[发明专利]用于低温空气分离的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于低温空气分离的方法。

背景技术

除了获得单塔方法的氮产物之外作为产物还可获得纯氧的这种方法已由EP 807792 B1和2007年2月20日美国申请11/676,773公知，在这些文献中，将氧产物在液态下从纯氧产物流抽出并且从该方法分开。但这种本身非常经济的方法仅允许获得相对低产物量的氧，大约为空气量的1至2％。这种设备通常用来为电子工业提供氮来生产半导体；在那里，除了氮之外通常还需要高于上述产物量的纯氧量。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提供开头所述类型的方法和相应的设备，在该方法和设备中可产生相对大量的纯氧产物。

该任务这样来解决：将纯氧产物流在主热交换器中凭借进料空气蒸发和加热并且接着作为气态产物获得。

根据本发明，提出了一种用于低温空气分离的方法，在该方法中，将进料空气在一个主热交换器中冷却并且引入到一个用于获得氮的单塔中，将氮产物流从单塔的上部区域取出，将第一剩余馏分从单塔的下部区域或中部区域取出，再压缩并且接着又引导到单塔，将含氧流从单塔在中间部位取出并且引导到一个纯氧塔，以及将纯氧产物流在液态下从纯氧塔的下部区域取出，其中，将纯氧产物流在该主热交换器中凭借进料空气蒸发和加热并且接着作为气态产物获得。

该方法方式原则上在双塔方法中作为“内部压缩”公知。如果要在压力下获得气态产物，该内部压缩作为气态的产物压缩(外部压缩)的替换方案来使用。

但本发明的目标方向不同：产物蒸发在此首先用于液化冷量的再获得，该液化冷量包含在以液态抽出的纯氧产物流中。即已经证实，氧产物量中的限制因素通过该设备的产冷量来形成。在本发明中，在公知方法中随着氧产物导出的液化冷量在主热交换器中传递给进料空气或进料空气的分流并且由此保持该过程(除了通常的交换损失之外)。

“主热交换器”优选通过一个唯一的热交换器块构成。在大的设备中有意义的可以是，主热交换器通过多个在温度特性方面并联连接的段来实现，这些段通过彼此分开的结构元件构成。原则上主热交换器或这些段中的每一个通过两个或多个串联连接的块构成。

概念“蒸发”在此包括在超临界压力下的伪蒸发。在其下将纯氧产物流引入到主热交换器中的压力因此与凭借纯氧产物流(伪)凝结的载热体的压力一样也可高于临界压力。

如果需要现场处于纯氧塔的工作压力之上的提高了的压力下的氧，则有利的是，使纯氧产物流在液态下达到一个提高了的压力。由此，在本发明的范围内，热的氧压缩机可取消或至少构造得相对小。

另外，有利的是，借助于一个冷压缩机来进行第一剩余馏分的再压缩。对于“冷压缩机”在此理解为这样一种压缩机，该压缩机在低于200K、优选低于150K、尤其是90与120K之间的入口温度下工作。

在本发明的另一个构型中，将第二剩余馏分从单塔的下部区域取出并且使其在一个膨胀机中作功地膨胀，其中，在作功膨胀时产生的机械能至少部分地用于再压缩第一剩余馏分。机械能到再压缩机的传递直接机械地例如通过膨胀机和再压缩机的公用轴来进行。尤其是当再压缩机构造成冷压缩机时，优选由膨胀机产生的机械能的仅一部分传递给再压缩机；剩余部分流到一个热的制动装置，例如制动鼓风机、发电机或耗散性制动器。

在本发明的另一个构型中，单塔具有一个塔顶冷凝器，来自单塔的上部区域的蒸汽在该塔顶冷凝器中至少部分地凝结，其中，在塔顶冷凝器中第一剩余馏分在其被再压缩之前和/或第二剩余馏分在其作功膨胀之前至少部分地蒸发。

至少在塔顶冷凝器中获得的冷凝物的一部分作为回流供应给单塔。如果这两个剩余馏分具有相同的成分，则这些剩余馏分共同地被引导通过塔顶冷凝器。但优选这些剩余馏分在塔顶冷凝器的分开的通道中被引导，尤其是当这些剩余馏分具有不同的成分时。

有利的是，将第二剩余馏分在单塔的塔底抽出。

第一剩余馏分原则上可与第二剩余馏分一起从单塔抽出，例如在塔底上(参见EP 412793 B2)。但在多数情况下有利的是，第一剩余馏分比第二剩余馏分具有更高的氮含量。于是将第一剩余馏分从单塔的中间部位抽出，该中间部位设置在塔底的上方，尤其是这样一个部位的上方，在该部位上将第二剩余馏分取出。这两个剩余馏分于是分开地在塔顶冷凝器中蒸发并且输送给再压缩装置或作功的膨胀装置。

此外，本发明还涉及一种用于低温空气分离的设备。