專利名稱：空氣分離方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低溫精餾空氣分離的領(lǐng)域，應(yīng)用低溫精餾的原理分離空氣，制取氧、氮、氬的方法和設(shè)備。
傳統(tǒng)的單級精餾塔流程，一般僅能制取單一的富氧或純氮?dú)怏w，產(chǎn)品提取率低，若要制取更多的產(chǎn)品氣，必須通過增加壓力的方法，并且工藝流路復(fù)雜。相應(yīng)能耗也較高。傳統(tǒng)的雙級精餾塔流程，制取純氧和低壓氮?dú)鈺r，塔板多，體積大，能耗高。
鑒于上述公知的技術(shù)不足，本發(fā)明的任務(wù)是提出一種改進(jìn)的空氣分離方法及設(shè)備，它在較低的能耗條件下，通過單級精餾設(shè)備制取含氧為5％～3ppm氮產(chǎn)品，還能制取含氧為40～99.5％的富氧或純氧產(chǎn)品，或者通過雙級精餾設(shè)備制取含氧85～99.999％的氧產(chǎn)品，和含氧為2％～3ppm的壓力純氮產(chǎn)品。壓力塔附設(shè)一只精氬塔制取氬氣，壓力塔附設(shè)一只粗氬塔制取粗氬。對氧、氮，氬氣均有極高的提取率。
本發(fā)明的任務(wù)是用下列方法來解決的一種單級低溫精餾的空氣分離方法，其特征在于在壓力塔底部設(shè)置一只蒸發(fā)器，在壓力塔頂部設(shè)置一只冷凝器和在壓力塔內(nèi)還可設(shè)置有輔助冷凝器組，被壓縮的原料空氣冷卻排水后，在空氣預(yù)冷器冷卻除水后進(jìn)入分子篩吸附器中除去微量水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳?xì)浠衔镄纬蓛艋峡諝?，在主換熱器內(nèi)冷卻后的部分原料空氣進(jìn)入壓力塔底部的蒸發(fā)器中，作加熱氣源加熱液體空氣，被冷卻液化后的原料空氣出蒸發(fā)器后與另一部分原料空氣在過冷器中冷卻匯合，經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入壓力塔中部。從主換熱器內(nèi)引出一部分壓力空氣進(jìn)入膨脹機(jī)絕熱膨脹再冷卻后進(jìn)入壓力塔中部參與精餾。本發(fā)明的空氣分離設(shè)備流程為增壓膨脹流程，從壓力塔內(nèi)的精餾段引出的壓力不純氮?dú)怏w復(fù)熱至常溫后，在增壓機(jī)中增壓后在主換熱器內(nèi)冷卻至一定溫度后，進(jìn)入膨脹機(jī)中作絕熱膨脹。
本發(fā)明所制取的氧氮產(chǎn)品(包括富氧)的壓力有著較寬的范圍，當(dāng)產(chǎn)品氣壓力低于壓力塔工作壓力時，可從壓力塔頂冷凝器內(nèi)引出部分富氧(純氧)液體，或從壓力塔頂引出部分液氮，分別進(jìn)入壓力塔精餾段內(nèi)所設(shè)置的輔助冷凝器內(nèi)，被塔內(nèi)上升蒸氣所蒸發(fā)，再經(jīng)換熱器組復(fù)至常溫后出裝置；當(dāng)產(chǎn)品氣壓力高于壓力塔工作壓力時，所引的富氧(純氧)液體或液氮被低溫液體泵所壓縮，被壓縮后的液體溫度和焓值低于塔內(nèi)相應(yīng)部位上升蒸氣的溫度和焓值時，形成一定的溫差和焓差時，壓縮后的低溫液體可進(jìn)入塔內(nèi)所設(shè)置在該部位下方的輔助冷凝器內(nèi)，壓縮后的低溫液體被塔內(nèi)上升蒸氣所汽化，再經(jīng)換熱器組復(fù)至常溫后出裝置。
必須指出單級低溫精餾的空氣分離流程制取富氧的最佳范圍在70—75％內(nèi)時能耗最低。同時必須嚴(yán)格控制壓力塔內(nèi)壓力氮?dú)?、低溫液氮和壓力不純氮?dú)馊咧鸵话悴坏么笥诰s段內(nèi)上升蒸氣總量的50％，以保證精餾段內(nèi)的回流比不低于0.5。
一種低溫精餾的空氣分離方法，采用雙級精餾塔的流程時，它基于單級塔流程，通過壓力塔所獲得的純液氮減壓降溫后進(jìn)入低壓塔頂冷凝器低壓側(cè)作低壓塔的冷源，壓力塔頂冷凝蒸發(fā)器作為低壓塔的熱源，在低壓塔中精餾分離來自壓力塔釜的富氧液空，低壓塔底部可獲得純氧。
在塔內(nèi)均設(shè)有塔板段或填料物。
為了同時制取高純氮產(chǎn)品和純氧氣，必須在單塔中具有制取粗氬或精氬的能力，粗氬或精氬的提取改善了壓力塔的精餾工況。
本發(fā)明的任務(wù)是用下列空氣分離設(shè)備來解決的。
一種單級精餾塔的空氣分離設(shè)備流程，其特征為a.被壓縮的原料空氣在空氣預(yù)冷器冷卻除水后，再進(jìn)入分子篩吸附器中除去微量水份，二氧化碳，乙炔及其他部分碳?xì)浠衔镄纬蓛艋峡諝狻?br> b.凈化原料空氣進(jìn)入主換熱器后分成二部分，從主換熱器內(nèi)引出部分原料空氣進(jìn)入精餾塔底部的蒸發(fā)器內(nèi)加熱釜中的液體空氣，被冷卻液化后的原料空氣與另一部分原料空氣在過冷器中冷卻匯合后，經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入精餾塔中部。
c.從主換熱器內(nèi)引出一部分壓力原料空氣絕熱膨脹后，進(jìn)入精餾塔中部參與精餾。
