CN114046629A - 一种生产高纯氮和低纯氧的空气分离方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生产高纯氮和低纯氧的空气分离方法和装置，采用三塔精馏的方式，氮和氧在不同塔中进行精馏，同时将高纯氮和低纯氧从空气中分离出来，克服了传统低纯度制氧设备的缺陷，并节省了设备投资、降低了能耗、提高了产品附加值，实现了循环经济效应。

Description

一种生产高纯氮和低纯氧的空气分离方法和装置
技术领域
本发明属于空气分离技术领域，涉及一种生产高纯氮和低纯氧的空气分离方法和装置，以空气为原料、生产高纯度氮气同时生产氧的装置和方法。
背景技术
双塔精馏为空气分离设备的传统流程，适用于高纯度氧(99.5％以上)的生产，而对于生产富氧燃烧需求的低纯度氧，氧气纯度降低在理论上应匹配分离功降低、制氧能耗降低的流程。所以，不能仍然按常规传统的空气分离流程进行生产，而应该从精馏、流程组织等方面来挖掘，研究新型装置，以降低制氧功耗。
现有技术中采用高纯度氧气混合空气的方法，即在双塔的基础上增加了一个用空气直接蒸发高纯度氧的塔，混合成所需要的低纯度氧浓度，本质上还是属于传统的双塔精馏，而且这种先分离后混合的方式无疑是一种能源的浪费，而且其副产品低压氮气不能直接输送，需增加氮气压缩机，就设备本身的投资而言是一笔额外的支出。
在构建空气分离装置时，由于中压塔的增加而造成精馏塔的整体高度比双塔进一步升高，使得总高度大于40米，甚至大于45米或大于50米。由此，空气分离设备难以在工厂预制，因为各个组件容易超过运输要求，难以长距离运输。已知的，超过运输尺寸的空分装置，必须散装运至装置运行地点，并在当地进行拼装构建。这样的现场拼装方式，不利于缩减现场施工工期和把控拼装质量。特别是在有些空分现场，获取相应技术人员的难度高、技术人员水平参差不齐和价格贵，现场拼装会延长空分装置的交付工期，同时增加花费。
因此，在工厂内将空分装置预制成多个安装成型的橇装模块，将橇装模块整体运输至现场，在现场当地只需要将模块通过管道连接起来成为更方便的解决方案。还可将管道制造成管道模块(连接模块)，现场只需将模块连接起来。
US2001/0001364A1披露了一种用于获得氩的空气分离设备，将设备的一部分塔以两部分方式构造的方法，并实现了允许减小所述塔的冷箱的尺寸的排布方式。其设备中以两部分构造的为低压塔或者氩塔。
虽然这一方式有利于空分装置的构建，但是基于氧氮分离主塔三塔的工艺流程，其塔内精馏组分和特点与双塔流程完全不同。因此，本发明的另一目的是以一种省时省力运输和现场拼装的方式构建一种三塔氧氮分离的空气分离设备。
发明内容
为了消除上述现有技术中的缺陷与不足，本发明提供了一种以空气为原料、同时生产高纯氮和低纯氧的方法，采用三塔精馏的方式，氮和氧在不同塔中进行精馏，同时将高纯氮和低纯氧从空气中分离出来，克服了传统低纯度制氧设备的缺陷，并节省了设备投资、降低了能耗、提高了产品附加值，实现了循环经济效应；同时提供了一种省时省力运输和现场拼装的方式构建一种三塔氧氮分离的空气分离设备。
本发明公开了一种生产高纯氮和低纯氧的空气分离方法，在所述方法中，将原料空气在主换热器中冷却并且引入用于氮氧分离的精馏系统中，所述精馏系统具有至少一个高压塔和一个低压塔；将一氧流从低压塔的下部区域中取出、在主换热器中加热并且作为压力氧气产品获得；将第一氮流从高压塔的顶部区域中取出、在主换热器中加热并且作为压力氮气产品获得；将污氮气以气态从低压塔的顶部区域取出、在主换热器中加热并且作为再生气或者放空；在高压塔与低压塔之间设置一中压塔，所述中压塔的操作压力介于高压塔与低压塔之间；低压塔的下部区域具有低压冷凝蒸发器；中压塔的下部区域具有中压冷凝蒸发器；所述精馏系统至少包括两个过冷器，分别为高压过冷器和低压过冷器；经第一增压机的原料空气增压至第一压力，经预冷、纯化后，第一部分第一压力空气经主换热器冷却引入高压塔的下部区域，第二部分第一压力空气经第二增压机增压至第二压力空气；将第一部分第二压力空气经主换热器冷却，从主换热器的中间位置取出再经膨胀机得到第三压力空气引入中压塔的下部区域，将第二部分第二压力空气经主换热器液化或在超临界压力下伪液化；已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的一部分引入高压塔的下部区域；已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的另一部分经高压过冷器引入低压塔的中部区域；将高压富氧液空从高压塔的塔底取出、依次经低压过冷器和节流引入中压塔的中部区域；将中压富氧液空从中压冷凝蒸发器处取出、依次经低压过冷器和节流引入低压塔的下部区域；将贫液氮从中压塔的中部区域取出、依次经低压过冷器和节流引入低压塔的上部区域；将第二氮流从中压塔的上部区域取出、并在液态下经压力升高、且经高压过冷器引入高压塔的顶部区域。
更进一步的，所述第二氮流在液态下的压力升高由液氮泵实现。
更进一步的，将氧流在液态下从低压冷凝蒸发器处取出、并在液态下经压力升高、且在主换热器中以与原料空气进行间接热交换的形式而蒸发或在超临界压力下伪蒸发。
更进一步的，所述氧流在液态下的压力升高由液氧泵实现。
更进一步的，压力氧气产品的纯度介于93％～99％之间。
更进一步的，低压塔的操作压力在1.1～1.5bar之间，中压塔的操作压力在4.5～6.5bar之间，高压塔的操作压力在8.5～9.5bar之间，以上压力值均为绝对压力。
本发明还公开了一种生产高纯氮和低纯氧的装置，该装置具有用于氮氧分离的精馏系统，所述精馏系统具有至少一个高压塔和一个低压塔，其特征在于：用于冷却已压缩并且净化的原料空气的主换热器；用于将氧流从低压塔的下部区域取出的部件，所述氧流在主换热器中加热并且作为压力氧气产品获得；用于将第一氮流从高压塔的顶部区域取出的部件，所述第一氮流在主换热器中加热并且作为压力氮气产品获得；用于将污氮气以气态从低压塔的顶部区域取出的部件，所述污氮气在主换热器中加热并且作为再生气或者放空；中压塔，设置于高压塔与低压塔之间；低压冷凝蒸发器，设置于低压塔的下部区域；中压冷凝蒸发器，设置于中压塔的下部区域；用于将原料空气增压至第一压力的第一增压机；用于将第一部分第一压力空气经主换热器冷却引入高压塔下部区域的部件；用于将第二部分第一压力空气增压至第二压力的第二增压机；用于将第一部分第二压力空气膨胀至第三压力的膨胀机；用于将第三压力空气引入中压塔下部区域的部件；用于将第二部分第二压力空气液化或在超临界压力下伪液化的部件；用于将已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的一部分引入高压塔下部区域的部件；用于将已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的另一部分经高压过冷器引入低压塔中部区域的部件；低压过冷器，用于过冷高压富氧液空、中压富氧液空和贫液氮；高压过冷器，用于过冷已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的另一部分；用于将高压富氧液空从高压塔的塔底取出、经低压过冷器和节流引入中压塔中部区域的部件；用于将中压富氧液空从中压冷凝蒸发器处取出、经低压过冷器和节流引入低压塔下部区域的部件；用于将贫液氮从中压塔的中部区域取出、经低压过冷器和节流引入低压塔上部区域的部件；用于将第二氮流从中压塔的上部区域取出、并在液态下经压力升高部件。
