專利名稱：精餾分離空氣的工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主題是精餾分離空氣的工藝，其中將空氣壓縮、預(yù)凈化、冷卻，然后在兩級(jí)精餾段的增壓級(jí)中，預(yù)分離成富氮餾份和富氧液體，并將這兩種餾份至少部分地輸入精餾段的中壓級(jí)，然后分離成氧和氮，而且其中將含氬的氧流從中壓級(jí)抽出并送往粗氬精餾段;本發(fā)明的主題還是實(shí)施該工藝的裝置。
這樣一種工藝，其中分離空氣后緊接著制取粗氬，已由聯(lián)邦德國(guó)專利局公開(kāi)說(shuō)明書(shū)DE-OS3436897所公知。
如同在迄今運(yùn)用的工藝中所習(xí)以為常的那樣，在先前已公開(kāi)的工藝中，粗氬的精餾是在含氬的氧餾份由中壓級(jí)取出的壓力條件下進(jìn)行的。液態(tài)氧從粗氬精餾段輸至中壓級(jí)大體相同的部位。
如果中壓級(jí)基本上在大氣壓力下工作，從而粗氬精餾也基本上在大氣壓力下進(jìn)行，則這樣一種工藝是有利的。在許多情況下，在中壓級(jí)產(chǎn)生的氧和/或氮卻需處于高壓下，例如在煤炭氣化裝置中或者為在采油采氣時(shí)進(jìn)行吹氮。因此，為獲得壓縮的氮和氧，經(jīng)濟(jì)上有利的做法是，使中壓級(jí)在約2.0～8.0bar的高壓下運(yùn)行，接著作為無(wú)壓力情況下獲得的產(chǎn)物予以壓縮。
但由于在已知方法中，粗氬精餾段必須在高壓下運(yùn)行，故而也產(chǎn)生一些不足之處，因?yàn)樵诖饲疤嵯拢荒苓_(dá)到相當(dāng)小的氬產(chǎn)率。
本發(fā)明所基于的任務(wù)是將本說(shuō)明書(shū)起首所述的那種工藝及裝置加以改進(jìn)，使之不僅能經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)壓縮氮和壓縮氧，而且也能以低成本制取氬。
此項(xiàng)任務(wù)是通過(guò)使粗氬精餾段在低于中壓級(jí)壓力的條件下運(yùn)行，來(lái)解決的。
因此，粗氬精餾時(shí)的壓力比不再受中壓級(jí)壓力比約束，從而可保持對(duì)氬產(chǎn)率來(lái)說(shuō)最佳的值為1.1～2.0bar，優(yōu)選1.3～1.5bar。盡管如此，中壓級(jí)還能在高壓下放出氧和氮。
本發(fā)明的工藝，在含氬的氧流被輸入粗氬精餾段之前，先予以作功減壓時(shí)，被證明有其優(yōu)越之處。減壓時(shí)所回收的能量，可用來(lái)壓縮其它工藝料流。除此以外，作功減壓時(shí)產(chǎn)生特別多的、分離空氣所需的冷量。以此方法，至少可以部分地取消外加制冷的輸入。
因而，有利的做法是在作功減壓之前，將含氬的氧流加熱。這可通過(guò)與其它的工藝料流換熱來(lái)進(jìn)行，以與待分離的空氣換熱來(lái)進(jìn)行為佳。
通常以液態(tài)產(chǎn)生的粗氬精餾殘余餾份，主要由氧組成。由于將此餾份廢棄是不經(jīng)濟(jì)的，所以本發(fā)明的另一特征建議，將該液態(tài)餾份從粗氬精餾段回輸至中壓級(jí)，并在輸入中壓級(jí)之前，用泵增至中壓級(jí)的壓力。
事實(shí)證明，當(dāng)使粗氬精餾塔頂?shù)臍庀囵s份通過(guò)與來(lái)自增壓級(jí)的、蒸發(fā)著的富氧液體進(jìn)行間接換熱而冷凝時(shí)，這是有利的。以此方法，可利用工藝中現(xiàn)有的冷量來(lái)形成供粗氬精餾用的回流，并可取消在此工作區(qū)使用外加冷量。
由此產(chǎn)生的被蒸發(fā)富氧餾份，以回輸?shù)街袎杭?jí)為佳。
被蒸發(fā)的富氧餾份，須在輸入中壓級(jí)之前予以壓縮。為此目的，按本發(fā)明工藝的另一種方案，將含氬的氧流作功減壓時(shí)所得到的功，至少部分地用來(lái)壓縮被蒸發(fā)的富氧餾份。
此外，將被蒸發(fā)的富氧餾份壓縮后進(jìn)行冷卻，這也是有利的。
本發(fā)明還涉及一種實(shí)施本發(fā)明所述的精餾分離空氣的工藝的裝置。
附圖
