專利名稱：空氣的低溫蒸餾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空氣的低溫蒸餾方法，特別涉及高純、加壓氣態(tài)氮(“GAN”)的生產(chǎn)。
高純GAN通常在進行泵送式液氮(“LIN”)循環(huán)的低溫空氣蒸餾過程中制備。這種循環(huán)中，將取自蒸餾系統(tǒng)的LIN泵送(pump)至所需的產(chǎn)品壓力，并在主換熱器中通過與冷凝中的高壓空氣間接換熱而蒸發(fā)。將所得液體空氣(“LAIR”)供入塔系統(tǒng)。然而，當與高壓(“HP”)GAN循環(huán)相比時，采用這種泵送式LIN循環(huán)通常導致不利的氧回收損失，高壓GAN循環(huán)中將氮以蒸氣形式從雙塔蒸餾系統(tǒng)的HP塔取出，在主換熱器中加溫并壓縮至期望壓力。這是因為在泵送式LIN循環(huán)中將伴以氮沸騰而冷凝的部分原料空氣在HP塔中預分離成LIN和粗液氧中并不如HPGAN循環(huán)中的蒸氣空氣原料同樣高效。從而，雙塔系統(tǒng)的低壓塔(“LP”)必須進行更多的分離，結(jié)果總體氧回收下降。
US-A-5419137(Sweeney等，1995年5月30日公開)披露了一種空氣分離方法，用雙塔蒸餾系統(tǒng)生產(chǎn)高純氮。用冷凝器將LP塔中的塔頂(overhead)蒸氣通過與取自HP塔的高純LIN間接換熱而部分冷凝。將所得高純GAN作為產(chǎn)品移出，但是該產(chǎn)品為低壓，因此需要單另的氮氣壓縮機以將GAN產(chǎn)品壓縮至期望的壓力。冷凝器位于LP塔的塔頂部分內(nèi)。這篇參考文獻還披露了一種排布方式，其中用與LP塔呈直接傳熱和傳質(zhì)關(guān)系的汽提塔(常常稱作頂罩塔)代替冷凝器。
US-A-4433989(Erickson，1984年2月28日公開)披露了一種空氣分離方法，采用配有輔助蒸餾塔的雙塔系統(tǒng)生產(chǎn)GAN。在輔助塔中，將來自HP塔貯槽的粗液氧分離成富氮的塔頂蒸氣和濃集氧的塔底液體。將來自HP塔的LIN減壓并用作輔助塔的回流。從該塔將塔頂富氮蒸氣作為產(chǎn)品取出，不抽取LIN產(chǎn)品。
US-A-4433989還披露了一種更進一步的輔助塔，其中，將空氣在該更進一步的輔助塔中分離成富氧的塔底液體和富氮的塔頂蒸氣。該更進一步的輔助塔以通過間接換熱冷凝的塔頂?shù)魵饣亓?，該間接換熱是與取自LP塔通過泵送LOX提供的加壓LOX進行。從該更進一步的輔助塔中移出冷凝的塔頂蒸氣并作為回流供入HP塔。
US-A-6276171(Brugerolle，2001年8月21日公開)披露了一種集成了空氣分離單元(“ASU”)的燃氣渦輪。LIN在ASU中制造，泵送并供入氮洗滌塔。將GAN以8-25bar(0.8-2.5MPa)的壓力從氮洗滌塔移出、加溫、壓縮并在實施膨脹前與來自燃氣渦輪的燃燒廢氣混合。塔底液體從洗滌塔移出、膨脹并供入ASU。主要希望將洗滌塔用于生產(chǎn)低純氮。
US-A-5596886(Howard，1997年1月28日公開)披露了一種空氣分離方法，用配有濃集氮的輔助塔的雙塔系統(tǒng)生產(chǎn)氣態(tài)氧(“GOX”)和高純氮。將來自HP塔的富氮塔頂蒸氣加溫、壓縮、冷卻，然后供入以LIN回流的輔助塔。將濃集氮的塔頂蒸氣從輔助塔移出，通過與來自LP塔的LOX間接換熱而冷凝形成LIN。將LIN泵送，并將部分泵送的LIN供入輔助塔頂部。
US-A-4790866(Rathbone，1988年12月13日公開)披露了一種空氣分離方法，采用配有氬塔的雙塔系統(tǒng)。將LIN從HP塔移出并在減壓后供入氬塔的冷凝器，在此促進氬塔塔頂蒸氣的冷凝。