更进一步的，还包括液氮泵，用于实现第二氮流在液态下的压力升高。
更进一步的，还包括液氧泵，用于实现氧流在液态下的压力升高。
本发明还公开了一种生产高纯氮和低纯氧的装置，该装置具有用于氮氧分离的精馏系统，所述精馏系统具有至少一个高压塔和一个低压塔，其特征在于：用于冷却已压缩并且净化的原料空气的主换热器；用于将氧流从低压塔的下部区域取出的部件，所述氧流在主换热器中加热并且作为压力氧气产品获得；用于将第一氮流从高压塔的顶部区域取出的部件，所述第一氮流在主换热器中加热并且作为压力氮气产品获得；用于将污氮气以气态从低压塔的顶部区域取出的部件，所述污氮气在主换热器中加热并且作为再生气或者放空；具有以多部分方式构造的具有中压塔底段和在空间上分离布置的中压塔顶段的中压塔；低压冷凝蒸发器，设置于低压塔的下部区域；中压冷凝蒸发器，设置于中压塔的下部区域；用于将原料空气增压至第一压力的第一增压机；用于将第一部分第一压力空气经主换热器冷却引入高压塔下部区域的部件；用于将第二部分第一压力空气增压至第二压力的第二增压机；用于将第一部分第二压力空气膨胀至第三压力的膨胀机；用于将第三压力空气引入中压塔底段部件；用于将第二部分第二压力空气液化或在超临界压力下伪液化的部件；用于将已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的一部分引入高压塔下部区域的部件；用于将已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的另一部分经高压过冷器引入低压塔中部区域的部件；低压过冷器，用于过冷高压富氧液空、中压富氧液空和贫液氮；高压过冷器，用于过冷已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的另一部分；用于将高压富氧液空从高压塔的塔底取出、经低压过冷器和节流引入中压塔底段的部件；用于将中压富氧液空从中压冷凝蒸发器处取出、经低压过冷器和节流引入低压塔下部区域的部件；用于将贫液氮从中压塔底段取出、经低压过冷器和节流引入低压塔上部区域的部件；用于将第二氮流从中压塔顶段取出、并在液态下经压力升高、且经高压过冷器引入高压塔顶部区域的部件；液氮泵，用于实现第二氮流在液态下的压力升高；液氧泵，用于实现氧流在液态下的压力升高。
本发明还公开了一种生产高纯氮和低纯氧的装置，该装置具有用于氮氧分离的精馏系统，所述精馏系统具有至少一个高压塔和一个低压塔，其特征在于：具有以多部分方式构造的具有中压塔底段和在空间上分离布置的中压塔顶段的中压塔；用于冷却已压缩并且净化的原料空气的主换热器；用于将氧流从低压塔的下部区域取出的部件，所述氧流在主换热器中加热并且作为压力氧气产品获得；用于将第一氮流从高压塔的顶部区域取出的部件，所述第一氮流在主换热器中加热并且作为压力氮气产品获得；用于将污氮气以气态从低压塔的顶部区域取出的部件，所述污氮气在主换热器中加热并且作为再生气或者放空；低压冷凝蒸发器，设置于低压塔的下部区域，与中压塔顶段以热交换方式连接；中压冷凝蒸发器，设置于中压塔底段的下部区域，与低压塔以热交换方式连接；用于将原料空气增压至第一压力的第一增压机；用于将第一部分第一压力空气经主换热器冷却引入高压塔下部区域的部件，用于将第二部分第一压力空气增压至第二压力的第二增压机；用于将第一部分第二压力空气膨胀至第三压力的膨胀机；用于将第三压力空气引入中压塔底段部件；用于将高压富氧液空从高压塔的塔底取出，节流引入中压塔底段的部件；用于将中压富氧液空从中压冷凝蒸发器处取出，节流引入低压塔下部区域的部件；用于将第二氮流从中压塔顶段取出，借助液氮泵升压，获得的第一部分第二氮流引入中压塔底段，获得的第二部分第二氮流引入高压塔顶部区域的部件。
更进一步的，所述精馏系统还具有用于将第二部分第二压力空气液化或在超临界压力下伪液化的部件，所述液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气部分或全部引入低压塔的中部区域。
更进一步的，所述精馏系统还具有用于将已经液化或在超临界压力下伪液化的第二压力空气的一部分引入高压塔下部区域的部件。
更进一步的，所述精馏系统还具有用于将贫液氮从中压塔的中部区域取出，节流引入低压塔上部区域的部件；高压过冷器，用于高压富氧液空、低压富氧液空、贫液氮与污氮气换热；低压过冷器中，用于加压后的氧流、第二部分第二压力空气与第二部分第二氮流换热。
更进一步的，所述精馏系统还具有将第三氮流从中压塔顶段取出、在主换热器中加热并且作为中压氮气产品获得的部件。
更进一步的，所述中压塔顶段与所述低压塔至少部分紧邻所述中压塔底段或紧邻所述高压塔布置。
更进一步的，所述中压塔底段完全低于所述中压塔顶段布置。
更进一步的，所述中压塔底段与所述高压塔布置在第一冷箱中，所述中压塔顶段与所述低压塔布置在第二冷箱中。
与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
a.通过增加中压塔对高压富氧液空节流后进行进一步低温精馏，即采用三塔(一台高压塔、一台中压塔和一台低压塔)精馏的方式，与现有技术的双塔精馏相比，提高了进入低压塔分离的中压富氧液空的氧浓度，改善了低压塔的精馏条件，从而提高了低压塔的精馏效率和氧提取率。
b.本发明充分挖掘了精馏塔的精馏潜力，通过流程的合理组织，采用三塔内压缩流程制取低纯氧，能耗比常规双塔流程低了15％以上；操作上比高纯度氧和空气混合简单。
c.本发明适用于同时产生压力氮气和压力氧气(优选地，所获得压力氮气与压力氧气的产量比值≥1)；传统的双塔流程中，从下塔顶部取出的压力氮气产品压力约6bar，本发明的三塔流程中的高压塔可以满足直接从精馏塔中取出高于6bar的压力氮气产品的需求，不用增加氮气压缩机。
