空氣分離方法和設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種用于分離空氣的方法和設(shè)備，在其中氧產(chǎn)品的回收率通過(guò)使以熱傳遞關(guān)系連接到較高壓力塔上的較低壓力塔中的液體蒸氣比增大來(lái)增大。在較高壓力塔中產(chǎn)生的粗液態(tài)氧塔底產(chǎn)物流部分地氣化，防止使輸送回較低壓力塔的氬提餾區(qū)段的較低壓力塔的氬富集蒸氣冷凝。具有比粗液態(tài)氧流的氧含量更大的氧含量的附加的富氮回流和氧富集流被輸送入較低壓力塔中。這些流由在粗液態(tài)氧流部分氣化之后由粗液態(tài)氧流至少部分地產(chǎn)生的兩相流形成。
【專(zhuān)利說(shuō)明】空氣分罔方法和設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于分離空氣來(lái)產(chǎn)生氧產(chǎn)品的方法和設(shè)備，在其中空氣由在以熱傳遞關(guān)系與彼此運(yùn)行地相關(guān)聯(lián)的較高壓力塔(column)和較低壓力塔中的低溫精餾(cryogenic rectificat1n)來(lái)分離，以從較低壓力塔中產(chǎn)生的富氧液塔底產(chǎn)物(bottoms)來(lái)產(chǎn)生氧產(chǎn)品。更具體而言，本發(fā)明涉及這樣的方法和設(shè)備:在其中從較高壓力塔除去的粗液態(tài)氧流用于在較低壓力塔內(nèi)冷凝氬富集蒸氣，且用于生成出于提高氧回收的目的而引入較低壓力塔中的附加的液態(tài)富氮回流和氧富集流。

【背景技術(shù)】
[0002]氧通過(guò)空氣分離裝備(plant)內(nèi)的低溫精餾來(lái)從空氣分離。在此類(lèi)裝備中，空氣被壓縮并凈化，且隨后在主熱交換器內(nèi)冷卻至適用于其精餾的溫度。冷卻的空氣隨后被引入蒸餾塔系統(tǒng)中，蒸餾塔系統(tǒng)具有通過(guò)冷凝器重沸器來(lái)與較低壓力塔運(yùn)行地相關(guān)聯(lián)的較高壓力塔，冷凝器重沸器使較低壓力塔的富氧液體塔底產(chǎn)物部分地氣化，防止所產(chǎn)生的富氮蒸氣冷凝成較高壓力塔的塔頂產(chǎn)物(overhead)。所得的富氮液體用于形成用于兩個(gè)塔的回流。此外，由較高壓力塔的塔底產(chǎn)物構(gòu)成的粗液態(tài)氧流在較低壓力塔中進(jìn)一步提純，以使氧與氮進(jìn)一步分離，且由此產(chǎn)生較低壓力塔中的富氧液體塔底產(chǎn)物。氧產(chǎn)品的至少一部分由富氧液體塔底產(chǎn)物形成，且可被泵送來(lái)產(chǎn)生加壓氧產(chǎn)品。
[0003]為了分離氧以便使大部分氧從空氣分離，較低壓力塔的最高區(qū)段內(nèi)必須存在足夠的液體蒸氣比(liquid to vapor rat1),以便使上升蒸氣富集氮。同樣地,必須存在足夠的較低壓力塔重沸，以便有效地從下降液體提餾氬和氮。在泵送產(chǎn)品氧的情況下，大約百分之30至百分之40的空氣被液化來(lái)提供使主熱交換器內(nèi)的加壓液態(tài)氧加溫所需的能量。液態(tài)空氣隨后被輸送入塔中來(lái)用于精餾。在許多情況下，液態(tài)空氣和富氮液體流不足以回流較低壓力塔，以便維持高的氧回收。將注意的是，當(dāng)冷凝的液態(tài)或氣態(tài)氮作為產(chǎn)品從較高壓力塔提取時(shí)，在較低壓力塔和較高壓力塔中的液體蒸氣比都受損。
[0004]如將論述的那樣，本發(fā)明提供了一種用于分離空氣的方法和設(shè)備，在其中，優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)方法的是提高了在較低壓力塔的精餾區(qū)段內(nèi)的液體蒸氣比，以便增大氧從空氣的回收。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一方面，本發(fā)明提供了一種分離空氣來(lái)產(chǎn)生氧產(chǎn)品的方法。根據(jù)此方法，空氣在低溫精餾過(guò)程中分離，該低溫精餾過(guò)程具有以熱傳遞關(guān)系與彼此運(yùn)行地相關(guān)聯(lián)的較高壓力塔和較低壓力塔，以產(chǎn)生用于較高壓力塔和較低壓力塔的富氮回流。氧產(chǎn)品從較低壓力塔的富氧液體塔底產(chǎn)物產(chǎn)生。
[0006]執(zhí)行低溫精餾過(guò)程，使得由在較高壓力塔中產(chǎn)生的粗液態(tài)氧塔底產(chǎn)物形成的粗液態(tài)氧流部分地氣化，防止在較低壓力塔中產(chǎn)生的氬富集蒸氣至少部分地冷凝。具有比粗液態(tài)氧流的氧含量更大的氧含量的附加的富氮回流和氧富集流兩者都由至少部分地由粗液態(tài)氧流在其部分氣化之后產(chǎn)生的兩相流形成。氧富集流和附加的富氮回流的至少一部分被輸送入較低壓力塔中。氬富集蒸氣至少部分地在較低壓力塔的位置處冷凝，在此位置處氬富集蒸氣均具有0.1摩爾百分?jǐn)?shù)與5.0摩爾百分?jǐn)?shù)之間的氮濃度。所得的冷凝物將與較低壓力塔的下降液體組合來(lái)使較低壓力塔的最低區(qū)段中的液體蒸氣比增大。氧富集流和附加的富氮液體流的至少一部分在較低壓力塔的連續(xù)的較高位置處且在氬富集蒸氣至少部分地冷凝之處的較低壓力塔位置上方輸送。
[0007]如可領(lǐng)會(huì)，氬的中間冷凝和附加的液態(tài)氮回流的形成使較低壓力塔的最低區(qū)段內(nèi)的液體蒸氣比增大。此外，由于含氧流比粗液態(tài)氧流更富含氧，且已經(jīng)生成附加的較低壓力回流，故氧回收將提高。
[0008]盡管本發(fā)明具有對(duì)采用較高壓力塔和較低壓力塔的空氣分離裝備的普遍適用性，但由于輸送空氣的有意義部分在進(jìn)入塔之前冷凝而特別適用于泵送的液態(tài)氧裝備，且在具有百分之99.5及更高純度的氧的生產(chǎn)中特別有用。此類(lèi)裝備具有與裝備相關(guān)的較低的基本水平回收，在這些裝備中，氧產(chǎn)品主要是從較低壓力塔回收的氣態(tài)氧。在此方面，氧產(chǎn)品通過(guò)泵送從較低壓力塔取出(withdraw)且由富氧液體塔底產(chǎn)物構(gòu)成的富氧塔底產(chǎn)物流的至少一部分來(lái)從較低壓力塔的富氧液體塔底產(chǎn)物產(chǎn)生，以形成加壓液態(tài)氧流。加壓液態(tài)氧流的至少一部分通過(guò)與高壓過(guò)程流間接交換來(lái)加溫，使得其液化。在此方面，在本發(fā)明的任何實(shí)施例中，此高壓過(guò)程流可為高壓空氣流，其被液化來(lái)形成液態(tài)空氣流。氧產(chǎn)品由加溫之后的加壓氧流的至少一部分形成，且在液化之后，高壓流的至少一部分被引入較高壓力塔和較低壓力塔中的至少一個(gè)中。
[0009]在具體實(shí)施例中，粗液態(tài)氧流被閥膨脹(valve expanded),且部分地被氣化，且隨后經(jīng)過(guò)與氬富集蒸氣的間接熱交換。附加的富氮回流和氧富集流通過(guò)使液相和氣相從兩相流脫離以形成氣相流和液相流而形成。液相流被閥膨脹，且隨后與氣相流間接熱交換地部分地氣化氣相，由此在液相流已經(jīng)部分地氣化之后使氣相冷凝，來(lái)從附加的富氮回流流和從液相流的氧富集流。富氮回流的至少一部分被閥膨脹，且被引入較低壓力塔中，且氧富集流被引入較低壓力塔中。
