專利名稱：空氣分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在具有以傳熱關(guān)系方式操作性連接的高
壓塔和低壓塔以及連接至低壓塔的氬塔的多級塔布置中分離空氣的 方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種將液流引入低壓塔某處上方的方法， 在該處從低壓塔除去含氬和氧的氣流以改善低壓塔中的液/氣比率，從 而改善氬塔中氬的回收。
背景技術(shù)：
長久以來，人們已經(jīng)知道在多級塔布置中分離空氣，該多 級塔布置具有產(chǎn)生富氮餾份和富氧餾份的高壓塔和低壓塔，以及對從 低壓塔中獲得的含氬和氧的氣流進(jìn)行精餾以產(chǎn)生富氬餾份的氬塔。在這樣的空氣分離系統(tǒng)中，將空氣壓縮并純化以除去高沸 點(diǎn)的雜質(zhì)，例如一氧化碳、二氧化碳和水。將得到的經(jīng)壓縮和純化的 流在主換熱器中冷卻至空氣的露點(diǎn)或接近該露點(diǎn)的溫度并將得到的 冷卻流引入高壓塔中?？諝庠诟邏核斜痪s以產(chǎn)生氮塔頂餾出物和 粗制液態(tài)氧塔底產(chǎn)物。然后將該粗制液態(tài)氧塔底產(chǎn)物在低壓塔中進(jìn)行 進(jìn)一步精餾，以產(chǎn)生液態(tài)氧塔底產(chǎn)物和富氮塔頂餾出物。高壓塔和低壓塔以冷凝器-再沸器的方式以傳熱關(guān)系的方 式操作性彼此連接，該冷凝器-再沸器將在低壓塔中產(chǎn)生的液態(tài)氧塔底 產(chǎn)物蒸發(fā)，而在高壓塔中冷凝氮塔頂餾出物使高壓塔形成回流。然后， 出于回流的目的，將凝結(jié)的氮塔頂餾出物流引入低壓塔。從低壓塔除去含有氧和氬的蒸氣流，然后在氬塔中進(jìn)行精 餾以產(chǎn)生富氬塔頂餾出物，可將該富氬塔頂餾出物提取作為產(chǎn)物或進(jìn) 一步精制以產(chǎn)生氬產(chǎn)物。通過冷凝器使氬塔回流。將粗制液態(tài)氧塔底
6產(chǎn)物流膨脹至低壓塔的壓力，并由此降低其溫度。之后，將該流中的 至少一部分引入冷凝器中以使富氬塔頂餾出物中的一些發(fā)生凝結(jié)。氬 冷凝器中的蒸發(fā)產(chǎn)生了氣相和液相，隨后將該氣相和液相引入低壓塔 中。從被《j入低壓塔的粗制液態(tài)氧中獲得的蒸氣餾份的引入 使得低壓塔中氮的流量增加，并從而使洗掉的氬的量減少，所述氬被 洗掉至塔的某處，在該處含氬和氧的氣流一皮取出以在氬塔中進(jìn)一步精 制。當(dāng)在壓力下產(chǎn)生液態(tài)氧和氮產(chǎn)物時(shí)，會使這個(gè)問題惡化。例如， 當(dāng)取出液態(tài)氧以在壓力下產(chǎn)生氧產(chǎn)物時(shí)，可將液態(tài)氧流泵送，然后在 主換熱器中進(jìn)行蒸發(fā)。出于這種目的，在升壓壓縮機(jī)中將部分空氣壓 縮以對這種蒸發(fā)進(jìn)行熱補(bǔ)償。認(rèn)為是出于這種目的的空氣的液化作用 會導(dǎo)致在高壓塔中產(chǎn)生較少的氮蒸氣，并由此產(chǎn)生較少的向低壓塔的 回流。為了克服這個(gè)問題，U.S. 5,386,691提供了一種將在氬塔冷 凝器中產(chǎn)生的蒸氣餾份中的一部分經(jīng)過閥膨脹并改向至廢氮流的方 法。如果這樣做的話，會使低壓塔上部的回流比增加，從而使氬的回 收增加，因?yàn)樵诘蛪核械恼魵饬髁枯^小，這是因?yàn)橐氲蛪核械?