d.可以通过调节从中压塔上部区域经液氮泵回流至高压塔顶部的液氮(第二氮流)的流量，实现用户对压力氮气的实际需求，而且这样的操作不会影响低压塔的氧提取率，进而实现氮产品产量和氧产品产量的比例≥1，或≥1.5，或≥2，或≥2.5，或≥3。由于空气中氮组分和氧组分的比例是基本恒定的，在氧提取率基本不变的情况下，提高氮氧比，即提高了空气分离塔的总体效率。
e.以多部分构造的三塔结构能够明显减小冷箱结构的高度，例如，借助本发明的构造方式，通过相应的划分和布置，使用约30米余的高度装配橇装冷箱模块，可最终实现有效高度约45米的三塔空气分离装置的功能。如，高压塔和中压塔的顶段形成结构单元，与其周边管道、仪表、阀门等冷箱内的其他部件一同被组装于一个高度约30米的橇装模块中。低压塔和中压塔的底段形成结构单元，与其周边管道、仪表、阀门等冷箱内的其他部件一同被组装于一个高度约15米的橇装模块中。由此，空气分离装置可以在工厂以高水平的技术和相对低廉的价格进行组装，运输到现场后，仅仅以外部拼接的方式，对预制的橇装模块进行拼装，就可以完成现场施工。
f.通过在适当的高度及位置分割中压塔，使得液氮泵负担将液氮(第二氮流)从中压塔引入高压塔作为回流液的作用外，又起到了连接中压塔顶段和底段的功能。液氮泵将中压塔底段的液氮在送入高压塔的同时，另一部分送入中压塔顶段。由此可以省略掉多个泵以节省投资成本，提高运行稳定性，以及省略多泵布置的麻烦。
g.由于本发明的三塔可从多处获得高压氮气、中压氮气、液氮等多种类氮产品，使得本发明的空气分离装置可以在不使用氮压机或氮循环的情况下，生产多种品种的氮产品，这是双塔的氮氧空气分离装置所不能具备的优势。其中，高压氮气和中压氮气还可以是不同纯度的氮气。例如，高压氮气为1ppm(氧摩尔数)，而中压氮气为10ppm(氧摩尔数)。这在双塔空分装置中更是难以实现的。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图得到进一步的了解。
图1是根据本发明所提供的一个生产高纯氮和低纯氧的空气分离装置的结构示意图。
图2是根据本发明的另外一个优选的实施方案生产高纯氮和低纯氧的装置的示意图。
图3是根据本发明的另外一个优选的实施方案生产高纯氮和低纯氧的装置的示意图。
相同的标号在图1至图3中代表相对应的部分。省略掉其重复的解释。
附图标记如下：1-原料空气，2-第一部分第一压力空气，3-第二部分第一压力空气，4-第三压力空气，5-已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的一部分，6-已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的另一部分，7-高压富氧液空，8-中压富氧液空，9-贫液氮，10-第二氮流，11-氧流，12-污氮气，13-第一氮流，14-第一增压机，15-第二增压机，16-膨胀机，17-液氮泵，18-液氧泵，19-主换热器，20-低压过冷器，21-高压过冷器，28-第三氮流，121-中压富氮气体，131-第一部分第二氮流，132-第二部分第二氮流，22-低压冷凝蒸发器，23-中压冷凝蒸发器，24-高压塔，25-中压塔，251-中压塔底段，252-中压塔顶段，26-低压塔，100-第一冷箱，200-第二冷箱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中即可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。
除非另有说明，权利要求中使用的术语“包括”和“包含”不应被理解为仅限于随后所列出的方式，它们不排除其他元素或步骤。它们需要被理解为说明所述的特征、整数、步骤和/或部件想所述的那样存在，但不排除存在和/或添加一个或多个其他特征、整数、步骤或部件、或它们的组。因此，“包括x和z的装置”这一表达的范围不应局限于仅由部件x和z组成的装置。另外，“包括步骤x和z的方法”这一表达的范围不应局限于仅由这些步骤组成的方法。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的规定。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中即可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。
本发明中的富氧，指的是氧组分量大于空气中氧组分的流体。例如，富氧液体中氧组分约为摩尔数约大于21％，30％，50％，80％的氧。
本发明中的贫液氮，指的是氧组分量小于空气中氧组分的流体。例如，贫液氮中氧组分约为摩尔数约小于21％，10％，5％，3％的氧。
本发明中的部件主要指的是用于输送对应流体、连接所述装置之间的互连工艺管道及设置在所述工艺管道上的仪表、阀门等。
压力产品(压力氧气产品、压力氮气产品)理解为空气分离装置的最终产物，其处于一压力下，所述压力高于大气压至少0.1bar。本发明的压力氧气可基本上在低压塔的工作压力下获得，或在内压缩的情况下，处于液态的氧流从低压塔的塔底(低压冷凝蒸发器处)取出并在液态下经过压力升高形成预定压力的液氧，且在主换热器中以与原料空气进行间接热交换的形式而蒸发或在超临界压力下伪蒸发，其中原料空气的一部分液化或在超临界压力下伪液化。
本发明的压力氮气可基本在高压塔的工作压力下获得，处于气态的氮流从高压塔的顶部区域取出、在主换热器中加热并且作为高压氮气产品获得；当氮气用户需要不同压力的氮气产品时，也可以在不同压力塔中取出多种压力氮气产品，例如：也可以在中压塔的工作压力下获得，另一股处于气态的氮流从中压塔的顶部区域取出、在主换热器中加热并且作为中压氮气产品获得，如此同时获得高压氮气和中压氮气两种压力的氮气产品。
主换热器用于使已压缩并且净化的原料空气在与来自用于氮氧分离的精馏系统的回流产物进行间接热交换的情况下对原料空气进行冷却。主换热器可由一个或多个并联和/或串联连接的热交换区域形成，例如由一个或多个板式换热器区段形成。本发明中用于冷却已压缩并且净化的原料空气的回流产物主要包括所述氧流、第一氮流、第三氮流和污氮气，其中，氧流为液氧，第一氮流、第三氮流和污氮气均为气态。
传统的双塔主要由一高压塔和一低压塔组成，本发明旨在高压塔与低压塔之间设置一中压塔，所述中压塔的操作压力介于高压塔与低压塔之间。采用此三塔精馏的方式，通过增加中压塔，将从高压塔塔底取出的高压富氧液空经过冷和节流后送入中压塔进行进一步低温精馏，然后在中压塔的塔底(中压冷凝蒸发器处)获得中压富氧液空，再将所述中压富氧液空取出经过冷和节流后送入低压塔进行进一步精馏，提高了进入低压塔分离的富氧液空的氧浓度，改善了低压塔的精馏条件，从而提高了低压塔的精馏效率和氧提取率。
