專利名稱：在超大氣壓條件下提取氧和氮的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在超大氣壓條件下、通過在一精餾系統(tǒng)中經(jīng)權(quán)利要求1所述的步驟(a)至(g)對空氣進行低溫離解而提取氧和氮的方法。
US-A-4224045記載了一種具有這些步驟的方法。壓力塔和低壓塔通過在低壓塔塔底設置的冷凝蒸發(fā)器進行熱耦合。高壓氮產(chǎn)物在壓力塔塔頂上被排出。如果想在壓力條件下提取在低壓塔內(nèi)沉積的氧產(chǎn)物，可以使整個雙塔或至少使低壓塔在相應增壓條件下工作，或者將液氧產(chǎn)物加壓并接著逆風蒸發(fā)(內(nèi)壓縮)。或者可通過低壓塔輸出的富氮剩余氣體的減壓(僅第一種情況可能)，或者通過一部分輸入低壓塔的送風的減壓(如US-A-4224045所述)制冷。但不管是直接送風，還是使低壓塔在增壓條件下工作都會惡化低壓塔內(nèi)的精餾并因而降低氧產(chǎn)物的產(chǎn)量和/或純度。
故本發(fā)明的任務在于提出一種本說明書引言部分中所述方式的方法和相應裝置，用此方法和裝置可以在超大氣壓條件下同時提取氧和氮并且該方法和裝置的工作尤為經(jīng)濟，特別是氧產(chǎn)量高。
本任務的解決方案是，通過與壓力塔頂部的冷凝蒸氣的逆流間接換熱提高低壓塔底部輸出的液體壓力并且把在間接換熱中獲取的那部分蒸氣送回到低壓塔內(nèi)，在加入低壓塔內(nèi)前被減壓。
因此，依照本發(fā)明壓力塔和低壓塔內(nèi)的壓力相互獨立，即壓力塔可以在特別高的壓力條件下工作(例如8巴、10巴或10巴以上)，而低壓塔的壓力僅略高于大氣壓，例如1.2至2巴，優(yōu)選1.5至1.6巴。這樣壓力塔內(nèi)的壓力可以按照所需要的氮產(chǎn)物的壓力進行調(diào)整，從而可以把氮產(chǎn)物壓縮機設計得較小或完全不用氮產(chǎn)物壓縮機，盡管如此，低壓塔仍具有最佳的分離效果。可以采取任何一種已知的方法增大低壓塔底部輸出的液體壓力，例如采用一臺泵和/或通過靜壓勢能。最終的壓力應足以在與壓力塔輸出的壓力塔壓力條件下的冷凝蒸氣間接換熱時實現(xiàn)液體蒸發(fā)。
間接換熱一方面用于壓力塔頂部冷卻，即，產(chǎn)生對壓力塔和必要時對低壓塔的液體回流，另一方面在氧回路的旁路上通過液體升壓和氣態(tài)減壓產(chǎn)生相對低壓塔向上移動的蒸氣。
有利的是，在本發(fā)明的低壓塔內(nèi)至少部分地優(yōu)選僅采用有序排列的填料作為物質(zhì)交換件。由于其壓力損耗特別小，所以可以進一步降低低壓塔底部的壓力。
由壓力塔加入低壓塔的兩種液體通常由壓力塔塔底液體(第一液體餾份)及壓力塔塔頂或中間位置的液體(第二液體餾份)構(gòu)成，所述中間位置位于壓力塔塔頂下面10至30，優(yōu)選20理論塔板。
優(yōu)選對間接換熱時通過低壓塔底部的液體的蒸發(fā)獲得的蒸氣進行有效的減壓，例如在一減壓渦輪機中進行。這樣可以獲得特別多的工藝冷卻方法。有利的是采用一臺磁支承或氣體支承的渦輪機作為減壓渦輪機。
至少可用在對間接換熱中獲取的蒸氣減壓時產(chǎn)生的一部分能量來壓縮工藝流，例如將低壓塔輸出的含氮餾份壓縮到再生分子篩所需要的壓力上，用于減壓及壓縮的裝置最好是例如通過一共用軸機械耦合在一起。
在低壓塔中減壓氣體的上游側(cè)對間接換熱中獲得的蒸氣進行加熱。此加熱優(yōu)選在主換熱器中進行，該主換熱器也用于料風的冷卻。通常蒸氣的待減壓部分在介于主換熱器冷端和熱端溫度間的溫度下從主換熱器中引出。
在間接換熱中獲得的蒸氣部分，例如那些不送去減壓的部分，優(yōu)選作為氧壓力產(chǎn)物被提取出。這樣，只需要一臺裝置，通常為氧氣泵，既用于對產(chǎn)物，又用于對制冷回路中的物料的增壓。
由于低壓塔內(nèi)低壓的有利條件，故本發(fā)明的方法也適用于制取氬。為此把由低壓塔內(nèi)輸出的含氬的餾份加入粗氬塔內(nèi)。例如在EP-B-377117、EP-A-628777或EP-A-669509中對這種制取氬的細節(jié)已做了描述。
此外本發(fā)明還涉及一種依照權(quán)利要求7至11在超大氣壓壓力下，通過對空氣進行低溫離解而制取氧和氮的裝置。