富氮蒸氣減少了。這改善了低壓塔中高于某處的液/氣比率，在該處含 氬和氧的流被取出以在氬塔中進(jìn)行精餾。通過以下的論述將使本發(fā)明變得顯而易見，本發(fā)明提供了 一種在多級塔布置中分離空氣的改進(jìn)方法，在該多級塔布置中通過增 力口低壓塔的最上部的、^/氣比率而使氬的回收得到改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于分離空氣的方法。根椐這種方法， 可在一種具有多級塔布置的空氣分離系統(tǒng)中將至少 一種經(jīng)壓縮、純化
并冷卻的流中所含有的氬、氧和氮進(jìn)行分餾。多級塔布置包括高壓塔和低壓塔，以產(chǎn)生至少一種經(jīng)壓縮、純化和冷卻的流的富氧餾份和富氮餾份。該多級塔布置中包括氬 塔，氬塔被連接至低壓塔以接收含氬和氧的蒸氣流并從而產(chǎn)生富氬餾 份，該富氬餾份作為用于回收氬的氬塔中的富氬塔頂餾出物。通過使至少部分粗制液態(tài)氧塔底流膨脹而形成含有富氮 氣相和液相的兩相流，該粗制液態(tài)氧塔底流由在高壓塔中形成的液態(tài) 氧塔底產(chǎn)物組成。在本發(fā)明的一種應(yīng)用中，其中由于增壓液流的蒸發(fā) 在空氣分離系統(tǒng)中產(chǎn)生液態(tài)空氣流，增壓液流由多級塔布置產(chǎn)生的液 態(tài)氧餾份和液態(tài)氮餾份中的至少 一種組成，該液流可由粗制液態(tài)氧塔 底流或液態(tài)空氣流組成。至少部分富氮?dú)庀鄰囊合嘀蟹蛛x。由富氮相 組成的至少部分富氮?dú)饬髟賶嚎s和回收至空氣分離系統(tǒng)的多級塔布 置。如果來自粗制液態(tài)氧塔底流，由從富氮?dú)庀喾蛛x的液相組成的至 少部分液流被引入低壓塔中，或者如果其來自液態(tài)空氣流，則被引入 高壓塔或低壓塔中的一者或二者。富氮餾份中所含有的氮蒸氣從神皮引 入低壓塔中的流(例如部分蒸發(fā)后的粗制液態(tài)氧流)的分流，使低壓塔 中的氮流量降低，并且這樣做使低壓^^中某處的液/氣比率增加，在該 處上方從低壓塔除去含氬和氧的蒸氣，從而使含氬和氧的氣流中的氬 增加，并由此使得能夠在氬塔中回收富氬餾份。優(yōu)選地，在空氣分離系統(tǒng)的主換熱器中實(shí)施再壓縮之前， 將富氮?dú)饬骰蛑辽俨糠执賶嚎s的富氮?dú)饬骷訜幔摽諝夥蛛x系統(tǒng)的
8主換熱器也被用來冷卻至少一種經(jīng)壓縮和純化的流，并從而形成至少 一種經(jīng)壓縮、純化和冷卻的流。這使得由膨脹產(chǎn)生的致冷效應(yīng)的恢復(fù)， 所述膨脹被用于形成兩相流。而且，優(yōu)選地，富氮?dú)饬靼ㄒ欢ū壤?的氮，所述比例相對于用于形成至少一種壓縮、純化和冷卻流的環(huán)境 空氣中的比例來說未偏離大于約15%。然后，可將富氮?dú)饬骰虿糠指?氮?dú)饬饕肟諝夥蛛x系統(tǒng)的壓縮裝置中，該壓縮裝置用于壓縮由環(huán)境 空氣組成的空氣流，從而形成壓縮流。將該壓縮流純化，并且在主換 熱器中將通過經(jīng)純化后壓縮流形成的至少 一種壓縮純化流進(jìn)行冷卻， 以形成至少一種壓縮、純化和冷卻的流。通常，壓縮機(jī)是具有多個(gè)級 的多級裝置，在級間具有級間冷卻。這使得富氮?dú)饬髋c空氣一起引入 壓縮機(jī)以節(jié)省在提供用于壓縮富氮?dú)饬鞯姆蛛x壓縮機(jī)的情況下出現(xiàn) 的資金成本。在液體泵送的情況下，可通過泵送液態(tài)氧流來產(chǎn)生增壓的