[0010]在另一個(gè)具體實(shí)施例中，高壓過(guò)程流由高壓空氣流形成，其在液化之后形成液態(tài)空氣流，且液態(tài)空氣流的至少一部分被分成第一附屬(subsidiary)液態(tài)空氣流和第二附屬液態(tài)空氣流。第一附屬液態(tài)空氣流被閥膨脹且被引入較低壓力塔中。附加的富氮回流和氧富集流通過(guò)使液相和氣相從兩相流脫離而形成，以形成氣相流和液相流。氣相流被引入輔助塔的底部區(qū)域中，且第二附屬液態(tài)空氣流被引入輔助塔的中間位置中，以在輔助塔內(nèi)形成含氧底部產(chǎn)物液體和附加的富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物。組合的氧富集流通過(guò)使液態(tài)相流與由含氧底部產(chǎn)物液體形成的含氧底部產(chǎn)物液體流組合來(lái)形成。由附加的富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物形成的附加的富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物流通過(guò)在其閥膨脹之后與組合的液體流間接熱交換來(lái)冷凝。這導(dǎo)致了組合的液體流的部分氣化，且形成了氧富集流和附加的富氮回流，并且還形成了輔助塔回流。輔助塔利用輔助塔回流來(lái)回流，且附屬富氮液體流的至少一部分被閥膨脹且被引入較低壓力塔中。
[0011]在此類(lèi)實(shí)施例中的任一個(gè)中，至較高壓力塔和較低壓力塔的液態(tài)氮回流都通過(guò)在較高壓力塔中通過(guò)與較低壓力塔的富氧液體塔底產(chǎn)物的間接熱交換來(lái)冷凝由較高壓力富氮蒸氣構(gòu)成的較高壓力富氮蒸氣流來(lái)產(chǎn)生，由此產(chǎn)生冷凝富氮流。較高壓力塔利用冷凝富氮流的至少一部分來(lái)回流。不純的富氮液體流可從較高壓力塔除去，過(guò)冷且通過(guò)閥膨脹，且隨后用于使較低壓力塔回流。
[0012]由較低壓力塔中產(chǎn)生的較低壓力富氮蒸氣構(gòu)成的較低壓力富氮蒸氣流可從較低壓力塔除去。較低壓力富氮蒸氣流經(jīng)過(guò)與粗液態(tài)氧流和不純的富氮液體流間接熱交換，來(lái)使粗液態(tài)氧流和不純的富氮液體流過(guò)冷。較低壓力富氮蒸氣流經(jīng)過(guò)與由待分離的空氣構(gòu)成的壓縮且凈化的空氣流間接熱交換。在已經(jīng)冷卻之后，壓縮且凈化的空氣流被引入較高壓力塔的底部區(qū)域中。
[0013]如上文所述，在本發(fā)明的任何實(shí)施例中，高壓過(guò)程流可為高壓空氣流，其被液化來(lái)形成液態(tài)空氣流。在此情況下，在高壓空氣流已經(jīng)部分地冷卻之后，高壓空氣流可被分成第一附屬高壓空氣流和第二附屬高壓空氣流。第一附屬高壓空氣流完全冷卻且形成液態(tài)空氣流。在已經(jīng)部分地冷卻之后，第二附屬高壓空氣流在渦輪膨脹器中膨脹，且被引入較高壓力塔的底部區(qū)中，以對(duì)低溫精餾過(guò)程施加制冷。較高壓力塔可利用冷凝的富氮流的第一部分來(lái)回流。冷凝的富氮流的第二部分可經(jīng)過(guò)與不純的富氮液體流和粗液態(tài)氧流一起與較低壓力富氮蒸氣流間接熱交換，以形成液態(tài)氮產(chǎn)品流。冷凝的富氮流的第三部分可泵送并且通過(guò)與富氧塔底產(chǎn)物流一起與高壓空氣流間接熱交換來(lái)加溫，以形成加壓的氮產(chǎn)品流。
[0014]另一方面，本發(fā)明提供了一種用于分離空氣來(lái)產(chǎn)生氧產(chǎn)品的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的該方面，空氣分離裝備構(gòu)造成通過(guò)低溫精餾來(lái)分離空氣。該裝備具有以熱傳遞關(guān)系與彼此運(yùn)行地相關(guān)聯(lián)的較高壓力塔和較低壓力塔，以產(chǎn)生用于較高壓力塔和較低壓力塔的富氮回流。還包括機(jī)構(gòu)，其用于由較低壓力塔的富氧液體塔底產(chǎn)物來(lái)產(chǎn)生氧產(chǎn)品。
[0015]較低壓力塔和較高壓力塔的運(yùn)行關(guān)聯(lián)包括使較高壓力塔的粗液態(tài)氧塔底產(chǎn)物構(gòu)成的粗液態(tài)氧流部分地氣化，以防較低壓力塔中產(chǎn)生的氬富集蒸氣至少部分地冷凝的機(jī)構(gòu)。還包括用于產(chǎn)生具有比來(lái)自于兩相流的粗液態(tài)氧塔底產(chǎn)物的氧含量更高的氧含量的附加的富氮回流和氧富集流的機(jī)構(gòu)。在其部分氣化之后，兩相流至少部分地由粗液態(tài)氧流產(chǎn)生。氬富集蒸氣至少部分地在較低壓力塔的位置處冷凝，此處氬富集蒸氣均具有0.1摩爾百分?jǐn)?shù)與5.0摩爾百分?jǐn)?shù)之間的氮濃度。所得的冷凝物將與較低壓力塔的下降液體組合且使較低壓力塔的最低區(qū)段中的液體蒸氣比增大。附加的富氮回流和氧富集流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)連接到較低壓力塔上，使得氧富集流和附加的富氮液體流的至少一部分在較低壓力塔的連續(xù)較高位置處且在氬富集蒸氣至少部分地冷凝所處的較低壓力塔的位置上方輸送。
[0016]氧產(chǎn)品產(chǎn)生機(jī)構(gòu)可包括連接到較低壓力塔上的泵，使得從較低壓力塔取出且由富氧液體塔底產(chǎn)物構(gòu)成的富氧塔底產(chǎn)物流的至少一部分由泵來(lái)泵送以產(chǎn)生加壓液態(tài)氧流。主熱交換器與泵流動(dòng)連通，且構(gòu)造成通過(guò)與高壓流間接熱交換來(lái)加溫加壓液態(tài)氧流的至少一部分，使得高壓流的至少一部分液化，且氧產(chǎn)品由已經(jīng)加溫之后的加壓液態(tài)氧流的至少一部分形成。至少較低壓力塔與主熱交換器流動(dòng)連通，使得高壓過(guò)程流的至少一部分在已經(jīng)液化之后被引入較高壓力塔和較低壓力塔中的至少一個(gè)中。
[0017]在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，用于部分地氣化粗液態(tài)氧流的機(jī)構(gòu)包括與較低壓力塔流動(dòng)連通且構(gòu)造成使粗液態(tài)氧流與氬蒸氣間接熱交換穿過(guò)的中間熱交換器。附加的富氮回流和氧富集流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包括連接到中間熱交換器上的分相器，以使液相和氣相從兩相流分離，且由此形成氣相流和液相流，以及連接到分相器上且構(gòu)造成部分地氣化與氣相流間接熱交換的液相流的輔助熱交換器。輔助熱交換器冷凝氣相流，且在其冷凝之后由氣相流形成附加的富氮回流，以及在液相流的部分氣化之后由液相流形成氧富集流。輔助熱交換器連接到較低壓力塔上，使得氧富集流和附加的富氮回流的至少一部分被引入較低壓力塔中。膨脹閥的裝置定位成用于膨脹:部分地氣化之前的粗液態(tài)氧流；在與氣相流間接熱交換之前的液相流；以及在引入較低壓力塔中之前的富氮回流的至少一部分。
