[发明专利]低温空气分离

说明书

技术领域

本发明一般地涉及低温空气分离，且更特定地涉及使用双塔的低温空气分离。

背景技术

使用向下流动主冷凝器的低温空气分离系统典型地使用了再循环泵以保证在正常运行以及部分负荷运行期间沸腾通道充分的可湿性。从塔贮池(sump)通过沸腾通道的液体再循环导致良好的传热性能，也使得能满足防止氧沸腾干的安全标准。然而，再循环泵增加了成本，降低了可靠性且由于泵运行所导致的动力代价而降低了系统的效率。

发明内容

用于运行具有高压塔和低压塔的低温空气分离设备的方法，包括将氮蒸气从高压塔通到单次通过主冷凝器的上部分，使氧液体从低压塔的分离部分流到单次通过主冷凝器的上部分，使氮蒸气和氧液体以换热关系沿单次通过主冷凝器向下通过，其中向下流动的氧液体的至少一些但非全部被蒸发，和从单次通过主冷凝器以从0.05至0.5的范围内的液体与蒸气的质量流量比回收氧蒸气和氧液体。

如在此所使用，术语“分离部分”意味着塔的包括盘和/或填料且位于主冷凝器上方的部分。

如在此所使用，术语“增强沸腾表面”意味着比普通表面提供了更高的每单位表面积传热的特殊表面几何形状。

如在此所使用，术语“高通量沸腾表面”意味着增强沸腾表面，其特征在于具有高多孔性和大空隙表面积的薄金属膜，其通过例如金属粉末涂层烧结而冶金地结合到金属基底。

如在此所使用，术语“塔”意味着蒸馏或分馏塔或区，即接触塔或区，其中液体相和蒸气相逆流地接触以实现流体混合物的分离，例如通过将蒸气相和液体相在安装在塔内的一系列垂直分开的盘或板上和/或填料元件(例如结构化的或随机的填料)上接触。对于蒸馏塔的进一步的论述，见R.H.Perry和C.H.Chilton编辑的Chemical Engineer′sHandbook，第五版，McGraw-Hill Book Company，New York，13节“TheContinuous Distillation Process”。术语“双塔”用于意味着高压塔的上端与低压塔的下端具有换热关系。双塔的进一步论述见：Ruheman的“The Separation of Gases”，Oxford University Press，1949，第VII章，Commercial Air Separation。

蒸气和液体接触分离过程取决于成分的蒸气压差异。高蒸气压(或较挥发的或低沸腾)的成分将趋向于集中在蒸气相中，而低蒸气压(或较不挥发的或高沸腾)的成分将趋向于集中在液体相中。部分冷凝是分离过程，由此可以使用蒸气混合物的冷却来将挥发的成分(多个成分)集中在蒸气相且因此将较不挥发的成分(多个成分)集中在液体相。精馏，或连续蒸馏是将由蒸气相和液体相的逆流处理所获得的相继的部分蒸发和冷凝组合的分离过程。蒸气相和液体相的逆流接触一般地是绝热的且可以包括相之间的整体(分级)接触或差别(连续)接触。利用了精馏原理来分离混合物的分离过程装置通常可互换地称为精馏塔、蒸馏塔或分馏塔。低温精馏是至少部分地在150开氏度(K)或以下的温度下进行的精馏过程。

附图说明

唯一的附图是本发明的低温空气分离运行方法的一个优选实施例的简化的代表性示意图。

具体实施方式

在使用向下流动主冷凝器的低温空气分离的实践中，需要使沿冷凝器向下流动的氧液体不完全地蒸发以避免无效和危险的沸腾干的条件。为实现此润湿，对于离开冷凝器的蒸发通道的流体，需要的液体与蒸气的质量流量比(L/V)为大于0.5且优选地从1到4，且此标准一般地要求从塔贮池到向下流动主冷凝器的沸腾通道的一些液体的再循环。

本发明使得在低温空气分离设备中向下流动主冷凝器能以从0.05到0.5的范围内的L/V运行。在正常运行期间，降低的L/V要求消除了对从塔贮池到向下流动主冷凝器的蒸发通道的再循环液体的需要。本发明的单次通过的主冷凝器处理了仅来自塔的分离部分的氧液体且使用了具有增强的沸腾表面(优选地是高通量沸腾表面)的沸腾通道。