液體流，該液態(tài)氧流由在低壓塔中產(chǎn)生的液態(tài)氧塔底產(chǎn)物組成。增壓 的液體在主換熱器中被蒸發(fā)以形成氧產(chǎn)物。至少 一種壓縮并純化的流
可以是^L分成第一副流(subsidiary stream)和第二副流的一個(gè)流?？稍?升壓壓縮機(jī)中將第二副流壓縮為高壓。然后將第一副流和第二副流在 空氣分離系統(tǒng)的主換熱器中進(jìn)行冷卻，從而產(chǎn)生第二副流中的主要液 態(tài)餾份，并由此產(chǎn)生液態(tài)空氣流，該液態(tài)空氣流是由于液態(tài)氧流蒸發(fā) 而產(chǎn)生的。將第一副流和至少部分第二副流引入高壓塔。如上文所探 討的，這會使上文指出的問題惡化，即在其上方除去含氬和氧的氣流 的低壓塔中沒有足夠的回流。在泵送的液態(tài)氧產(chǎn)物產(chǎn)生處，可將第二 副流分成第一部分和第二部分，并將第一部分和笫二部分分別引入高 壓塔和低壓塔。將第二副流膨脹至適合于將第一部分引入高壓塔的壓 力，并將第二部分膨脹至適合于將第二副流引入低壓塔的較低壓力。 然后，可由液態(tài)塔底產(chǎn)物流形成兩相流。將液相流引入與氬塔相連的 冷凝器，使部分富氬蒸氣凝結(jié)以使氬塔回流，從而將液相部分蒸發(fā)為蒸氣和液態(tài)餾份。然后將液態(tài)蒸氣和液態(tài)餾份的流引入低壓塔中。兩相流可以由第二副流形成。在這種情況下，可將液相流
泵送并將其分成第一液相副流和笫二液相副流?？墒沟?一液相副流膨
脹并將其引入低壓塔，從而構(gòu)成至少部分被引入低壓塔中的液相流。 可將笫二液相副流引入高壓塔。在任何實(shí)施方案中，氮產(chǎn)物流可由低壓塔的塔頂餾出物形 成，而在低壓塔中也會產(chǎn)生氮的純度低于氮產(chǎn)物流的廢氮流。將兩種 流從低壓塔中引出。通過間接交換熱至氮產(chǎn)物流和廢氮流，然后作為 回流物引入低壓塔中，可冷卻由在高壓塔中產(chǎn)生的凝結(jié)的塔頂餾出物 組成的液氮回流流。將冷卻液流后的氮產(chǎn)物流和廢氮流在主換熱器中 進(jìn)4亍力口熱。在任何實(shí)施方案中，可采用功使笫一副流膨脹。這樣的功 可以在用來壓縮第一副流的機(jī)器中得到恢復(fù)。然而，也可在系統(tǒng)的其 他地方使用功。這種膨脹使第一副流冷卻以致冷空氣分離系統(tǒng)。


雖然本說明書通過清楚地指出了主題名稱(申請人視其為 他的發(fā)明)的權(quán)利要求而得出結(jié)論，可以認(rèn)為，結(jié)合以下附圖將更好地 理解本發(fā)明圖1是可用于實(shí)施本發(fā)明方法的裝置的示意圖；以及
圖2是圖1的供選實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式參見圖1,示出了空氣分離系統(tǒng)1，其浮皮設(shè)計(jì)為產(chǎn)生高純 度氮產(chǎn)物和高壓氧產(chǎn)物，以及任選液態(tài)氧產(chǎn)物。然而，可以理解的是， 這僅僅是出于解釋說明的目的，本發(fā)明同樣可以應(yīng)用于不產(chǎn)生高壓氧 產(chǎn)物的系統(tǒng)?？諝夥蛛x系統(tǒng)1被設(shè)計(jì)為將進(jìn)料空氣流10中所含有的氬、
10氧和氮進(jìn)行分餾。將進(jìn)料空氣流10在壓縮裝置12中進(jìn)行壓縮，該壓