[0018]在也使用中間熱交換器的另一個(gè)實(shí)施例中，高壓過(guò)程流為高壓空氣流，其在其液化之后形成液態(tài)空氣流。較低壓力塔與主熱交換器流動(dòng)連通，使得液態(tài)空氣流的至少一部分被分成引入較低壓力塔中的第一附屬液態(tài)空氣流和第二附屬液態(tài)空氣流。附加的富氮回流和氧富集流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包括以上文所述的方式連接到中間熱交換器上的分相器。輔助塔連接到分相器和主熱交換器上，使得氣相流被引入輔助塔的底部區(qū)中，且由液態(tài)空氣流形成的第二附屬液態(tài)空氣流被弓I入輔助塔的中間位置中。含氧的底產(chǎn)物液體和附加的富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物在輔助塔內(nèi)形成。輔助塔熱交換器連接到輔助塔和分相器上，使得液相流與由含氧底產(chǎn)物液體形成的含氧底產(chǎn)物液體流組合，且組合的液體流經(jīng)過(guò)與由附加的富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物形成的附加的富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物流間接熱交換。輔助塔熱交換器冷凝附加的富氮蒸氣流且部分地氣化組合的液體流，來(lái)形成富氧回流、附加的富氮回流以及輔助塔回流。膨脹閥的裝置定位成用于膨脹:部分地氣化之前的粗液態(tài)氧流；在被引入較低壓力塔中之前的第一附屬液態(tài)空氣流；在經(jīng)過(guò)進(jìn)入輔助塔熱交換器之前的組合液體流；以及在被引入較低壓力塔中之前的附屬富氮液體流的至少一部分。
[0019]在任一實(shí)施例中，冷凝器重沸器可連接到較高壓力塔和較低壓力塔上，使得由較高壓力塔中產(chǎn)生的高壓富氮蒸氣構(gòu)成的較高壓力富氮蒸氣流通過(guò)與較低壓力塔的富氧液體塔底產(chǎn)物間接熱交換來(lái)冷凝。冷凝產(chǎn)生了冷凝的富氮流。較高壓力塔連接到冷凝器重沸器上，使得較高壓力塔利用冷凝的富氮流的至少一部分回流。較低壓力塔連接到較高壓力塔上，使得不純的富氮液體流從較高壓力塔除去且被引入較低壓力塔中。過(guò)冷單元定位在較高壓力塔與較低壓力塔之間，使得不純的富氮液體流在被引入較低壓力塔中之前過(guò)冷。膨脹閥的裝置還包括定位在過(guò)冷單元與較低壓力塔之間的膨脹閥，使得不純的富氮液體流在被引入較低壓力塔中之前過(guò)冷。
[0020]過(guò)冷單元連接到較低壓力塔和較高壓力塔上，且構(gòu)造成使得由較低壓力塔中產(chǎn)生的較低壓力富氮蒸氣構(gòu)成的較低壓力富氮蒸氣流經(jīng)過(guò)與粗液態(tài)氧流和不純的富氮液體流間接熱交換，以使粗液態(tài)氧流和不純的富氮液體流過(guò)冷。主熱交換器連接到過(guò)冷單元上，使得在已經(jīng)穿過(guò)過(guò)冷單元之后，較低壓力富氮蒸氣流經(jīng)過(guò)與由待分離的空氣構(gòu)成的壓縮且凈化的空氣流間接熱交換。主熱交換器連接到較高壓力塔上，使得在已經(jīng)在主熱交換器中冷卻之后，壓縮且凈化的空氣流被引入較高壓力塔的底部區(qū)中。
[0021]主熱交換器可構(gòu)造成使得在高壓空氣流已經(jīng)部分地冷卻之后，高壓空氣流被分成完全冷卻且形成液態(tài)空氣流的第一附屬高壓空氣流和在從主熱交換器排出之前部分地冷卻的第二附屬高壓空氣流。渦輪膨脹器定位在主熱交換器與較高壓力塔之間，使得第二附屬高壓空氣流在渦輪膨脹器中膨脹，且被引入較高壓力塔的底部區(qū)中來(lái)將制冷施加到空氣分離裝備中。
[0022]較高壓力塔可連接到冷卻器重沸器上，使得較高壓力塔利用冷凝的富氮流的第一部分來(lái)回流。過(guò)冷單元連接到冷凝器重沸器上，使得冷凝的富氮流的第二部分經(jīng)過(guò)與不純的富氮液體流和粗液態(tài)氧流一起與較低壓力富氮蒸氣流間接熱交換，以形成液態(tài)氮產(chǎn)品流。另一個(gè)泵可定位在主熱交換器與冷凝器重沸器之間，使得冷凝的富氮流的第三部分被泵送且隨后在主熱交換器中通過(guò)與富氧塔底產(chǎn)物流一起與高壓空氣流間接熱交換加溫，以形成加壓的氮產(chǎn)品流。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]盡管說(shuō)明書(shū)以清楚地指出 申請(qǐng)人:看作是其發(fā)明的主題來(lái)結(jié)束，所相信的是本發(fā)明在與附圖組合時(shí)將被更好地理解，在這些附圖中:
圖1為設(shè)計(jì)來(lái)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的空氣分離裝備的示意性圖示；并且圖2為設(shè)計(jì)來(lái)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的空氣分離裝備的備選實(shí)施例的示意性圖示。

【具體實(shí)施方式】
[0024]參看圖1，圖示了空氣分離裝備1，其用于通過(guò)低溫精餾來(lái)分離壓縮且凈化的空氣流10，以產(chǎn)生氧產(chǎn)品流64以及氮產(chǎn)品，如，加壓的氮產(chǎn)品流96和液態(tài)氮產(chǎn)品流92。
[0025]空氣分離裝備I可包括在裝備的包圍物(enclave)中，且因此，將用于產(chǎn)生壓縮且凈化的空氣流10的設(shè)備通?？捎糜诎鼑镏械乃醒b備。然而，此類(lèi)設(shè)備可單獨(dú)用于空氣分離裝備1，且將包括主空氣壓縮機(jī)和預(yù)凈化單元。如本領(lǐng)域中已知的那樣，此類(lèi)預(yù)凈化單元設(shè)計(jì)成從空氣除去較高沸點(diǎn)的雜質(zhì)，如水蒸汽、二氧化碳和碳?xì)浠衔?，且可組合以異相(out of phase)循環(huán)來(lái)運(yùn)行的吸附劑床，異相循環(huán)為變溫吸附循環(huán)或變壓吸附循環(huán)或它們的組合。在已經(jīng)壓縮和凈化之后，空氣可在升壓壓縮機(jī)(booster compressor)中進(jìn)一步壓縮來(lái)產(chǎn)生將論述的高壓空氣流62。主空氣壓縮機(jī)和升壓壓縮機(jī)兩者都可為多級(jí)中間冷卻一體式齒輪壓縮機(jī)。主空氣壓縮機(jī)還可組合在級(jí)間的冷凝物除去器。
[0026]壓縮且凈化的空氣流10隨后冷卻至適于其主熱交換器12內(nèi)精餾的溫度，該溫度為接近飽和的溫度。主熱交換器12可為硬釬焊的鋁翅片構(gòu)造，且盡管未圖示，但可為一系列并行運(yùn)行的此類(lèi)熱交換器。此外，主熱交換器可出于在高壓空氣流92、氧產(chǎn)品流64和加壓氮產(chǎn)品流96之間間接熱交換的目的而分成高壓區(qū)段。這可以說(shuō)本發(fā)明可獨(dú)立于主熱交換器的選擇和構(gòu)造來(lái)使用。
