[发明专利]空气分离方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于分离空气的方法及设备，其中由蒸馏塔布置产生的富氧液流通过泵送加压，且然后汽化来产生氧产物作为蒸汽。更具体而言，本发明涉及此类方法及设备，其中富氧液流经由与在中间温度下经历冷压缩的空气流和部分冷却且在涡轮膨胀器中膨胀的另一空气流间接热交换来加热，另一空气流排入蒸馏塔布置的低压塔中以便给予制冷。

背景技术

空气通过空气的低温精馏分离来产生富氧、富氮和富氩产物。此类低温精馏通过压缩空气、净化高沸点污染物如水蒸气和二氧化碳的空气，且然后将空气冷却至适于将空气蒸馏成其组成部分的温度来进行。

此类蒸馏可在高压塔中进行，高压塔由冷凝器重沸器热联结到低压塔上。在此蒸馏塔系统中，高压塔中产生的粗液氧塔底残留物(也称为釜液)在低压塔中进一步精化来产生富氧液体塔底残留物。低压塔的塔底残留物在低压塔中部分地汽化，相对地由冷凝器重沸器冷凝高压塔中产生的富氮蒸汽。富氮蒸汽的冷凝通常将产生液氮回流以用于高压塔和低压塔两者。从低压塔除去的富氧液体和蒸汽产物可通过与到来的压缩且净化的空气间接热交换来加热，以产生氧产物。

在期望氧作为高压产物的情况下，富氮液体可泵送，且然后在用于冷却到来空气的主换热系统内汽化。在期望氮作为高压产物的情况下，泵送还可用于加压液氮流。压缩和净化的空气的一部分可在增压器压缩机中压缩，且引入主换热器中来进行与泵送的液氧和可能的泵送的液氮液体的间接热交换。空气压缩的程度取决于高压产物所需的压力。通常，空气压缩至超临界压力，且然后在通过间接热交换冷却之后液化，使压力下降且引入蒸馏塔系统中。

还已知在由增压器压缩机压缩之后，在冷压缩机中进一步压缩空气，冷压缩机连接到换热器上，该换热器用于空气与加压流之间的间接热交换。冷压缩机连接到换热器上，以便接收换热器的热端与冷端之间的中间温度下的压缩空气，或换言之，在空气部分冷却之后。在冷压缩机中的压缩引起的冷压缩空气流再引回换热器中，且然后通过与加压的一股或多股流间接热交换来进一步冷却。由于最大热交换任务出现在换热器中加压氧汽化或伪汽化的地方，故特别有利的是从此汽化或伪汽化发生的换热器除去部分冷却的压缩空气，且然后在换热器的较热位置处加入冷压缩流。其效果在于使换热器内的复合加热和冷却曲线更接近，其中两条曲线之间的温差减小。温差这样最小化特别有利，因为在空气压缩中将消耗较少电能。

在任何空气分离设备中，将存在进入冷箱的热泄漏，冷箱用于收纳蒸馏塔和在低温下操作的其它设备。此外，还存在用于冷却空气的换热器的热端处的损失。此损失通过使制冷生成和引入空气分离设备来补偿。制冷通过膨胀空气或其它过程流体、将所得的冷排气引入蒸馏塔系统且通过诸如热压缩或产生电能的手段从设备除去膨胀功来而生成。已知的是，使空气从高压塔的操作压力膨胀至低压塔的操作压力，且然后将所得的排气引入低压塔中。这通常将导致氧回收减少，不然的话氧回收在当排气引入高压塔中时获得。然而，为了使空气膨胀到高压塔中，空气将必须由增压器压缩机压缩到较高压力，增压器压缩机将消耗能量。因此，通过使空气在涡轮膨胀器中膨胀至低压塔中的压力且然后将所得的排气引入低压塔而生成制冷的优点在于实现了进行的电能成本的进一步节省。