需要一種方法，該方法能夠在不同于該ASU操作壓力的壓力下生產(chǎn)高純GAN而不降低氧回收量。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種生產(chǎn)加壓氣態(tài)氮(“GAN”)的方法，該方法包含在低溫空氣分離單元(“ASU”)中生產(chǎn)液氮(“LIN”)；將至少部分所述LIN加壓以生產(chǎn)加壓的LIN；在輔助低溫蒸餾塔中分離氧氣濃度至少與空氣相同的流體，以生產(chǎn)富氮的塔頂蒸氣和濃集氧的塔底液體；在至少部分所述富氮塔頂蒸氣與至少部分所述加壓LIN之間進行傳熱和任選的傳質(zhì)，以生產(chǎn)富氮的液體和加壓GAN；以及在適當?shù)膲毫φ{(diào)節(jié)后，將至少部分所述富氮的液體作為回流供給ASU。
措辭“富氮的”是指氮含量比空氣中高。措辭“濃集氮的”是指在進行了特定處理步驟后氮含量更高。措辭“富氧的”和“濃集氧的”與如上給出的“富氮的”和“濃集氮的”具有類似的含義。富氮液體的純度通常比LIN的純度低，優(yōu)選有約85mol％氮至約99mol％氮之間的純度，例如約95mol％氮。
本發(fā)明優(yōu)選的方法使得能夠在不同壓力下從塔中生產(chǎn)高純度GAN，在所述塔中通常無氧回收損失地分離高純度LIN，該氧回收損失通常在傳統(tǒng)泵送式LIN循環(huán)中可見，該循環(huán)中氮沸騰，伴以空氣冷凝。
優(yōu)選的方法所需的分離級數(shù)也更少。例如，在富氮塔頂蒸氣通過與LIN間接換熱使LIN蒸發(fā)而冷凝的實施方案中，由于輔助塔無需制造純LIN，因此僅需要較少的分離級。在LIN與富氮塔頂蒸氣之間傳熱和傳質(zhì)的實施方案中，輔助塔的頂部以高于沒有返回ASU的物流時的回流比操作，因而需要較少的分離級就能達到相同的純度級。
與高純氮直接在洗滌塔中沸騰的循環(huán)相比，該洗滌塔沒有低純氮返回ASU，優(yōu)選的方法還對操作異常較不敏感。例如，在富氮塔頂蒸氣通過與蒸發(fā)中的LIN間接換熱而冷凝的實施方案中，輔助塔無需制造純LIN因此僅需在生產(chǎn)LIN的ASU塔中保持純度。在LIN與富氮塔頂蒸氣之間傳熱和傳質(zhì)的實施方案中，頂部以高于沒有返回ASU的物流時的回流比操作，因而純度對回流比中的操作變動較不敏感。
在優(yōu)選的實施方案中，還可以擴大氮生產(chǎn)的操作范圍(即能夠高效地，例如不必排放過量氮氣或向輔助塔供入過量空氣地，提供的氮生產(chǎn)率的范圍)，并且在塔性能劣化的情形中可以更容易地保持氮純度。
在適當?shù)膲毫φ{(diào)節(jié)后，將富氮液體用作ASU中的回流。在ASU包含雙塔蒸餾系統(tǒng)之處，通常將富氮液體用作LP塔中的回流。優(yōu)選地，在適當?shù)膲毫φ{(diào)節(jié)或減壓后，還將至少部分濃集氧的液體供入ASU，可能作為回流。在ASU包含雙塔蒸餾系統(tǒng)之處，通常將至少部分富氧液體直接供入LP塔(盡管可以將它經(jīng)HP塔供入，以回收在HP塔壓力下閃蒸出的任何蒸氣)。
流體的氧濃度至少與空氣相同。流體可以為空氣或來自ASU的富氧流體。流體可以為氣態(tài)或液態(tài)。在流體為液態(tài)的方法實施方案中，隨后通常用位于輔助塔貯槽中的再沸器/冷凝器將至少部分液體通過與適宜的過程物流間接換熱而蒸發(fā)。適宜的過程物流包括例如來自LP或HP塔的側(cè)流；或者如果存在，來自氬塔的側(cè)流；或增壓空氣壓縮機側(cè)流所供應的高壓空氣；再循環(huán)的氮流或已在低溫下壓縮的來自主塔系統(tǒng)的空氣流或氮流。
