[发明专利]用于从中压低温空气分离单元实现氮和氩的高回收率的系统和方法

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％的氩回收率和98％或更大的总氮回收率。该空气分离被构造为产生高纯度富氧流，该高纯度富氧流用作制冷剂以在氩冷凝器中冷凝氩，并且所得气化的氧流用于再生变温吸附预纯化器单元。使用氩超级塔来促进氩回收。

技术领域

本发明涉及从中压低温空气分离单元回收产物，并且更具体地涉及用于从中压低温空气分离单元实现氩和氮的高回收率的系统和方法。

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,Gas SeparationPurification)，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，该中压空气分离循环可能实现氮和氩的高回收率，即使与常规空气分离循环相比，升高的压力原本会不利于回收率。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。

需要进一步提高氩回收率并增强总氮回收率的改进的中压空气分离单元和中压空气分离循环。

发明内容