d.精餾塔頂部設(shè)置一只冷凝器，從精餾塔底部引出的富氧液體在過冷器中過冷后，再經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入塔頂冷凝器內(nèi)作塔的冷源，蒸發(fā)氣體再經(jīng)換熱器組復(fù)熱后作產(chǎn)品氣。從壓力塔頂部引出壓力氮?dú)庠趽Q熱器組復(fù)熱至常溫后作產(chǎn)品氣。
e.從壓力塔精餾段引出的壓力不純氮?dú)猓趽Q熱器組復(fù)至常溫后進(jìn)入增壓機(jī)中增壓，再在主換熱器內(nèi)冷卻至一定溫度后進(jìn)入膨脹機(jī)作絕熱膨脹的，膨脹氣體則進(jìn)入過冷器和換熱器組復(fù)熱出裝置，一部分氣體進(jìn)入分子篩吸附器作再生氣體。
f.可從冷凝器內(nèi)引出一部分液氧，進(jìn)入精餾段不純氮?dú)獬隹谔幭虏克O(shè)置的輔助冷凝器內(nèi)作冷源，或者部分液氧經(jīng)一只低溫液體泵壓縮至一定壓力后，進(jìn)入塔內(nèi)適當(dāng)部位所設(shè)置的輔助冷凝器作冷源。蒸發(fā)氣體再在換熱器組復(fù)熱作產(chǎn)品氣。或者這部分低溫液體經(jīng)低溫液體泵加壓到較高壓力后，則直接經(jīng)換熱器組復(fù)熱后作壓力產(chǎn)品氣。
g.可從精餾塔頂引出一部分純液氮，經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入精餾段不純氮?dú)獬隹谔幭虏克O(shè)置的輔助冷凝器內(nèi)作冷源，或者這部分液氮經(jīng)一只低溫液體泵壓縮至一定壓力后，進(jìn)入塔內(nèi)適當(dāng)部位所設(shè)置的輔助冷凝器作冷源，蒸發(fā)氣體再在換熱器組復(fù)熱作產(chǎn)品氣?；蛘哌@部分低溫液體經(jīng)低溫液體泵加壓到較高壓力后，則直接經(jīng)換熱器組復(fù)熱后作壓力產(chǎn)品氣。
一種雙級精餾塔的空氣分離設(shè)備的空氣分離流程，其特征為a.被壓縮的原料空氣在空氣預(yù)冷器冷卻除水后，再進(jìn)入分子篩吸附器中除去微量水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳?xì)浠衔镄纬蓛艋峡諝狻?br> b.凈化原料空氣進(jìn)入主換熱器后分成二部分，從主換熱器內(nèi)引出部分原料空氣進(jìn)入精餾塔底部的蒸發(fā)器內(nèi)加熱塔釜中的液體空氣，被冷卻液化后的原料空氣與另一部分原料空氣在過冷器中冷卻匯合后，經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入壓力塔中部。
c.從主換熱器引出一部分壓力原料空氣絕熱膨脹后，進(jìn)入精餾塔中部參與精餾。
d.從壓力塔底部所引出的富氧液體空氣，經(jīng)一只過冷器被出塔的返流氣體過冷后，再經(jīng)一只減壓閥減壓降溫后進(jìn)入低壓塔中部進(jìn)行再次精餾。
e.從壓力塔頂部所引出的部分液氮被過冷器過冷后，經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入低壓塔頂部冷凝器作冷源。從低壓塔頂部冷凝器所蒸發(fā)的低壓氮?dú)饨?jīng)一只過冷器復(fù)熱后，再進(jìn)入換熱器組復(fù)熱至常溫后作產(chǎn)品氣。
f.從壓力塔頂部所引出的氮?dú)饨?jīng)換熱器組復(fù)熱后引出裝置作純氮產(chǎn)品氣，在低壓塔底部冷凝器中獲得液氧產(chǎn)品；在低壓塔底冷凝器上部引出高純氧氣經(jīng)換熱器組復(fù)熱至常溫后作產(chǎn)品氣；在低壓塔頂部冷凝器氣氮側(cè)和壓力塔頂部可獲得純液氮產(chǎn)品。
g.從壓力塔精餾段引出的壓力不純氮?dú)?，在換熱器組復(fù)熱至常溫后進(jìn)入增壓機(jī)中增壓，然后進(jìn)入主換熱器內(nèi)冷卻至一定溫度后再進(jìn)入膨脹機(jī)作絕熱膨脹的，膨脹氣體再進(jìn)入過冷器和換熱器組復(fù)熱出裝置，一部分氣體進(jìn)入分子篩吸附器作再生氣體。
h.可從壓力塔頂部冷凝器內(nèi)引出一部分液氧，進(jìn)入壓力塔精餾段不純氮?dú)獬隹谔幭虏克O(shè)置的輔助冷凝器內(nèi)作冷源，或者這部分液氧經(jīng)一只低溫液體泵壓縮至一定壓力后，進(jìn)入壓力塔內(nèi)適當(dāng)部位所設(shè)置的輔助冷凝器作冷源。蒸發(fā)氣體再在換熱器組復(fù)熱作產(chǎn)品氣?；蛘哌@部分低溫液體經(jīng)低溫液體泵加壓到較高壓力后，則直接經(jīng)換熱器組復(fù)熱后作壓力產(chǎn)品氣。
i.可從低壓塔頂部冷凝器引出一部分純液氮，進(jìn)入壓力塔精餾段不純氮?dú)獬隹谔幭虏克O(shè)置的輔助冷凝器內(nèi)作冷源，或者這部分液氮經(jīng)一只低溫液體泵壓縮至一定壓力后，進(jìn)入塔內(nèi)適當(dāng)部位所設(shè)置的輔助冷凝器作冷源，蒸發(fā)氣體再在換熱器組復(fù)熱作產(chǎn)品氣，或者這部分低溫液體經(jīng)低溫液體泵加壓到較高壓力后，則直接經(jīng)換熱器組復(fù)熱后作壓力產(chǎn)品氣。