LIN的壓力可以由靜壓頭來增加。然而，優(yōu)選將LIN泵送以增加其壓力。
富氮塔頂蒸氣可以通過與加壓的LIN間接或直接換熱而冷凝。
熱量可以在至少部分所述富氮塔頂蒸氣與至少部分所述加壓LIN之間間接交換，由此，將所述富氮塔頂蒸氣冷凝生成富氮液體以及將所述加壓LIN蒸發(fā)生成加壓GAN。在這種方法實施方案中，可用再沸器/冷凝器間接交換熱量。如果再沸器/冷凝器位于輔助塔內(nèi)主蒸餾區(qū)或段之上，那么加壓LIN就可以穿過再沸器/冷凝器，由此將再沸器/冷凝器周圍的富氮塔頂蒸氣冷凝。如果再沸器/冷凝器位于輔助塔外層，那么富氮塔頂蒸氣就可以穿過再沸器/冷凝器，將再沸器/冷凝器周圍的加壓LIN蒸發(fā)。
輔助塔通常包含至少一個主蒸餾區(qū)?？梢栽谥辽俨糠炙龈坏斦魵馀c至少部分所述加壓LIN之間直接傳熱和傳質(zhì)，生成富氮液體和加壓GAN。在這種實施方案中，輔助塔優(yōu)選具有至少一個主蒸餾區(qū)以及位于該主蒸餾區(qū)上方的氣/液接觸促進構(gòu)件。該方法包含使富氮塔頂蒸氣與加壓LIN在接觸促進構(gòu)件中直接接觸，生成富氮液體和加壓GAN。接觸促進構(gòu)件通常是另一蒸餾區(qū)(a further distillation zone)。在這另一蒸餾區(qū)中，液氣比大大高于從主蒸餾區(qū)頂部的不純氮蒸氣生產(chǎn)高純氮所需的最小值。結(jié)果，與沒有不純液氮返回的方法相比，可以采用相對較少的蒸餾級。
輔助塔可以以任何適宜的液體回流，例如LAIR。然而，優(yōu)選將部分富氮液體用于回流入輔助塔。
ASU可以包含任何適宜的蒸餾塔排布，包括生產(chǎn)LIN的單個蒸餾塔。然而，在優(yōu)選的方法實施方案中，ASU是雙塔系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含HP蒸餾塔和LP蒸餾塔，HP塔與LP塔通過ASU再沸器/冷凝器熱結(jié)合。在這類實施方案中，該方法進一步包含在HP塔中將空氣分離成HP富氮塔頂蒸氣和富氧塔底液體；在LP塔中將至少部分富氧塔底液體分離成LP富氮塔頂蒸氣和LOX；在所述ASU再沸器/冷凝器中通過與LOX的間接換熱將至少部分HP富氮塔頂蒸氣冷卻并至少部分冷凝，生成所述LIN；以及以部分所述LIN回流HP塔。
在適當?shù)膲毫φ{(diào)節(jié)后，可將HP塔中生成的部分富氧塔底液體用作至少部分流體。富氧塔底液體可以通過靜壓頭加壓，但是優(yōu)選用泵加壓。
在這類方法實施方案中，輔助塔的操作壓力通常高于LP塔的操作壓力，并且優(yōu)選高于HP塔的操作壓力。就此而言，LP塔的典型操作壓力為約1.2巴(0.12MPa)-約4巴(0.4MPa)，HP塔為約4巴(0.4MPa)-約12巴(1.2MPa)。優(yōu)選的操作壓力對HP塔為約4.8巴(0.48MPa)，對LP塔為1.3巴(0.13MPa)。輔助塔的操作壓力可以為約1.0巴(0.10MPa)-約30巴(3.0MPa)，通常為約1.5巴(0.15MPa)-約25巴(2.5MPa)。優(yōu)選地，輔助塔的操作壓力為約12巴(1.2MPa)。