中用示意圖示出了本發(fā)明工藝的一種實(shí)施方式，下面根據(jù)該圖來(lái)進(jìn)一步闡述本發(fā)明及本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)。
經(jīng)壓縮并預(yù)凈化的空氣，經(jīng)由管道1引入，在換熱器36中經(jīng)與產(chǎn)物流間接換熱而冷卻，并輸入兩級(jí)精餾塔2的增壓級(jí)3。增壓級(jí)3(工作壓力6～20bar，以8～17bar為佳)同中壓級(jí)4(工作壓力1.5～10bar，以2.0～8.0bar為佳)經(jīng)共用的冷凝器/蒸發(fā)器13發(fā)生換熱聯(lián)系。輸入的空氣在增壓級(jí)3中預(yù)分離成氮和富氧餾份。該富氧餾份經(jīng)由管道6冷卻成液態(tài)，在換熱器32中過(guò)冷，并有一部分經(jīng)由管道10減壓輸入中壓級(jí)4。由增壓級(jí)3頂部出來(lái)的氮經(jīng)由管道5同樣以液態(tài)抽出，在換熱器32中過(guò)冷，并有一部分經(jīng)由管道8作為液態(tài)產(chǎn)物排出。由增壓級(jí)3出來(lái)的另一部分氮，經(jīng)由管道9作為回流送到中壓級(jí)4。
液態(tài)氧(管道14)、氣態(tài)純氮(管道15)及不純氮(管道16)作為中壓級(jí)4的產(chǎn)物予以抽出，并在換熱器36中加熱，氮流還外加在換熱器32中加熱。
除了至此已提及的物流外，還有一種含氬的氧流經(jīng)由管道17從中壓級(jí)4抽出，在換熱器36中加熱，并輸入粗氬精餾段20，該段在1.1～2.0bar的壓力下工作，以在1.3～1.5bar的壓力下工作為佳。在粗氬精餾段20底部產(chǎn)生的殘余餾份經(jīng)由管道22予以抽出，并按本發(fā)明用泵23增壓到向中壓級(jí)4回輸所需的壓力。除此以外，還使富氬氧流17在輸入粗氬精餾段20之前，在減壓渦輪機(jī)18中作功減壓，使之一方面減到粗氬精餾段所存在的低壓，另一方面產(chǎn)生工藝?yán)淞俊?br> 在粗氬精餾段20頂部產(chǎn)生的氣態(tài)粗氬，經(jīng)由管道33導(dǎo)入冷凝器35，部分液化，并有一部分經(jīng)由管道34作為回流輸回粗氬精餾段20，另一部分經(jīng)由管道21作為中間產(chǎn)物抽出，并在換熱器36中予以加熱。
冷凝器35由來(lái)自增壓級(jí)的一部分富氧餾份6冷卻，該餾份經(jīng)由管道11引來(lái)，在換熱器24中過(guò)冷，并經(jīng)由管道25導(dǎo)入冷凝器35。在同粗氬精餾段20的塔頂氣體進(jìn)行間接換熱時(shí)被蒸發(fā)的那部分，經(jīng)由管道26抽出，并在換熱器24及36中予以加熱。
由于將該物流中所含的氧廢棄，在經(jīng)濟(jì)上不合算，所以在實(shí)施例的工藝中，將其回輸?shù)街袎杭?jí)4。為達(dá)到為此所需的壓力，將該富氧物流在兩個(gè)壓縮級(jí)27及29中進(jìn)行壓縮，并各隨后進(jìn)行冷卻(水冷卻器28及30)。接著，將富氧物流經(jīng)由管道32輸經(jīng)換熱器36，在此再予冷卻，并隨后輸至中壓級(jí)4。此時(shí)，有利的是將在含氬的氧餾份17減壓時(shí)所得的功用來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)29。
在輸入增壓級(jí)3之前，可將管道1中的一部分空氣，在換熱器中用來(lái)自中壓級(jí)4底部的氧予以冷凝。為此，可將來(lái)自中壓級(jí)底部的液體用泵增至高壓，并在換熱時(shí)部分蒸發(fā)。然后將部分冷凝的空氣在高于附圖所示的第一輸入部位(管道1)的位置輸入增壓級(jí)3。該工藝部位在附圖中未示出，但在給定的精餾壓力下可以是有利的。
對(duì)于有經(jīng)濟(jì)意義的氬產(chǎn)率來(lái)說(shuō)，必須生產(chǎn)出純度至少為99.5%的產(chǎn)品氧(管道14)，以便在富氬的氧流(管道17)中富集足量的氬。為此，在中壓級(jí)4中壓力為5bar時(shí)，常規(guī)工藝需要的空氣系數(shù)為5.86。而在本發(fā)明工藝中該系數(shù)則減至5.45。從而節(jié)省能量7.0%。