空分壓力塔附設(shè)一只粗氬塔的空氣分離設(shè)備流程，其特征a.粗氬塔由壓力塔和冷凝器組成。在壓力塔頂部設(shè)置一只冷凝器，由空分壓力塔原料空氣入口處下部，所設(shè)置的提餾段中部的氬餾份富集區(qū)引出一部分氬餾份氣體，進(jìn)入精氬塔的壓力塔下部作原料氣。
b.原料氣在粗氬塔內(nèi)精餾分離后，在塔底所得的富氧液體仍回入空分壓力塔相應(yīng)部位，在粗氬冷凝器內(nèi)排出少量廢氣。在粗氬塔頂部引出粗氬氣體。
c.引入來自空分壓力塔項部冷凝器內(nèi)部分富氧液體空氣進(jìn)入粗氬塔頂部的冷凝器中作塔的冷源，蒸發(fā)氣體出塔經(jīng)復(fù)熱后出裝置。
空分壓力塔附設(shè)一只精氬塔的空氣分離設(shè)備流程，其特征a.在精氬塔的壓力塔頂部設(shè)置一只冷凝器，由空分壓力塔原料空氣入口處下部，所設(shè)置的提餾段中部的氬餾份富集區(qū)引出一部分氬餾份氣體，進(jìn)入精氬塔的壓力塔下部作原料氣。
b.原料氣在壓力塔內(nèi)精餾分離后，在塔底所獲得的富氧液體，仍回入空分壓力塔相應(yīng)部位，在壓力塔頂部獲得的粗氬液體，經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入低壓塔中部進(jìn)行再次精餾。
c.引入來自空分壓力塔頂部的純液氮進(jìn)入壓力塔頂部冷凝器作冷源，被蒸發(fā)的氣氮在冷卻器冷卻液化后，再經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入低壓塔頂部的冷凝器中作塔的冷源，蒸發(fā)氮?dú)獬鏊?jīng)復(fù)熱后作產(chǎn)品氣。
d.液氬在低壓塔精餾后，在低壓塔頂部排出少量廢氣，在低壓塔下部冷凝器獲得精氬液體或精氬氣體產(chǎn)品。
雙級精餾塔附設(shè)一只精氬塔的空氣分離設(shè)備流程，其特征a.精氬塔由壓力塔和低壓塔組成，中間設(shè)置一只冷凝蒸發(fā)器，在低壓塔頂部設(shè)置一只冷凝器，由空分壓力塔凈化原料空氣入口處下部，所設(shè)置的提餾段中部的氬餾份富集區(qū)引出一部分氬餾份氣體，進(jìn)入精氬塔的壓力塔下部作原料氣。
b.原料氣在壓力塔內(nèi)精餾分離后，在塔底所獲得的富氧液體，仍回入空分壓力塔相應(yīng)部位，在壓力塔頂部獲得的粗氬液體，經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入低壓塔中部進(jìn)行再次精餾。
c.引入來自空分壓力塔頂部主冷凝器內(nèi)的部分液氧，進(jìn)入精氬壓力塔頂部冷凝器作冷源，被蒸發(fā)的氣氧出冷凝器后與空分主冷凝器所引出的氣氧匯合，復(fù)熱至常溫后出裝置作產(chǎn)品氣。
d.引入來自空分低壓塔頂部冷凝器內(nèi)的低壓純液氮，進(jìn)入精氬低壓塔頂部冷凝器作冷源，被蒸發(fā)的氣氮出冷凝器后與空分低壓塔頂部冷凝器作蒸發(fā)的氣氮匯合后，復(fù)熱至常溫后出裝置作產(chǎn)品氣。
e.液氬在低壓塔精餾后，在低壓塔頂部排出少量廢氣，在低壓塔下部冷凝器獲得精氬液體或精氬氣體產(chǎn)品。
下面結(jié)合流程圖，描述各種空氣分離設(shè)備流程。


圖1一種單級精餾塔的空氣分離設(shè)流程。
圖2一種雙級精餾塔的空氣分離設(shè)流程。
圖3空分壓力塔附設(shè)一只精氬塔的空氣分離設(shè)備流程。
圖4空分壓力塔附設(shè)一只精氬塔的空氣分離設(shè)備流程。
圖5雙級精餾塔壓力塔附設(shè)一只粗氬塔的空氣分離設(shè)備流程。
圖1是精餾塔為一只壓力塔的空氣分離設(shè)備流程。
圖1(a)是精餾塔為一只壓力塔的空氣分離設(shè)備流程。原料空氣由管道1進(jìn)入壓縮機(jī)2壓縮冷卻排水后，由管道3在空氣預(yù)冷器4冷卻后除水后，經(jīng)管道5，進(jìn)入分子篩吸附器6除去微量水份、二氧化碳、乙炔及其他碳?xì)浠衔铮?jīng)管道7、主換熱器8被返流氣體所冷卻，從主換熱器8內(nèi)引出的部分原料空氣經(jīng)管道9、閥門10、管道11、進(jìn)入精餾塔12底部蒸發(fā)器13中作加熱氣體，被富氧液空冷卻液化后的壓力原料空氣由管道15引出，與另一部分原料空氣經(jīng)管道24匯合進(jìn)入過冷器16被進(jìn)一步冷卻后，經(jīng)管道17減壓閥18減壓降溫后，經(jīng)管道19進(jìn)入精餾塔12中部，原料空氣入塔段下部，序號12a為精餾塔的提餾段。精餾塔12頂部設(shè)有冷凝器14，塔內(nèi)上升氣體被上部冷凝器所冷凝，在塔內(nèi)產(chǎn)生足夠的回流液時，在塔頂冷凝器冷量有富裕時，可從塔頂所冷凝的部分純液氮引出經(jīng)管道31，減壓閥32減壓降溫后，管道33進(jìn)入主冷凝器14作塔的冷源。從主換熱器內(nèi)引出一部分壓力原料空氣由管道20引出，進(jìn)入膨脹機(jī)21中作絕熱膨脹，膨脹氣體由管道22，在過冷器16冷卻后進(jìn)入壓力塔中部參與精餾。此流路也可以是增壓膨脹形式(附圖中均未繪出)。