加壓GAN通常在輔助塔的操作壓力下生產(chǎn)，且通常在約1.0巴(0.1MPa)-約25巴(2.5MPa)的壓力下生產(chǎn)，并且通常為高純度，例如約99.9mol％氮-約99.9999mol％氮，典型地約99.99mol％氮。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供生產(chǎn)加壓GAN的裝置，該裝置包含包含至少一個蒸餾塔的低溫ASU，用于生產(chǎn)LIN；加壓構(gòu)件，用于將LIN加壓；管件，用于將來自生產(chǎn)所述LIN的ASU塔頂?shù)腖IN供給加壓構(gòu)件；包含主蒸餾區(qū)的輔助低溫蒸餾塔，用于將氧含量至少與空氣相同的流體分離成富氮塔頂蒸氣和濃集氧的塔底液體；能使傳遞進行的構(gòu)件，用于能夠在至少部分所述富氮塔頂蒸氣與至少部分所述加壓LIN之間傳熱和任選地傳質(zhì)，以生產(chǎn)富氮液體和加壓GAN；管件，用于將來自加壓構(gòu)件的加壓LIN供給能使傳遞進行的構(gòu)件；減壓構(gòu)件，用于降低富氮液體的壓力以生產(chǎn)減壓的富氮液體；管件，用于將來自輔助塔的富氮液體供給減壓構(gòu)件；以及管件，用于將來自所述減壓構(gòu)件的減壓富氮液體作為回流供給ASU。
能使傳遞進行的構(gòu)件可以是冷凝構(gòu)件，用于通過與加壓的LIN間接換熱而使至少部分富氮塔頂蒸氣冷凝，生成富氮液體和加壓GAN。在另一種實施方案中，能使傳遞進行的構(gòu)件可以是氣/液接觸促進構(gòu)件，例如另一蒸餾區(qū)，用于促進富氮塔頂蒸氣與加壓LIN之間的直接接觸，該接觸促進構(gòu)件位于輔助蒸餾塔內(nèi)主蒸餾區(qū)上方。
如上所述，ASU可以包含單個蒸餾塔。但是，在優(yōu)選的實施方案中，ASU包含雙蒸餾塔系統(tǒng)。在這種優(yōu)選的實施方案中，可以將減壓的富氮液體或者供給HP塔、或者供給LP塔。還優(yōu)選在減壓之前將其過冷(subcool)以使閃蒸的形成最小化。
該裝置優(yōu)選還包含減壓構(gòu)件，用于降低濃集氧液體的壓力以生產(chǎn)減壓濃集氧液體；管件，用于將來自輔助塔的濃集氧液體供給該減壓構(gòu)件；以及管件，用于將來自該減壓構(gòu)件的減壓濃集氧液體供給ASU，可以作為回流。如果ASU包含雙塔系統(tǒng)，那么通常將減壓的濃集氧液體供給LP塔，通常通過HP塔的底部。
每種減壓構(gòu)件可以是任何用于降低低溫液體或氣體壓力的適宜構(gòu)件。然而，優(yōu)選減壓構(gòu)件為膨脹閥，例如Joule-Thompson閥。
可以調(diào)整和/或構(gòu)造該裝置，使得能夠?qū)嵤┤魏紊鲜鰞?yōu)選的方法實施方案。
如上文，結(jié)合附圖充分描述該方法或裝置的特別優(yōu)選的實施方案。
現(xiàn)將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，其中
圖1是適用于本發(fā)明的一種輔助塔的圖示；圖2是適用于本發(fā)明的另一種輔助塔的圖示；圖3是根據(jù)本發(fā)明方法的一種實施方案的流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明方法的另一種實施方案的流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明方法的又一種實施方案的流程圖；以及圖6是實施例中由計算機模擬的方法的流程圖。
參照圖1，將空氣或富氧流體(例如用泵(未示出)或者如果原料為蒸氣則用壓縮機(未示出)加壓后的來自雙塔ASU(未示出)中HP塔的富氧塔底液體，)的物流12供給輔助蒸餾塔14的底部，在此將其分離成富氮的塔頂蒸氣和濃集氧的塔底液體。當流體為液體時，用任選的再沸器/冷凝器16通過與過程物流的間接換熱而將至少部分流體蒸發(fā)。
從ASU取出純LIN物流18并在泵20中泵送。將加壓LIN的物流22供給位于輔助塔14外部的再沸器/冷凝器24，在此通過與來自輔助塔14的富氮塔頂蒸氣的間接換熱而蒸發(fā)，生成加壓GAN的物流26和用作輔助塔14的回流的富氮液體。從輔助塔14取出富氮液體物流28，在適當?shù)膲毫φ{(diào)節(jié)之后，作為回流供給ASU(未示出)。從輔助塔14取出濃集氧塔底液體的物流30，同樣在適當?shù)膲毫φ{(diào)節(jié)后，作為回流供給ASU(未示出)。