縮裝置12可包括具有級間冷卻的多個(gè)級。進(jìn)料空氣流10的壓縮產(chǎn)生 壓縮流14,壓縮流14在純化裝置16中被純化。純化裝置16除去存 在于進(jìn)料空氣流10中的高沸點(diǎn)雜質(zhì)，例如二氧化碳、水和有可能存 在的一氧化碳。這樣的裝置可以是變溫吸附裝置，該變溫吸附裝置具 有異相操作的氧化鋁和/或分子篩吸附劑的床以吸附存在于進(jìn)料空氣
流10中的這樣的雜質(zhì)。純化產(chǎn)生壓縮和純化的流18。壓縮和純化的流18被分成第一副流20和第二副流22。通 常，第一副流20占該壓縮和純化的流18的約65%至約70%。第二副 流22占該壓縮和純化的流18的約30%至約35%。然后將第二副流22 在升壓壓縮機(jī)24中進(jìn)行壓縮，以使泵送和增壓的液態(tài)氧產(chǎn)物蒸發(fā)，
以下將對此進(jìn)行討論?？諝夥蛛x系統(tǒng)1具有主換熱器26，其通常是板翅式設(shè)計(jì)的 一個(gè)或多個(gè)裝置。在主換熱器26中將第一副流20進(jìn)行冷卻，通常將 其冷卻至溫度范圍為約125。K至約190。K的溫度。之后，將該第一副 流20在透平膨脹機(jī)28中膨脹至壓力與高壓塔30相容的露點(diǎn)溫度或 近似該露點(diǎn)溫度。然后將膨脹的第二副流20引入高壓塔30的基部作 為初始空氣進(jìn)料?？梢哉J(rèn)為透平膨脹機(jī)28采用功進(jìn)行膨脹。盡管未 示出，這種功通常會^皮施加到壓縮第一副流20的壓縮機(jī)。高壓塔30是多級塔布置32的一部分，該多級塔布置32 還具有經(jīng)由冷凝器再沸器36與高壓塔30操作性連接的低壓塔34,該 冷凝器再沸器36具有位于其外殼內(nèi)的芯38。低壓塔34之所以被稱為 低壓塔是因?yàn)槠湓诒雀邏核?0的壓力低的壓力下進(jìn)行操作。如前文 所指出的，高壓塔30和低壓塔34可以是一系列相連的塔。高壓塔30 和低壓塔34中的每一個(gè)都包含傳質(zhì)接觸元件，對于高壓塔30是傳質(zhì) 接觸元件40和42,對于低壓塔34是傳質(zhì)接觸元件46、 48、 50、 52 和53?？蓪⒗淠髟俜衅?6整合入塔以及高壓塔30和低壓塔34中是本領(lǐng)域公知的。冷凝器再沸器36對蒸發(fā)的液態(tài)氧塔底產(chǎn)物使高
壓塔30的頂部收集到的氮塔頂餾出物凝結(jié)，所述液態(tài)氧塔底產(chǎn)物是 在低壓塔34中產(chǎn)生的并在冷凝器-再沸器36中收集為液態(tài)氧塔底產(chǎn)物 56。將由氮塔頂餾出物組成的凝結(jié)的氮流58分成用于回流高壓塔30 的第一氮回流流60和在換熱器64中進(jìn)行進(jìn)一步冷卻的第二氮回流流 62。之后可以取部分的第二氮回流流62作為氮產(chǎn)物流66。然而，可 以利用焦耳-湯姆遜閥68將全部的第二氮回流流62膨脹至低壓》荅34 的壓力，然后用于回流低壓塔34。在高壓塔30中，在透平膨脹機(jī)28中進(jìn)行膨脹后并引入高 壓塔30中的第一副流產(chǎn)生上升的氣相，該上升的氣相富含低沸點(diǎn)或 較輕的組分，例如氮，其上升到傳質(zhì)元件40和42以在高壓塔30中 形成氮塔頂餾出物。蒸發(fā)的液態(tài)氧塔底產(chǎn)物56在低壓塔34中形成上 升的氣相，該上升的氣相富含較輕的組分氮。起始于第二氮回流流62 的下降的液相富含較重且較少揮發(fā)的組分氧。