在塔釜引出含氧大于50％的壓力富氧液體經(jīng)管道25進(jìn)入過冷器16、27過冷后，經(jīng)管道28，減壓閥29減壓降溫后，由管道30進(jìn)入冷凝器14中作壓力塔的冷源。蒸發(fā)氣體由管道55引出，在過冷器27、16、主換熱器8，預(yù)冷器4復(fù)熱后，在管道57引出作富氧產(chǎn)品，由冷凝器14中的氮通道引出所蒸發(fā)的氮?dú)庥晒艿?4引出經(jīng)過冷器27和16，主換熱器8，空氣預(yù)冷器4復(fù)熱后作純氮?dú)猱a(chǎn)品。從壓力塔12精餾段引出含氧不高于5％的壓力不純氮?dú)?，?jīng)管道42，換熱器組27、16、8復(fù)熱至一定溫度后由管道44進(jìn)入增壓器46中增壓后，經(jīng)管道47進(jìn)入主換熱器8冷卻至一定溫度后進(jìn)入膨脹機(jī)49內(nèi)作絕熱膨脹，膨脹氣體由管道50引出，進(jìn)入過冷器27、16和主換熱器8，空氣預(yù)冷器4復(fù)熱至常溫，大部分不純氮?dú)庥晒艿?3進(jìn)入分子篩吸附器6作再生氣體，再由管道54放空。必須嚴(yán)格控制壓力塔內(nèi)壓力氮?dú)狻⒌蜏匾旱蛪毫Σ患兊獨(dú)馊咧鸵话悴坏么笥诰s段內(nèi)上升蒸氣總量的50％，以保證精餾段內(nèi)的回流比不低于0.5。從冷凝器14引出的低壓氮?dú)饨?jīng)管道34，過冷器27、16和主換熱器8，空氣預(yù)冷器4復(fù)熱至常溫后作低壓純氮?dú)猱a(chǎn)品。從壓力塔12頂部引出部分壓力純氮?dú)庥晒艿?9引出，進(jìn)入過冷器27，16和主換熱器8，空氣預(yù)冷器4復(fù)熱至常溫后，由管道41引出作壓力純氮?dú)猱a(chǎn)品。從管道38引出少量純液氮產(chǎn)品。從冷凝器14引出部分富氧液體經(jīng)管道60，閥門61，管道62進(jìn)入精餾段內(nèi)輔助冷凝器63作冷源，以增加壓力不純氮?dú)獬隹谙虏烤s段的回流液，復(fù)熱的氣體后經(jīng)管道64進(jìn)入低壓氧氣管道55中匯合。
圖1(b)是單級精餾塔帶有低溫泵的空氣分離設(shè)備流程。即從冷凝器14引出部分液氧經(jīng)管道60，低溫泵65加壓后，當(dāng)被低溫液體泵壓縮后的液體溫度和焓值低于塔內(nèi)某一截面上升蒸氣的溫度和焓值，形成一定的溫差和焓差時，壓縮后的低溫液體可由管道66、69進(jìn)入塔內(nèi)該截面下部所設(shè)置的輔助冷凝器70內(nèi)，被塔內(nèi)上升蒸氣所復(fù)熱，由管道76引出，進(jìn)入過冷器16內(nèi)的壓力氧通道內(nèi)。當(dāng)被低溫液體泵壓縮后的液體壓力較高時，且焓值大于塔內(nèi)各部位上升蒸氣的溫度和焓值時，這部分低溫液體進(jìn)入過冷器16主換熱器8，空氣預(yù)冷器4復(fù)熱至常溫作壓力產(chǎn)品氣。
圖1(c)是精餾塔為一只壓力塔的空氣分離設(shè)備流程。在塔頂所冷凝的部分液氮引出經(jīng)管道31，減壓閥32減壓降溫后，從管道33進(jìn)入主冷凝器14作塔的冷源?？蓮墓艿?3引出部分低溫液氮進(jìn)入塔內(nèi)所設(shè)置進(jìn)入塔內(nèi)所設(shè)置的輔助冷凝器63內(nèi)作冷源，復(fù)熱后經(jīng)管道64進(jìn)入低壓氮?dú)夤艿?5中匯合。
圖1(d)是單級精餾塔帶有低溫泵的空氣分離設(shè)備流程。即從冷凝器14引出部分液氮經(jīng)管道72，低溫泵73加壓后，當(dāng)被低溫液體泵壓縮后的液體溫度和焓值低于塔內(nèi)某一截面上升蒸氣的溫度和焓值，形成一定的溫差和焓差時，壓縮后的低溫液體可由管道74、75進(jìn)入塔內(nèi)該截面下部所設(shè)置的輔助冷凝器70內(nèi)，被塔內(nèi)上升蒸氣所復(fù)熱，由管道76引出，進(jìn)入過冷器16內(nèi)的壓力氮通道內(nèi)。當(dāng)被低溫液體泵壓縮后的液體壓力較高時，且溫度和焓值大于塔內(nèi)各部位上升蒸氣的溫度和焓值時，這部分低溫液體進(jìn)入過冷器16主換熱器8，空氣預(yù)冷器4復(fù)熱至常溫作壓力氣氮產(chǎn)品。
圖2一種雙級精餾塔的空氣分離設(shè)備流程。
圖2(a)是原料空氣由管道1進(jìn)入壓縮機(jī)2壓縮冷卻排水后，由管道3在空氣預(yù)冷器4冷卻除水后，經(jīng)管道5進(jìn)入分子篩吸附器6除去微量水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳?xì)浠衔?，?jīng)管道7進(jìn)入主換熱器8所冷卻，從主換熱器內(nèi)引出的部分原料空氣經(jīng)管道9，閥門10進(jìn)入壓力塔12蒸發(fā)器13內(nèi)，加熱塔釜內(nèi)的富氧液體空氣，原料空氣被冷卻液化后由管道15引出，與另一部分原料空氣經(jīng)管道24匯合進(jìn)入過冷器16中被進(jìn)一步冷卻后，經(jīng)管道17減壓伐18減壓降溫后管道19再進(jìn)入壓力塔12中部。
