[发明专利]空气分离方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及分离空气的方法和设备，其中，压缩和净化的空气在蒸馏柱单元中蒸馏，供给到蒸馏柱单元的液体受到增强的过冷，由此，通过增加在液体供给位置以下的液体与蒸汽的比来提高蒸馏柱单元的较低压力柱的氧和/或氩的回收率。

背景技术

通过在空气分离装置中进行的蒸馏将空气分离为其各种组分。这种装置采用主空气压缩机来压缩空气，预净化单元从空气除去更高沸点的杂质，诸如二氧化碳、水蒸汽和碳氢化合物，以及主热交换器来将所得到的压缩和净化的空气冷却到适合于在蒸馏柱单元内进行蒸馏的低温温度。该蒸馏柱单元采用较高压力柱、较低压力柱以及当氩是期望产品时可选地采用氩柱。

压缩的空气被引入较高压力柱并精馏为粗液氧柱底成分（也称为釜液）和富氮蒸汽柱顶成分。粗液氧流被引入较低压力柱，以进一步提纯为富氧液体柱底成分和富氮蒸汽柱顶成分。较低压力柱操作在较低压力以使得富氧液体能够冷凝较高压力柱的富氮蒸汽柱顶成分中的至少一部分，以便使两个柱都回流，并从冷凝物中生产氮产物。富氧液体、富氮蒸汽和冷凝的富氮蒸汽的流可被引入到主热交换器中，以帮助冷却空气并加热以生产氧和氮产物。

当氩是期望产物时，氩柱可被连接到较低压力柱以精馏包含从较低压力柱移除的蒸汽的氩和氧的流。此外，当需要高压（可能是超临界的压力）的氧和/或氮产物时，作为较低压力柱中的柱底成分生产的富氧液体的流和/或作为冷凝物生产的富氮液体的流可以被泵送，然后在热交换器中被加热，以生产高压蒸汽或超临界流体。通常，用于该目的的热交换量是通过在主空气压缩机中压缩空气之后在增压压缩机中进一步压缩空气的一部分来提供的。所得到的增压空气流是液化的并且该液体空气流能够被引入较高压力柱或较低压力柱或此两者。

能够认识到，氧存在于较低压力柱的柱顶中的程度主要依赖于较低压力柱的上部中的回流比。随着回流比（L/V）增加，更多的氧和氩将以较低的水平从较低压力柱提取出来（最终回收为产物氧和氩）。通常，在采用泵来对产物加压而得到液化空气的装置中，至少一部分液体空气以比粗液氧被引入的位置高的位置被引入较低压力柱。该液体空气的引入会将引入点以下的液体与蒸汽的比增加到对于柱的顶部将存在或如果液体空气没有供给到上部柱将存在的L/V。这降低了较低压力柱的柱顶成分内的氧的量，从而增加了氧回收率。

如将要讨论的，本发明提供了一种用于分离空气的方法和设备，其中，产生过冷液体，其具有不小于空气的氧和氮含量以及氩含量，并且该过冷液体被引入到粗液氧被引入的区域以上的较低压力柱中，以将氧在较低压力柱的顶部所存在的程度降低到大于在现有技术中通过引入液体空气所常规获得的程度。

发明内容

本发明的一个方面提供了空气分离方法，其中，进行低温蒸馏过程，其包括，在至少具有较高压力柱和较低压力柱的蒸馏柱单元中至少将压缩和净化的空气蒸馏为富氮部分和富氧部分。较低压力柱以热传递关系与较高压力柱操作地相关联，并连接到较高压力柱，使得在较高压力柱中产生的粗液氧柱底成分被引入较低压力柱并在较低压力柱中进一步提纯。

进行低温精馏过程，使得产生包含氧和氮的第一液体流和第二液体流。第一液体流具有高于空气的氧含量，第二液体流具有低于第一液体流的氧含量以及不低于净化后的空气的氩含量。第二液体流通过与第一液体流的间接热交换来过冷，第二液体流在粗液氧柱底成分或其任意部分被引入较低压力柱的位置以上的柱位置被引入较低压力柱。结果，第二液体流被引入的柱位置以下的液体与蒸汽的比被提高了，因此，柱顶成分中的氧减少，提高了蒸馏柱单元的氧回收率。