下面將對照附圖中所述實施例對本發(fā)明及本發(fā)明的細節(jié)做進一步的說明。


圖1為本發(fā)明的方法和裝置的第一即特別優(yōu)選的實施例；
圖2為對由低壓塔輸出的含氮的剩余氣體進行二次壓縮的另一實施例；圖3為制取氬的第三實施例。
經(jīng)壓縮和由水及二氧化碳清洗后的料風1在一主熱換器2內(nèi)被冷卻到露點并通過管路3在壓力為10巴條件下被送入壓力塔4內(nèi)。在壓力塔塔頂通過管路10提取出尚含有大約1ppm雜質(zhì)的蒸氣狀氮并將其中一部分在構(gòu)成塔頂冷凝器的冷凝蒸發(fā)器12中冷凝，剩余部分通過管路14返回到主換熱器2內(nèi)，在此處加熱到環(huán)境溫度并在15處作為氣態(tài)壓力產(chǎn)物排出。在冷凝蒸發(fā)器12中獲取的冷凝液13一方面作為壓力塔4的回流；另一方面可以部分作為液體產(chǎn)物16排出。
作為從壓力塔輸出的第一液體餾份的富氧塔底液體5經(jīng)節(jié)流閥6控制加入到低壓塔7內(nèi)。在壓力塔塔頂下部的理論塔板數(shù)為20處提取第二液體餾份8并在第一液體餾份上方，優(yōu)選在塔頂經(jīng)減壓9加入低壓塔內(nèi)。(替代此方法或附加此方法，還可以將通過管路16提取的液體加到低壓塔7內(nèi))。
將低壓塔7的塔底液體(第三液體餾份17)通過泵18升壓到約5巴壓力，在逆流器內(nèi)冷卻并送至冷凝蒸發(fā)器12的蒸發(fā)室。泵入液體的一部分按需要可作為產(chǎn)物21提取出。在冷凝蒸發(fā)器12中獲得的蒸氣22被引入主換熱器2中并且其中一部分作為氣態(tài)壓力產(chǎn)物在其熱端23提取出。剩余的氣體在中間位置由主換熱器2中引出(24)，在渦輪機25內(nèi)被有效減壓到約為低壓塔壓力并經(jīng)逆流換熱器被送回到入低壓塔7內(nèi)。
在低壓塔7的塔頂處提取含氮剩余氣體28，首先被兩個由壓力塔輸出的液體餾份逆向加熱(29)，最后被繼續(xù)引向主換熱器2。被加熱的剩余氣體30例如可以排空或作為分子篩的再生氣體用于凈化空氣。
在后一情況下，如果剩余氣體30再生部分31如圖2所示在壓縮機32中被升壓到蓄熱壓力上(圖2直至此細節(jié)與圖1相符)，則該壓縮機可以例如通過一個與渦輪機25共用的軸來驅(qū)動。采取此措施，可以繼續(xù)降低低壓塔的壓力，例如降到約1.1巴。其反過來，又降低了渦輪機的出口壓力并隨之提高了制冷功率水平。
對這兩個實施例都可以附加配備粗氬塔34。相對圖1的情況，在圖3中對此點做了詳細表述。從低壓塔7內(nèi)氬含量相對較高的位置將含氬的蒸氣餾份35引入粗氬塔內(nèi)并在此處離解成一例如通過管路36提取的液體粗氬餾份和一剩余餾分37。通過對壓力塔輸出的塔底液體5的一部分38蒸發(fā)實現(xiàn)粗氬塔34塔頂?shù)睦鋮s39。此時產(chǎn)生的蒸氣40被送入低壓塔7內(nèi)。
在實施例中由蒸餾塔板構(gòu)成壓力塔內(nèi)的物質(zhì)交換單元，在低壓塔內(nèi)和必要時在粗氬塔34內(nèi)的物質(zhì)交換單元則是由順序排列的填充物構(gòu)成。但原則上講，在本發(fā)明中的所有塔內(nèi)都可以采用通用的蒸餾塔板、填充體(無順序的填充物)和/或順序排列的填充物。而且在一個塔內(nèi)也可以采用不同種類的單元組合。由于壓力損耗小，因而在低壓塔內(nèi)特別優(yōu)選的是順序排列的填充物。
權(quán)利要求
1.在超大氣壓條件下，采用在具有壓力塔(4)和低壓塔(7)的精餾塔系統(tǒng)中進行低溫離解而提取氧和氮的方法，其步驟如下(a)將經(jīng)壓縮和清洗的料風(1，3)加入壓力塔(4)中，(b)將至少一部分由壓力塔(4)底部輸出的第一液體餾份(5)加入(6)低壓塔(7)內(nèi)，(c)將由壓力塔(4)的頂部或中部輸出的第二液體餾份(8)加入(9)低壓塔(7)內(nèi)，(d)在與由壓力塔(4)頂部輸出的冷凝蒸氣(11)進行間接熱交換(12)中使由低壓塔(7)底部輸出的第三液體餾份(17)蒸發(fā)，(e)將至少一部分通過間接換熱獲得的蒸氣(22，24，26，27)引入低壓塔(7)內(nèi)，(f)將至少一部分通過間接換熱獲得的冷凝液(13)引入壓力塔(4)內(nèi)，(g)提取作為壓力塔(4)頂部產(chǎn)物的高壓氮餾份(10，14，15)，其特征在于(h)在與由壓力塔(4)頂部輸出的冷凝蒸氣(11)進行間接熱變換(12)的入口側(cè)提高從低壓塔(7)底部輸出的第三液體餾份(17)的壓力并且(i)經(jīng)間接換熱獲取的、將回送至低壓塔(7)內(nèi)的蒸氣部分(24)在加入(27)低壓塔(7)內(nèi)前減壓。