[0027]在已經(jīng)冷卻之后，壓縮且凈化的空氣流10被引入具有較高壓力塔14和較低壓力塔16的蒸餾塔裝置中。較高壓力塔14將具有比較低壓力塔16更高的較高運(yùn)行壓力，且典型地將在75psia至95psia的壓力下運(yùn)行。引入壓縮且凈化的空氣流10使上升的氣相開(kāi)始形成，該上升的氣相隨著其在較高壓力塔14中上升且通過(guò)質(zhì)量傳輸接觸元件18、20和22而變?yōu)楦缓@些接觸元件可為塔盤(pán)或規(guī)整填料或塔盤(pán)或規(guī)整填料的組合或可能地為無(wú)規(guī)則填料。結(jié)果，較高壓力富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物在較高壓力塔14內(nèi)產(chǎn)生，其冷凝來(lái)使下降的液相開(kāi)始形成，下降的液相與穿過(guò)質(zhì)量傳輸接觸元件18、20和22的上升氣相接觸，以變成更富含氧，且由此產(chǎn)生在本領(lǐng)域中也稱(chēng)為釜液(kettle liquid)的粗液態(tài)氧塔底產(chǎn)物24。以將論述的方式，粗液態(tài)氧塔底產(chǎn)物被除去來(lái)作為粗液態(tài)氧流26，根據(jù)本發(fā)明，粗液態(tài)氧流26在較低壓力塔16中被進(jìn)一步提純。
[0028]較低壓力塔16具有質(zhì)量傳輸接觸元件28、30、32和36，其作用為使上升氣相與下降液相接觸，且可為塔盤(pán)、規(guī)整填料或無(wú)規(guī)則填料或它們的組合。結(jié)果，富氧液體塔底產(chǎn)物38可與較低壓力富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物56 —起產(chǎn)生。
[0029]較低壓力塔16借助于冷凝器重沸器40以熱傳遞關(guān)系聯(lián)結(jié)到較高壓力蒸餾塔14上。冷凝器重沸器40用于冷凝由較高壓力塔14的高壓富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物構(gòu)成的更高壓力富氮蒸氣流42。富氧液體塔底產(chǎn)物38的一部分在冷凝器重沸器40中氣化來(lái)產(chǎn)生較低壓力蒸餾塔16中的沸騰物(boilup)和冷凝的富氮流43。富氧液體塔底產(chǎn)物38因此為不會(huì)氣化的殘余液體。冷凝器重沸器40可為常規(guī)熱虹吸型熱交換器或降膜向下流動(dòng)型熱交換器。
[0030]冷凝的富氮流43可被分成冷凝的富氮流的第一部分44、冷凝的富氮流的第二部分46以及冷凝的富氮流的第三部分48。冷凝的富氮流的第一部分44用于對(duì)較高壓力塔14回流。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的那樣，所有冷凝的富氮流43都可用于此目的。用于較低壓力塔16的回流由從較高壓力塔14除去的不純的富氮液體流50生成。不純的富氮液體流50在過(guò)冷單元52中過(guò)冷，在膨脹閥54內(nèi)閥膨脹至與較低壓力塔16的運(yùn)行壓力相容的壓力，且隨后作為回流被引入較低壓力塔16中。不純的富氮液體流50典型地從較高壓力塔14的頂部與液態(tài)空氣84輸送到較高壓力塔14中的點(diǎn)之間的位置取出；且將具有典型地從按氧體積百萬(wàn)分之1000至百萬(wàn)分之20000之間的純度。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的那樣，還可通過(guò)使用冷凝的富氮流43的一部分來(lái)生成用于較低壓力塔16的回流。在此情況下，較低壓力塔16將設(shè)計(jì)成以較高的純度產(chǎn)生較低壓力富氮塔頂產(chǎn)物。
[0031]過(guò)冷單元52的熱交換工作由較低壓力塔16中產(chǎn)生的較低壓力塔富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物構(gòu)成的較低壓力富氮蒸氣流56提供。較低壓力富氮蒸氣流56隨后通入主熱交換器12中且在該主熱交換器12內(nèi)加溫，以冷卻壓縮且凈化的空氣流10，且作為廢氮流57排出，廢氮流57自身可作為產(chǎn)品獲取或在預(yù)凈化器的再生中使用。
[0032]氧產(chǎn)品以常規(guī)方式從較低壓力塔16的富氧液體塔底產(chǎn)物38產(chǎn)生。在此方面，富氧塔底產(chǎn)物流58從較低壓力塔16取出，且由富氧液體塔底產(chǎn)物38構(gòu)成，且由泵59加壓。所得的加壓液態(tài)氧流60的一部分通過(guò)與主熱交換器12內(nèi)的高壓空氣流62間接熱交換來(lái)加溫，以產(chǎn)生加壓的氧產(chǎn)品流64。高壓空氣流62構(gòu)成輸送至此蒸餾塔裝置的空氣的百分之30至百分之40之間。取決于由泵59給予的加壓程度，所得的加壓氧產(chǎn)品流64將為蒸氣或超臨界流體。盡管所有加壓液態(tài)氧都可用于此目的，但作為流66的所得的加壓液態(tài)氧的另一部分可通過(guò)閥68來(lái)降低壓力，且用于形成用于儲(chǔ)存的液態(tài)氧產(chǎn)品流70。
[0033]將注意的是，其它加壓產(chǎn)品流也可用于加溫加壓液態(tài)氧。例如，氮可從主熱交換器的溫?zé)岫双@取，被壓縮且隨后用作加壓產(chǎn)品流來(lái)加溫加壓液態(tài)氧。所得的液體流隨后將被再引入較高壓力塔或較低壓力塔或兩個(gè)此類(lèi)塔中。
[0034]高壓空氣流62與所得的加壓液態(tài)氧流60的一部分之間的間接熱交換產(chǎn)生了液態(tài)空氣76。在此方面，在高壓空氣流62已經(jīng)在主熱交換器12內(nèi)部分地冷卻之后，該高壓空氣流62被分成第一附屬高壓空氣流72和第二附屬高壓空氣流74。第一附屬高壓空氣流72完全冷卻且形成液態(tài)空氣流76，液態(tài)空氣流76典型地將具有98K至103K之間的溫度。在已經(jīng)部分地冷卻之后，第二附屬高壓空氣流74在渦輪膨脹器78中膨脹來(lái)產(chǎn)生排氣流80，排氣流80被引入較高壓力塔14的底部區(qū)中來(lái)施加制冷。
[0035]如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到的那樣，其它方法可用于生成制冷，且因此所有高壓空氣流62都可液化。在此方面，其它選擇包括:使更高壓力富氮蒸氣流42的一部分膨脹；使壓縮且凈化的空氣流膨脹到較高壓力塔14中、使壓縮且凈化的空氣流的一部分膨脹并且將排氣引入較低壓力塔16中；或在過(guò)冷單元52和主熱交換器12中部分加溫之后使來(lái)自于較低壓力塔16的含氮流膨脹。如還已知的那樣，膨脹的軸功可施加至膨脹流的壓縮，或用于壓縮另一種過(guò)程流或發(fā)電的目的。備選地，液態(tài)空氣流76可通過(guò)生成附加制冷目的的液態(tài)渦輪的方式來(lái)減壓。
