[发明专利]空气低温分离方法

说明书

本发明涉及一种空气低温分离方法，其中将第一股原料空气流压缩、预净化和冷却，并且至少部分地将其输入一座二级精馏装置的压力级，并从低压力级取得气态氧和气态氮。

在采用二级精馏的空气分离方法中，通常将原料空气注入压力级，在此预分离成富氮馏份和富氧馏份，接着将其在低压级继续精馏。因此，必须将原料空气压缩到压力级的压力水平，也就是说，须压缩到大约5-7巴。为此目的，一方面所需要的空气压缩机因其高昂的购量费用而牵制资金，另一方面，它们在设备运行过程中能量消耗最多。

一种主要用来生产较低纯度氧，例如低于98%，氧的设备，也可以这样操作，即将一部分原料空气不经压力级预分离而直接注入低压级，在这种情况下氧气产率没有多大降低。由DE-PS2854580已知利用这一事实，从压缩到压力柱水平的原料空气中回收能量方法。在该方法中，使一部分原料空气在压缩到低压级压力水平之后进行减压，随后输向低压级。将减压过程中所得的冷用于液化产品气体。

但是这种已知方法也存在一些经济方面的不足之处，因为即使联合使用透平式制冷发动机和机械耦合的压缩机，也不能完全回收压缩能。此外，这种已知方法缺乏适应性，因为透平式制冷发动机只能在一个限定的窄小流量范围内以良好效率进行工作。被直接注入低压级的空气量在运行期间也只能在限定的量内变化。

本发明赖以为基础的任务在于，发展本说明书开头所述类型的方法，从经济角度看该方法特别有利于进行生产。

本发明的任务是通过下列方法解决的，即将第二股原料空气流压缩到低于第一级原料空气流的压力，接着将第二级原料空气流预净化、冷却并输向精馏装置的低压级。

将至少一部分直接注入低压级的空气仅压缩到1.3-2.5巴，最好1.5-1.8巴对此所必要的压力。因此，一开始须用少量能量来压缩原料空气。可以放弃回收设备昂贵的多余的压缩能。本发明方法的另一个优点是，可以在很大范围内调节直接送入低压力柱的空气量。根据所要求的产品氧气纯度如上改变可直接送入低压力柱的空气量，并不明显影响氧气产率。因此，当对产品氧气的纯度要求较低时，本发明方法例如可以借助简单的调节装置来提高第二股原料空气流的流量。

在本发明方法的一个优选实施形式中，将全部原料空气在第一级中一起压缩，然后将其分成两股原料空气流，并接着将第一股原料空气流在第二级中继续压缩。

由于两股原料空气流都共同压缩到中等压力，因此就不需要购置单独用于第二股原料空气流的机器。基建费用就较低。这两个压缩级各自又可由每个单独的压缩单元组成。

如果在本发明方法中从第一股原料空气流到预净化之间分路出一股分流，将该股分流再压缩、冷却并作功减压，这证明是有利的。借助这股分流的减压可以产生冷，这种冷除了为补偿像绝热和交换损失之类一般冷损失所必需之外，也为例如产品气体的液化所必需。

此外，以有利的方式将在第一股原料空气流的分流减压时所得的功用于该分流的再压缩。

在本发明方法有利的改进方法中，将第一股原料空气流的分流在减压后送入精馏装置的低压级。由于分流减压到低压级非常低的压力，因此提供了特别高的用于制冷的热函差。

下面借助一个实施例来详细解释本发明和本发明的其他细节，附图示意地表示这个实施过程。

常压空气经管道1被第一压缩级2抽吸，并在第一分支点3处分成第一股原料空气流（管道4）和第二股原料空气流（管道7）。分支点3处的压力为1.3-2.5巴，最好是1.5-1.8巴。第一股原料空气流在第二压缩级5中继续进行压缩，并且在仅示意表示的分子筛装置6中进行预净化，除去水蒸汽、二氧化碳和危险性烃类。分子筛装置6后面的第一股原料空气流的压力是5.0-7.0巴，最好是5.2-6.0巴。第一股原料空气流的较大部分经由管道8输过热交换器9，在这个热交换器中被分离产物逆流冷却，接着被注入二级精馏柱10的压力级11。

在第二个分支点7A从第一股原料空气流中分路出分流26，它在次级压缩机13中再压缩，在热交换器9中进行冷却，然后在透平式制冷发动机14中进行减压制冷。这种在分流减压中得到的功经机械转换传递给次级压缩机13。减压后的分流经管道15输入精馏柱10的低压级12。低压级12在1.1-2.0巴，最好是1.3-1.7巴的压力下工作，并经由一台冷凝蒸发器与压力级11保持热交换联系。