在塔釜獲得含氧大于60％的富氧液體由管道25引出，進(jìn)入過冷器16、27被返流氣體過冷后，經(jīng)管道28減壓閥29減壓后由管道30進(jìn)入低壓塔31中部。從主換熱器6內(nèi)引出一部分壓力原料空氣由管道20引出，進(jìn)入膨脹機(jī)21中作絕熱膨脹，膨脹氣體由管道22，在過冷器16冷卻后進(jìn)入壓力塔中部參與精餾。此流路也可以是增壓膨脹形式(附圖中均未繪出)。壓力塔12內(nèi)上升氣體被塔頂冷凝器14所冷凝，在塔內(nèi)產(chǎn)生足夠的回流液，由冷凝器14所冷凝的一部分純液氮經(jīng)管道33，換熱器27經(jīng)管道34減壓閥35減壓到不低于120KPa壓力后，由管道36進(jìn)入低壓塔31頂部冷凝器32的冷源，必須保證冷凝器33二側(cè)有一定的壓力差來獲得所需的冷凝溫差冷凝上升氣體中氧。低壓塔31上部冷凝器32所蒸發(fā)的氣氮經(jīng)由管道59引出，經(jīng)過冷器27、16、主換熱器8，空氣預(yù)冷器4復(fù)熱至常溫，由管道62引出裝置。低壓塔31頂部引出少量氣體經(jīng)管道56，經(jīng)過冷器27、16主換熱器8，空氣預(yù)冷器4復(fù)熱至常溫后出裝置。在壓力塔12頂部獲得的氮?dú)庥晒艿?3引出，在過冷器16主換熱器8復(fù)熱至常溫，由管道55獲得壓力氮?dú)猱a(chǎn)品出裝置。在冷凝蒸發(fā)器14上部被蒸發(fā)的含氧為85～99.999％氣氧經(jīng)管道65，過冷器27、16，主換熱器8空氣預(yù)冷器4復(fù)熱至常溫出裝置，由管道67引出產(chǎn)品氧氣。從壓力塔12的精餾段由管道35引出部分含氧不高于5％的壓力不純氮?dú)饨?jīng)換熱器16，8復(fù)熱至一定溫度后由管道42引出進(jìn)入增壓機(jī)44增壓后，經(jīng)管道45在主換熱器8冷卻至一定溫度由管道46進(jìn)入膨脹機(jī)47作絕熱膨脹，從管道48引出的膨脹氣體，再經(jīng)過冷器27、16和主換熱器8空氣預(yù)冷器4復(fù)熱后由管道50引出，由管道51引出大部分低壓不純氮?dú)膺M(jìn)入分子篩吸附器6作再生氣體，再由管道52放空。從壓力塔12頂部冷凝器14引出部分液氧經(jīng)管道68，閥門69，管道70進(jìn)入壓力塔12內(nèi)壓力不純氮?dú)夤艿?0下部設(shè)置一只輔助冷凝器71內(nèi)作塔的冷源，以增加壓力不純氮?dú)獬隹谙虏烤s段的回流液，復(fù)熱后經(jīng)管道72進(jìn)入低壓氧氣管道65中匯合，復(fù)熱至常溫出裝置。必須嚴(yán)格控制壓力塔內(nèi)壓力氮?dú)?、低溫液氮和壓力不純氮?dú)馊咧鸵话悴坏么笥诰s段內(nèi)上升蒸氣總量的50％，以保證精餾段內(nèi)的回流比不低于0.5。
圖2(b)是雙級精餾塔帶有低溫泵的空氣分離設(shè)備流程。即從冷凝器14引出部分液氧經(jīng)管道68，低溫泵73加壓后，當(dāng)被低溫液體泵壓縮后的液體溫度和焓值低于壓力塔內(nèi)某一截面上升蒸氣的溫度和焓值，形成一定的溫差和焓差時，壓縮后的低溫液體可由管道74，77進(jìn)入塔內(nèi)該截面下部所設(shè)置的輔助冷凝器78內(nèi)，被塔內(nèi)上升蒸氣所復(fù)熱，由管道79引出，進(jìn)入過冷器16內(nèi)的壓力氧通道內(nèi)。當(dāng)被低溫液體泵壓縮后的液體壓力較高時，且溫度和焓值大于塔內(nèi)各部位上升蒸氣的溫度和焓值時，這部分低溫液體進(jìn)入過冷器16主換熱器8，空氣預(yù)冷器4復(fù)熱至常溫作壓力產(chǎn)品氣。
圖2(c)是雙級精餾塔的空氣分離設(shè)備流程。在低壓塔31頂冷凝器32所冷凝的部分液氮引出經(jīng)管道80，閥門83，管道84進(jìn)入塔內(nèi)所設(shè)置的輔助冷凝器71內(nèi)作冷源，復(fù)熱后經(jīng)管道85進(jìn)入低壓氮?dú)夤艿?5中匯合。
圖2(d)是雙級精餾塔帶有低溫泵的空氣分離設(shè)備流程。即從低壓塔31頂冷凝器32所冷凝的部分液氮引出經(jīng)管道80低溫泵81加壓后，當(dāng)被低溫液體泵壓縮后的液體溫度和焓值低于壓力塔內(nèi)某一截面上升蒸氣的溫度和焓值，形成一定的溫差和焓差時，壓縮后的低溫液體可由管道82，86進(jìn)入塔內(nèi)該截面下部所設(shè)置的輔助冷凝器78內(nèi)，被塔內(nèi)上升蒸氣所復(fù)熱，由管道87引出，進(jìn)入過冷器16內(nèi)的壓力氮通道內(nèi)。當(dāng)被低溫液體泵壓縮后的液體壓力較高時，且溫度和焓值大于塔內(nèi)各部位上升蒸氣的溫度和焓值時，這部分低溫液體進(jìn)入過冷器16主換熱器8，空氣預(yù)冷器4復(fù)熱至常溫作壓力氣氮產(chǎn)品。
圖3是空分壓力塔附設(shè)一只粗氬塔的空氣分離設(shè)備流程。
與上述流程相比其變動部分是增加粗氬系統(tǒng)流程，介紹如下粗氬塔的流路中粗氬塔90頂部設(shè)有一只冷凝器91，從空分壓力塔原料空氣入口管道19下部所設(shè)置的提餾段12a中氬富集區(qū)，引出一股氬餾份氣體經(jīng)管道92進(jìn)入粗氬塔90下部，上升氣體中的氧被粗氬冷凝器91冷凝后，其回流液仍由管道93回入壓力塔12a內(nèi)，從管道95閥門96引出的一部分液氧，進(jìn)入粗氬塔冷凝器91內(nèi)作塔的冷源，被蒸發(fā)的氣體由管道99回入管道55內(nèi)，粗氬塔90頂部冷凝器91內(nèi)由管道98排出少量廢氣，粗氬則從粗氬塔90頂部由管道94引出。
