專利名稱：空氣低溫分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空氣低溫分離方法，其中將第一股原料空氣流壓縮、預(yù)凈化和冷卻，并且至少部分地將其輸入一座二級(jí)精餾裝置的壓力級(jí)，并從低壓力級(jí)取得氣態(tài)氧和氣態(tài)氮。
在采用二級(jí)精餾的空氣分離方法中，通常將原料空氣注入壓力級(jí)，在此預(yù)分離成富氮餾份和富氧餾份，接著將其在低壓級(jí)繼續(xù)精餾。因此，必須將原料空氣壓縮到壓力級(jí)的壓力水平，也就是說(shuō)，須壓縮到大約5-7巴。為此目的，一方面所需要的空氣壓縮機(jī)因其高昂的購(gòu)量費(fèi)用而牽制資金，另一方面，它們?cè)谠O(shè)備運(yùn)行過(guò)程中能量消耗最多。
一種主要用來(lái)生產(chǎn)較低純度氧，例如低于98%，氧的設(shè)備，也可以這樣操作，即將一部分原料空氣不經(jīng)壓力級(jí)預(yù)分離而直接注入低壓級(jí)，在這種情況下氧氣產(chǎn)率沒(méi)有多大降低。由DE-PS2854580已知利用這一事實(shí)，從壓縮到壓力柱水平的原料空氣中回收能量方法。在該方法中，使一部分原料空氣在壓縮到低壓級(jí)壓力水平之后進(jìn)行減壓，隨后輸向低壓級(jí)。將減壓過(guò)程中所得的冷用于液化產(chǎn)品氣體。
但是這種已知方法也存在一些經(jīng)濟(jì)方面的不足之處，因?yàn)榧词孤?lián)合使用透平式制冷發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)械耦合的壓縮機(jī)，也不能完全回收壓縮能。此外，這種已知方法缺乏適應(yīng)性，因?yàn)橥钙绞街评浒l(fā)動(dòng)機(jī)只能在一個(gè)限定的窄小流量范圍內(nèi)以良好效率進(jìn)行工作。被直接注入低壓級(jí)的空氣量在運(yùn)行期間也只能在限定的量?jī)?nèi)變化。
本發(fā)明賴以為基礎(chǔ)的任務(wù)在于，發(fā)展本說(shuō)明書開(kāi)頭所述類型的方法，從經(jīng)濟(jì)角度看該方法特別有利于進(jìn)行生產(chǎn)。
本發(fā)明的任務(wù)是通過(guò)下列方法解決的，即將第二股原料空氣流壓縮到低于第一級(jí)原料空氣流的壓力，接著將第二級(jí)原料空氣流預(yù)凈化、冷卻并輸向精餾裝置的低壓級(jí)。
將至少一部分直接注入低壓級(jí)的空氣僅壓縮到1.3-2.5巴，最好1.5-1.8巴對(duì)此所必要的壓力。因此，一開(kāi)始須用少量能量來(lái)壓縮原料空氣?？梢苑艞壔厥赵O(shè)備昂貴的多余的壓縮能。本發(fā)明方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)直接送入低壓力柱的空氣量。根據(jù)所要求的產(chǎn)品氧氣純度如上改變可直接送入低壓力柱的空氣量，并不明顯影響氧氣產(chǎn)率。因此，當(dāng)對(duì)產(chǎn)品氧氣的純度要求較低時(shí)，本發(fā)明方法例如可以借助簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)裝置來(lái)提高第二股原料空氣流的流量。
在本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式中，將全部原料空氣在第一級(jí)中一起壓縮，然后將其分成兩股原料空氣流，并接著將第一股原料空氣流在第二級(jí)中繼續(xù)壓縮。
由于兩股原料空氣流都共同壓縮到中等壓力，因此就不需要購(gòu)置單獨(dú)用于第二股原料空氣流的機(jī)器?；ㄙM(fèi)用就較低。這兩個(gè)壓縮級(jí)各自又可由每個(gè)單獨(dú)的壓縮單元組成。
如果在本發(fā)明方法中從第一股原料空氣流到預(yù)凈化之間分路出一股分流，將該股分流再壓縮、冷卻并作功減壓，這證明是有利的。借助這股分流的減壓可以產(chǎn)生冷，這種冷除了為補(bǔ)償像絕熱和交換損失之類一般冷損失所必需之外，也為例如產(chǎn)品氣體的液化所必需。
此外，以有利的方式將在第一股原料空氣流的分流減壓時(shí)所得的功用于該分流的再壓縮。
在本發(fā)明方法有利的改進(jìn)方法中，將第一股原料空氣流的分流在減壓后送入精餾裝置的低壓級(jí)。由于分流減壓到低壓級(jí)非常低的壓力，因此提供了特別高的用于制冷的熱函差。
下面借助一個(gè)實(shí)施例來(lái)詳細(xì)解釋本發(fā)明和本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)，附圖
示意地表示這個(gè)實(shí)施過(guò)程。
常壓空氣經(jīng)管道1被第一壓縮級(jí)2抽吸，并在第一分支點(diǎn)3處分成第一股原料空氣流(管道4)和第二股原料空氣流(管道7)。分支點(diǎn)3處的壓力為1.3-2.5巴，最好是1.5-1.8巴。第一股原料空氣流在第二壓縮級(jí)5中繼續(xù)進(jìn)行壓縮，并且在僅示意表示的分子篩裝置6中進(jìn)行預(yù)凈化，除去水蒸汽、二氧化碳和危險(xiǎn)性烴類。分子篩裝置6后面的第一股原料空氣流的壓力是5.0-7.0巴，最好是5.2-6.0巴。第一股原料空氣流的較大部分經(jīng)由管道8輸過(guò)熱交換器9，在這個(gè)熱交換器中被分離產(chǎn)物逆流冷卻，接著被注入二級(jí)精餾柱10的壓力級(jí)11。