需要说明的是，低压塔、中压塔和高压塔可以统称为精馏塔，低压、中压、高压是根据实际操作压力不同而定义的。可以明确的是，中压塔的操作压力介于低压塔和高压塔之间，低压塔的操作压力是三塔当中最小的，而高压塔的操作压力是三塔当中最大的。优选地，低压塔的操作压力在1.1～1.5bar之间，中压塔的操作压力在4.5～6.5bar之间，高压塔的操作压力在8.5～9.5bar之间，以上压力值均为绝对压力。
冷凝蒸发器也是换热器的一种，在该换热器中，冷凝的第一流体与蒸发的第二流体进行间接热交换，每个冷凝蒸发器具有一个液化室和一个蒸发室，它们由液化通道或蒸发通道组成。在液化室中进行第一流体的冷凝(液化)，在蒸发室进行第二流体的蒸发。蒸发室和液化室由彼此处于热交换关系中的通道组形成。
本发明冷凝蒸发器包括设置于中压塔下部区域的中压冷凝蒸发器，和设置于低压塔下部区域的低压冷凝蒸发器。在中压冷凝蒸发器中，中压富氧液空蒸发、液氮冷凝。在低压冷凝蒸发器中，液氧蒸发、液氮冷凝。优选地，本发明的低压塔顶不具有顶部冷凝器，贫液氮和中压富氧液空作为低压塔的回流液，没有更冷的流体可以作为低压塔的冷凝液了。
以多部分方式构造的塔具有两个及以上区段，这两个区段(顶段、底段或存在的其他区段)是在空间上彼此分离地布置，通过管道和可能存在的泵互相连接，从而在其功能上实现单个塔的分离功能。底段和顶段均代表以两部分方式构造的塔的区段，其在其功能上，尤其是在产生的精馏产物方面，对应于传统的以单部分方式构造的塔的最下或最上的区段。以中压塔为例，底段的底部连接有中压冷凝蒸发器，为中压塔的精馏过程产生上升气流；顶段是该塔与低压冷凝器蒸发器连接的部分，为中压塔的精馏过程提供和输送回流液。在已知的空气分离设备的以单部分方式构造的中压塔的塔底，可以相应地排出中压富氧液空，这同样适用于以两部分方式构造的中压塔的底段的底部。在已知的空气分离设备的以单部分方式构造的中压塔中，在塔顶获得液氮，可作为液氮回流液体送入高压塔中，同时液氮也可作为精馏产品离开空气分离装置。于是，该过程也在以两部分方式构造的中压塔的顶段实施。中压塔的顶段和底段作为一个功能上的单塔，其顶段和底段通过管道和泵连通，中压塔底段上升的中压富氮气体引入中压塔顶段，随后在低压冷凝蒸发器中冷凝为液氮，同时，中压塔顶段获得的液氮通过液氮泵引入中压塔底段的顶部，为中压塔底段提供回流液。由此，中压塔的底段和顶段保持温度、压力等状态的连续性。
特别需要说明的是，根据本发明的空气分离设备，中压塔顶段底部的液氮通过公用液氮泵给高压塔回流液和中压塔底段回流液同时增压，其中一部分送入底段的顶部区域参与中压塔的精馏，为低压塔提供中压富氧液空和/或贫液氮回流液和为高压塔提供液氮回流液。另外一部分经过高压过冷器升高温度后进入高压塔顶部区域进一步提高高压塔回流液的流量，更有利于压力氮气产品的精馏生产。
“紧邻”指的是，各自被认为比较临近的塔或塔的区域的最低点位于相应的其他的塔或者塔的区域最高点下方。
“完全低于”指的是，各自被认为比较临近的塔或塔的区域的最高点位于相应的其他的塔或者塔的区域最高点下方。比较临近的塔或者塔的区域的最低点也可以位于同一水平面上。
冷箱指的是，低温系统的设备以及管道，需要安装于一个或多个隔离箱体中，以减缓冷箱内外的热交换。本发明中的冷箱是实现橇装运输和现场撬装安装的基本元素之一。根据本发明的构造方式，高压塔和中压塔底段形成结构单元，与周边管道、仪表、阀门等部件一同被组装于一个橇装冷箱模块中，成为第一冷箱。低压塔和中压塔顶段形成结构单元，与周边管道、仪表、阀门等部件一同被组装于另一个橇装冷箱模块中，成为第二冷箱。由此，空气分离装置的冷箱可以在工厂以高水平的技术和相对低廉的价格进行组装，并且橇装运输到现场后，仅仅以外部拼接的方式，对预制的橇装冷箱进行拼装，就可以完成现场施工。
过冷器是换热器的一种，用于优化匹配空气分离装置的热量。“过冷”指的是，将冷凝后的饱和液体继续冷却，使得其温度低于冷凝压力下的饱和温度的过程。实现过冷的换热器称为过冷器。本申请中低压过冷器是将高压塔和/或中压塔中的液体进一步降低温度使其低于饱和温度的换热器；高压过冷器是将进低压塔的那一部分液化或伪液化的第二压力空气进一步降低温度，使其温度低于饱和温度的换热器。更重要的，在高压过冷器中与进低压塔的那一部分液化或伪液化的第二压力空气换热的流体为去过冷的液氮和液氧。“去过冷”是与“过冷”相对的过程，将温度低于冷凝压力下的饱和温度的液体有控制的加温，使得液体温度升高的过程。更佳的，过冷液体被加温后不产生气液相变，保持液态。当中压液氮从中压塔顶段获得后，其温度低于高压塔的温度，经过高压过冷器去过冷，使送入高压塔的液氮温度与高压塔上部区域相适应，因而可维持高压塔精馏过程的稳定。同时，高压过冷器中，过冷的高压液氮也可以与其他流股换热，回收高压液氮携带的冷量。
具体的，本发明经第一增压机的原料空气增压至第一压力，第一压力空气经预冷、纯化后，第一部分经主换热器冷却引入高压塔的下部区域，第二部分第一压力空气经第二增压机增压至第二压力；第一部分第二压力空气经主换热器冷却，从主换热器的中间位置取出再经膨胀机得到第三压力空气引入中压塔的下部区域；第二部分第二压力空气经主换热器液化或在超临界压力下伪液化；已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的一部分引入高压塔的下部区域；已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的另一部分经高压过冷器引入低压塔的中部区域。
本发明利用分流的方式对原料空气进行增压，一方面，有效利用压力，即有效配置原料空气增压机的压力和流量，减少总空压机轴功率；另一方面，可以满足不同压力精馏塔的精馏条件及换热需求，降低了装置的总能耗，达到了节能的效果。其中，第一部分经主换热器冷却引入高压塔下部区域的第一压力空气，与引入高压塔下部区域的一部分已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气汇合流入高压塔进行低温精馏；经膨胀机得到的第三压力空气被引入中压塔，与经过冷和节流的所述高压富氧液空汇合流入中压塔进行低温精馏；经高压过冷器引入低压塔的另一部分已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气被引入低压塔，与经过冷和节流的所述中压富氧液空汇合流入低压塔进行低温精馏。
