[发明专利]制取低纯氧和高纯氮的低温侧塔精馏系统

说明书

本发明涉及空气的低温精馏，具体地说，涉及低温精馏原料空气以生产氧和氮。它具体适用于生产高压的低纯氧和高纯氮。

在一些工业生产中需要使用低纯氧和高纯氮。例如在玻璃制造工业中，低纯氧用在含氧燃料的燃烧中，以加热和熔化制取玻璃的原材料，同时用高纯氮作为已熔化玻璃的惰性保护气体。并且通常都需要高压的氧和氮。

因此，本发明的一个目的是提供一种能有效地同时制取低纯氧和高纯氮的低温精馏系统。

本发明的另一个目的是提供一种能有效地同时制取高压低纯氧和高纯氮的低温精馏系统。

上述目的及其它目的可以通过本发明来达到，本领域普通专业人员阅读了本说明书后将对这些目的理解更深，本发明的一个方面涉及的是：

一种制取低纯氧和高纯氮的方法，包括：

(A)使原料空气流入高压塔，在高压塔内经过低温精馏将其分离成富氮蒸气和富氧液体；

(B)回收一部分富氮蒸气作为高纯氮产品，并使富氧液体流入低压塔；

(C)使一部分富氮蒸气透平膨胀以制取膨胀后的富氮蒸气，透平膨胀后的富氮蒸气与从上述低压塔底部上方流出的流体间接换热并被冷凝，以产生富氮液体，将富氮液体送进低压塔；

(D)流入低压塔的流体经过低温精馏分离成富氮流和富氧流；

(E)使富氧流流入辅助侧塔，在辅助侧塔中经过低温精馏制取纯氧，其中来自辅助侧塔的液流与来自高压塔底部上方1至10平衡级之间的某处的流体进行间接换热并被汽化；

(F)回收从辅助侧塔流出的低纯氧产品。

本发明的另一方面涉及的是：

制取低纯氧和高纯氮的装置，它包括：

(A)第一塔、第二塔及把原料空气供给第一塔的装置；

(B)回收来自第一塔上部的流体的装置，及把流体从第一塔下部送往第二塔的装置；

(C)一台透平膨胀机，及把流体从第一塔上部送至透平膨胀机的装置；

(D)用于第二塔的一台中间换热器，把流体从透平膨胀机送至中间换热器的装置，及把流体从中间换热器送至第二塔的装置；

(E)一个具有底部重沸器的辅助侧塔，把流体从第二塔送至辅助侧塔的装置，把流体从第一塔送至辅助侧塔底部重沸器的装置和把流体从辅助侧塔底部重沸器送至第一塔的装置；及

(F)从辅助侧塔下部回收流体的装置。

这里所用的术语“塔盘”指接触级，它不必是平衡级，也可指其它与塔盘分离能力相等的填料之类的接触装置。

这里所用的术语“平衡级”指汽—液在传质平衡的状态下离开的接触级，例如一个效率为100％的塔盘，或高度与理论塔板相当(HETP)的填料层。

这里所用的术语“原料空气”指主要含有氧和氮的混合气体，例如环境空气。

这里所用的术语“低纯氧”指一种含氧浓度从50％至98.5％(克分子)的流体。

此处“高纯氮”一词是指氮浓度高于98.5克分子百分数的流体。

这里所用的术语“塔”指一种蒸馏或分馏塔或区，即一种接触塔或区，其中例如借助汽、液两相在一系列沿塔内纵向间隔安装的塔盘或塔板上接触，和/或在有规律码放和/或无规律码放的填料元件上接触，使液、汽两相逆流接触以实现流体混合物的分离。关于蒸馏塔的进一步讨论，请参见“ChemicalEngineer′s Handbook，fifth edition”(《化学工程师手册·第五版》)，由R.H.Perry和C.H.Chilton编，McGraw-Hill Book Company 出版，NewYork，Section 13，“The continuous Distillation Process”(连续蒸馏过程)。术语，双塔常指一个上端与低压塔下端呈换热关系的高压塔。有关双塔装置的进一步讨论参见“The Separation of Gases”(气体分离)，Oxford University印刷，1949年，Chapter VII，Commercial AirSeparation(商用空气分离)。