[0036]液態(tài)空氣流76被分成兩個(gè)部分82和84，它們分別被引入較低壓力塔16和較高壓力塔14。液態(tài)空氣流76的部分82典型地將構(gòu)成液態(tài)空氣流76的百分之50至百分之85之間。將液態(tài)空氣這樣引入蒸餾塔中由兩個(gè)部分82和84分別借助于膨脹閥86和88來(lái)降低壓力而實(shí)現(xiàn)。如可領(lǐng)會(huì)的是，本發(fā)明的實(shí)施例是有可能的，在其中所有液態(tài)空氣流76在已經(jīng)降低壓力之后被引入較低壓力塔16或較高壓力塔14中。備選地，還有可能的是使過(guò)冷單元52內(nèi)的液態(tài)空氣流82過(guò)冷。
[0037]在許多情況下，液態(tài)空氣82的輸送位置或意在用于較低壓力塔16的流26(或由此生成的任何流體)的輸送點(diǎn)處于例如大約150英尺至200英尺的相當(dāng)高的高度處。在一些情況下，將需要機(jī)械泵來(lái)將液態(tài)空氣推動(dòng)入其輸送位置。備選地，可通過(guò)低水平膨脹或引入諸如空氣的加壓氣體來(lái)產(chǎn)生蒸氣升高。另一個(gè)點(diǎn)為液態(tài)空氣流可被引導(dǎo)至較高壓力塔14的中間位置，且液態(tài)空氣流可隨后在類(lèi)似的(comparable)位置處(例如，在塔中使用塔盤(pán)的情況下，塔盤(pán)的下水管)獲取。獲取的流可隨后過(guò)冷，且輸送至較低壓力塔16，或部分地輸送至較低壓力塔16和將在下文中聯(lián)系圖2論述的輔助塔124，或與將在下文中聯(lián)系圖1中所示的本發(fā)明的實(shí)施例論述的氧富集流122組合。
[0038]如上文指出那樣，冷凝的氮流32可分成冷凝的富氮流的第一部分44、冷凝的富氮流的第二部分46以及冷凝的富氮流的第三部分48。冷凝的富氮流的第二部分46可在過(guò)冷單元52內(nèi)過(guò)冷，且隨后通過(guò)膨脹閥90降低壓力，以產(chǎn)生液態(tài)氮產(chǎn)品流92。冷凝的富氮流的第三部分48可借助于泵94來(lái)泵送，且隨后在主熱交換器12內(nèi)加溫來(lái)產(chǎn)生加壓的氮產(chǎn)品流96。
[0039]根據(jù)本發(fā)明，氧回收且因此氧產(chǎn)品(例如，氧產(chǎn)品流58)的產(chǎn)生以不損害氧產(chǎn)品純度的方式通過(guò)使較低壓力塔中的液體蒸氣比增大來(lái)提高。因此，空氣分離裝備I能夠以較高的速率產(chǎn)生其氧產(chǎn)品，而不會(huì)使氧純度或氧回收降低。如上文指出那樣，這對(duì)于產(chǎn)生氧產(chǎn)品和氮產(chǎn)品兩者且如上文所述的在氧具有百分之99.5和更高的純度的情況下的空氣分離裝備特別成問(wèn)題。在空氣分離裝備I中，通過(guò)以使得此類(lèi)塔底產(chǎn)物液體用于冷凝在較低壓力塔16的氬提餾區(qū)段上方的氬富集蒸氣且隨后產(chǎn)生將在較低壓力塔16內(nèi)精餾的附屬富氮液體回流和氧富集流的方式來(lái)進(jìn)一步處理較高壓力塔14的粗液態(tài)氧塔底產(chǎn)物24的至少一部分，以提高產(chǎn)量。
[0040]更具體而言，粗液態(tài)氧流26從較高壓力塔14取出，在過(guò)冷單元52內(nèi)過(guò)冷并且隨后在膨脹閥100內(nèi)閥膨脹至25psia至45psia之間的壓力。在由于膨脹的溫度降低之后，粗液態(tài)氧流26被引入中間熱交換器102中。中間熱交換器102與較低壓力塔16成流動(dòng)連通，使得氬富集蒸氣流104經(jīng)過(guò)與粗液態(tài)氧流26的間接熱交換，引起氬富集蒸氣流104形成了至少部分地冷凝的流106。流106被引回到由質(zhì)量傳輸接觸元件28形成的較低壓力塔的最低區(qū)上方的較低壓力塔中。該區(qū)為氬從下降液體提餾的位置。粗液態(tài)氧流26在中間熱交換器102內(nèi)部分地氣化，以形成兩相流108，兩相流108典型地可包含百分之15至百分之25之間的蒸氣。將注意的是，中間熱交換器可定位在較低壓力塔16內(nèi)；且在此情況下，氬富集蒸氣流104將不必從較低壓力塔16取出且再引入較低壓力塔16中。氬富集蒸氣冷凝的效果在于使較低壓力塔內(nèi)的液體蒸氣比增大，這提高了從下降液體提餾氬的效率，由此提高了氧回收。在此方面，氬富集蒸氣流104或?qū)⒃谳^低壓力塔16內(nèi)冷凝的氬富集蒸氣的氮濃度應(yīng)當(dāng)為在0.1摩爾百分?jǐn)?shù)至5.0摩爾百分?jǐn)?shù)的氮之間。此氮濃度確保了由粗液態(tài)氧流25對(duì)氬富集蒸氣流104進(jìn)行冷凝。如本領(lǐng)域中公知的那樣，當(dāng)?shù)獫舛仍龃髸r(shí)，氬富集蒸氣流104的飽和溫度將變得更冷，且利用粗液態(tài)氧流25的此類(lèi)流的冷凝將變得無(wú)法實(shí)行。無(wú)論如何，氬富集蒸氣流104的氬含量按體積典型地將在百分之7至百分之12之間。
[0041]將注意的是，本發(fā)明涵蓋了氬富集蒸氣流104僅部分地冷凝的可能實(shí)施例。如可認(rèn)識(shí)到的那樣，流104的部分冷凝將需要處理更大的蒸氣體積流且因此需要更大的交換器。還將提到的是，盡管粗液態(tài)氧流25最優(yōu)選地為過(guò)冷的，存在其中不使用此類(lèi)過(guò)冷的本發(fā)明的可能實(shí)施例。此類(lèi)改型將趨于減少流108的氣化部分，且因此減少可生成的富氮回流的量。
[0042]分相器110連接到中間熱交換器102上來(lái)使液相和氣相從兩相流108脫離，且由此形成氣相流112和液相流114。輔助熱交換器116連接到分相器110上，且構(gòu)造成通過(guò)與氣相流112的間接熱交換來(lái)在膨脹閥117內(nèi)膨脹之后使液相流114部分地氣化。在通過(guò)閥117膨脹之后，液相流114具有與較低壓力塔的壓力類(lèi)似的壓力，或在15psia至20psia之間的壓力。由于熱交換，氣相流112冷凝來(lái)形成附加的富氮回流118，其通過(guò)膨脹閥120來(lái)降低壓力，且作為附加回流被引入較低壓力塔16中，以還使此塔內(nèi)的液體蒸氣比增大，且協(xié)助增加氧回收。有可能僅將附加的富氧回流的一部分引入較低壓力塔中。在此情況下，另一部分可被泵送且引入較高壓力塔14中。
[0043]液相流114的部分氣化形成了氧富集流122，其典型地可包含40摩爾百分?jǐn)?shù)至50摩爾百分?jǐn)?shù)的蒸氣以及在大約45摩爾百分?jǐn)?shù)至50摩爾百分?jǐn)?shù)左右的氧濃度。氧富集流122在氬富集蒸氣104被取出來(lái)用于冷凝的位置處的上方被引入較低壓力塔16中；優(yōu)選地高出2到6級(jí)。
[0044]盡管有利的是使用粗液態(tài)氧流26的全部流穿過(guò)中間熱交換器102，但并非必須如此。具體而言，可僅將粗液態(tài)氧流26的一部分用于此目的；且粗液態(tài)氧流26的一部分可在氧富集流122進(jìn)入此塔之上的高處直接地輸送到較低壓力塔16中。備選地，液相流114可被劃分，以便液體的一部分可隨后被引導(dǎo)至較低壓力塔16的高處位置，在其余部分在已經(jīng)穿過(guò)輔助熱交換器116之后引入的位置的上方。
[0045]盡管附加的富氧回流118圖示為被引導(dǎo)至較低壓力塔16，但可為有利的是使該流與液態(tài)空氣流82的一部分一起在過(guò)冷單元52內(nèi)進(jìn)一步過(guò)冷。備選地，這些液體流可在進(jìn)入塔之前組合。備選地，附加的富氮回流可輸送到與液態(tài)空氣流82的塔位置不同的塔位置。附加的富氮回流可通過(guò)在進(jìn)入較高壓力塔14或較低壓力塔16中之前通過(guò)靜壓頭和/或機(jī)械泵的組合來(lái)加壓。