如前文所指出的，空氣分離系統(tǒng)l一皮設(shè)計(jì)為產(chǎn)生高壓氧產(chǎn) 物。像這樣，通過利用泵72泵送使氧流70增壓，該氧流70由在低 壓塔34中產(chǎn)生的液態(tài)氧塔底產(chǎn)物56組成?？墒乖鰤阂后w部分提取為 增壓的液態(tài)氧流74。然而，剩余部分76(如果不除去增壓的液態(tài)產(chǎn)物 流74，該剩余部分76可以是液流70的全部)在主換熱器26中對液化 第二副流22而被蒸發(fā)。將經(jīng)過壓縮并冷卻后的第二副流22通過焦耳-湯姆遜閥80 膨脹至高壓塔30的壓力，然后將其分成第一部分82和第二部分84。 將部分82引入高壓塔30的中間位置作為飽和液體。經(jīng)由焦耳-湯姆遜 閥86使部分84膨脹并將其引入低壓塔34中作為在其中間位置處的 對這樣的流來說具有適當(dāng)濃度的兩相流?？諝夥蛛x系統(tǒng)1及其多級塔布置32還包括氬塔90，該氬 塔90具有傳質(zhì)接觸元件92以使在氬塔90中形成的上升的氣相與下 降的液相接觸。將含氬和氧的蒸氣流94引入氬塔90中產(chǎn)生上升的氣
12相以分離氧。在相當(dāng)于低壓塔34的壓力下操作氬塔90?？稍跉錳荅90 中對含氬和氧的蒸氣流94進(jìn)行精餾以產(chǎn)生作為富氬塔頂餾出物的接 近純的富氬餾份。將由富氬塔頂餾出物組成的塔頂餾出物流96在具 有芯101的冷凝器100中進(jìn)行冷凝。將得到的液態(tài)富氬流110分成可 取出作為產(chǎn)物的第一部分120和用于回流氬塔90的第二回流部分 122。貧氬富氧塔底產(chǎn)物124在氬塔90中形成并將其通過泵126泵送 回到低壓塔34中作為流128。冷凝器100中的傳熱負(fù)荷被高壓塔30中產(chǎn)生的部分粗制 液態(tài)氧i荅底產(chǎn)物所吸收。然而，正如前文所述，液態(tài)氧產(chǎn)物流70的 除去及其增壓以產(chǎn)生增壓的氧產(chǎn)物會導(dǎo)致輸入的空氣流的不可忽視 部分的液化。這會導(dǎo)致引入高壓塔30中的氮蒸氣較少，而這又會導(dǎo) 致以笫二氮回流流62的方式引入低壓塔34中的氮回流較少。同時(shí)， 如果在氬塔中使用由所有粗制液態(tài)氧組成的流來凝結(jié)氬，那么低壓塔 34中的氮流量會增加，導(dǎo)致較少的氬被洗脫到某一級，在該級能夠?qū)?其除去以作為用于最后回收的含氬和氧的氣流94。因此，當(dāng)將液態(tài)氧 產(chǎn)物增壓，然后在主換熱器中將其蒸發(fā)時(shí)，這個(gè)問題就惡化了。為了克服這個(gè)問題，在本發(fā)明中，在焦耳-湯姆遜閥132 中將粗制液態(tài)氧流130進(jìn)行閥膨脹，以產(chǎn)生兩相流134。在相分離器 136中，氣相(即富氮?dú)庀?從液相分離。然后將由液相組成的液流138 引入冷凝器100中由于液相流138的部分蒸發(fā)而產(chǎn)生分別由氣態(tài)餾份 和液態(tài)餾份組成的流140和142。然而，由于在進(jìn)入冷凝器100之前 就已經(jīng)將閃蒸氣流146除去，因此低壓塔34的頂部的氮流量會較小， 從而增加了低壓塔34的含氬和氧的氣流94被除去區(qū)域上方中的^/ 氣比率。這里應(yīng)注意，盡管示出了一個(gè)相分離器，但可以存在連續(xù)級 閃蒸分離，其中在上游相分離器中產(chǎn)生的液體隨后被閥膨脹并引入下 游相分離器中，以從該下游相分離器產(chǎn)生液相流。通常利用泵143將液流138泵送回冷凝器100。注意不需 將所有的液流138都送至氬冷凝器。可將一部分直接送至低壓塔34。此外，可將液流138與其他已知流的另一個(gè)流一起直接送至塔中，該
