将所述第二物质流转移到所述第二精馏塔(12)中，并且

–在所述第二精馏塔(12)的塔底中形成富氧塔底液并且以第三物质流的形式从所述空气分离设备(100，200)排出至少一部分，

其特征在于，

–使用第三精馏塔(14)，其中所述第二精馏塔(12)和所述第三精馏塔(14)被设计成双塔的一部分，所述第三精馏塔(14)布置于所述第二精馏塔(12)下方，并且给所述第三精馏塔(14)供应空气。

2.根据权利要求1所述的方法，其中供应给所述第三精馏塔(14)的空气包括经过压缩和冷却的空气，使用膨胀机(201)使所述经过压缩和冷却的空气膨胀。

3.根据权利要求2所述的方法，其中使得所述第二精馏塔(12)利用冷凝器蒸发器(121)运行，所述冷凝器蒸发器布置于所述第二精馏塔(12)的塔底区域中，并且使用取自和/或供应给所述第三精馏塔(14)的流体加热所述冷凝器蒸发器。

4.根据权利要求3所述的方法，其中在布置于所述第二精馏塔(12)的所述塔底区域中的所述冷凝器蒸发器(121)中将供应给所述第三精馏塔(14)的所述空气至少部分液化，并且作为液态回流送回给所述第三精馏塔(14)。

5.根据权利要求3或4中的一项所述的方法，其中在布置于所述第二精馏塔(12)的所述塔底区域中的所述冷凝器蒸发器(121)中将在所述第三精馏塔(14)中形成的塔顶气至少部分液化，并且作为回流送回给所述第二和/或第三精馏塔(12，14)。

6.根据权利要求3或4中的一项所述的方法，其中在所述第三精馏塔(14)中形成塔底液，将所述塔底液至少部分送入到所述第二精馏塔(12)中。

7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中在所述第二精馏塔(12)中形成富氮塔顶气，并且将其中至少一部分作为另外的富氮空气产物从所述空气分离设备(3000，3100)排出，其中所述第一精馏塔(11)的所述塔顶气的剩余氧含量为1ppb至10ppm并且所述第二精馏塔(12)的所述塔顶气的剩余氧含量为10ppb至100ppm。

8.根据权利要求7所述的方法，其中给所述第二精馏塔(12)配备50至120个理论板，并且/或者提供富氮液态物质流并且作为回流在所述第二精馏塔(12)的上部区域中加入。

9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中

–从所述第二精馏塔(12)抽取流体，所述流体具有比所述第二精馏塔(12)的所述富氧塔底液更高的氩含量，并且用作第三物质流或者用来形成第三物质流，

–使用第四精馏塔(13)，将所述第三物质流送入到所述第四精馏塔中，其中在所述第四精馏塔(13)中形成富氩流体，所述流体具有95摩尔百分比以上的氩含量。

10.根据权利要求9所述的方法，其中使用第五精馏塔(15)，在所述第五精馏塔中形成具有一定氧含量的液体，所述氧含量高于在所述第二精馏塔(12)的所述塔底中形成的所述富氧塔底液的氧含量，并且其中使用所述第五精馏塔(15)，将取自所述第二精馏塔(12)并且具有比所述第二精馏塔(12)的所述富氧塔底液更高氩含量的流体用来形成所述第三物质流。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中在所述空气分离设备(100–3100)中形成的氩产物的量包括以空气形式总体供应给所述空气分离设备(100–3100)的氩的量的1至85％。

12.空气分离设备(100–3100)，具有第一精馏塔(11)和第二精馏塔(12)，所述空气分离设备被适配为：

–使得所述第一精馏塔(11)以第一压力水平运行，并且使得所述第二精馏塔(12)以低于所述第一压力水平的第二压力水平运行，

–以一股或多股第一物质流的形式从所述第一精馏塔(11)抽取与大气空气相比富集氧的流体，

–在换热器(2)中加热以所述一股或多股第一物质流的形式取自所述第一精馏塔(11)的所述流体的至少一部分，

–使用压缩机(5)压缩在所述换热器(2)中加热的所述流体的一部分，并且送回到所述第一精馏塔(11)中，

–在所述换热器(2)中冷凝所述第一精馏塔(11)的塔顶气的第一部分，并且以至少一种富氮空气产物的形式从所述空气分离设备(100，3100)排出第二部分，

–从所述第一精馏塔(11)抽取含有氧、氮和氩的另外的流体并且用作第二物质流或者用来形成第二物质流，将所述第二物质流转移到所述第二精馏塔(12)中，并且

–在所述第二精馏塔(12)的塔底中形成富氧塔底液并且以第三物质流的形式从所述空气分离设备(100，200)排出至少一部分，

其特征在于，

–提供第三精馏塔(14)，其中所述第二精馏塔(12)和所述第三精馏塔(14)被设计成双塔的一部分，并且所述第三精馏塔(14)布置于所述第二精馏塔(12)下方，其中所述空气分离设备(100–3100)被适配为给所述第三精馏塔(14)供应空气。

13.根据权利要求12所述的空气分离设备(100–3100)，所述空气分离设备被适配为执行权利要求1至11中的一项所述的方法。

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