圖2中所示過程與圖1中所示的相似，相同的附圖標記用于指示在每個圖中相同的特征。以下描述僅涉及圖2所示與圖1中所示特征不同的特征。
圖2中，再沸器/冷凝器24已經(jīng)用輔助塔14中另外的蒸餾區(qū)或段32代替。富氮塔頂蒸氣在該另外的蒸餾塔段32中與來自物流22的加壓LIN進行直接接觸。同時傳熱和傳質(zhì)，生成富氮液體(作為物流28移出)和加壓GAN(作為物流26移出)。
現(xiàn)在參照圖3，原料空氣的物流100在壓縮機102中壓縮，用凈化單元104將水和二氧化碳從所得壓縮原料空氣流中移出。將凈化的壓縮原料空氣分成三股物流106、108和122。
物流108在主換熱器112中通過與產(chǎn)物流間接換熱加熱產(chǎn)物流而冷卻，生成冷卻的壓縮原料空氣的物流110，然后將物流110送至雙蒸餾塔系統(tǒng)HP塔124的底部。
物流122在壓縮機123中進一步壓縮，生成進一步壓縮的原料空氣物流126，然后將其在主換熱器112中冷卻，生成冷卻的進一步壓縮的原料空氣物流128，然后在適當?shù)膲毫φ{(diào)節(jié)后，將該物流128送到HP塔124的中間位置。進一步壓縮的原料空氣的第二物流325從壓縮機123的中間級移出，在主換熱器112中冷卻，然后作為物流127送至輔助塔196的塔底。
壓縮原料空氣的物流106在壓縮機115中進一步壓縮，將該進一步壓縮的原料空氣在主換熱器112中冷卻至其溫端與冷端之間的中間溫度，由此作為物流116移出并在膨脹器118中膨脹，為該過程提供致冷。將經(jīng)膨脹的原料空氣物流120送至雙蒸餾塔系統(tǒng)LP塔150的中間位置。
將作為物流110和128供給HP塔124的原料空氣分離成HP塔富氧塔底液體和HP塔富氮塔頂蒸氣。將作為物流127供給輔助塔196的原料空氣分離成輔助塔富氧塔底液體和輔助塔富氮塔頂蒸氣。將輔助塔富氧塔底液體的物流167從輔助塔196移出，經(jīng)閥168減壓，與來自HP塔的HP塔富氧塔底液體結(jié)合形成富氧塔底液體物流152，將該物流152經(jīng)閥153送至LP塔150的中間位置。液體物流130從HP塔124的中間位置移出，并在經(jīng)閥131減壓后供給LP塔150。
將HP塔富氮塔頂蒸氣的物流158從HP塔124的塔頂移出，在位于LP塔150貯槽內(nèi)的冷凝器160中通過與LOX間接換熱而冷凝，生成LIN物流162。一部分來自物流162的LIN作為回流送至HP塔124的頂部。第二部分以物流170在經(jīng)閥171減壓后作為回流送至LP塔150的頂部。第三部分以物流163供給泵164，在此將其泵送生成加壓LIN物流165。
加壓物流LIN的物流165在再沸器/冷凝器161中通過與輔助塔富氮塔頂蒸氣的物流159間接換熱而沸騰，生成加壓GAN物流166和富氮液體物流。加壓GAN物流166在主換熱器112中加溫，伴以將原料空氣冷卻，生成加壓GAN產(chǎn)物流168。將部分富氮液體作為回流送至輔助塔196的頂部，并將剩余部分以物流169在經(jīng)閥173減壓后作為回流送至LP塔150的頂部。
將LP塔150的原料物流分離成LP塔頂?shù)魵夂蚅OX。LOX物流180從LP塔150移出，在泵182中加壓，生成加壓LOX的物流184，將該物流184在主換熱器112中加溫生成GOX物流186。氣態(tài)氮的物流172從LP塔150的塔頂移出，在主換熱器112中加溫生成LPGAN物流176。
