[发明专利]空气分离装置的氮液化器改造

说明书

技术领域

本发明涉及用氮液化器改造现有空气分离装置的方法，其中，在与低压塔以热交换关系可运转性地关联的高压塔中产生的富氮蒸气被液化并重新导入所述高压塔中以增加高压塔中的回流以及低压塔底部富氧液体的生产，从而能够容许或者提升空气分离装置的液态氧产品以及可能的其他液态产品的液体生产。

背景技术

空气可以在空气分离装置中分离为氧和氮产品，其中空气低温精馏为富氧产品和富氮产品，以及也可能有氩产品。

在这样的装置中，空气被压缩，纯化除去较高沸点的杂质诸如二氧化碳、一氧化碳和水蒸汽，然后在主热交换器中冷却至适宜空气精馏的温度。已冷却的空气导入高压塔，其中产生氮越来越富集的上升气相。所得富氮塔顶产物冷凝产生氧越来越富集的下降液相。液相和气相通过传质接触元件进行接触，所述传质接触元件可以是塔板或者是结构化填料，或者可能是随机填料。在任何情况下，所述接触在高压塔中产生富氧的粗制富集液体塔底产物。

然后将粗制富集液体塔底产物流导入低压塔中以进一步的精馏为在低压塔中收集到的富氧塔底产物和在低压塔中形成的富氮塔顶产物。高压塔和低压塔通过通常位于低压塔基底的冷凝器重沸器或主冷凝器以热交换关系可运转性地关联。所述富氧液体部分地与由富氮蒸气塔顶产物产生的富氮蒸气一起蒸发。富氮蒸气流在冷凝器中相对于富氧液体的蒸汽而冷凝产生富氮液体，该富氮液体用于在高压塔和低压塔中进行回流。该富氮液体流的一部分可作为产品。可从高压塔和低压塔中取出氧和氮产品并经过主热交换器而助于冷却引入的空气。

也可通过从低压塔中取出富氩流并在氩塔中精馏该气流从而生产氩产品。富氩产品可收集为塔顶产物并且可以取出为相同的气流。通过将一些富氩产品与由高压塔中取出的粗制液态氧流一起冷凝而进行氩气塔回流。根据在一根或多根氩塔中存在的分离塔板数，氩的纯度可以是使得大部分氧从氩中分离。然而，也可进一步精馏移除在该氩产品中的氧和残留氮从而制造氩产品。

在本领域中广为所知，制冷可引入到低温精馏装置中以克服热端热交换器损失以及透过用于容纳诸如上述塔子的冷箱的绝热层的热泄露。可通过部分地冷却将要在所述主热交换器中进行精馏的一部分空气并在涡轮膨胀器中使其膨胀从而引入制冷。从装置中取出膨胀做功，而所得经冷却的空气导入高压塔的底部。此外，可通过与低压塔相连的膨胀器引入制冷。引入到空气分离装置中的冷却程度将决定能生产的液体产品量，所述液体产品通常在由低压塔产生的富氧液体塔底产物中产生，但也可能由富氮液体流中产生。

还已知的是可以通过氮循环液化器向空气分离装置提供制冷。这样的液化器的例子可以在美国专利5,231,845中找到。在该专利中，描述的液化器中加入双涡轮增压压缩机，所述压缩机经特别地排列从而提供有利的机械设计参数和有效的冷却曲线特征。来自高压塔的中压氮，也来自高压塔并且在其于空气分离装置的热交换系统中完全加热的中压氮，以及从低压塔中获取的低压氮产品均加料到氮液化器中。所得液氮也可返回到高压塔顶部以提供制冷从而由空气分离装置生产过冷液体产品。在美国专利4,883,518中，从高压塔中取出氮气并分为两股气流，一股气流流经氮液化器的热交换器而另一股气流流经主热交换器。将两股氮气流导入再循环压缩机，然后通过双涡轮增压压缩机配制从而产生液态氮流，将其再导入高压塔从而生产液氮和液氧产品。

由以上两个现有专利的讨论可显而易见的看到，由于采用这些发明中所公开的液化器所必需的高集成度，因而无一特别适用作现有空气分离装置的改造。正如将讨论的，除其他优点之外，本发明提供了用氮液化器改造现有空气分离装置的方法，从而或者使之能够或者提高取出液态氧产品，或者可选的液态氮产品的能力，并且在该装置配备有氩塔的时候提高氩生产。此外，所述液化器以不牵涉到现有技术中高集成度的方式进行集成。

发明内容

本发明提供了改造现有空气分离装置的方法从而生产至少一种液体产品或者提高至少一种液体产品的生产。

根据所述方法，空气在现有空气分离装置中进行分离。现有空气分离装置至少具有以热交换关系相互可运行地相关联的高压塔和低压塔。通过将氮液化器连接至高压塔从而对现有空气分离装置进行改造。所述氮液化器没有与所述现有空气分离装置共有(或相同)的部件。

氮液化器与高压塔相连使得所述氮液化器仅接收来自高压塔顶端部分的富氮蒸气流。所述富氮蒸气流在氮液化器中液化以生产富氮液流，并且至少一部分所述富氮液流导入到高压塔中。这增加了高压塔的回流，增加了高压塔中形成的粗制液态氧塔底产物的生产，并因此增加了在低压塔底部区域形成的富氧液体的生产。