[发明专利]空气的低温分离方法

说明书

本发明涉及一种空气的低温分离方法，该方法对原料空气进行压缩、净化、冷却并使其分成多股支流，然后导入两级精馏装置的压力段和低压段，其中，将第一支流送入压力段，将第二支流送入低压段。

EP-A 0342436公开了一种这样的方法。该方法先将原料空气仅压缩到低压段压力，到中等压力时将原料气分为一股第一支流和一股第二支流。仅对第一支流进行进一步压缩，该支流的一部分流入压力塔中。这种流程虽然能大大节约压缩能，但不得不特设一个净化段(一般为分子筛)，用以除去第二支流中的二氧化碳、烃和水。由于采用低压，该分子筛需要大量再生气。这些气体不能再用于其它目的，尤其是不能用来很经济地蒸发冷却预冷空气所需用的冷却水。

因此，本发明的任务在于，进一步改进上述那类方法，从而提高其经济性，特别能成本低廉地净化空气。

该任务是这样完成的：使原料空气在和第一压缩级压缩到约为压力段压力，在净化段吸附净化，随后分成第一和第二支流，使第二支流在加进低压段之前先与压缩过的原料空气逆向进行间接热交换而预热，并膨胀作功，用第二支流膨胀时所得到的功来压缩流程中的流体，特别是原料空气。

通过本发明的方法，只在一个净化段中就可以处理所有的原料空气，当然这种处理过程是在压力段压力下进行的，因而省去了一个辅助的低压净化段的投资费用和高运行费用。贮存在第二支流中剩余压缩能一部分可在一个透平膨胀机中作为机械功被回收，一部分转化为冷量。

在一般情况下，上述机械功直接通过机械连接全部传给一台压缩机，或者也可用来驱动一台发电机。为了在有利的条件下作功膨胀，应预先加热第二支流，这时可从压缩过的原料空气中方便地获取热量。

例如可以使一种产品流或一种中间产品流流过由透平膨胀机驱动的压缩机。通常，用膨胀时得到的功来压缩原料空气是最有利的。

另外，在该方法中还可获得冷量，其办法是在吸附的下游分出一股第三支流，在第二压缩级再对该支流进行压缩，随后将其冷却，作功膨胀并供给低压段，其中，用第三支流作功膨胀时所得到的功在第二压缩级再压缩第三支流。这里，不需要的压力同样可用于制冷。

为了输送功和传递冷量，本发明提供了两种可选择的方案：

一种方案是用在第二支流作功膨胀时获得的功作为第一压缩级的动力。由于该功显然不足以驱动空气压缩机，通常必须另外用一台马达来驱动连接透平膨胀机和第一压缩级的轴。

该方案的优点是，使减压膨胀前的第二支流通过与第一压缩级后和净化段前的原料空气之间进行间接热交换而预热。

在这种情况下，原料空气总要预冷。一般情况下，空气以约35℃的温度离开用约25℃的冷却水工作的冷却器，为了在净化段进行吸附，必须将空气降温到大约10℃至15℃。这通常通过一个外加的制冷设备或由冷的冷却水来实现，该冷却水来自一台用干燥的氮气工作的蒸发冷却器。此时，上述预冷至少部分地可由净化后的第二支流来承担，所以，降低了制冷设备的费用，而且氮气也可用于其它的用途。

在第二方案中，将第二支流作功膨胀时得到的功用于在第三压缩级中再压缩第三支流。

最好第三压缩级位于第二压缩级之前，以用于提高第三支流膨胀时的压差。

此外，有利的是，在净化段下游另行或可选择性地分出一个第四支流，该支流经第四压缩级再压缩，然后冷却，减压膨胀并进入压力，其中，用在第二支流作功膨胀时得到的功在第四压缩级再压缩第四支流。通常用一个节流阀来使第四支流减压膨胀。

这里给压缩级编号是为了清楚地区分它们，并不意味着在第四压缩级存在时上述第二或第三压缩级也必须存在。

然而业已证明，使第三和第四支流在一个共同的第三压缩级中再压缩也是有利的。这样，可使第三和第四压缩级处在一个机器中，这在费用上是比较节省的。

本发明的另一个方面是，将热量传递给处于高压下的第二支流的第二种方式是，使第二支流在其膨胀前通过与经第三或第四压缩级再压缩后的第三和／或第四支流进行间接热交换而被预热。

通过该项措施，可以非常方便地调节各支流到达主换热器入口的温度，在该换热器中一股或多股再压缩后的支流得到冷却。这对于冷却进入透平膨胀机之前的第二支流是极其有效的。

如果在该方法中要求获得高压氧气，则将第四支流再压缩到超过压力塔压力是特别有利的。这样，在本发明构思的一种有利的进一步改进中，可由低压段抽出液氧，将其加压，并与再压缩过的第四支流进行间接热交换而汽化。