本圖僅涉及設(shè)置粗氬塔后與空分壓力塔有關(guān)流路，粗氬塔的設(shè)置適用于其他附圖。(包括雙級精餾塔的空氣分離設(shè)備流程。)
圖4是空分壓力塔附設(shè)一只精氬塔的空氣分離設(shè)備流程。
精氬系統(tǒng)流程介紹如下精氬塔由壓力塔90和低壓塔97組成，在壓力塔90與低壓塔97之間設(shè)置一只冷凝蒸發(fā)器91，在精氬塔的低壓塔97頂部設(shè)有一只冷凝器98，從空分壓力塔12的原料空氣入口管道19下部所設(shè)置的提餾段12a氬富集區(qū)引出一股氬餾份氣體，經(jīng)管道92進(jìn)入精氬塔的壓力塔90下部，上升氣體中的氧被冷凝后，其回流液仍由管道93回入空分壓力塔12內(nèi)，在壓力塔90頂部被冷凝的粗氬液體經(jīng)管道94引出，再在過冷器27過冷后，經(jīng)減壓閥95減壓降溫后，由管道96進(jìn)入低壓塔97中部進(jìn)行再次精餾分離，從空分壓力塔12頂部引出一部分壓力液氮經(jīng)管道31經(jīng)減壓閥101管道102進(jìn)入冷凝器91作壓力塔90的冷源，由管道103引出的氣氮再在過冷器27冷凝后，經(jīng)管道104，減壓閥105減壓降溫后，由管道106進(jìn)入精氬塔的低壓塔97頂部冷凝器98內(nèi)作低壓塔的冷源，精氬塔頂部冷凝器98由管道109排出少量廢氣；在低壓塔97頂部冷凝器98中，被蒸發(fā)的氣體由管道111引出，進(jìn)入低壓氮?dú)夤艿?5中匯合，復(fù)熱后出裝置，精液氬則從精氬壓力塔90頂部冷凝器91由管道110引出。
本圖僅涉及設(shè)置精氬塔后與空分壓力塔有關(guān)流路，精氬塔的設(shè)置適用于其他附圖。(包括雙級精餾塔的空氣分離設(shè)備流程。)圖5是雙級精餾塔附設(shè)一只精氬塔的空氣分離設(shè)備流程。
與圖4相比其變動部分是，引入來自空分壓力塔頂部主冷凝器14內(nèi)的部分液氧，經(jīng)管道68，閥門106，管道107進(jìn)入精氬壓力塔頂冷凝器91內(nèi)作壓力塔90的冷源，被蒸發(fā)的氣氧由管道108引出與空分主冷凝器14所引出的氣氧匯合，進(jìn)入管道65中，復(fù)熱后出裝置作產(chǎn)品氣。引入來自空分低壓塔頂部冷凝器32內(nèi)的部份低壓液氮，經(jīng)管道80，閥門103，管道104進(jìn)入精氬塔頂部冷凝器98內(nèi)作低壓塔97的冷源，被蒸發(fā)的氣氮由管道111引出，進(jìn)入空分塔頂部冷凝器32所蒸發(fā)的低壓氣氮匯合，經(jīng)復(fù)熱后出裝置所產(chǎn)品氣。由管道109引出少量塔頂?shù)膹U氣。
本圖僅涉及設(shè)置精氬塔后與空分塔有關(guān)流路。
權(quán)利要求
1，一種單級低溫精餾的空氣分離方法，被壓縮的原料空氣冷卻除水后，進(jìn)入分子篩吸附器中除去微量水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳?xì)浠衔镄纬蓛艋峡諝猓涮卣髟谟谠趬毫λ撞吭O(shè)置一只蒸發(fā)器，通入一部分凈化原料空氣作塔的熱源，被冷卻后的原料空氣與另一部分原料空氣通過換熱器組冷卻液化并匯合后，經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入壓力塔中部進(jìn)行精餾分離；在壓力塔頂部設(shè)置一只冷凝器冷凝塔內(nèi)上升蒸汽；從壓力塔精餾段引出一部分不純氮?dú)怏w經(jīng)換熱器組復(fù)熱至一定溫度后作膨脹氣體，并作裝置的冷源；還可通入低溫液氧或液氮進(jìn)入塔內(nèi)所設(shè)置的輔助冷凝器組內(nèi)作塔的冷源。一種雙級精餾塔的空氣分離設(shè)備流程，它以單級塔流程為基礎(chǔ)的，在低壓塔頂部設(shè)置一只冷凝器，壓力塔頂部的冷凝蒸發(fā)器作為低壓塔的熱源，精餾低壓塔內(nèi)的富氧液體或純氧液體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣分離方法，其特征在于精氬塔由壓力塔和低壓塔組成，中間設(shè)置一只冷凝蒸發(fā)器，低壓塔頂部設(shè)置一只冷凝器，由空分壓力塔凈化原料空氣入口處下部所設(shè)置的提餾段的氬餾份富集區(qū)引出一部分氬餾份氣體，通入精氬塔的壓力塔底部作原料氣，壓力塔頂部被冷凝的粗液氬經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入低壓塔中部進(jìn)行再次精餾分離，壓力塔底部的冷凝液體仍回入壓力塔內(nèi)相應(yīng)部位。引出壓力塔頂部的部分冷凝液氮減壓降溫后進(jìn)入精氬壓力塔頂部冷凝器內(nèi)作塔的冷源，或者引出空分塔主冷凝器的液氧作精氬壓力塔頂冷凝器的冷源。設(shè)置在精氬塔的低壓塔頂部的冷凝器內(nèi)通入來自空分壓力塔頂部所冷凝的液氮進(jìn)入精氬塔的壓力塔頂部冷凝器作冷源，出冷凝器后進(jìn)入精氬塔的底壓塔上冷凝器內(nèi)作底壓塔的冷源，或引入空分低壓塔頂冷凝器的低壓液氮作低壓塔的冷源，精氬液體則在低壓塔下部冷凝器引出，分別在壓力塔頂部冷凝器和低壓塔頂部冷凝器排出少量廢氣。