圖4-6中所示過程與圖3中所示的相似，相同的附圖標記用于指示在每個圖中相同的特征。以下描述僅涉及圖4-6所示與圖3中所示特征不同的特征。
圖4中，輔助塔196不具有再沸器/冷凝器161.相反，該塔具有位于主蒸餾區(qū)501之上的進一步蒸餾區(qū)503。加壓LIN的物流165送至輔助塔196的頂部，將加壓GAN的物流166從輔助塔196的頂部移出。將富氮液體的物流169從輔助塔196內(nèi)的中間位置移出，并在經(jīng)閥173減壓后送至LP塔150的頂部。
圖5中所示過程與圖4中所示的相似，輔助塔196具有位于主蒸餾段501之上的進一步蒸餾段503。至HP塔124的中間回流由經(jīng)閥173減壓的富氮液體物流169提供。至LP塔150的回流由物流170提供，該物流170從HP塔的中間位置抽取，經(jīng)閥171減壓，然后送至LP塔150的頂部。
圖6中所示過程與圖3中所示的相似，輔助塔196具有再沸器/冷凝器161。主要不同在于過程的空氣原料。圖6中，空氣物流100在壓縮機102中壓縮，并將壓縮物流在凈化器104中凈化以除去水和二氧化碳。將凈化的壓縮空氣物流105分成三股分離的物流107、108和122。
將凈化的壓縮空氣物流108在主換熱器112中冷卻并將冷卻的物流110在膨脹器118中膨脹，為過程提供部分制冷量。將所得膨脹空氣流送至HP塔124的底部。
物流122在壓縮機123中進一步壓縮，生成進一步壓縮的原料空氣物流126，將該物流126在主換熱器112中冷卻。然后將該經(jīng)冷卻的進一步壓縮的空氣在適當?shù)膲毫φ{(diào)節(jié)后以物流128送到HP塔124的中間位置。
將物流107分成兩個支流。第一支流在主換熱器112中冷卻，然后在壓力調(diào)節(jié)后，與來自物流126的經(jīng)冷卻的進一步壓縮的空氣結(jié)合，并以物流128供給HP塔124。第二支流325在主換熱器中冷卻，生成冷卻的原料空氣物流127，將該物流127送至輔助塔196的底部。
來自冷凝器161流向LP塔150的富氮液體物流169、來自HP塔124流向冷凝器161的經(jīng)泵送的LIN物流165、來自HP塔124流向LP塔150的LIN物流170、以及來自HP塔124中間位置流向LP塔150的LIN的流體物流130都穿過至少部分主換熱器112，從而調(diào)節(jié)每種物流的溫度以與其所供入的塔中位置的溫度更好地匹配。為簡單起見，未示出流過主換熱器112時的物流，而是以分解形式(as split up)示出了換熱器112。
圖6中的過程與圖3中的不同還在于將LIN物流190和泵送的LOX物流185作為產(chǎn)物流移出。
實施例已經(jīng)進行了圖6中所示過程的計算機模擬，以例示本發(fā)明。該模擬中，輔助塔196只有10個理論級，然而如果以不使不純氮返回ASU的其余部分來直接生產(chǎn)純氮將需要約50級。模擬的結(jié)果示于表1中。
表1
貫穿說明書通篇，關(guān)于實施某種功能的構(gòu)件的內(nèi)容中的術(shù)語“構(gòu)件”意在指經(jīng)調(diào)整和/或構(gòu)造以實施該功能的至少一種設備。
可以理解本發(fā)明不限于以上參照優(yōu)選實施方案描述的細節(jié)，而是可以進行多種改變或變形而不偏離如以下權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)加壓氣態(tài)氮(“GAN”)的方法，該方法包含在低溫空氣分離單元(“ASU”)中生產(chǎn)液氮(“LIN”)；增加至少部分所述LIN的壓力以生產(chǎn)加壓的LIN；在輔助低溫蒸餾塔中分離氧氣濃度至少與空氣相同的流體，以生成富氮的塔頂蒸氣和濃集氧的塔底液體；在至少部分所述富氮塔頂蒸氣與至少部分所述加壓的LIN之間進行傳熱和任選地傳質(zhì)，以生成富氮的液體和加壓GAN；以及在適當?shù)膲毫φ{(diào)節(jié)后，將至少部分所述富氮的液體作為回流供給ASU。
