[发明专利]用于通过低温蒸馏来分离空气的方法和设备

说明书

在通过低温蒸馏在塔系统中分离空气的方法中，该塔系统包括在第一压力下操作的第一塔(1)和在第二压力下操作的第二塔(2)，富含氩的流(47)从第一塔的中间点被发送至第二塔的底部，并且富含氩的流(51)从第二塔的顶部被抽出，来自第一塔的富含氮的流(7，13，17)在压缩机(19)中被压缩，压缩后的流在膨胀步骤之后被发送至第二塔的顶部冷凝器(37)，并且在冷凝器中汽化的流在涡轮机(41)中膨胀，在涡轮机中，流被至少部分地液化。

本发明涉及一种用于通过低温蒸馏来分离空气的方法和设备。

在使用低压单塔蒸馏来分离空气的设备中，试图从中压塔产生没有富集液体的氩气以操作氩塔的冷凝器。

本发明包括使用氮循环的一部分，该氮循环部分对在低压下操作的单塔提供再沸和回流以操作氩塔的冷凝器。

在不使方法的方案过于复杂化的情况下，这此外可以受益于高度的操作灵活性：在氮涌入氩塔的情况下，可以确保冷凝在氩塔的顶部处继续进行，并且因此可以保持氧气生产，而不存在氩塔停止以及随后低压塔停止的风险。

另外，所提出的方案在能量方面比现有技术更好，特别是对于高氩产率而言。

本领域技术人员可以设计一种单塔设备，该单塔设备在低压(或LP)用氮循环操作，并在LP塔的中间点处抽出富集假液体，以供给给氩塔的冷凝器。此液体可以被带到塔的顶部与发送到氩塔的抽出的富氩气体之间。液体将被泵送到达氩塔的冷凝器处，液体将在该冷凝器处被汽化，然后被发送到LP塔的低于液体抽出点的高度。

·已知的是，在氮循环中的LP单塔设备具有在氩循环下操作的氩塔的冷凝器，比如由R.Agrawal在Ind Eng.Chem.Res.1994,33,pp.2717-2730的文章“Heat pumps forthermally linked distillation columns:anexercise for argon production fromair(用于热联接蒸馏塔的热泵：用于由空气生产氩的做法)”中的图3c中所描述的。

·根据GB1258568，还已知使用氮循环来使LP塔再沸腾的实践，液化氮用作LP塔的回流并冷却氩塔的冷凝器。氩塔的顶部冷凝器与LP塔在相同的压力下操作。然而，氩塔比低压塔在更高的压力下操作，这是由两个塔之间的气体用阀和两个塔之间的液体用泵所证明的。

根据权利要求1的前序部分的方法从US4818262和FR2705141中已知。

根据本发明的一个主题，提供了一种在塔系统中通过低温蒸馏来分离空气的方法，该塔系统包括在第一压力下操作的第一塔和在第二压力下操作的第二塔，第一压力基本上等于第二压力，其中：

i)将经压缩、经净化和冷却的空气发送至第一塔的中间点，从第一塔的底部抽出富含氧的液体，和/或从第一塔抽出富含氧的气体，并从第一塔的顶部抽出富含氮的流；

ii)从第一塔的中间点向第二塔的底部发送富含氩的流，并从第二塔的顶部抽出富含氩的流；

iii)富含氮的流在压缩机中被压缩，并且经压缩的流用于加热第一塔的底部再沸器，从而产生至少部分冷凝的富含氮的流；

iv)将富含氮的至少部分冷凝的流分成第一部分和第二部分，在膨胀步骤之后将第一部分发送至第一塔的顶部，并在膨胀步骤之后将第二部分发送至第二塔的顶部冷凝器，在所述膨胀步骤中，第二部分被至少部分地汽化以形成辅助流，其特征在于

v)辅助流在涡轮机中膨胀，在涡轮机中，所述辅助流至少部分地液化，并且至少部分液化的流被发送至第一塔的顶部。

根据其他可选的方面：

·辅助流在涡轮机的叶轮的出口处或甚至在涡轮机的叶轮中部分地液化；

·在叶轮的出口处或在叶轮中，获得包含0.5％至10％之间、优选地2％至5％之间的液体的膨胀辅助流；