在主换热器中，温度较高的第一压力空气、第二压力空气与温度较低的污氮气、压力氮气、预定压力的液氧进行换热；在高压过冷器中，另一部分已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气与经液氮泵压力升高的第二氮流、预定压力的液氧进行换热，回收第二氮流和液氧的冷量；在低压过冷器中，高压富氧液空、中压富氧液空、贫液氮与污氮气进行换热，回收污氮气的冷量。
实际应用中，液氧泵可能存在由于长时间运转，导致不能正常工作的情况，所述液氧泵包括至少两个液氧泵，其中一个是备用液氧泵，用于当其中一个液氧泵不能正常工作时替换工作。液氧泵可以是可调压力的液氧泵，也可以是固定压力的液氧泵，固定压力液氧泵的压力大小可以根据用户的实际需求进行选择，可调压力液氧泵一般用于需要不同压力氧气的用户，因此拓宽了该装置的应用范围，满足了不同用户的实际需求；而且一般设置至少两个液氧泵，当其中一个出现事故而停止工作时，可以立即启动另一个备用的液氧泵，进而确保该装置仍可以正常工作。
同理，液氮泵可能存在由于长时间运转，导致不能正常工作的情况，所述液氮泵包括至少两个液氮泵，其中一个是备用液氮泵，用于当其中一个液氮泵不能正常工作时替换工作。所述液氮泵的压力大小可以根据中压塔和高压塔的操作压力进行选择；所述液氮泵的流量与高压塔的回流液息息相关，其拓宽了该装置的应用范围，当用户对高压塔引出的压力氮气产品的实际需求增多时，可以通过增加从中压塔经液氮泵回流至高压塔顶部的液氮的流量实现；而当用户对高压塔引出的压力氮气产品的实际需求减少时，则可以通过减少这一回流液的流量实现；而且需要强调的是，这样的操作不会影响低压塔的氧提取率。
可知的，在以两部分方式构造的空气分离装置中，中压塔顶段的液氮需要引入中压塔底段作为回流液。额外需要至少两台液氮泵，实现液氮在中压塔顶段和中压塔底段之间的输送。本发明的液氮泵在以两部分方式构造的空气分离装置中，还起到连通中压塔顶段和中压塔底段的作用。液氮泵将中压塔底段的液氮在送入高压塔的同时，另一部分送入中压塔底段。具体的，液氮泵在空气分离装置中排布的水平高度，低于中压塔底段的水平高度。当包含高压塔和中压塔底段的第一冷箱和包含低压塔和中压塔顶段的第二冷箱都坐落于地面上时，优选的，液氮泵放置于地面。本发明的液氮泵的压力大小可以根据中压塔和高压塔的操作压力进行选择，同时与液氮泵送入中压塔底段和高压塔的静压差也有关。例如，液氮泵的出口压力可选取略高于高压塔的操作压力，经过液氮泵的液氮一部分引入高压塔，另一部分节流后引入中压塔底段。
与现有技术相比较，本发明实施例提供的生产高纯氮和低纯氧的装置，通过增加中压塔对高压富氧液空进行进一步低温精馏，提高了中压富氧液空节流后进入低压塔的富氧液空的氧浓度，改善了低压塔的精馏条件，从而提高了低压塔的精馏效率和氧提取率。同时因不断从低压冷凝蒸发器抽取液氧，防止了碳氢化合物的积聚，保证了装置的安全可靠。
实施例1
下面结合附图1详细说明本发明所提供的一个生产高纯氮和低纯氧的空气分离装置的结构示意图，实施例中压力值均为绝对压力。
原料空气1通过过滤被第一增压机14吸入，并在第一增压机14中被压缩至第一压力，优选地，第一压力约9bar。经随后的预冷、纯化后(图中未示出)，原料空气1被分为两部分，其中，第一部分第一压力空气2经主换热器19被冷却到接近露点，然后引入高压塔24的下部区域进行分离；第二部分第一压力空气经第二增压机15增压形成第二压力空气3，优选地，第二压力约17bar。
第二压力空气3被分为两部分，其中，第一部分第二压力空气经主换热器19冷却，从主换热器19的中间位置取出、再经膨胀机16得到第三压力空气4引入中压塔25的下部区域，第三压力空气4的压力与中压塔25的操作压力相同，优选地，第三压力约6bar；第二部分第二压力空气经主换热器19液化或在超临界压力下伪液化。已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气被分为两部分，其中，一部分已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气5经节流至约9bar，引入高压塔24的下部区域；另一部分已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气6经高压过冷器21和节流至约1.5bar，引入低压塔26的中部区域。
引入高压塔24下部区域的第一部分第一压力空气2，与引入高压塔24下部区域的一部分已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气5汇合流入高压塔24进行低温精馏。高压塔24的操作压力约9bar，其主要产物有第一氮流13和塔底的高压富氧液空7，第一氮流13从高压塔24的顶部区域中取出、在主换热器19中加热至近似环境温度，作为约8.5bar的压力氮气产品获得。传统的双塔流程中，从下塔顶部取出的压力氮气产品压力约6bar，本发明的三塔流程中的高压塔可以满足直接从精馏塔中取出高于6bar的压力氮气产品的情况，不需要增加氮气压缩机。从高压塔24塔底取出的高压富氧液空7依次经低压过冷器20和节流引入中压塔25的中部区域。
经膨胀机16得到的第三压力空气4，与经过冷和节流的所述高压富氧液空7汇合流入中压塔25进行低温精馏。中压塔25的操作压力约6bar，其主要用于对所述高压富氧液空7进行进一步精馏，然后在中压塔25的塔底(中压冷凝蒸发器23处)获得中压富氧液空，再将所述中压富氧液空8取出，然后经低压过冷器20和节流后送入低压塔26进行进一步精馏。同时，从中压塔25的中部区域获得贫液氮9，依次经低压过冷器20和节流后送入低压塔26的上部区域。需要强调的是，第二氮流10从中压塔25的上部区域取出、依次经液氮泵17和高压过冷器21引入高压塔24的顶部区域，作为高压塔24的回流液。
经高压过冷器21引入低压塔26的另一部分已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气6，与所述中压富氧液空8和所述贫液氮9汇合流入低压塔进行低温精馏。低压塔26的操作压力约1.5bar，压力氧气可基本上在低压塔26的工作压力下获得，或在内压缩的情况下，处于液态的氧流11从低压塔26的塔底(低压冷凝蒸发器22处)取出并在液态下经过液氧泵17形成预定压力的液氧，且在主换热器19中以与原料空气1进行间接热交换的形式而蒸发或在超临界压力下伪蒸发，作为纯度为93％、压力为6bar的氧气产品获得。同时，污氮气12以气态从低压塔26的顶部区域取出，在主换热器19中加热并且作为再生气或者放空。