[0046]參看圖2，提供了輔助塔124，其含有質(zhì)量傳輸接觸元件126和128。輔助塔124連接到分相器110上，使得氣相流112被引入輔助塔124的底部區(qū)中。液態(tài)空氣流82的第一部分被劃分成第一附屬液態(tài)空氣流130和第二附屬液態(tài)空氣流132。第一附屬液態(tài)空氣流130在膨脹閥134中閥膨脹且被引入較低壓力塔16中，且第二附屬液態(tài)空氣流132在膨脹閥136中閥膨脹且隨后被引入輔助塔124的中間位置。含氧的底產(chǎn)物液體138和附加的富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物在輔助塔124內(nèi)形成。輔助塔熱交換器140連接到輔助塔124上，分相器110和輔助塔124的底部區(qū)連接，使得液相流114與由含氧的底部產(chǎn)物液體138形成的含氧的底部產(chǎn)物液體流142組合。備選地，流108可直接地通入塔124的基部。所得的組合的液體流144在膨脹閥146中閥膨脹，且隨后在輔助塔熱交換器140內(nèi)經(jīng)過(guò)與附加的富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物流148間接熱交換。這使附加的富氮蒸氣流148冷凝且使組合的液體流144部分地氣化，以形成氧富集流122’、附加的富氮回流118’和輔助塔回流150。
[0047]氧富集流122’被引入較低壓力塔16中。附加的富氮回流118’具有與不純的富氮液體流50的氧含量大致相同的氧含量，且可與其組合，且在閥119中膨脹之后作為回流被引入較低壓力塔16中。如可領(lǐng)會(huì)，附加的富氮回流118’可單獨(dú)地引入較低壓力塔16中。輔助塔回流150可作為用于此塔的回流來(lái)再引入輔助塔124中。
[0048]盡管未圖示，但輔助塔124可設(shè)計(jì)為帶有級(jí)，其足以運(yùn)送含有小于百萬(wàn)分之10氧體積的高純度氮流。在此情形中，源自頂部產(chǎn)物的一部分氮可作為產(chǎn)品氣體或液體來(lái)獲取。例如，繼續(xù)通過(guò)泵94的加壓產(chǎn)品部分可源自輔助塔124。備選地，氣態(tài)產(chǎn)品流可從輔助塔124獲取，且繼續(xù)在過(guò)冷單元52和主熱交換器12中加溫。備選地，來(lái)自輔助塔124的高純度氮液體可在過(guò)冷單元52中過(guò)冷，且被引導(dǎo)至組合到較低壓力塔16中的頂部帽形區(qū)段。
[0049]存在粗液態(tài)氧塔底產(chǎn)物液體24的大量過(guò)剩,其可潛在地蒸發(fā),帶來(lái)對(duì)發(fā)生在較低壓力塔16內(nèi)的蒸餾的過(guò)度影響。因此，其它流可在中間熱交換器102或相關(guān)聯(lián)的熱交換器中有效地冷卻，也即，圖1中所示的輔助熱交換器116或圖2中所示的輔助塔熱交換器140。作為示例，去往較低壓力塔16或去往輔助塔124的液體空氣可在這些交換器中的任一個(gè)中有利地冷卻。凈效果將為進(jìn)入較低壓力塔16和輔助塔124時(shí)瞬間損失(flash loss)的減小，同時(shí)伴隨著產(chǎn)品回收上的改善。
[0050]盡管本發(fā)明已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例來(lái)描述，但正如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將想到的那樣，可在不脫離所附權(quán)利要求中闡明的本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出眾多改變、增加和省略。
【權(quán)利要求】
1.一種分離空氣來(lái)產(chǎn)生氧產(chǎn)品的方法，所述方法包括: 在具有以熱傳遞關(guān)系與彼此運(yùn)行地關(guān)聯(lián)的較高壓力塔和較低壓力塔的低溫精餾過(guò)程中分離所述空氣，來(lái)產(chǎn)生用于所述較高壓力塔和所述較低壓力塔的富氮回流，且從所述較低壓力塔的富氧液體塔底產(chǎn)物來(lái)產(chǎn)生所述氧產(chǎn)品； 進(jìn)行所述低溫精餾過(guò)程，使得由在所述較高壓力塔中產(chǎn)生的粗液態(tài)氧塔底產(chǎn)物形成的粗液態(tài)氧流部分地氣化，防止使在所述較低壓力塔中產(chǎn)生的氬富集蒸氣至少部分地冷凝，具有比所述粗液態(tài)氧流的氧含量更大的氧含量的附加的富氮回流和氧富集流兩者都由兩相流形成，所述兩相流至少部分地在所述粗液態(tài)氧流部分氣化之后從所述粗液態(tài)氧流產(chǎn)生，且所述氧富集流和所述附加的富氮回流的至少一部分輸送入所述較低壓力塔中； 所述氬富集蒸氣在所述氬富集蒸氣具有0.1摩爾百分?jǐn)?shù)至5.0摩爾百分?jǐn)?shù)之間的氮濃度的所述較低壓力塔的位置處至少部分地冷凝，且所得冷凝物與所述較低壓力塔的下降液體組合，由此使所述較低壓力塔的最低區(qū)段中的液體蒸氣比增大；并且 另一個(gè)氧富集流和所述附加的富氮液體流的至少一部分在所述較低壓力塔的連續(xù)較高位置處且在所述氬富集蒸氣至少部分地冷凝處的所述較低壓力塔的位置上方輸送。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氧產(chǎn)品通過(guò)以下步驟來(lái)由所述較低壓力塔的富氧液體塔底產(chǎn)物產(chǎn)生: 泵送從所述較低壓力塔取出且由所述富氧液體塔底產(chǎn)物構(gòu)成的富氧塔底產(chǎn)物流的至少一部分來(lái)產(chǎn)生加壓的液態(tài)氧流； 經(jīng)過(guò)與高壓過(guò)程流的間接交換來(lái)對(duì)所述加壓液態(tài)氧流的至少一部分加溫，使得所述高壓過(guò)程流的至少一部分被液化且所述氧產(chǎn)品在已經(jīng)加溫之后從所述加壓液態(tài)氧流形成；并且將所述高壓流的所述至少一部分在液化之后引入所述較高壓力塔和所述較低壓力塔中的至少一個(gè)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中:所述粗液態(tài)氧流閥膨脹且部分地氣化，且隨后經(jīng)過(guò)與所述氬富集蒸氣間接熱交換；所述附加的富氮回流和所述氧富集流通過(guò)使液相和氣相從所述兩相流脫離以形成氣相流和液相流而形成，使所述液相流閥膨脹，且經(jīng)過(guò)與所述氣相流間接熱交換來(lái)使所述液相流部分地氣化，由此使所述氣相流冷凝來(lái)在所述液相流已經(jīng)部分被氣化之后從所述液相流形成所述附加的富氮回流和所述氧富集流； 所述富氮回流的所述至少一部分閥膨脹且至少部分地引入所述較低壓力塔中；并且 所述氧富集流被引入所述較低壓力塔中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中: 