CN1153895A - 在超大气压条件下提取氧和氮的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明方法和装置用于在超大气压条件下，在一精馏塔系统中对空气进行低温离解、提取氧和氮。将压缩和清洗后的料风1，3，加入压力塔4内。由压力塔4的底部或者顶部或中部输出的液体5，8被加入到低压塔7内。由低压塔7底部输出的第三液体馏份17在与由压力塔4顶部输出的冷凝蒸气11进行间接换热时被蒸发，其中至少一部分在此时获取的蒸气22，24，26，27被加入到低压塔7内。将冷凝液13加入到压力塔4内。提取作为压力塔4顶部产物的高压氮馏份10，14，15。在间接换热12的入口侧提高由低压塔17底部输出的第三液体馏份17的压力；那些经间接换热获取的蒸气部分24将回送至低压塔内，在加入27低压塔7内前被减压25。

Description

在超大气压条件下提取氧和氮的方法和装置

本发明涉及一种在超大气压条件下、通过在一精馏系统中经权利要求1所述的步骤(a)至(g)对空气进行低温离解而提取氧和氮的方法。

US-A-4224045记载了一种具有这些步骤的方法。压力塔和低压塔通过在低压塔塔底设置的冷凝蒸发器进行热耦合。高压氮产物在压力塔塔顶上被排出。如果想在压力条件下提取在低压塔内沉积的氧产物，可以使整个双塔或至少使低压塔在相应增压条件下工作，或者将液氧产物加压并接着逆风蒸发(内压缩)。或者可通过低压塔输出的富氮剩余气体的减压(仅第一种情况可能)，或者通过一部分输入低压塔的送风的减压(如US-A-4224045所述)制冷。但不管是直接送风，还是使低压塔在增压条件下工作都会恶化低压塔内的精馏并因而降低氧产物的产量和/或纯度。

故本发明的任务在于提出一种本说明书引言部分中所述方式的方法和相应装置，用此方法和装置可以在超大气压条件下同时提取氧和氮并且该方法和装置的工作尤为经济，特别是氧产量高。

本任务的解决方案是，通过与压力塔顶部的冷凝蒸气的逆流间接换热提高低压塔底部输出的液体压力并且把在间接换热中获取的那部分蒸气送回到低压塔内，在加入低压塔内前被减压。

因此，依照本发明压力塔和低压塔内的压力相互独立，即压力塔可以在特别高的压力条件下工作(例如8巴、10巴或10巴以上)，而低压塔的压力仅略高于大气压，例如1.2至2巴，优选1.5至1.6巴。这样压力塔内的压力可以按照所需要的氮产物的压力进行调整，从而可以把氮产物压缩机设计得较小或完全不用氮产物压缩机，尽管如此，低压塔仍具有最佳的分离效果。可以采取任何一种已知的方法增大低压塔底部输出的液体压力，例如采用一台泵和/或通过静压势能。最终的压力应足以在与压力塔输出的压力塔压力条件下的冷凝蒸气间接换热时实现液体蒸发。

间接换热一方面用于压力塔顶部冷却，即，产生对压力塔和必要时对低压塔的液体回流，另一方面在氧回路的旁路上通过液体升压和气态减压产生相对低压塔向上移动的蒸气。

有利的是，在本发明的低压塔内至少部分地优选仅采用有序排列的填料作为物质交换件。由于其压力损耗特别小，所以可以进一步降低低压塔底部的压力。

由压力塔加入低压塔的两种液体通常由压力塔塔底液体(第一液体馏份)及压力塔塔顶或中间位置的液体(第二液体馏份)构成，所述中间位置位于压力塔塔顶下面10至30，优选20理论塔板。

优选对间接换热时通过低压塔底部的液体的蒸发获得的蒸气进行有效的减压，例如在一减压涡轮机中进行。这样可以获得特别多的工艺冷却方法。有利的是采用一台磁支承或气体支承的涡轮机作为减压涡轮机。

至少可用在对间接换热中获取的蒸气减压时产生的一部分能量来压缩工艺流，例如将低压塔输出的含氮馏份压缩到再生分子筛所需要的压力上，用于减压及压缩的装置最好是例如通过一共用轴机械耦合在一起。

