[发明专利]分离空气的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于利用高压塔和低压塔将含有氧和氮流例如空气分离的方法和设备，其中，在两个或多个位置处产生低压塔再沸腾。更具体地，本发明涉及这样的方法，其中，供给空气的一部分被充分地冷凝以在低压塔的下部产生再沸腾，空气的另一部分，其在较低压力下供给，在被供给以产生下部再沸腾的所述空气的所述部分产生的再沸腾之上提供低压塔再沸腾，并且至少两种供给空气流至少部分地在高压塔中被蒸馏。

背景技术

近来在与产生电力相关的发展中，在煤的气化和氧燃料燃烧中使用氧。通常通过空气的低温精馏在空气分离设备中产生氧。空气分离设备要求空气被压缩，因此，期望这种能量消耗尽可能小以最大化可用于设备外部的电力量。

低温空气分离设备通常采用高压塔和低压塔。进入空气被压缩且被引入高压塔。供给空气被精馏以产生富氮上部和粗制液氧塔下部。富氧塔下部液体可以在低压塔中进一步精炼以产生富氧液体，其相对于冷凝在高压塔中产生的富氮上部被再沸腾。富氮上部的冷凝产生富氮液体，其用于回流高压塔和低压塔。部分富氮液体可以被当成产品。

在给定的高压塔和低压塔之间的这种热关联的情况下，必须使高压塔的操作压力设置成使得富氧液体能够冷凝高压塔的富氮蒸气。这是说，所消耗的实际功率很大程度上取决于如何有效地将能量/蒸气流引入到低压塔的较低节段，其中，氮从下降的富氧液体剥离。在将在氧煤燃烧和气化循环中会使用的低纯度氧的产生过程中，氮剥离节段的性能是远远不够理想的，导致效率低，并且因此是一个减少空气分离功耗的机会。

在传统的双塔单元中，在相对固定的范围内压缩供给空气。高压塔和低压塔热耦合成使得高压塔上部/氮使低压塔的下部再沸腾。专利号5,551,258的美国专利公开了一种产生低纯度氧的空气分离方法，其中，有效地分离高压塔的上部和低压塔的基部。在一个实施例中，空气被压缩成连续高压以产生高压空气流和低压空气流。高压空气流使低压塔的下部再沸腾，低压塔流使低压塔的氮剥离节段的中间位置再沸腾。因此这两个流被液化或者至少基本冷凝，并且被引入到高压塔用于精馏。来自高压塔的粗制液氧流被再冷却，然后相对于冷凝高压塔所需的回流的部分被部分地气化。得到的气化的粗制液氧是相分离的，并且将液相和气相引入低压塔的连续较高部分而不是氮剥离节段。

如可以理解的，低压塔中存在的中间再沸器表示代价，原因在于，低压塔必须做得比较高以适应再沸器。另外，将粗制液氧直接添加到低压塔的上部分不能增加氮剥离节段的效率。事实上，额外混合不可逆转是通过这种直接引入导致的。

如上所述，本发明提供了一种产生低纯度氧的方法和设备，其与现有技术相比在制造上成本更便宜并且还提高低压塔的剥离节段的效率。

发明内容

本发明涉及一种从包含氧和氮的原料流产生氧产品的方法。根据所述方法，部分地冷凝原料流的第一部分，冷凝至少部分由原料流的第二部分组成的流。在原料流的第一部分已经被压缩、原料流的第二部分已经被压缩到比原料流的第一部分被压缩到的压力更高的压力且原料流的第一部分和原料流的第二部分在主热交换区内冷却之后，第一部分的部分冷凝和第二部分的基本冷凝发生。所述原料流的第一部分被冷凝且被引入蒸馏塔系统的高压塔中。在蒸馏塔系统的高压塔和低压塔中精馏通过冷凝至少部分由原料流的第二部分组成的所述流得到的液体。

通过与由在高压塔中产生的富氮塔上部组成的富氮流间接热交换，部分地气化主要包括高压塔的粗制液氧塔下部的第一粗制液氧流，从而产生含液氮流。所述含液氮流用作到高压塔和低压塔的回流。

在被部分气化之后从第一粗制液氧流分离液相和气相，以形成粗制氧蒸气流和第二粗制液氧流。以与原料流的第一部分间接热交换的形式，通过至少部分由第二粗制液氧流组成的含氧流。这实现原料流的第一部分的冷凝并且至少部分气化含氧流。在已经被部分气化之后，将粗制氧蒸气流和含氧流引入到连续低于低压塔的点。注意到，含氧流的引入可以作为单个流被引入到低压塔，或者，可替代地，蒸气组分和液体组分可以分离且作为两个分立的流引入到低压塔。如权利要求和在此使用的，当结合含氧流引入到低压塔时使用的术语“引入”意味着覆盖了两种可能性。

通过与至少部分由原料流的第二部分组成的流间接热交换，至少部分气化低压塔内产生的富氧液体塔下部，在低压塔的下部产生沸腾。这实现至少部分由原料流的第二部分组成的所述流的冷凝。从至少部分气化富氧液体塔下部流产生的残余液体或蒸气形成氧产品流。