[发明专利]用于从产氮低温空气分离单元增强回收氩和氧的系统和方法

说明书

本发明公开了一种中压空气分离单元和空气分离循环，该中压空气分离单元和空气分离循环提供最多至约96％的氩回收率、98％或更大的总氮回收率以及有限的气态氧生产。所述空气分离被配置为从低压塔产生第一高纯度富氧流和第二较低纯度富氧流，其中的一者用作制冷剂以冷凝氩冷凝器中的氩，其中所得的气化氧流用于使变温吸附预纯化器单元再生。所述第一高纯度富氧流的全部或一部分在主换热器中气化以产生所述气态氧产物。

技术领域

本发明涉及氩和氧从产氮低温空气分离单元的增强回收，并且更具体地讲，涉及用于氩的增强回收并且提供中压氧的受限生产的中压空气分离单元和工艺。

背景技术

以生产氮为目标并在中压(即，高于常规空气分离单元压力的压力)下操作的空气分离设备已存在一段时间。在常规空气分离单元中，如果中压下的氮是期望的，则可在高于常规空气分离单元的压力下操作低压塔。然而，这种操作通常会导致氩回收率的显著降低，因为很多氩会在富氧流或富氮流中损失而不是传递至氩塔。

为了在此类中压制氮空气分离单元中增加氩回收率，在20世纪80年代晚期和20世纪90年代早期开发了改进的空气分离循环。参见例如技术出版物Cheung，中压低温空气分离过程、气体分离和纯化(Moderate Pressure Cryogenic Air Separation Process,GasSeparationPurification)，第5卷，1991年3月和美国专利号4,822,395(Cheung)。在这些现有技术文献中，公开了氩回收率略高的制氮和氩的空气分离设备。改进的空气分离循环涉及在优选地介于约80至150psia之间的标称压力下操作高压塔，而低压塔优选地在约20至45psia的标称压力下操作，并且氩塔也将优选地在约20至45psia的标称压力下操作。约20至45psia的中压下的高纯度氮(即，99.98％纯度)的回收率大约为94％。97.3％纯度和约20至45psia之间的压力下的高氩回收率一般高于90％但上限为约93％。

在上述现有技术中压空气分离循环中，来自低压塔的贮槽的高纯度液氧用作氩冷凝器中的制冷剂而不是釜液体。然而，当使用来自低压塔的贮槽的高纯度液氧时，氩塔需要在比常规氩塔更高的压力下操作以便实现氩冷凝器中的所需温度差。氩塔的压力增加需要低压塔和高压塔也在高于常规空气分离单元的压力下操作。

氩冷凝器中使用高纯度液氧也意味着避免了通常进给低压塔的较大釜蒸气流，这使得回收率显著提高。因此，通过该中压空气分离循环可实现对氮、氩和氧的高回收率，尽管与常规空气分离循环相比，高压另外会对回收造成罚分。空气分离单元的中压操作一般有利于氮生产，因为这意味着氮压缩不太耗能并且氮压缩机往往比常规系统的氮压缩机更便宜。

尽管Cheung公布和美国专利号4,822,395中的空气分离单元提供了离开氩冷凝器的高纯度氧蒸气，但该氧流不用作氧产物，因为该流在过低的压力(例如，18psia)下离开该工艺并且将通常要求氧压缩机以足够的压力将氧产物递送给顾客。在一些地区中，由于安全和成本考虑，氧压缩机的使用通常是不可接受的。当使用氧压缩机时，氧压缩机非常昂贵并且通常需要更复杂的工程安全系统，这两者都不利地影响了空气分离单元的资本成本和操作成本。

需要改善的中压空气分离单元和中压空气分离循环，其进一步改善氩回收并且提供有限的氧回收而不需要氧压缩机。

发明内容