在低压塔中减压气体的上游侧对间接换热中获得的蒸气进行加热。此加热优选在主换热器中进行，该主换热器也用于料风的冷却。通常蒸气的待减压部分在介于主换热器冷端和热端温度间的温度下从主换热器中引出。

在间接换热中获得的蒸气部分，例如那些不送去减压的部分，优选作为氧压力产物被提取出。这样，只需要一台装置，通常为氧气泵，既用于对产物，又用于对制冷回路中的物料的增压。

由于低压塔内低压的有利条件，故本发明的方法也适用于制取氩。为此把由低压塔内输出的含氩的馏份加入粗氩塔内。例如在EP-B-377117、EP-A-628777或EP-A-669509中对这种制取氩的细节已做了描述。

此外本发明还涉及一种依照权利要求7至11在超大气压压力下，通过对空气进行低温离解而制取氧和氮的装置。

下面将对照附图中所述实施例对本发明及本发明的细节做进一步的说明。

图1为本发明的方法和装置的第一即特别优选的实施例；

图2为对由低压塔输出的含氮的剩余气体进行二次压缩的另一实施例；

图3为制取氩的第三实施例。

经压缩和由水及二氧化碳清洗后的料风1在一主热换器2内被冷却到露点并通过管路3在压力为10巴条件下被送入压力塔4内。在压力塔塔顶通过管路10提取出尚含有大约1ppm杂质的蒸气状氮并将其中一部分在构成塔顶冷凝器的冷凝蒸发器12中冷凝，剩余部分通过管路14返回到主换热器2内，在此处加热到环境温度并在15处作为气态压力产物排出。在冷凝蒸发器12中获取的冷凝液13一方面作为压力塔4的回流；另一方面可以部分作为液体产物16排出。

作为从压力塔输出的第一液体馏份的富氧塔底液体5经节流阀6控制加入到低压塔7内。在压力塔塔顶下部的理论塔板数为20处提取第二液体馏份8并在第一液体馏份上方，优选在塔顶经减压9加入低压塔内。(替代此方法或附加此方法，还可以将通过管路16提取的液体加到低压塔7内)。

将低压塔7的塔底液体(第三液体馏份17)通过泵18升压到约5巴压力，在逆流器内冷却并送至冷凝蒸发器12的蒸发室。泵入液体的一部分按需要可作为产物21提取出。在冷凝蒸发器12中获得的蒸气22被引入主换热器2中并且其中一部分作为气态压力产物在其热端23提取出。剩余的气体在中间位置由主换热器2中引出(24)，在涡轮机25内被有效减压到约为低压塔压力并经逆流换热器被送回到入低压塔7内。

在低压塔7的塔顶处提取含氮剩余气体28，首先被两个由压力塔输出的液体馏份逆向加热(29)，最后被继续引向主换热器2。被加热的剩余气体30例如可以排空或作为分子筛的再生气体用于净化空气。

在后一情况下，如果剩余气体30再生部分31如图2所示在压缩机32中被升压到蓄热压力上(图2直至此细节与图1相符)，则该压缩机可以例如通过一个与涡轮机25共用的轴来驱动。采取此措施，可以继续降低低压塔的压力，例如降到约1.1巴。其反过来，又降低了涡轮机的出口压力并随之提高了制冷功率水平。

对这两个实施例都可以附加配备粗氩塔34。相对图1的情况，在图3中对此点做了详细表述。从低压塔7内氩含量相对较高的位置将含氩的蒸气馏份35引入粗氩塔内并在此处离解成一例如通过管路36提取的液体粗氩馏份和一剩余馏分37。通过对压力塔输出的塔底液体5的一部分38蒸发实现粗氩塔34塔顶的冷却39。此时产生的蒸气40被送入低压塔7内。

在实施例中由蒸馏塔板构成压力塔内的物质交换单元，在低压塔内和必要时在粗氩塔34内的物质交换单元则是由顺序排列的填充物构成。但原则上讲，在本发明中的所有塔内都可以采用通用的蒸馏塔板、填充体(无顺序的填充物)和/或顺序排列的填充物。而且在一个塔内也可以采用不同种类的单元组合。由于压力损耗小，因而在低压塔内特别优选的是顺序排列的填充物。