2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中在適當?shù)膲毫φ{(diào)節(jié)后，將至少部分所述濃集氧的液體供給ASU。
3.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中所述流體是空氣。
4.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中所述流體是來自ASU的富氧流體。
5.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中將部分所述富氮液體用于回流入所述輔助塔。
6.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中將所述的部分LIN泵送以增加其壓力。
7.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中熱量在至少部分所述富氮塔頂蒸氣與至少部分所述加壓LIN之間間接交換，由此將所述富氮塔頂蒸氣冷凝生成富氮液體，將所述加壓LIN蒸發(fā)生成加壓GAN。
8.如權(quán)利要求7中所述的方法，其中所述熱量用再沸器/冷凝器間接交換。
9.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中在至少部分所述富氮塔頂蒸氣與至少部分所述加壓LIN之間直接傳熱和傳質(zhì)，生成富氮液體和加壓GAN。
10.如權(quán)利要求9中所述的方法，其中輔助塔具有至少一個主蒸餾區(qū)以及位于該主蒸餾區(qū)上方的氣/液接觸促進構(gòu)件，所述方法包括在所述接觸促進構(gòu)件中使富氮塔頂蒸氣與加壓LIN直接接觸，生成所述富氮液體和加壓GAN。
11.如權(quán)利要求10中所述的方法，其中所述接觸促進構(gòu)件是另一蒸餾區(qū)。
12.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中所述流體是氣態(tài)的。
13.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中所述流體是液體。
14.如權(quán)利要求13中所述的方法，其中用位于所述輔助塔貯槽內(nèi)的再沸器/冷凝器通過與過程物流的間接換熱而將至少部分所述液體蒸發(fā)。
15.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中ASU包含較高壓(“HP”)蒸餾塔和較低壓(“LP”)蒸餾塔，所述HP塔與所述LP塔通過ASU再沸器/冷凝器熱連接，所述方法進一步包含在所述HP塔中將空氣分離成HP富氮塔頂蒸氣和富氧塔底液體；在所述LP塔中將至少部分所述富氧塔底液體分離成LP富氮塔頂蒸氣和液氧(“LOX”)；在所述ASU再沸器/冷凝器中通過與LOX間接換熱將至少部分所述HP富氮塔頂蒸氣冷卻并至少部分冷凝，生成所述LIN；以及以部分所述LIN回流所述HP塔。
16.如權(quán)利要求15中所述的方法，進一步包含在適當?shù)膲毫φ{(diào)節(jié)后，將部分所述富氧塔底液體用作至少部分所述流體。
17.如權(quán)利要求15中所述的方法，其中所述輔助塔的操作壓力高于所述LP塔的操作壓力。