已知流的使用與冷凝器IOO有關(guān)。在示例性實(shí)施方案中，管道的作用 是將液流138的壓力降低至適合于將流140和142引入低壓塔134中。 由于氬塔的長度以及其被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生純的氬產(chǎn)物，泵送是必需的。因 此，高壓塔中沒有足夠的壓力以將其升高至冷凝器100的水平。然而， 本發(fā)明不限于此特定實(shí)施方案，并且如果在較短的塔中進(jìn)一步處理粗 制氬餾份的話，就有足夠的壓力驅(qū)動液流138進(jìn)入冷凝器100。在這 種情況下，焦耳-湯姆遜閥可用于降低壓力，并從而允許將流140和 142引入低壓塔34中。將由富氮餾份組成的富氮流146在主換熱器26中進(jìn)行加 熱，然后將其引入壓縮裝置12的適當(dāng)級中。在富氮流146的組成為 其中的氮成分不多于空氣中存在的氮成分約±15%,這是可能的。請注 意，可將富氮流146進(jìn)行冷壓縮，盡管這具有會使其制冷值 (refrigeration value)損失的缺點(diǎn)。也可以不必將所有的富氮流進(jìn)行再壓 縮。事實(shí)上，本發(fā)明關(guān)注這種流或這些流的僅部分，如果使用兩個(gè)或 多個(gè)閃蒸分離階段，則可以再循環(huán)回去以進(jìn)行壓縮?？蓪⑦m當(dāng)情況下 的剩余部分進(jìn)行閥膨脹或功膨脹，然后將其排空或送回塔中。還應(yīng)注意的是，可從低壓塔34的頂部和較低位置提取富 氮流148和具有富氮流148的較低氮濃度的廢氮流150。將這些流在 換熱器64和主換熱器26中進(jìn)行加熱以冷卻第二氮回流流64，并同時(shí) 促進(jìn)輸入流的冷卻。參照圖2，在空氣分離系統(tǒng)1的一種可替代的實(shí)施方案中， 示出了空氣分離系統(tǒng)l'，在閥132中使粗制液態(tài)氧流130膨脹，然后 將其引入氬塔冷凝器100以產(chǎn)生流140和142。在這種實(shí)施方案中， 經(jīng)過冷卻、液化并在閥80中閥膨脹后的第二副空氣流22用于產(chǎn)生兩 相流152,該兩相流152在相分離器154中相分離為液流156,該液 流156由可在泵158中泵送或通過閥閥膨脹的液態(tài)餾份組成。然后將 在閥161中閥膨脹后達(dá)到高壓塔的壓力的笫一部分160引入高壓塔30的中間位置處。然后將在閥164中閥膨脹后達(dá)到低壓塔34的壓力的 第二部分162引入低壓塔34中。注意可將所有的液流156引入高壓 塔30或低壓塔34中。然后在主換熱器26中將由富氮相組成的富氮 流166加熱并回收至壓縮機(jī)裝置12。另外，以類似于空氣分離系統(tǒng)l 的方式來操作空氣分離系統(tǒng)l，，因此不再重復(fù)解釋相同的標(biāo)號表示的 元件。盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域 技術(shù)人員來說，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以進(jìn)行多 種改變、添加和省略。
權(quán)利要求
