[发明专利]一种低温空气分离的装置和方法

说明书

本发明公开了一种低温空气分离的装置和方法，在低温精馏的二塔空分系统中，当将压力较高的液体空气流股，或从压力较高的一塔中抽出的富氧液空和纯液氮等流股，送入压力较低的二塔和/或储槽时，需要使用节流阀减压。通过节流阀后的液体流股由于闪蒸现象而形成气液混合流股。与现有技术中将气液混合流股的两相全部引入下游装置不同，本发明在节流后使用气液分离设备将气液混合流股分成气相和液相，液相全部送入二塔和/或储槽，气相根据需要将至少部分经旁通管路汇入污氮气。如此可以减小二塔的直径，使其满足运输需要，也可以回收蕴含在流股中的冷量，降低运行能耗。

技术领域

本发明涉及低温空气分离领域，具体涉及低温空气分离的装置及方法。

背景技术

采用低温精馏，将空气在空分塔中分离成氧气、氮气、液氧、液氮等产品是一种成熟的工艺。一般用双塔系统同时制备纯氧和纯氮产品。双塔系统是指通过热交换-例如冷凝蒸发器联通的两个空分塔，两个空分塔既可以上下叠放，也可以并排放置。两个空分塔的运行压力不同，一塔在较高的第一压力，例如5.0～6.5Bar A下运行，二塔在较低的第二压力，例如1.1～1.5Bar A下运行。经过压缩、预冷、纯化、冷却的原料空气以基本上为液态的形态送入一塔和/或二塔。在压力较高的一塔中，较轻的氮上升到塔的顶部，较重的氧富集到塔的底部，从一塔中至上而下的各个位置分别抽取纯液氮、贫液氮和富氧液空等流股送入二塔作为回流液。由于二塔的压力显著低于一塔的压力，上述流股在进入二塔前需通过节流或膨胀的方式减压，而节流后的流股由于闪蒸现象，会从液态变为气液混合态。由于不论是气相，还是液相，都包含着待分离的组分，为了尽可能提高氧的提取率，常规作法是将两相都送入二塔精馏。精馏后在二塔的底部生成液态氧，在二塔的顶部生成污氮气。污氮气含有大量的冷量，通过换热冷却原料空气，复热后的污氮气可用作再生纯化系统，或直接排空。

随着空分规模的增大，空分塔的尺寸也不断加大，而且双塔系统中一般是二塔的直径最大，并对运输产生限制。现有技术中，为了避免运输超限的空分塔，有时选择用若干个尺寸较小的空分塔精馏系统取代一个尺寸大的空分塔精馏系统，然而这样会增加设备的投资和占地面积；或者采取现场焊接组装空分塔，但是这种作法耗时耗人力，也很难保证空分塔的焊接质量。

中国实用新型专利CN203927396U公开了一种液氧储罐闪蒸汽回收装置，将排放的液氧闪蒸汽化氧气回收到空气分离装置中进行重新利用，提高了空分装置原料气空气的含氧量，有效降低了氧气生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是1)在尽可能保证氧的提取率的情况下，减小空分塔的尺寸，使其满足运输的条件；2)降低空分塔运行的能耗。

在一方面，本发明公开了一种低温空气分离装置，该装置包括：至少在第一压力下操作的一塔和在相对较低的第二压力下操作的二塔，一塔和二塔通过热交换的方式联通；用来将进料空气加压、预冷、纯化，产生液体空气流股的主压缩机、空气预冷和纯化系统、主换热器及膨胀机；以及管道系统，所述管道系统包括将所述液体空气流股输送至一塔和/或二塔的管道，将一塔产生的富氧液空和贫液氮输送入二塔的管道，和/或将一塔产生的纯液氮输送入液氮储槽，以及将二塔产生的污氮气经主换热器复热的管道；还包括在液体空气流股进入二塔前依次设置的第一节流阀和第一气液分离设备，将第一气液分离设备产生的液相引入二塔的管道和将第一气液分离设备产生的至少部分气相汇入污氮气的管道；和/或在富氧液空进入二塔前依次设置的第二节流阀和第二气液分离设备，将第二气液分离设备产生的液相引入二塔的管道和将第二气液分离设备产生的至少部分气相汇入污氮气的管道；和/或在一塔产生的纯液氮进入液氮储槽前依次设置的第三节流阀和第三气液分离设备，将第三气液分离设备产生的液相引入储槽的管道和将第三气液分离设备产生的至少部分气相汇入污氮气的管道。

进一步地，上述装置还包括将所述液体空气和/或富氧液空和/或纯液氮进一步过冷的过冷器。

进一步地，各气液分离设备的至少部分气相在污氮气进入过冷器换热之前汇入污氮气的管道。