18.如權(quán)利要求15中所述的方法，其中所述輔助塔的操作壓力高于所述HP塔的操作壓力。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中輔助塔的操作壓力為0.1MPa(1.0巴)-3.0MPa(30巴)。
20.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中加壓GAN在0.15MPa(1.5巴)-2.5MPa(25巴)的壓力下生產(chǎn)。
21.如權(quán)利要求1中所述的方法，其中所述加壓GAN的純度為99.9mol％氮-99.9999mol％氮。
22.生產(chǎn)加壓GAN的裝置，該裝置包含包含至少一個蒸餾塔的低溫ASU，用于生產(chǎn)LIN；加壓構(gòu)件，用于將LIN加壓；管件，用于將來自生產(chǎn)所述LIN的ASU塔頂?shù)腖IN供給加壓構(gòu)件；包含主蒸餾區(qū)的輔助低溫蒸餾塔，用于將氧含量至少與空氣相同的流體分離成富氮塔頂蒸氣和濃集氧的塔底液體；能使傳遞進行的構(gòu)件，用于能夠在至少部分所述富氮塔頂蒸氣與至少部分所述加壓LIN之間傳熱和任選地傳質(zhì)，以生產(chǎn)富氮液體和加壓GAN；管件，用于將來自加壓構(gòu)件的加壓LIN供給能使傳遞進行的構(gòu)件；減壓構(gòu)件，用于降低富氮液體的壓力以生產(chǎn)減壓的富氮液體；管件，用于將來自輔助塔的富氮液體供給減壓構(gòu)件；以及管件，用于將來自所述減壓構(gòu)件的減壓富氮液體作為回流供給ASU。
23.如權(quán)利要求22中所述的裝置，其中能使傳遞進行的構(gòu)件是冷凝構(gòu)件，用于通過與加壓LIN的間接換熱而使至少部分富氮塔頂蒸氣冷凝，生成富氮液體和加壓GAN。
24.如權(quán)利要求22中所述的裝置，其中所述能使傳遞進行的構(gòu)件是氣/液接觸促進構(gòu)件，用于促進富氮塔頂蒸氣與加壓LIN之間的直接接觸，所述接觸促進構(gòu)件位于輔助蒸餾塔內(nèi)主蒸餾區(qū)上方。
25.如權(quán)利要求24中所述的裝置，其中接觸促進構(gòu)件是輔助塔內(nèi)的另一蒸餾區(qū)。
26.如權(quán)利要求22中所述的裝置，進一步包含減壓構(gòu)件，用于降低濃集氧液體的壓力以生產(chǎn)減壓濃集氧液體；管件，用于將來自輔助塔的濃集氧液體供給該減壓構(gòu)件；和管件，用于將來自該減壓構(gòu)件的減壓濃集氧液體供給ASU。
全文摘要
在一種方法中生產(chǎn)加壓氣態(tài)氮(“GAN”)，該方法中液氮(“LIN”)在低溫空氣分離單元(“ASU”)124，150中生產(chǎn)。將至少部分LIN的壓力提高164以生產(chǎn)加壓LIN。在輔助低溫蒸餾塔196中將氧濃度至少與空氣相同的流體分離，生成富氮塔頂蒸氣和濃集氧的塔底液體。在至少部分富氮塔頂蒸氣與至少部分加壓LIN之間傳熱和任選地傳質(zhì)166，503以生成富氮液體和加壓GAN。在適當?shù)膲毫φ{(diào)節(jié)173之后，將至少部分所述富氮液體作為回流用于ASU。這種方法使得能夠生產(chǎn)高純度GAN而無氧回收損失，這種損失通常在常規(guī)泵送式LIN循環(huán)中可見。
文檔編號F25J3/04GK1760612SQ200510113618
公開日2006年4月19日 申請日期2005年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月12日
發(fā)明者P·希格金博塔姆 申請人:氣體產(chǎn)品與化學公司