2.依照權(quán)利要求1的方法，其特征在于依照步驟(i)對經(jīng)間接換熱獲取的蒸氣進行有效減壓。
3.依照權(quán)利要求2的方法，其特征在于至少將一部分在對間接換熱時獲取的蒸氣減壓(25)產(chǎn)生的能量用于壓縮(32)工藝流(31)。
4.依照權(quán)利要求1至3中的任一項的方法，其特征在于經(jīng)間接換熱獲取的蒸氣(22)在依照步驟(i)進行減壓(25)的入口側(cè)被加熱(2)。
5.依照權(quán)利要求1至4中的任一項的方法，其特征在于提取經(jīng)間接換熱(12)獲取的蒸氣(22)作為氧壓力產(chǎn)物的一部分(23)。
6.依照權(quán)利要求1至5中的任一項的方法，其特征在于把由低壓塔(7)輸出的含氬的餾份(35)加入粗氬塔(34)內(nèi)。
7.在超大氣壓條件下，采用在具有壓力塔(4)和低壓塔(7)的精餾系統(tǒng)中對空氣進行低溫離解而提取氧和氮的裝置，包括(a)一用于將壓縮和清洗后的料風加入壓力塔(4)內(nèi)的送風管路(1，3)，(b)一第一液體餾份管路(5)，該管路將壓力塔(4)的底部與低壓塔(7)連接在一起，(c)一第二液體餾份管路(8)，該管路將壓力塔(4)的頂部或中部與低壓塔(7)連接在一起，(d)一冷凝蒸發(fā)室(12)，其蒸發(fā)室通過一第三液體餾份管路(17)與低壓塔(7)底部相連并且其冷凝室(通過10，11)與壓力塔(4)的頂部連接在一起，(e)一位于冷凝蒸發(fā)器(12)的蒸發(fā)室和低壓塔(7)之間的蒸氣管路(22，24，26，27)，(f)一位于冷凝蒸發(fā)器(12)的冷凝室和壓力塔(4)之間的第四液體餾份管路(13)和(g)一高壓氮產(chǎn)物管路(10，14，15)，該管路與壓力塔(4)頂部連接在一起，其特征在于(h)用于提高第三液體餾份管路(17)中壓力的裝置(18)和(i)用于降低位于冷凝蒸發(fā)器(12)和低壓塔(7)之間的蒸氣管路(22，24，26，27)內(nèi)壓力的裝置(25)。
8.依照權(quán)利要求7的裝置，其特征在于用于降壓的裝置包括一臺減壓機(25)。
9.依照權(quán)利要求7或8的裝置，其特征在于具有一氧產(chǎn)物管路(23)，該管路與蒸氣管路(22)連接在一起。
10.依照權(quán)利要求7至9中的任一項裝置，其特征在于具有將減壓機(25)的機械能傳遞到一用于壓縮工藝流(31)的壓縮機(32)的裝置(33)。
11.依照權(quán)利要求7至10中的任一項裝置，其特征在于具有一粗氬塔(34)，該塔與低壓塔(35，37)連接在一起。
全文摘要
本發(fā)明方法和裝置用于在超大氣壓條件下，在一精餾塔系統(tǒng)中對空氣進行低溫離解、提取氧和氮。將壓縮和清洗后的料風1，3，加入壓力塔4內(nèi)。由壓力塔4的底部或者頂部或中部輸出的液體5，8被加入到低壓塔7內(nèi)。由低壓塔7底部輸出的第三液體餾份17在與由壓力塔4頂部輸出的冷凝蒸氣11進行間接換熱時被蒸發(fā)，其中至少一部分在此時獲取的蒸氣22，24，26，27被加入到低壓塔7內(nèi)。將冷凝液13加入到壓力塔4內(nèi)。提取作為壓力塔4頂部產(chǎn)物的高壓氮餾份10，14，15。在間接換熱12的入口側(cè)提高由低壓塔17底部輸出的第三液體餾份17的壓力；那些經(jīng)間接換熱獲取的蒸氣部分24將回送至低壓塔內(nèi)，在加入27低壓塔7內(nèi)前被減壓25。
文檔編號F25J3/00GK1153895SQ9612080
公開日1997年7月9日 申請日期1996年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月25日
發(fā)明者羅特曼·迪特里希 申請人:林德股份公司