在高压过冷器21中，另一部分已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气6与经液氮泵压力升高的第二氮流10、预定压力的氧流11进行换热，回收第二氮流10和氧流11的冷量；在低压过冷器20中，高压富氧液空7、中压富氧液空8、贫液氮9与污氮气12进行换热，回收污氮气12的冷量。
实施例2
图2是本发明的另外一个优选的实施方案生产高纯氮和低纯氧的装置的示意图，该空气分离装置具有作为分离单元的高压塔24，低压塔26，具有中压塔底段251和中压塔顶段252两部分的中压塔。中压塔底段251和中压塔顶段252在结构上彼此分离，功能上应对应实施例1中三塔工艺中的中压塔25。中压塔底段251顶部和顶段252顶部在基本相同的压力下运行。
原料空气1通过过滤被第一增压机14吸入，并在第一增压机14中被压缩至第一压力，经随后的预冷、纯化后(图中未示出)，原料空气1被分为两部分，其中第一部分第一压力空气2经过主换热器19降温后引入高压塔24的下部区域；第二部分的第一压力空气经过增压机15进一步增压形成第二压力空气3，进入主换热器19，其中至少一部分从主换热器19的中间位置取出、再经过膨胀机16减压得到第三压力空气4，引入中压塔底段251的中部区域。由于三塔空分的特有的可灵活调节氧氮产品的特点，如装置生产较多氧产品时，上塔26需要更多回流液，此时，引入低压塔的第二部分第二压力空气6在主换热器19中冷却，优选的冷却至液化或在超临界状态伪液化，部分或全部经过高压过冷器21降温后节流引入低压塔26的中部区域。此外，引入高压塔的第二部分第二压力空气5在主换热器19中冷却，优选的冷却至液化或在超临界状态伪液化，可引入高压塔24下部区域参与精馏，和/或引入中压塔底段251参与精馏(图中未示出)。
第一部分第一压力空气2在高压塔24中精馏，第一氮流13由高压塔24顶部获得，经过主换热器19复热后作为压力氮气产品离开空气分离装置。同时，高压富氧液空7在高压塔24底部获得，经低压过冷器20降温后节流引入中压塔底段251。高压塔1和中压塔底段251通过中压冷凝蒸发器6以热交换方式连接，并且作为结构单元构造。
高压富氧液空气7和第三压力空气4在中压塔底段251中精馏。在中压塔底段251的底部，即中压冷凝蒸发器23处，获得中压富氧液空8，经过低压过冷器20降温后节流引入低压塔26的下部区域。同时，中压富氮气体121由中压塔底段251的顶部引入中压塔顶段252中，使得中压塔底段251和顶段252在功能上连接。中压塔顶段252和低压塔26通过低压冷凝蒸发器22以热交换方式连接，并且作为结构单元构造。进入中压塔顶段252的中压富氮气体121在低压冷凝蒸发器22中冷凝为液氮并积聚在中压塔顶段3底部。
更佳的，贫液氮9由中压塔底段251中上区域获得，依次经低压过冷器20和节流后送入低压塔26作为回流液，以进一步提高低压塔26精馏效率。
第二氮流10由中压塔顶段252底部以液态取出，经过液氮泵17增压后，第一部分第二氮流131引入中压塔底段251的顶部区域作为回流液，使得中压塔底段251和顶段252在功能上连通。第二部分第二氮流132通过高压过冷器21加温至接近高压塔24顶部的温度后，引入高压塔24顶部区域作为回流液以及有利于生成第一氮流13。更佳的，第二部分第二氮流132在高压过冷器21中去过冷，进入高压塔24时仍为液态，更有利于提高高压塔24回流液的流量，进一步提高高压塔24的精馏效率。
由于中压富氮气体121与第一部分第二氮流131起到了连通中压塔底段251和顶段252的作用，使得中压塔底段251和中压塔顶段252可以分离放置，从而实现整个空气分离装置冷箱模块的橇装，即所述中压塔底段251与所述高压塔24布置在第一冷箱100中，所述中压塔顶段252与所述低压塔26布置在第二冷箱200中，在功能上又可以完全实现中压塔25的功能。
需要指出的是，本实施例的第二部分第二氮流132基本实现实施例中1第二氮流回流进入高压塔24的作用，选取合适位置将实施例1中的中压塔25分割中压塔底段251和中压塔顶段252，可使第一部分第二氮流131和第二部分第二氮流132的组分需求基本相同，从而将两部分氮流体使用公用液氮泵17分别引入中压塔底段251和高压塔24。节约了设备投资，也提高了空气分离装置运行的稳定性。
此外，在图2中未示出的情况下，中压塔顶段252的第二氮流10可以有至少一部分不经过液氮泵5增压而直接离开该空气分离装置，直接作为中压液氮产品。
中压塔顶段252底部还可以获得第三氮流28，以气态的形式复热后而离开空气分离装置，直接作为中压氮气产品。
低压塔26获取节流后的第二部分第二压力空气6、中压塔底段251底部的中压富氧液空8和中压塔底段的贫液氮9进行精馏。污氮气12以气态从低压塔26顶部区域取出，经过低压过冷器20和主换热器19复热作为再生气或放空。氧流11从低压塔26底部的低压冷凝蒸发器22处获得，通过液氧泵18增压，经过高压过冷器21和主换热器19复热蒸发，成为压力氧气产品，离开空气分离装置，直接作为高压氧气产品。
图3更加简明扼要的显示了一种以多部分构造的的生产高纯氮和低纯氧的空气分离装置。在该空气分离装置中，仅显示了高压塔24，低压冷凝蒸发器22，中压塔底段251，中压塔顶段252，中压冷凝蒸发器23、低压塔26以及公用的液氮泵17，其他相应的管道、泵和换热器的连接被省略。实例性的将高压塔24，低压冷凝蒸发器22，中压塔底段251，中压塔顶段252，中压冷凝蒸发器23和低压塔26集成在相应的冷箱模块中，图中的虚线显示为冷箱。高压塔24和中压塔底段251设置于第一冷箱100中，中压塔顶段252和低压塔26设置于另外一个相邻的第二冷箱200中。液氮泵17将中压塔底段251中的第二氮流10分别引入高压塔24中和中压塔底段251中。根据本发明的布置需求，液氮泵17可以如图3所示的单独放置于第一冷箱100和第二冷箱200之外，比如设置单独的泵冷箱；也可以与第一冷箱100或第二冷箱200任一相结合，放置于其中一个冷箱中。另外，换热器、管道、泵等其他未示出的连接，也可根据布置需求放置于第一冷箱100或第二冷箱200中，亦或设置其他一个或多个冷箱中。如此，第一冷箱100可落于地面布置，该冷箱可具有30m～40m的高度。第二冷箱200可紧邻冷箱100布置，亦可以布置于地面，该冷箱可具有10～30m的高度。
最后应说明的是，以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种生产高纯氮和低纯氧的空气分离方法，在所述方法中，将原料空气(1)在主换热器(19)中冷却并且引入用于氮氧分离的精馏系统中，所述精馏系统具有至少一个高压塔(24)和一个低压塔(26)，其特征在于：
-将一氧流(11)从低压塔(26)的下部区域中取出，在主换热器(19)中加热并且作为压力氧气产品获得，