1. 一種空氣分離方法，所述方法包括將至少一種經(jīng)壓縮、純化和冷卻的流中所含有的氬、氧和氮在空氣分離系統(tǒng)中進(jìn)行分餾，所述空氣分離系統(tǒng)具有多級塔布置，所述多級塔布置包括高壓塔和低壓塔以及連接至所述低壓塔的氬塔，所述高壓塔和低壓塔用于將空氣分離成富氧餾份和富氮餾份，所述氬塔用于接收含氬和氧的蒸氣流，并從而產(chǎn)生富氬餾份，所述富氬餾份作為用于回收氬的所述氬塔中的富氬塔頂餾出物；通過將至少部分粗制液態(tài)氧塔底產(chǎn)物流膨脹而形成含有富氮?dú)庀嗪鸵合嗟膬上嗔?，所述粗制液態(tài)氧塔底產(chǎn)物流由在高壓塔中形成的液態(tài)氧塔底產(chǎn)物組成；將至少部分富氮?dú)庀鄰囊合喾蛛x；將至少一部分由富氮?dú)庀嘟M成的所述富氮蒸氣流進(jìn)行再壓縮，并循環(huán)至少一部分富氮蒸氣流以在空氣分離系統(tǒng)的多級塔布置中進(jìn)行分餾；和將至少部分由從富氮?dú)庀喾蛛x的液相組成的液流引入低壓塔中。
2. —種空氣分離方法，所述方法包括將至少一種經(jīng)壓縮、純化和冷卻的流中所^^有的氬、氧和氮在空 氣分離系統(tǒng)中進(jìn)行分餾，所述空氣分離系統(tǒng)具有多級塔布置，所述多 級塔布置包括高壓塔和低壓塔以及連接至所述低壓塔的氬塔，所述高 壓塔和低壓塔用于將空氣分離成富氧餾份和富氮餾份，所述氬塔用于 接收含氬和氧的蒸氣流，并從而產(chǎn)生富氬餾份，所述富氬餾份作為用 于回收氬的所述氬塔中的富氬塔頂餾出物；通過使液態(tài)空氣流或粗制液態(tài)氧塔底產(chǎn)物流膨脹來形成含有富 氮?dú)庀嗪鸵合嗟膬上嗔?，所述粗制液態(tài)氧塔底產(chǎn)物流由在高壓塔中形 成的液態(tài)氧塔底產(chǎn)物組成，由于由通過多級塔布置產(chǎn)生的至少一種液 態(tài)氧餾份和液態(tài)氮餾份組成的增壓液流的蒸發(fā)，在空氣分離系統(tǒng)中產(chǎn)生液態(tài)空氣流；將至少部分富氮?dú)庀鄰囊合喾蛛x；將所述至少一部分由富氮?dú)庀嘟M成的富氮蒸氣流進(jìn)行再壓縮，并 循環(huán)至少一部分富氮蒸氣流以在空氣分離系統(tǒng)的多級塔布置中進(jìn)行 分餾；和將至少部分由從富氮?dú)庀喾蛛x的液相組成的液流引入低壓塔和 高壓塔的至少之一中。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中將所述至少一部分富氮蒸氣流在進(jìn)行 再壓縮之前在空氣分離系統(tǒng)的主換熱器中進(jìn)行加熱，所述主換熱器也 用于冷卻至少一種壓縮且純化的流，所述流用于形成至少一種經(jīng)壓 縮、純化并冷卻的流。
4. 權(quán)利要求3的方法，其中所述富氮蒸氣流包含的氮的比例不偏離空氣中的比例多于約 15%;并且將至少一部分富氮蒸氣引入空氣分離系統(tǒng)的壓縮裝置中，所述壓 縮裝置用于壓縮由環(huán)境空氣組成的空氣流，從而形成壓縮流，所述壓 縮流用于形成至少一種壓縮和純化的流。
5. 權(quán)利要求2的方法，其中將所述至少一部分富氮蒸氣流在進(jìn)行 再壓縮之前在空氣分離系統(tǒng)的主換熱器中進(jìn)行加熱，所述主換熱器也 用于冷卻至少一種壓縮且純化的流，所述流用于形成至少一種經(jīng)壓 縮、純化并冷卻的流。
6. 權(quán)利要求5的方法，其中所述富氮蒸氣流包含的氮的比例不偏離空氣中的比例多于約 15%;并且將至少一部分富氮蒸氣引入空氣分離系統(tǒng)的壓縮裝置中，所述壓 縮裝置用于壓縮由環(huán)境空氣組成的空氣流，從而形成壓縮流，所述壓 縮流用于形成至少 一種壓縮和純化的流。