所述粗液態(tài)氧流閥膨脹，部分地氣化，且隨后經(jīng)過(guò)與所述氬蒸氣流間接熱交換； 所述高壓過(guò)程流為在液化之后形成液態(tài)空氣流的高壓空氣流； 所述液態(tài)空氣流的至少一部分被分成第一附屬液態(tài)空氣流和第二附屬液態(tài)空氣流； 所述第一附屬液態(tài)空氣流閥膨脹且被引入所述較低壓力塔中； 所述附加的富氮回流和所述氧富集流通過(guò)以下步驟形成: 使液相和氣相與所述兩相流脫離來(lái)形成氣相流和液相流； 將所述氣相流引入輔助塔的底部區(qū)中且將所述第二附屬液態(tài)空氣流引入所述輔助塔的中間位置中，以在所述輔助塔內(nèi)形成含氧的塔底產(chǎn)物液體和附加的富氧蒸氣塔頂產(chǎn)物； 通過(guò)使所述液相流與由所述含氧的底產(chǎn)物液體形成的含氧的塔底產(chǎn)物液體流組合來(lái)形成組合的氧富集流； 通過(guò)在其所述閥膨脹之后與所述組合的液體流的間接熱交換來(lái)冷凝由所述附加的富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物形成的附加的富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物流，由此使所述組合的液體流部分地氣化且形成所述氧富集流和所述附加的富氮回流，且還在已經(jīng)冷凝之后從所述富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物流形成輔助塔頂回流；并且 利用所述輔助塔回流來(lái)使所述輔助塔回流；并且 所述附屬富氮回流的所述至少一部分閥膨脹且引入所述較低壓力塔中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述高壓過(guò)程流為高壓空氣流，所述高壓空氣流在液化之后形成液態(tài)空氣流。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的方法，其中，至所述較高壓力塔和所述較低壓力塔的所述液態(tài)氮回流通過(guò)以下步驟產(chǎn)生: 經(jīng)過(guò)與所述較低壓力塔的所述富氧液體塔底產(chǎn)物間接熱交換來(lái)冷凝由所述較高壓力塔中產(chǎn)生的較高壓力富氮蒸氣構(gòu)成的高壓富氮蒸氣流，由此產(chǎn)生冷凝的富氮流； 利用所述冷凝的富氮流的至少一部分來(lái)使所述較高壓力塔回流；并且 從所述較高壓力塔除去不純的富氮液體流，使所述不純的富氮液體流過(guò)冷并閥膨脹，且利用所述不純的富氮液體流使所述較低壓力塔回流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中: 將由所述較低壓力塔中產(chǎn)生的較低壓力富氮蒸氣構(gòu)成的較低壓力富氮蒸氣流從所述較低壓力塔除去； 所述較低壓力富氮蒸氣流經(jīng)過(guò)與所述粗液態(tài)氧流和所述不純的富氮液體流間接熱交換，來(lái)使所述粗液態(tài)氧流和所述不純的富氮液體流過(guò)冷； 所述較低壓力富氮蒸氣流經(jīng)過(guò)與由待分離的所述空氣構(gòu)成的壓縮且凈化的空氣流間接熱交換；并且 在已經(jīng)冷卻之后，所述壓縮且凈化的空氣流被引入所述較高壓力塔的底部區(qū)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中: 在所述高壓空氣流已經(jīng)部分地冷卻之后，所述高壓空氣流被分成第一附屬高壓空氣流和第二附屬高壓空氣流； 所述第一附屬高壓空氣流完全冷卻且形成所述液態(tài)空氣流； 在已經(jīng)部分地冷卻之后，所述第二附屬高壓空氣流在渦輪膨脹器中膨脹，且被引入所述較高壓力塔的所述底部區(qū)中，以將制冷施加入所述低溫精餾過(guò)程中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中: 所述較高壓力塔利用所述冷凝的富氮流的第一部分來(lái)回流； 所述冷凝的富氮流的第二部分與所述不純的富氮液體流和所述粗液態(tài)氧流一起經(jīng)過(guò)與所述較低壓力富氮蒸氣流間接熱交換，以形成液態(tài)氮產(chǎn)品流； 所述冷凝的富氮流的第三部分被加壓且經(jīng)過(guò)與所述富氧塔底產(chǎn)物流一起與所述高壓空氣流間接熱交換來(lái)加溫，以形成加壓的氮產(chǎn)品流。
10.一種用于分離空氣來(lái)產(chǎn)生氧產(chǎn)品的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 空氣分離裝備，其構(gòu)造成通過(guò)低溫精餾來(lái)分離所述空氣，且具有以熱傳遞關(guān)系與彼此運(yùn)行地相關(guān)聯(lián)的較高壓力塔和較低壓力塔，以產(chǎn)生用于所述較高壓力塔和所述較低壓力塔的富氮回流，以及用于從所述較低壓力塔的富氧液體塔底產(chǎn)物產(chǎn)生所述氧產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)；所述較低壓力塔和所述較高壓力塔的運(yùn)行關(guān)聯(lián)包括:用于使由所述較高壓力塔的粗液態(tài)氧塔底產(chǎn)物構(gòu)成的粗液態(tài)氧流部分地氣化，防止在所述較低壓力塔中產(chǎn)生的氬富集蒸氣至少部分地冷凝的機(jī)構(gòu)，用于產(chǎn)生具有比來(lái)自在其所述部分氣化之后至少部分地從所述粗液態(tài)氧流產(chǎn)生的兩相流的所述粗液態(tài)氧塔底產(chǎn)物的氧含量更大的氧含量的附加的富氮回流和氧富集流的機(jī)構(gòu)； 所述氬富集蒸氣在所述氬富集蒸氣具有0.1摩爾百分?jǐn)?shù)至5.0摩爾百分?jǐn)?shù)之間的氮濃度的所述較低壓力塔的位置處至少部分地冷凝，且所得的冷凝物將與所述較低壓力塔的下降液體組合，且使所述較低壓力塔的最低區(qū)段中的所述液體蒸氣比增大；以及 所述附加的富氮回流和所述氧富集流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)連接到所述較低壓力塔上，使得所述氧富集流和所述附加的富氮液體流的至少一部分在所述較低壓力塔的連續(xù)較高位置處且在所述氬富集蒸氣至少部分地冷凝處的所述較低壓力塔的位置上方輸送。