[发明专利]用于通过低温蒸馏分离空气的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通过低温蒸馏分离空气的设备和方法。

背景技术

已知的，用于分离空气的常规设备(“双塔”型)设置有：

·中压塔上方的低压塔，通过蒸发器进行热交换；

·并排的低压塔和中压塔(colonne moyenne pression，均压塔)，具有液体回流泵(从低压塔至冷凝蒸发器的液氧或者从冷凝蒸发器至中压塔的液氮)以及用于输送气体(从冷凝蒸发器至低压塔的气态氧的返回以及从中压塔至冷凝蒸发器的气态氮的输送)的管道。

已知，由于第一布置防止了气体返回管道中的压力的损失和来自液体回流泵的能量的损失，所以第一布置使得可以获得改进的能量性能。

已知，用于分离空气的在低压塔中具有两个冷凝蒸发器的设备设置有：

·在布置1中：低压塔(及其两个蒸发器)位于中压塔上方(FR-A-2724011，图1和4)。

·在布置2中：低压塔的底部位于地面上并且低压塔的顶部位于中压塔上方，以便直接通过中压塔的塔顶蒸发器进行热交换(FR-A-2724011的图2和3)。

·在布置3中：低压塔(及其两个蒸发器)在中压塔的一侧(US-A-6134915，EP-A-0195065)。

已知，布置1和2允许获得相等的能量性能。在这两种情况下，在气体管道中有压力损失并且没有液体回流泵。

没有文献提出将低压塔的上部置于地面上，或者甚至低压塔的上部不包含冷凝再沸器。

出人意料地，对于使用在低压塔中具有至少两个蒸发器的双塔的极低能量方法，得出的结论是就能量消耗而言，性能最佳的布置是：

-中压塔位于地面上，

-低压塔的上部部段位于地面上，

-低压塔的下部部段位于地面上。

主要原因在于中压塔和低压塔之间的压力差通常小于2bar绝对压强，这使得当低压塔的部段安装在中压塔的上方时，必须安装泵以便提升液体。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于分离空气的设备，包括：能够在一中间压力下运行的第一蒸馏塔；能够在一低压下运行的第二蒸馏塔，能够在一低压下或在所述低压下运行的第三蒸馏塔；第一冷凝蒸发器；布置在第二塔的底部中的第二冷凝蒸发器；用于将空气至少供应给第一塔的管道；用于将富氮液体从第一塔的顶部供应至第三塔的顶部的管道；用于将液体从第三塔的底部供应至第一冷凝蒸发器的至少一个管道；用于将液体从第一塔的底部供应至第三塔的管道；用于将液体从第一冷凝蒸发器供应至第二塔的管道；用于将来自第二塔的塔顶馏分气体供应至第三塔的底部的管道，第一塔、第二塔和第三塔并排布置，并且可能地全部布置在地面上。

优选地，第二塔至少包含位于第二冷凝蒸发器上方的第三冷凝蒸发器。

能够在低温下运行的设备元件(例如液氧蒸发器)可布置在一个塔的下方，并且其中，其它两个塔和该设备元件直接布置在地面上。

加压装置可与第二塔的底部和液氧蒸发器相连接。

第一冷凝蒸发器可以位于第一塔的上方并且与第一塔的顶部连接，以便容许通过来自第一塔的气体而再沸腾。

优选地，所述设备仅包括一个与所述塔中的两个相连接的泵。

所述泵可以与用于将液体从第二塔的底部供应至第一冷凝再沸器的两个管道相连接。

气体管道可以将第一冷凝器连接至第三塔的底部。

第二塔和/或第三塔的顶部可低于第一冷凝再沸器且优选地低于第一塔的顶部。

第一塔中的充填密度可以低于第二塔和/或第三塔的充填密度。

优选地，第三塔不包含冷凝再沸器。

第二塔还可包含第三冷凝再沸器以及布置在第三冷凝再沸器上方的用于交换热量和物质的装置。

用于将来自第二塔的塔顶馏分气体供应至第三塔的底部的管道可以与用于在第一冷凝再沸器中蒸发的气体的管道相连接。

优选地，所述设备元件是布置在第三塔的下方的液氧蒸发器。

第一塔的运行压力与第二塔和第三塔中的至少一个的压力之间的压力差优选小于3bar、优选地2.5bar、优选地2bar。

第二塔的顶部的运行压力和第三塔的底部的运行压力之间的压力差小于1bar、优选地小于0.5bar、优选地小于0.2bar。

附图说明

参考附图更加详细地描述本发明，附图示出了根据本发明用于分离空气的设备。

具体实施方式