Claims (11)

1、在超大气压条件下，采用在具有压力塔(4)和低压塔(7)的精馏塔系统中进行低温离解而提取氧和氮的方法，其步骤如下：

(a)将经压缩和清洗的料风(1，3)加入压力塔(4)中，

(b)将至少一部分由压力塔(4)底部输出的第一液体馏份(5)加入(6)低压塔(7)内，

(c)将由压力塔(4)的顶部或中部输出的第二液体馏份(8)加入(9)低压塔(7)内，

(d)在与由压力塔(4)顶部输出的冷凝蒸气(11)进行间接热交换(12)中使由低压塔(7)底部输出的第三液体馏份(17)蒸发，

(e)将至少一部分通过间接换热获得的蒸气(22，24，26，27)引入低压塔(7)内，

(f)将至少一部分通过间接换热获得的冷凝液(13)引入压力塔(4)内，

(g)提取作为压力塔(4)顶部产物的高压氮馏份(10，14，15)，其特征在于：

(h)在与由压力塔(4)顶部输出的冷凝蒸气(11)进行间接热变换(12)的入口侧提高从低压塔(7)底部输出的第三液体馏份(17)的压力并且

(i)经间接换热获取的、将回送至低压塔(7)内的蒸气部分(24)在加入(27)低压塔(7)内前减压。

2、依照权利要求1的方法，其特征在于：依照步骤(i)对经间接换热获取的蒸气进行有效减压。

3、依照权利要求2的方法，其特征在于：至少将一部分在对间接换热时获取的蒸气减压(25)产生的能量用于压缩(32)工艺流(31)。

4、依照权利要求1至3中的任一项的方法，其特征在于：经间接换热获取的蒸气(22)在依照步骤(i)进行减压(25)的入口侧被加热(2)。

5、依照权利要求1至4中的任一项的方法，其特征在于：提取经间接换热(12)获取的蒸气(22)作为氧压力产物的一部分(23)。

6、依照权利要求1至5中的任一项的方法，其特征在于：把由低压塔(7)输出的含氩的馏份(35)加入粗氩塔(34)内。

7、在超大气压条件下，采用在具有压力塔(4)和低压塔(7)的精馏系统中对空气进行低温离解而提取氧和氮的装置，包括

(a)一用于将压缩和清洗后的料风加入压力塔(4)内的送风管路(1，3)，

(b)一第一液体馏份管路(5)，该管路将压力塔(4)的底部与低压塔(7)连接在一起，

(c)一第二液体馏份管路(8)，该管路将压力塔(4)的顶部或中部与低压塔(7)连接在一起，

(d)一冷凝蒸发室(12)，其蒸发室通过一第三液体馏份管路(17)与低压塔(7)底部相连并且其冷凝室(通过10，11)与压力塔(4)的顶部连接在一起，

(e)一位于冷凝蒸发器(12)的蒸发室和低压塔(7)之间的蒸气管路(22，24，26，27)，

(f)一位于冷凝蒸发器(12)的冷凝室和压力塔(4)之间的第四液体馏份管路(13)和

(g)一高压氮产物管路(10，14，15)，该管路与压力塔(4)顶部连接在一起，其特征在于：

(h)用于提高第三液体馏份管路(17)中压力的装置(18)和

(i)用于降低位于冷凝蒸发器(12)和低压塔(7)之间的蒸气管路(22，24，26，27)内压力的装置(25)。

8、依照权利要求7的装置，其特征在于：用于降压的装置包括一台减压机(25)。

9、依照权利要求7或8的装置，其特征在于：具有一氧产物管路(23)，该管路与蒸气管路(22)连接在一起。

10、依照权利要求7至9中的任一项装置，其特征在于具有将减压机(25)的机械能传递到一用于压缩工艺流(31)的压缩机(32)的装置(33)。

11、依照权利要求7至10中的任一项装置，其特征在于：具有一粗氩塔(34)，该塔与低压塔(35，37)连接在一起。

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