7. 權(quán)利要求6的方法，其中增壓液流通過泵送由低壓塔產(chǎn)生的液態(tài)氧塔底產(chǎn)物組成的液態(tài)氧流而產(chǎn)生；將增壓液體在主換熱器中進(jìn)行蒸發(fā)，以形成氧產(chǎn)物；所述至少 一種壓縮和純化流是一種被分成第 一 副流和第二副流的壓縮和純化流；在升壓壓縮機(jī)中將所述第二副流壓縮為較高壓力；在空氣分離系統(tǒng)的主換熱器中將所述第 一副流和第二副流進(jìn)行冷卻，從而在第二副流中產(chǎn)生主要液態(tài)餾份，并因此，由于液態(tài)氧流的蒸發(fā)而產(chǎn)生液態(tài)空氣流；和將第一副流和至少部分第二副流引入高壓塔中。
8. 權(quán)利要求7的方法，其中第二副流被分成第一部分和笫二部分，它們分別被引入高壓塔和 低壓塔中；將第二副流膨脹至適合于將第一部分引入高壓塔的壓力，并將第 二部分膨脹至較低壓力，適合于將第二副流引入低壓塔； 兩相流由液態(tài)塔底產(chǎn)物流形成；將液相流引入與氬塔相連的冷凝器，使部分富氬蒸氣冷凝以使氬 塔回流，從而使液相流部分蒸發(fā)為蒸氣餾份和液態(tài)餾份；和 將蒸氣餾份和液態(tài)餾份的流引入低壓塔中。
9. 權(quán)利要求7的方法，其中 兩相流由第二副流形成；將液相流泵送，然后分成第一副液相流和第二副液相流； 使第一副液相流膨脹并引入低壓塔中，從而構(gòu)成被引入低壓塔中 的至少部分液相流；和將第二副液相流引入高壓塔中。
10. 權(quán)利要求8或9的方法，其中從低壓塔中提取由低壓塔中的塔頂餾出物形成的氮產(chǎn)物流和具 有比所述氮產(chǎn)物流更低氮純度的廢氮流；通過間接換熱至氮產(chǎn)物流和廢氮流冷卻由高壓塔中產(chǎn)生的冷凝的塔頂餾出物組成的液氮回流流，然后將其作為回流引入低壓塔中； 和在主換熱器中加熱經(jīng)冷卻液流后的氮產(chǎn)物流和廢氮流。
11.權(quán)利要求10的方法，其中第一副流采用功進(jìn)行膨脹。
全文摘要
在空氣分離系統(tǒng)中將輸入空氣進(jìn)料(10)中所含的氬、氧和氮進(jìn)行分餾，該空氣分離系統(tǒng)具有多級塔布置(32)，該多級塔布置(32)包括高壓塔(30)和低壓塔(34)以及氬塔(90)，高壓塔(30)和低壓塔(34)用于產(chǎn)生富氧餾份和富氮餾份，氬塔(90)用于產(chǎn)生富氬餾份，用于回收氬作為氬產(chǎn)物。兩相流(132；134)可通過使至少部分液態(tài)空氣流(82)膨脹而形成或由多級塔布置(32)的高壓塔(30)中形成的液態(tài)氧塔底產(chǎn)物(132)形成。液態(tài)空氣流(82)通過對蒸發(fā)由氮和/或氧組成的泵送液流(76)將部分待分餾的空氣進(jìn)料(22)液化而形成。富氮餾份中所含有的氮蒸氣(146；166)的分流使低壓塔(34)中的液/氣比率增加，以增加氬的回收。
文檔編號F25J3/04GK101501431SQ200780029663
公開日2009年8月5日 申請日期2007年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者H·E·霍沃 申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司