[发明专利]生产增压产品的低温精馏系统

说明书

本发明涉及包含氧气和氮气，例如空气，的混合物的低温精馏系统，更具体地涉及从低温精馏中增压产品的生产。

空气之类的混合物经低温分离制氧和/或氮是成熟的工业过程。液体和蒸气经一个或多个塔进行对流接触，氧氮间的蒸气压差造成氮在蒸气中浓缩，而氧在液体中浓缩。在分离塔中压力越低，由于蒸气差之故使氧氮分离越容易。因此，最后分离成氧和/或氮产品的过程一般是在较低的压力下进行的，通常只有大气压之上每平方英寸几磅的压力。

常常需要较高压力的氧和/或氮产品。在一些情况下，用压缩机将产品压缩到所需压力。除了产品压缩机的投资值外，这种压缩从能量费用方面的观点来看是浪费的。

因此，本发明的目的之一在于为生产氧和/或氮提供一种改进的低温精馏系统。

本发明的另一目的是为生产氧和/或氮提供一种改进的低温精馏系统，在该系统中可以生产出较高压力的氧和/或氮，因而可以消除或减少产品气体压缩的需要。

对于本领域的技术人员而言，当他阅读了本申请文件后，本发明的上述目的和其它目的就显得非常明显，这些目的可由本发明实现。

本发明的一方面是：

产生较高压力产品用的低温精馏方法，包括：

(A)将含氧和氮的物料通入一个吸附净化床，将进入床中物料中的可吸附污物除去得到清洁物料；

(B)将该清洁物料冷却，将冷却的清洁物料通入一高压塔，由低温精馏将物料分离成富氮和富氧流体；

(C)将富氮和富氧流体从高压塔通入操作压力比高压塔低但至少20磅/平方英寸的增压塔中，由增压塔内低温精馏生产出富氮和富氧流体；

(D)从增压塔上部除去含氮流体，使该含氮流体经过涡轮膨胀，产生冷冻，将所得含氮流体以间接换热方式与物料接触使之冷却；

(E)将从增压塔的含氮流体通入吸附净化床，使该床再生；及

(F)从增压塔回收富氮和富氧流体的至少一种作为增压产品。

本发明的另一方面包括：

一种低温精馏装置，包括：

(A)一吸附净化床，一主换热器和将物料从吸附净化床通入主换热器的装置；

(B)一塔系统，包括第一塔和第二塔，将物料从主换热器通入第一塔的装置和将流体从第一塔通入第二塔的装置；

(C)从第二塔上部排放流体的装置；

(D)一涡轮膨胀机，将从第二塔上部排出的流体通入该涡轮膨胀机的装置和将膨胀后的流体从该涡轮膨胀机通入主换热器的装置；

(E)将从第二塔上部排出的流体通入吸附净化床的装置；及

(F)从第二塔回收产品流体的装置。

这里所用的术语“塔”意指一种蒸馏塔或蒸馏区，或者精馏塔或精馏区，即液体和蒸气相连续对流接触以进行流体混合物分离的接触塔或区，例如液体和蒸气相在蒸气一液体接触元件上，如塔内安装的一系列垂直相间的塔板上和/或在结构填充元件上和/或在自由填充元件上进行的接触。对于蒸馏塔的进一步讨轮，请参见R.H.Perry和C.H.chil-ton编辑的“化学工程师手册”，第5版，McGraw-Hill Book Company，纽约，第13节，“蒸馏”，B.D.Smith等人，第13-3页，“The Continn-ous Distillation Process”。术语双塔的意思是一个较高压力塔和一个较低压力塔，较高压塔的上端与较低压塔的下端有换热关系。对于双塔的进一步讨轮，请参见Ruheman的“The Separation of Gases”，牛津大学出版社，1949，第Ⅶ章，Commercial Air Separation。

蒸气和液体接触分离过程取决于多组分的蒸气压之差。高蒸气压(或较挥发的或低沸的)组分趋于在蒸气相内浓缩，而低蒸气压(或较不挥发的或高沸的)组分趋于在液相内浓缩。蒸馏是这样一种分离过程，液体混合物加热可用于在蒸气相内浓缩挥发性组分，而较不挥发组分留在液相中。部分冷凝是这样一种分离过程，蒸气混合物的冷却可用于蒸气相内浓缩挥发性组分，而较不挥发性组分留在液相中。精馏，或连续蒸馏是这样一种分离过程，它将由蒸气相和液相的对流处理获得的连续部分蒸发和部分冷凝相结合起来。使用精馏原理分离混合物的分离过程装置常常被通用地称为精馏塔、蒸馏塔或分馏塔。低温精馏是一种至少部分在低温下，如在150°K或低于此温度下进行的精馏过程。

这里所用的术语“间接换热”意指使两种流体流以互不进行接触或相混的形式发生的换热关系。

这里所用的术语“氩塔”意指一个包括一个塔和一个上方冷凝器的系统，该系统处理含有氩气的物料，产生氩浓度超过物料内氩浓度的产品。