[发明专利]低温空气分离系统

说明书

技术领域

本发明整体涉及低温空气分离，更具体地讲，涉及提高液 体产物量的低温空气分离。

背景技术

低温空气分离是一种能源密集过程，因为需要低温致冷驱 动该过程。在回收大量液体产物致使必然从系统移除大量致冷时尤其 如此。因此，非常需要一种操作低温空气分离设备的方法，所述设备 能够以低液体产生模式和高液体产生模式有效操作。

发明概述

一种利用具有高压塔和低压塔的双塔操作低温空气分离 设备的方法，所述方法包括：

(A)将具有125K至200K温度的第一气流通到冷涡轮机，使第一 气流在冷涡轮机中涡轮膨胀到高于低压塔操作压力不大于3psi的压 力，并使涡轮膨胀的第一气流通入低压塔、大气和产物流中至少之一； 和

(B)将具有200K至320K温度的第二气流通到热涡轮机，使第二 气流在热涡轮机中涡轮膨胀到不低于高压塔操作压力的压力，并使涡 轮膨胀的第二气流通入高压塔和冷涡轮机中至少之一。

本文所用术语“塔”是指蒸馏或分馏塔或区域，即接触塔或 区域，其中液相和气相逆向接触实现流体混合物的分离，例如，气相 和液相在塔内安装的一系列垂直隔开的盘或板上接触，和/或在填充元 件(如结构或无规填充元件)上接触。关于蒸馏塔的其他细节，见 Chemical Engineer′s Handbook，第5版，R.H.Perry和C.H.Chilton 编著，McGraw-Hill Book Company，New York，Section13，The Continuous Distillation Process。双塔包括高压塔，所述高压塔具有与 低压塔下端有热交换关系的上端。

蒸气和液体接触分离过程取决于组分的蒸气压差。较高蒸 气压(或者更易挥发或低沸点)的组分倾向于在气相中浓集，而较低蒸 气压(或者不易挥发或高沸点)的组分倾向于在液相中浓集。部分冷凝 是可用蒸气混合物冷却使挥发性组分在气相中浓集，因此不易挥发组 分在液相中浓集的分离过程。精馏或连续蒸馏是组合由气相和液相逆 向处理得到的连续部分蒸发和冷凝的分离过程。气相和液相逆向接触 一般绝热，并可包括相间的积分(逐级)或微分(连续)接触。利用精馏原 理分离混合物的分离工艺装置通常互换称为精馏塔、蒸馏塔或分馏 塔。低温精馏为至少部分在或低于150开氏温度(K)进行的精馏过程。

本文所用术语“间接热交换”是指两种流体达到热交换关 系而没有流体彼此之间的物理接触或互混。

本文所用术语“进料空气”是指主要包含氧、氮和氩的混合 物，如环境空气。

本文所用术语塔的“上部”和“下部”是指相应在塔中点之上 和之下的那些塔的部分。

本文所用术语“涡轮膨胀”和“涡轮膨胀机”或“涡轮机”分别 指高压流体流动通过涡轮机装置以降低流体的压力和温度，从而产生 致冷的方法和装置。

本文所用术语“低温空气分离设备”是指其中进料空气由 低温精馏分离以产生氮、氧和/或氩的塔以及互连管、阀、热交换器等。

本文所用术语“压缩机”是指通过做功增加气体压力的机 器。

本文所用术语“过冷”是指将液体冷却到低于现有压力液 体饱和温度的温度。

本文所用术语塔的“操作压力”是指在塔底部的压力。

附图简述

图1-5为实施本发明低温空气分离方法的优选布置的示意 图。

图6为在图1所示本发明低温空气分离系统实施中主热交 换器冷却曲线的图解表示。

在附图中共同元件的数字符号是相同的。

发明详述