[发明专利]一种空气分离的方法

说明书

技术领域

本发明涉及空气分离方法，特别是采用冷凝-蒸发方式分离空气的方法。

背景技术

常规的空气分离方法是将空气液化，利用空气中氧、氮、氩等组分沸点的区别，用低温精馏塔将空气中沸点较高的氧(标准沸点90.17K)和沸点较低的氮(标准沸点77.35K)及氩(标准沸点87.219K)等进行分离，获得所需纯度的氧、氮、氩等产品。

为获取纯氧和提高氧的提取率，一般采用两级精馏。传统的空气分离两级精馏塔由上、下塔组成，如图1所示，图中a为压力塔(也称下塔)，b为低压塔(也称上塔)，s为冷凝蒸发器，其工作原理是：带一定压力的原料空气经前期处理和预冷后从入口1输入压力塔a底部，沿塔内件(塔板或填料)上升，与沿塔内件下流的回流液密切接触，进行热、质交换，使液相内的低沸点组分(氮)气化进入气相，而气相内的高沸点组分(氧)冷凝进入液相，因此气体上升过程中氮组分不断富集，到达塔顶时氮纯度已达到要求(一般在99.99％以上)，而塔底釜液(富氧液空)中氧含量并不是很高(一般含氧35～40％)。将压力塔底部的富氧液空从出口9输出，减压后从入口6输入低压塔b进行二次精馏。二次精馏后，低压塔顶部输出氮产品，低压塔底部集积液氧其纯度已达到要求(一般在99.6％以上)。过程中，压力塔和低压塔的塔顶回流液通过冷凝蒸发器s提供。冷凝蒸发器设置在压力塔与低压塔之间(位于低压塔处)，它有一组换热器，其作用是将压力塔顶部的氮气从出口2引出冷凝为液氮，此液氮从出口7输出，其中一部分从入口8输入压力塔顶部作为压力塔回流液参与精馏，另一部分减压后从入口5输入低压塔顶部作为低压塔回流液参与二次精馏。氮气冷凝是一个放热过程，释放的热量使低压塔底部的液氧气化，所得氧气一部分作为氧产品从出口3输出，另一部分作为低压塔下部的上升蒸气参与精馏。由于在相同压力下氮的沸点低于氧的沸点，故若压力塔和低压塔的操作压力相同，则热量无法从低温的氮侧传递至高温的氧侧，要实现上述压力塔顶部氮冷凝、低压塔底部氧蒸发的过程，必须提高氮侧压力，使氮沸点提高而实现冷凝，并且要维持一定的传热温差。设低压塔底部液氧蒸发平均操作压力为0.136Mpa(绝对压力)，平均传热温差为0.8K，则要求压力塔顶部氮的冷凝压力保持在0.5Mpa(绝对压力)以上，考虑到空气前期处理设备和管道的阻力，最终原料空气机的排气压力至少要达到0.53Mpa(绝对压力)，这是这种空气分离装置的最主要能量消耗。故传统的上、下塔结构的空气分离装置能耗较大。

发明内容

本发明要解决已有技术采用低温精馏方法分离空气能耗大的问题，为此提供本发明的一种空气分离的方法，该方法采用并列靠合设置的压力塔和低压塔，能利用两塔介质间热量自然传递优化精馏过程，达到降低能耗的效果。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案其特殊之处是采用冷凝蒸发塔作空气分离，所述冷凝蒸发塔由并列靠合设置的压力塔和低压塔组成，压力塔和低压塔内各焊置有金属翅片；

压力塔顶面封闭，压力塔设回流液出口，该回流液出口经管段连有气液分离器，压力塔于下部设原料空气进口，压力塔于底部设富氧液空贮液腔；

低压塔底部封闭，低压塔设回流液进口和膨胀空气进口，低压塔中部设富氧液空进口，低压塔下部设氧产品出口，低压塔顶部设氮产品出口；

压力塔底部贮液腔经管段与低压塔的富氧液空进口通连，所述气液分离器的液相出口经回流管与低压塔的所述回流液进口通连，所述回流管上设有阀，气液分离器的气相出口与压力塔通连；

低压塔富氧液空进口所连管段上设液空阀；

所述空气分离的步骤为：

——将绝对压力为0.30～0.35Mpa的脱除水分和二氧化碳的原料空气预冷至95～105K，从压力塔原料空气进口输入压力塔，与此同时，开启所述回流管上所设的阀，调节该阀的开度，使对应的所述气液分离器内液位保持设定位置；

——当压力塔底部富氧液空贮液腔内富氧液空达到设定高度时，开启液空阀，将压力塔底部的富氧液空引出并减压至0.13～0.15Mpa(绝对压力)，通过低压塔的富氧液空进口输入低压塔，液空阀的开度是使压力塔富氧液空贮液腔内富氧液空保持所述设定位置；

——膨胀空气从膨胀空气进口输入低压塔；

——氧产品、氮产品分别从氧产品出口、氮产品出口输出。