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述氧產(chǎn)品產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包括: 泵，其連接到所述較低壓力塔上，使得從所述較低壓力塔取出且由所述富氧液體塔底產(chǎn)物構(gòu)成的富氧塔底產(chǎn)物流的至少一部分由所述泵加壓來(lái)產(chǎn)生加壓液態(tài)氧流； 主熱交換器，其與所述泵成流動(dòng)連通，且構(gòu)造成通過(guò)與高壓過(guò)程流間接交換來(lái)加溫所述加壓液態(tài)氧流的至少一部分，使得所述高壓過(guò)程流的至少一部分被液化，且所述氧產(chǎn)品由已經(jīng)加溫的所述加壓液態(tài)氧流形成；以及 至少所述較低壓力塔與所述主熱交換器成流動(dòng)連通，使得所述高壓過(guò)程流的至少一部分在已經(jīng)液化之后被引入所述較高壓力塔或所述較低壓力塔中的至少一個(gè)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中: 用于部分地氣化所述粗液態(tài)氧流的所述機(jī)構(gòu)包括與所述較低壓力塔成流動(dòng)連通且構(gòu)造成傳遞所述液態(tài)氧流來(lái)與所述氬富集蒸氣間接熱交換的中間熱交換器； 所述附加的富氮回流和所述氧富集流產(chǎn)生器件包括: 分相器，其連接到所述中間熱交換器上來(lái)使液相和氣相從所述兩相流脫離，且由此形成氣相流和液相流；以及 輔助熱交換器，其連接到所述分相器上，且構(gòu)造成使與所述氣相流間接熱交換的所述液相流部分地氣化，由此冷凝所述氣相流，且在其冷凝之后從所述氣相流形成所述附加的富氮回流，且在所述液相流部分氣化之后從所述液相流形成所述氧富集流； 所述輔助熱交換器連接到所述較低壓力塔上，使得所述氧富集流和所述附加的富氮回流的所述至少一部分被引入所述較低壓力塔中；以及 膨脹閥的裝置定位成用于膨脹:部分地氣化之前的所述粗液態(tài)氧流；在與所述氣相流間接熱交換之前的所述液相流；以及在引入所述較低壓力塔中之前的所述富氮回流的至少一部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中: 用于使所述液態(tài)氧流部分地氣化的所述機(jī)構(gòu)包括與所述較低壓力塔成流動(dòng)連通且構(gòu)造成傳遞所述液態(tài)氧流來(lái)與所述氬富集蒸氣間接熱交換的中間熱交換器； 所述高壓過(guò)程流為在液化之后形成液態(tài)空氣流的高壓空氣流； 所述較低壓力塔與所述主熱交換器成流動(dòng)連通，使得所述液態(tài)空氣流的至少一部分被分成被引入所述較低壓力塔中的第一附屬液態(tài)空氣流和第二附屬液態(tài)空氣流； 所述附加的富氮回流和所述氧富集流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包括: 分相器，其連接到所述中間熱交換器上，使得來(lái)自所述兩相流的液相和氣相脫離來(lái)形成氣相流和液相流； 輔助塔，其連接到所述分相器和所述主熱交換器上，使得所述氣相流被引入所述輔助塔的底部區(qū)中，且第二附屬液態(tài)空氣流被引入所述輔助塔的中間位置，以在所述輔助塔內(nèi)形成含氧底產(chǎn)物液體和附加的富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物；以及 輔助塔熱交換器，其連接到所述輔助塔和所述分相器上，使得:所述液相流與由所述含氧底產(chǎn)物液體形成的含氧底產(chǎn)物液體流組合；所述組合的液體流經(jīng)過(guò)與由所述附加的富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物形成的附加的富氮蒸氣塔頂產(chǎn)物流間接熱交換，由此冷凝所述附加的富氮蒸氣流且使所述組合的液體流部分地氣化來(lái)形成富氧回流和所述附加的富氮回流，以及輔助塔回流；并且所述輔助塔回流使所述輔助塔回流；并且 所述膨脹閥的布置定位成用于膨脹:部分地氣化之前的所述粗液態(tài)氧流；在被引入所述較低壓力塔中之前的所述第一附屬液態(tài)空氣流；在進(jìn)入所述輔助塔熱交換器之前的所述組合的液體流；以及在被引入所述較低壓力塔中之前的所述附屬富氮液體流的所述至少一部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述高壓過(guò)程流為高壓空氣流，其在液化之后形成液態(tài)空氣流。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中: 冷凝器重沸器連接到所述較高壓力塔和所述較低壓力塔上，使得由所述較高壓力塔中產(chǎn)生的高壓富氮蒸氣構(gòu)成的高壓富氮蒸氣流通過(guò)與所述較低壓力塔的所述富氧液體塔底產(chǎn)物間接熱交換來(lái)冷凝，由此產(chǎn)生冷凝的富氮流； 所述較高壓力塔連接到所述冷凝器重沸器上，使得所述較高壓力塔利用所述冷凝的富氮流的至少一部分回流；并且 所述較低壓力塔連接到所述較高壓力塔上，使得不純的富氮液體流從所述較高壓力塔除去且被引入所述較低壓力塔中； 過(guò)冷單元被定位在所述較高壓力塔與所述較低壓力塔之間，使得所述不純的富氮液體流在被引入所述較低壓力塔中之前過(guò)冷；并且 所述膨脹閥的裝置還包括定位在所述過(guò)冷單元與所述較低壓力塔之間的膨脹閥，使得所述不純的富氮液體流在被引入所述較低壓力塔中之前過(guò)冷。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中: 所述過(guò)冷單元連接到所述較低壓力塔和所述較高壓力塔上，且構(gòu)造成使得由所述較低壓力塔中產(chǎn)生的較低壓力富氮蒸氣構(gòu)成的較低壓力富氮蒸氣流經(jīng)過(guò)與所述粗液態(tài)氧流及所述不純的富氮液體流間接熱交換，以使所述粗液態(tài)氧流和所述不純的富氮液體流過(guò)冷；所述主熱交換器連接到所述過(guò)冷單元上，使得在已經(jīng)穿過(guò)所述過(guò)冷單元之后，所述較低壓力富氮蒸氣流經(jīng)過(guò)與由待分離的所述空氣構(gòu)成的壓縮且凈化的空氣流間接熱交換；并且 所述主熱交換器連接到所述較高壓力塔上，使得在已經(jīng)在所述主熱交換器中冷卻之后，壓縮且凈化的空氣流被引入所述較高壓力塔的底部區(qū)中。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中: 所述主熱交換器構(gòu)造成使得在所述高壓空氣流已經(jīng)部分地冷卻之后，所述高壓空氣流被分成完全冷卻且形成所述液態(tài)空氣流的第一附屬高壓空氣流和在從所述主熱交換器排出之前部分地冷卻的第二附屬高壓空氣流；并且 渦輪膨脹器定位在所述主熱交換器與所述較高壓力塔之間，使得所述第二附屬高壓空氣流在渦輪膨脹器中膨脹，且被引入所述較高壓力塔的所述底部區(qū)中來(lái)將制冷施加入所述空氣分離裝備中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中: 所述較高壓力塔連接到所述冷凝器重沸器上，使得所述較高壓力塔利用所述冷凝的富氮流的第一部分來(lái)回流； 所述過(guò)冷單元連接到所述冷凝器重沸器上，使得所述冷凝的富氮流的第二部分與所述不純的富氮液體流和所述粗液態(tài)氧流一起經(jīng)過(guò)與所述較低壓力富氮蒸氣流間接熱交換，以形成液態(tài)氮產(chǎn)品流； 另一個(gè)泵定位在所述主熱交換器與所述冷凝器重沸器之間，使得所述冷凝的富氮流的第三部分被泵送且隨后在所述主熱交換器中通過(guò)與所述富氧塔底產(chǎn)物流一起與所述高壓空氣流間接熱交換來(lái)形成加壓的氮產(chǎn)品流。
【文檔編號(hào)】F25J3/04GK104364597SQ201280045357
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月18日
【發(fā)明者】H.E.霍華德 申請(qǐng)人:普萊克斯技術(shù)有限公司