-将第一氮流(13)从高压塔(24)的顶部区域中取出，在主换热器(19)中加热并且作为压力氮气产品获得，
-将污氮气(12)以气态从低压塔(26)的顶部区域取出，在主换热器(19)中加热并且作为再生气或者放空，
-在高压塔(24)与低压塔(26)之间设置一中压塔(25)，所述中压塔(25)的操作压力介于高压塔(24)与低压塔(26)之间，
-低压塔(26)的下部区域具有低压冷凝蒸发器(22)，
-中压塔(25)的下部区域具有中压冷凝蒸发器(23)，
-所述精馏系统至少包括两个过冷器，分别为高压过冷器(21)和低压过冷器(20)，
-经第一增压机(14)的原料空气(1)增压至第一压力，经预冷、纯化后，第一部分第一压力空气(2)经主换热器(19)冷却引入高压塔(24)的下部区域，第二部分第一压力空气经第二增压机(15)增压至第二压力空气(3)；
-将第一部分第二压力空气经主换热器(19)冷却，从主换热器(19)的中间位置取出再经膨胀机(16)得到第三压力空气(4)引入中压塔(25)的下部区域，将第二部分第二压力空气经主换热器(19)液化或在超临界压力下伪液化，
-已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的一部分(5)引入高压塔(24)的下部区域，
-已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的另一部分(6)经高压过冷器(21)引入低压塔(26)的中部区域，
-将高压富氧液空(7)从高压塔(24)的塔底取出，依次经低压过冷器(24)和节流引入中压塔(24)的中部区域；
-将中压富氧液空(8)从中压冷凝蒸发器(23)处取出，依次经低压过冷器(20)和节流引入低压塔(26)的下部区域；
-将贫液氮(9)从中压塔(25)的中部区域取出，依次经低压过冷器(20)和节流引入低压塔(26)的上部区域，
-将第二氮流(10)从中压塔的上部区域取出，并在液态下经压力升高，且经高压过冷器(21)引入高压塔(24)的顶部区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二氮流(10)在液态下的压力升高由液氮泵(17)实现。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将氧流(11)在液态下从低压冷凝蒸发器(22)处取出，并在液态下经压力升高，且在主换热器(19)中以与原料空气(1)进行间接热交换的形式而蒸发或在超临界压力下伪蒸发。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述氧流(11)在液态下的压力升高由液氧泵(18)实现。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：压力氧气产品的纯度介于93％～99％之间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：低压塔(26)的操作压力在1.1～1.5bar之间，中压塔(25)的操作压力在4.5～6.5bar之间，高压塔(24)的操作压力在8.5～9.5bar之间，以上压力值均为绝对压力。
7.一种基于权利要求1至6任一项权利要求所述的方法的空气分离装置，该装置具有用于氮氧分离的精馏系统，所述精馏系统具有至少一个高压塔(24)和一个低压塔(26)，其特征在于：
-用于冷却已压缩并且净化的原料空气(1)的主换热器(19)，
-用于将氧流(11)从低压塔(26)的下部区域取出的部件，所述氧流(11)在主换热器(19)中加热并且作为压力氧气产品获得，
-用于将第一氮流(13)从高压塔(24)的顶部区域取出的部件，所述第一氮流(13)在主换热器(19)中加热并且作为压力氮气产品获得，
-用于将污氮气(12)以气态从低压塔(26)的顶部区域取出的部件，所述污氮气(12)在主换热器(19)中加热并且作为再生气或者放空，
-中压塔(25)，设置于高压塔(24)与低压塔(26)之间，
-低压冷凝蒸发器(22)，设置于低压塔(26)的下部区域，
-中压冷凝蒸发器(23)，设置于中压塔(24)的下部区域，
-用于将原料空气(1)增压至第一压力的第一增压机(14)，
-用于将第一部分第一压力空气(2)经主换热器(19)冷却引入高压塔(24)下部区域的部件，
-用于将第二部分第一压力空气增压至第二压力空气(3)的第二增压机(15)，
-用于将第一部分第二压力空气膨胀至第三压力的膨胀机(16)，
-用于将第三压力空气(4)引入中压塔(25)下部区域的部件，
-用于将第二部分第二压力空气液化或在超临界压力下伪液化的部件，
-用于将已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的一部分(5)引入高压塔(24)下部区域的部件，
-用于将已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的另一部分(6)经高压过冷器(21)引入低压塔(26)中部区域的部件，
-低压过冷器(20)，用于过冷高压富氧液空(7)、中压富氧液空(8)和贫液氮(9)，
-高压过冷器(21)，用于过冷已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的另一部分(6)，
-用于将高压富氧液空(7)从高压塔(24)的塔底取出，经低压过冷器(20)和节流引入中压塔(25)中部区域的部件，
-用于将中压富氧液空(8)从中压冷凝蒸发器(23)处取出，经低压过冷器(20)和节流引入低压塔(26)下部区域的部件，
-用于将贫液氮(9)从中压塔(25)的中部区域取出，经低压过冷器(20)和节流引入低压塔(26)上部区域的部件，
-用于将第二氮流(10)从中压塔(25)的上部区域取出，并在液态下经压力升高，且经高压过冷器(21)引入高压塔(24)顶部区域的部件。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：还包括液氮泵(17)，用于实现第二氮流(10)在液态下的压力升高。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：还包括液氧泵(18)，用于实现氧流(11)在液态下的压力升高。
10.一种生产高纯氮和低纯氧的空气分离装置，该装置具有用于氮氧分离的精馏系统，所述精馏系统具有至少一个高压塔(24)和一个低压塔(26)，其特征在于：
-用于冷却已压缩并且净化的原料空气(1)的主换热器(19)，