在第二個(gè)分支點(diǎn)7A從第一股原料空氣流中分路出分流26，它在次級(jí)壓縮機(jī)13中再壓縮，在熱交換器9中進(jìn)行冷卻，然后在透平式制冷發(fā)動(dòng)機(jī)14中進(jìn)行減壓制冷。這種在分流減壓中得到的功經(jīng)機(jī)械轉(zhuǎn)換傳遞給次級(jí)壓縮機(jī)13。減壓后的分流經(jīng)管道15輸入精餾柱10的低壓級(jí)12。低壓級(jí)12在1.1-2.0巴，最好是1.3-1.7巴的壓力下工作，并經(jīng)由一臺(tái)冷凝蒸發(fā)器與壓力級(jí)11保持熱交換聯(lián)系。
從壓力級(jí)11提取出富氮液體16和富氧液體17;這兩種液流在熱交換器18或19中被來(lái)自低壓級(jí)12的氣態(tài)氮21逆流冷卻，然后在各自位置進(jìn)入低壓級(jí)12。作為主要產(chǎn)物的氣態(tài)氧由低壓級(jí)12經(jīng)管道24引出，同時(shí)引出少量液態(tài)氧23和液態(tài)氮25。這些氣態(tài)產(chǎn)物流21、22和24在熱交換器9中被加熱至接近周圍介質(zhì)溫度。來(lái)自低壓級(jí)12的氣態(tài)氮21部分地用于分子篩裝置6和8的再生。除此之外，經(jīng)管道22引出少量高壓氮?dú)饬鳌?br> 按照本發(fā)明，第二股原料空氣流(管道7)在其專用的分子篩裝置8中預(yù)凈化，在熱交換器9中冷卻，接著在與第一股原料空氣流的減壓分流匯合后，經(jīng)管道15輸入精餾柱10的低壓級(jí)12。
當(dāng)產(chǎn)品氧(實(shí)施例中的管道23和24)應(yīng)該達(dá)到85-98%的純度時(shí)，將原料空氣直接輸入低壓級(jí)的本發(fā)明方法在經(jīng)濟(jì)上證明是有利的。舉例來(lái)說(shuō)，如果要求氧氣純度是96%，則可以將高達(dá)35%的原料空氣直接輸入低壓級(jí)，而不明顯降低氧氣產(chǎn)率。第二壓縮級(jí)5因而可相應(yīng)于第一股原料空氣流中減少的空氣流量，設(shè)置得小一些，而在運(yùn)行時(shí)就會(huì)相應(yīng)地使用少量壓縮能。
不同于圖中所示實(shí)施例，也可以其他方式供給所需的冷，來(lái)代替籍第一股原料空氣流的分流減壓而制冷。在這種情況下，將全部第一股原料空氣流輸入壓力級(jí)，并且舉例來(lái)說(shuō)，將一部分第一股原料空氣流用外冷卻劑通過(guò)熱交換進(jìn)行冷卻。在此實(shí)施方案中，也需要這樣一部分原料空氣，這部分原料空氣在圖示的方法中進(jìn)行作功減壓，只壓縮到低壓級(jí)水平;因此，相應(yīng)于圖中的第二壓縮級(jí)5的壓縮機(jī)可設(shè)置得小些。
同樣，也可以完全獨(dú)立于第一股原料空氣流來(lái)輸?shù)诙稍峡諝饬鳌４藭r(shí)，籍專用的壓縮機(jī)抽吸常壓空氣，作為第二股原料空氣流。
權(quán)利要求
1.一種空氣低溫分離方法，其中將第一股原料空氣流壓縮，預(yù)凈化和冷卻，并至少部分地將其輸入一個(gè)二級(jí)精餾裝置的壓力級(jí)，并從低壓級(jí)取出氣態(tài)氧和氣態(tài)氮，其特征在于將第二股原料空氣流壓縮到低于第一股原料空氣流的壓力，接著將該第二股原料空氣流預(yù)凈化、冷卻并輸入精餾裝置的低壓級(jí)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將全部原料空氣在第一級(jí)中進(jìn)行壓縮，然后將其分成兩股原料空氣流，并將第一股原料空氣流在第二級(jí)中繼續(xù)進(jìn)行壓縮。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，從第一股原料空氣流到預(yù)凈化之間分路出一股分流，將其再壓縮、冷卻并作功減壓。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，將第一股原料空氣流的分流減壓時(shí)所得的功用于該分流的再壓縮。
5.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，將第一股壓料空氣流的分流經(jīng)減壓后輸入精餾裝置的的低壓級(jí)。
6.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，將第一股壓料空氣流的分流經(jīng)減壓后輸入精餾裝置的的低壓級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空氣低溫分離方法。在采用二級(jí)精餾10的空氣分離方法中，將一部分原料空氣只壓縮到低壓柱12的壓力，并在預(yù)凈化和冷卻(熱交換器9)后直接輸入低壓級(jí)12(管道15)，并從低壓力級(jí)取得氣態(tài)氧和氣態(tài)氮。
文檔編號(hào)B29C55/30GK1038151SQ8910441
公開(kāi)日1989年12月20日 申請(qǐng)日期1989年5月9日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月9日
發(fā)明者威廉·羅德 申請(qǐng)人:琳德股份公司