3.一種單級精餾塔的空氣分離設(shè)備流程，其特征為a.被壓縮的原料空氣在空氣預(yù)冷器冷卻除水后，再進(jìn)入分子篩吸附器中除去微量水份，二氧化碳，乙炔及其他部分碳?xì)浠衔镄纬蓛艋峡諝狻.凈化原料空氣進(jìn)入主換熱器后分成二部分，從主換熱器內(nèi)引出部分原料空氣進(jìn)入精餾塔底部的蒸發(fā)器內(nèi)加熱釜中的液體空氣，被冷卻液化后的原料空氣與另一部分原料空氣在過冷器中冷卻匯合后，經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入精餾塔中部。c.從主換熱器內(nèi)引出一部分壓力原料空氣絕熱膨脹后進(jìn)入精餾塔中部參與精餾。d.精餾塔頂部設(shè)置一只冷凝器，從精餾塔底部引出的富氧液體在過冷器中過冷后，再經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入塔頂冷凝器內(nèi)作塔的冷源，蒸發(fā)氣體再經(jīng)換熱器組復(fù)熱后作產(chǎn)品氣。從壓力塔頂部引出壓力氮?dú)庠趽Q熱器組復(fù)熱至常溫后作產(chǎn)品氣。e.從壓力塔精餾段引出的壓力不純氮?dú)?，在換熱器組復(fù)至常溫后進(jìn)入增壓機(jī)中增壓，再在主換熱器內(nèi)冷卻至一定溫度后進(jìn)入膨脹機(jī)作絕熱膨脹的，膨脹氣體則進(jìn)入過冷器和換熱器組復(fù)熱出裝置，一部分氣體進(jìn)入分子篩吸附器作再生氣體。f.可從冷凝器內(nèi)引出一部分液氧，進(jìn)入精餾段不純氮?dú)獬隹谔幭虏克O(shè)置的輔助冷凝器內(nèi)作冷源，或者部分液氧經(jīng)一只低溫液體泵壓縮至一定壓力后，進(jìn)入塔內(nèi)適當(dāng)部位所設(shè)置的輔助冷凝器作冷源。蒸發(fā)氣體再在換熱器組復(fù)熱作產(chǎn)品氣?；蛘哌@部分低溫液體經(jīng)低溫液體泵加壓到較高壓力后，則直接經(jīng)換熱器組復(fù)熱后作壓力產(chǎn)品氣。g.可從精餾塔頂引出一部分純液氮，經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入精餾段不純氮?dú)獬隹谔幭虏克O(shè)置的輔助冷凝器內(nèi)作冷源，或者這部分液氮經(jīng)一只低溫液體泵壓縮至一定壓力后，進(jìn)入塔內(nèi)適當(dāng)部位所設(shè)置的輔助冷凝器作冷源，蒸發(fā)氣體再在換熱器組復(fù)熱作產(chǎn)品氣?；蛘哌@部分低溫液體經(jīng)低溫液體泵加壓到較高壓力后，則直接經(jīng)換熱器組復(fù)熱后作壓力產(chǎn)品氣。
4.一種雙級精餾塔的空氣分離設(shè)備的空氣分離流程，其特征為a.被壓縮的原料空氣在空氣預(yù)冷器冷卻除水后，再進(jìn)入分子篩吸附器中除去微量水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳?xì)浠衔镄纬蓛艋峡諝?。b.凈化原料空氣進(jìn)入主換熱器后分成二部分，從主換熱器內(nèi)引出部分原料空氣進(jìn)入精餾塔底部的蒸發(fā)器內(nèi)加熱塔釜中的液體空氣，被冷卻液化后的原料空氣與另一部分原料空氣在過冷器中冷卻匯合后，經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入壓力塔中部。c.從主換熱器引出一部分壓力原料空氣絕熱膨脹后，進(jìn)入精餾塔中部參與精餾。d.從壓力塔底部所引出的富氧液體空氣，經(jīng)一只過冷器被出塔的返流氣體過冷后，再經(jīng)一只減壓閥減壓降溫后進(jìn)入低壓塔中部進(jìn)行再次精餾。e.從壓力塔頂部所引出的部分液氮被過冷器過冷后，經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入低壓塔頂部冷凝器作冷源。從低壓塔頂部冷凝器所蒸發(fā)的低壓氮?dú)饨?jīng)一只過冷器復(fù)熱后，再進(jìn)入換熱器組復(fù)熱至常溫后作產(chǎn)品氣。f.從壓力塔頂部所引出的氮?dú)饨?jīng)換熱器組復(fù)熱后引出裝置作純氮產(chǎn)品氣，在低壓塔底部冷凝器中獲得液氧產(chǎn)品；在低壓塔底冷凝器上部引出高純氧氣經(jīng)換熱器組復(fù)熱至常溫后作產(chǎn)品氣；在低壓塔頂部冷凝器氣氮側(cè)和壓力塔頂部可獲得純液氮產(chǎn)品。g.從壓力塔精餾段引出的壓力不純氮?dú)?，在換熱器組復(fù)熱至常溫后在增壓機(jī)中增壓，然后進(jìn)入主換熱器內(nèi)冷卻至一定溫度后再進(jìn)入膨脹機(jī)作絕熱膨脹的，膨脹氣體再進(jìn)入過冷器和換熱器組復(fù)熱出裝置，一部分氣體進(jìn)入分子篩吸附器作再生氣體。h.