權(quán)利要求
1.精餾分離空氣的工藝，其中空氣1經(jīng)壓縮、預(yù)凈化、冷卻36，以及在兩級(jí)精餾段2的增壓級(jí)3中預(yù)分離成富氮餾份5和富氧液體6，并將這兩種餾份5、6至少部分地輸入精餾段2的中壓級(jí)4，然后分離成氧和氮，而且在其中，將含氬的氧流17從中壓級(jí)4抽出，并輸向粗氬精餾段20，其特征在于，粗氬精餾段20的運(yùn)行壓力低于中壓級(jí)4的工作壓力。
2.權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，含氬的氧流17在被引入粗氬精餾段20之前先作功減壓。
3.權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于，含氬的氧流17在作功減壓18之前先進(jìn)行加熱。
4.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，將來(lái)自粗氬精餾段20的液態(tài)餾份20回輸至中壓級(jí)4，并在輸入中壓級(jí)4之前用泵23增至中壓級(jí)4的壓力。
5.權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，使粗氬精餾段20頂部的氣態(tài)餾份33在間接換熱35過(guò)程中，用來(lái)自增壓級(jí)3的蒸發(fā)著的富氧液體25進(jìn)行冷凝。
6.權(quán)利要求5所述的工藝，其特征在于，將蒸發(fā)過(guò)的富氧餾份26回輸?shù)街袎杭?jí)4。
7.權(quán)利要求6所述的工藝，其特征在于，將蒸發(fā)過(guò)的富氧餾份26在輸入中壓級(jí)4之前進(jìn)行壓縮27、29。
8.權(quán)利要求2及7所述的工藝，其特征在于，至少部分地將含氬的氧流17作功減壓18時(shí)所得的功，用來(lái)壓縮29已蒸發(fā)的富氧餾份26。
9.權(quán)利要求7或8所述的工藝，其特征在于，使已蒸發(fā)的富氧餾份31在壓縮27、29后進(jìn)行冷卻36。
10.實(shí)施權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述工藝用的裝置，該裝置包括一座由增壓級(jí)3和中壓級(jí)4構(gòu)成的雙層精餾塔2，并包括一座粗氬精餾塔20和位于中壓塔4和粗氬精餾塔20之間的第一連接管道17、19及第二連接管道22，其特征在于，在第一連接管道17、19中，裝有減壓裝置18。
11.權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，在第二連接管道22中裝有一臺(tái)泵23。
12.權(quán)利要求10或11所述的裝置，其特征在于，包括一臺(tái)經(jīng)由第一氣體導(dǎo)管33及經(jīng)由第一液體導(dǎo)管34與粗氬精餾塔20連通，并經(jīng)由第二液體導(dǎo)管25與增壓塔3連通的換熱器35，一根使換熱器35與中壓塔4連通的第二氣體導(dǎo)管26、31，以及一臺(tái)位于第二氣體導(dǎo)管26、31上的壓縮機(jī)27、29。
13.權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，將一臺(tái)膨脹式渦輪機(jī)用作減壓裝置18，并使該機(jī)同第二氣體導(dǎo)管上的壓縮機(jī)29偶聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明披露了藉精餾并接著制取粗氬的空氣分離工藝及裝置。粗氬精餾段20的運(yùn)行壓力比兩級(jí)空氣精餾段2的中壓級(jí)4的壓力要低。
文檔編號(hào)F25J3/04GK1045172SQ9010033
公開(kāi)日1990年9月5日 申請(qǐng)日期1990年1月23日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月23日
發(fā)明者迪特里?！ち_特曼 申請(qǐng)人:琳德股份公司