[发明专利]空气分离的方法及设备

说明书

本发明涉及一种低温精留空气分离的方法及设备，具体地说是采用低温精留的原理来分离空气制取氧、氮、氩等气体方法和设备。

在机械工业出版社出版的《国外机械工业基本情况-气体分离与液化设备》上记载有德国林德公司所生产的标准空气分离设备，一、为采用一只压力塔并带有一台菲利浦低温制冷机的空气分离流程，它能制取含氧为3ppm的带压的高纯氮产品。二、为采用一只压力塔的空气分离流程，通过由压力塔底部所产生的富氧液空节流至压力塔顶部的冷凝器中作冷源，塔顶的冷凝器中被蒸发的压力富氧气体引出后，复热至一定温度范围后进入膨胀机作绝热膨胀，该空气分离设备能制取含氧为3ppm的带压高纯氮产品。三、为采用一只双级精留塔的空气分离流程，它是通过低压塔项部所引出的压力氮气被复热至一定（温度范围后进入膨胀机）作绝热膨胀，在压力塔顶部可获得含氧为3ppm的压力高纯氮产品，在冷凝蒸发器中所获得含氧为99.5%的纯液氧，再进入一只低温液体泵中加压至220巴的压力后再经一只高压换热器复热至常温后充瓶或输送至用户。

在美国专利us4560397中公开了一种采用双级精留塔制取高纯氧的流程，其主要特征是在精留塔的压力塔顶部和低压塔底部均设置一只冷凝器，当原料空气进入压力塔底部时，在塔底可获得含氧为40%左右的富氧液体空气，其中一部分富氧液体空气减压降温后进入压力塔顶部的冷凝器中作冷源，以冷凝压力塔之上升气体，另一部分富氧液体空气则减压降温后进入低压塔顶部作回流液，在低压塔底部的冷凝器中通入来自压力塔顶部的气氮作热源，加热从低压塔中回流下来的富氧液体空气，被冷凝的液氮仍回入压力塔顶部作回流液，在塔中精留后，于低压塔底部可获得纯氧产品，低压塔冷凝器中的部分液氧经一只液体泵加压后进入压力塔顶部的冷凝器，与从压力塔底部来的液体空气汇合作压力塔的冷源，压力塔顶部冷凝器所蒸发的气体作为膨胀气源经绝热膨胀后出塔，在压力塔顶部获得一部分压力纯氮气产品。

上述这些流程的不足之处在于1、由于在压力塔中仅能获得含氧量不高于40%的富氧液空，因此在压力塔顶部所获得的压力纯氮气产量不高;2、采用一只压力塔的空分流程在制取高纯氮有同时不能制取含氧为60～95%的低绝度氧产品;3、采用双级精留塔的空气分离设备，通常只能制取含氧为99.5%氧产品或者仅能制取部分的高纯氧产品;4、由于上述流程氧、氮产品量等，因此它们的能耗较高。

鉴于上述的不足之处，本发明的任务是提出一种改进的空气分离方法及设备，它能在极低的能耗条件下，通过一只压力塔的单级精留设备制取含氧为1000～3ppm的压力纯氮产品，还能制取含氧为60～99%的富氧产品或者通过一只压力塔和一只低压塔的双级精留设备在制取含氧为90～99.999%的压力氧气或绝氧产品的同时还能制取含氧为1000～3ppm的压力高纯氮或绝氮产品以及提出在精留塔的压力塔制取粗氩的方法及设备，采用了一种降低压力塔压力的方法，对氧、氮、氩均有极高的提取率。

本发明的任务是用下列方法来解决的：一种低温精留的空气分离方法，被压缩的原料空气冷却后进入分子筛吸附器中除去水份，二氧化碳、乙炔及其他部分碳氢化合物形成净化原料空气，并通过换热器冷却至接近饱和蒸汽或饱和蒸汽温度，然后进入精留塔进行精留分离，其特征在于净化原料空气引入精留塔的压力塔中部;在压力塔底部设置在蒸发器，用于加热塔底的液体空气，控制液体空气温度在工作压力下液体空气含氧在60～近100%时所对应的温度值，在压力塔顶部设置冷凝器冷凝塔内上升的气体，在压力塔内上升气体;在压力塔引入原料空气入口处与蒸发器之间设置一段塔板。