可從壓力塔頂部冷凝器內(nèi)引出一部分液氧，進(jìn)入壓力塔精餾段不純氮?dú)獬隹谔幭虏克O(shè)置的輔助冷凝器內(nèi)作冷源，或者這部分液氧經(jīng)一只低溫液體泵壓縮至一定壓力后，進(jìn)入壓力塔內(nèi)適當(dāng)部位所設(shè)置的輔助冷凝器作冷源。蒸發(fā)氣體再在換熱器組復(fù)熱作產(chǎn)品氣。或者這部分低溫液體經(jīng)低溫液體泵加壓到較高壓力后，則直接經(jīng)換熱器組復(fù)熱后作壓力產(chǎn)品氣。i.可從低壓塔頂部冷凝器引出一部分純液氮，進(jìn)入壓力塔精餾段不純氮?dú)獬隹谔幭虏克O(shè)置的輔助冷凝器內(nèi)作冷源，或者這部分液氮經(jīng)一只低溫液體泵壓縮至一定壓力后，進(jìn)入塔內(nèi)適當(dāng)部位所設(shè)置的輔助冷凝器作冷源，蒸發(fā)氣體再在換熱器組復(fù)熱作產(chǎn)品氣?；蛘哌@部分低溫液體經(jīng)低溫液體泵加壓到較高壓力后，則直接經(jīng)換熱器組復(fù)熱后作壓力產(chǎn)品氣。
5.空分壓力塔附設(shè)一只粗氬塔的空氣分離設(shè)備流程，其特征a.粗氬塔由壓力塔和冷凝器組成。在壓力塔頂部設(shè)置一只冷凝器，由空分壓力塔原料空氣入口處下部所設(shè)置的提餾段中部的餾份富集區(qū)引出一部分氬餾份氣體，進(jìn)入粗氬塔下部作原料氣。b.原料氣在粗氬塔內(nèi)精餾分離后，在塔底所得的富氧液體仍回入空分壓力塔相應(yīng)部位，在粗氬冷凝器內(nèi)排出少量廢氣。在粗氬塔頂部引出粗氬氣體。c.引入來自空分壓力塔項部冷凝器內(nèi)部分富氧液體空氣進(jìn)入粗氬塔頂部的冷凝器中作塔的冷源，蒸發(fā)氣體出塔經(jīng)復(fù)熱后出裝置。
6.空分壓力塔附設(shè)一只精氬塔的空氣分離設(shè)備流程，其特征精氬塔的壓力塔頂部設(shè)置一只冷凝器，由空分壓力塔凈化原料空氣入口處下部所設(shè)置的提餾段中部的氬餾份富集區(qū)引出一部分氬餾份氣體，進(jìn)入精氬塔的壓力塔下部作原料氣。b.原料氣在壓力塔內(nèi)精餾分離后，在塔底所獲得的富氧液體，仍回入空分壓力塔相應(yīng)部位，在壓力塔頂部獲得的粗氬液體，經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入低壓塔中部進(jìn)行再次精餾。c.引入來自空分壓力塔頂部的純液氮進(jìn)入壓力塔頂部冷凝器作冷源，被蒸發(fā)的氣氮在冷卻器冷卻液化后再經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入低壓塔頂部的冷凝器中作塔的冷源，蒸發(fā)氮?dú)獬鏊?jīng)復(fù)熱后作產(chǎn)品氣。d.液氬在低壓塔精餾后，在低壓塔頂部排出少量廢氣，在低壓塔下部冷凝器獲得精氬液體或精氬氣體產(chǎn)品。
7.雙級精餾塔附設(shè)一只精氬塔的空氣分離設(shè)備流程，其特征a.精氬塔由壓力塔和低壓塔組成，中間設(shè)置一只冷凝蒸發(fā)器，在低壓塔頂部設(shè)置一只冷凝器，由空分壓力塔凈化原料空氣入口處下部所設(shè)置的提餾段中部的氬餾份富集區(qū)引出一部分氬餾份氣體，進(jìn)入精氬塔的壓力塔下部作原料氣。b.原料氣在壓力塔內(nèi)精餾分離后，在塔底所獲得的富氧液體，仍回入空分壓力塔相應(yīng)部位，在壓力塔頂部獲得的粗氬液體，經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入低壓塔中部進(jìn)行再次精餾。c.引入來自空分壓力塔頂部主冷凝器內(nèi)的部分液氧進(jìn)入精氬壓力塔項部冷凝器作冷源，被蒸發(fā)的氣氧出冷凝器后與空分主冷凝器所引出的氣氧匯合，復(fù)熱至常溫后出裝置作產(chǎn)品氣。b.引入來自空分低壓塔頂部冷凝器內(nèi)的低壓純液氮進(jìn)入精氬低壓塔頂部冷凝器作冷源，被蒸發(fā)的氣氮出冷凝器后與空分低壓塔頂部冷凝器作蒸發(fā)的氣氮匯合后，復(fù)熱至常溫后出裝置作產(chǎn)品氣。e.液氬在低壓塔精餾后，在低壓塔頂部排出少量廢氣，在低壓塔下部冷凝器獲得精氬液體或精氬氣體產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明屬于低溫精餾空氣分離的領(lǐng)域,應(yīng)用低溫精餾的原理分離空氣以制取氧、氮、氬氣的方法及設(shè)備。它在很低的能耗條件下,通過單級精餾設(shè)備制取含氧為5%～3ppm的純氮產(chǎn)品,還能制取含氧為40～99.5%的富氧或純氧產(chǎn)品,或者通過雙級精餾設(shè)備制取含氧85～99.999%的氧產(chǎn)品和含氧為2%～3ppm的壓力純氮產(chǎn)品。壓力塔附設(shè)一只粗氬塔或精氬塔制取粗氬或純氬。對氧、氮、氬均有極高的提取率。
文檔編號F25J3/04GK1340687SQ0012802
公開日2002年3月20日 申請日期2000年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月24日
發(fā)明者孫克錕 申請人:孫克錕