-用于将氧流(11)从低压塔(26)的下部区域取出的部件，所述氧流(11)在主换热器(19)中加热并且作为压力氧气产品获得，
-用于将第一氮流(13)从高压塔(24)的顶部区域取出的部件，所述第一氮流(13)在主换热器(19)中加热并且作为压力氮气产品获得，
-用于将污氮气(12)以气态从低压塔(26)的顶部区域取出的部件，所述污氮气(12)在主换热器(19)中加热并且作为再生气或者放空，
-具有以多部分方式构造的具有中压塔底段(251)和在空间上分离布置的中压塔顶段(252)的中压塔，
-低压冷凝蒸发器(22)，设置于低压塔(26)的下部区域，
-中压冷凝蒸发器(23)，设置于中压塔底段(251)的下部区域，
-用于将原料空气(1)增压至第一压力的第一增压机(14)，
-用于将第一部分第一压力空气(2)经主换热器(19)冷却并引入高压塔(24)下部区域的部件，
-用于将第二部分第一压力空气增压至第二压力空气(3)的第二增压机(15)，
-用于将第一部分第二压力空气膨胀至第三压力的膨胀机(16)，
-用于将第三压力空气(4)引入中压塔底段(251)下部区域的部件，
-用于将第二部分第二压力空气液化或在超临界压力下伪液化的部件，
-用于将已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的一部分(5)引入高压塔(24)下部区域的部件，
-用于将已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的另一部分(6)经高压过冷器(21)引入低压塔(26)中部区域的部件，
-低压过冷器(20)，用于过冷高压富氧液空(7)、中压富氧液空(8)和贫液氮(9)，
-高压过冷器(21)，用于过冷已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的另一部分(6)，
-用于将高压富氧液空(7)从高压塔(24)的塔底取出，经低压过冷器(20)和节流引入中压塔底段(251)的部件，
-用于将中压富氧液空(8)从中压冷凝蒸发器(23)处取出，经低压过冷器(20)和节流引入低压塔(26)下部区域的部件，
-用于将贫液氮(9)从中压塔底段(251)取出，经低压过冷器(20)和节流引入低压塔(26)上部区域的部件，
-用于将第二氮流(10)从中压塔顶段(252)取出，并在液态下经压力升高，且经高压过冷器(21)引入高压塔(24)顶部区域的部件，
-液氮泵(17)，用于实现第二氮流(10)在液态下的压力升高。
-液氧泵(18)，用于实现氧流(11)在液态下的压力升高。
11.一种生产高纯氮和低纯氧的空气分离装置，该装置具有用于氮氧分离的精馏系统，所述精馏系统具有至少一个高压塔(24)和一个低压塔(26)，其特征在于：
-具有以多部分方式构造的具有中压塔底段(251)和在空间上分离布置的中压塔顶段(252)的中压塔，
-用于冷却已压缩并且净化的原料空气(1)的主换热器(19)，
-用于将氧流(11)从低压塔(26)的下部区域取出的部件，所述氧流(11)在主换热器(19)中加热并且作为压力氧气产品获得，
-用于将第一氮流(13)从高压塔(24)的顶部区域取出的部件，所述第一氮流(13)在主换热器(19)中加热并且作为压力氮气产品获得，
-用于将污氮气(12)以气态从低压塔(26)的顶部区域取出的部件，所述污氮气(12)在主换热器(19)中加热并且作为再生气或者放空，
-低压冷凝蒸发器(22)，设置于低压塔(26)的下部区域，与中压塔顶段(252)以热交换方式连接，
-中压冷凝蒸发器(23)，设置于中压塔底段(251)的下部区域，与低压塔(26)以热交换方式连接，
-用于将原料空气(1)增压至第一压力的第一增压机(14)，
-用于将第一部分第一压力空气(2)经主换热器(19)冷却引入高压塔(24)下部区域的部件，
-用于将第二部分第一压力空气增压至第二压力空气(3)的第二增压机(15)，
-用于将第一部分第二压力空气膨胀至第三压力的膨胀机(16)，
-用于将第三压力空气(4)引入中压塔(25)下部区域的部件，
-用于将高压富氧液空(7)从高压塔(24)的塔底取出，节流引入中压塔底段(251)的部件，
-用于将中压富氧液空(8)从中压冷凝蒸发器(23)处取出，节流引入低压塔(26)下部区域的部件，
-用于将第二氮流(10)从中压塔顶段(252)取出，借助液氮泵(17)升压，获得的第一部分第二氮流(131)引入所述中压塔底段(251)，获得的第二部分第二氮流(132)引入高压塔(24)顶部区域的部件。
12.根据权利要求11所述的的装置，其特征在于：所述精馏系统还具有用于将第二部分第二压力空气液化或在超临界压力下伪液化的部件，已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的另一部分(6)引入低压塔(26)的中部区域。
13.根据权利要求12所述的的装置，其特征在于：所述精馏系统还具有用于将已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的一部分(5)引入高压塔(24)下部区域的部件。
14.根据权利要求13所述的的装置，其特征在于：所述精馏系统还具有，
-用于将贫液氮(9)从中压塔底段(251)的中部区域取出，节流引入低压塔(26)上部区域的部件，
-高压过冷器(21)，用于高压富氧液空(7)、低压富氧液空(8)、贫液氮(9)与污氮气(12)换热，
-低压过冷器(20)，用于加压后的氧流(11)、已经液化或在超临界压力下伪液化的第二部分第二压力空气的另一部分(6)与第二部分第二氮流(132)换热。
15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：所述精馏系统还具有将第三氮流(28)从中压塔顶段(252)取出，在主换热器(19)中加热并且作为中压氮气产品获得的部件。
16.根据权利要求11～15任一所述的装置，其特征在于，所述中压塔顶段(252)与所述低压塔(26)至少部分紧邻所述中压塔底段(251)或紧邻所述高压塔(24)布置。
17.根据权利要求11～15任一所述的装置，其特征在于，所述中压塔底段(251)完全低于所述中压塔顶段(252)布置。
18.根据权利要求11～15所述的装置，其特征在于，所述中压塔底段(251)与所述高压塔(24)布置在第一冷箱(100)中，所述中压塔顶段(252)与所述低压塔(26)布置在第二冷箱(200)中。
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