[发明专利]用于生产增压氮的低温精馏系统

说明书

本发明涉及包括有氧和氮的混合物(如空气)的低温精馏，更具体地说，是涉及增压氮气产品的生产。

低温分离空气之类的混合物以生产氮是一种已建立良好的工业过程。液体和蒸气以逆流接触的方式通过低温精馏塔，在氮和氧之间的蒸气压差导致氮集聚在蒸气中而氧则集聚在液体中。分离塔中的压力越低，由于蒸气压差而产生的分离就越容易。因此，生产氮气产品(或产品氮气)用的分离通常是在相当低的压力下进行的。

经常需要使氮气产品处在高压状态。在这种情况下，氮气产品在压缩机中压缩到所需的压力。由于能源费用和压缩机投资费用，这种压缩很费钱。而且，氮气产品的压缩会产生微粒之类的杂质，而如果氮气被用于要求在高纯的情况下应用(例如制造半导体)，那么这些杂质就可能是有害的。在这些情况下，可能需要对氮气产品采取进一步提纯的步骤。

在该技术领域中已知有单塔或双塔工艺，该单塔或双塔工艺能够以高回收率生产增压的氮。但是，现有高回收率生产工艺的问题是至少部分氮产品是在显著小于进料压力的压力下回收的。当要求全部或大部分氮产品处于增压时，这种情况是不利的，因为需要压缩至少一部分取自塔系统的氮气。

因此，本发明的一个目的是提供一种低温精馏系统，其中可以在增压条件下有效地生产氮气产品，而不需要压缩取自塔系统的氮气产品。

本技术领域的专业人员在阅读本说明书后，将会清楚地了解到，本发明的上述和其它目的是可以通过本发明实现的，其中的一个方面是：

一种用于生产增压氮气的低温精馏方法，其包括：

(A)将包括氮和氧的进料流通到处于高压工作状态的第一塔中，并在所述第一塔内通过低温精馏将所述进料分离为高压氮蒸气和第一富含氧液体；

(B)将所述第一富含氧液体流通到处于中压工作状态的第二塔中，并在所述第二塔内通过低温精馏将所述第一富含氧液体分离为富含氮蒸气和第二富含氧液体；

(C)将所述富含氮蒸气流通到处于低压工作状态的第三塔的下部中，并在所述第三塔内通过低温精馏将所述富含氮蒸气分离为含氮流体和含氧流体；

(D)将至少一部分所述高压氮蒸气回收成为增压氮气产品；

(E)将所述含氮流体和所述含氧流体流通到顶部冷凝器中，通过与所述顶部冷凝器中的所述含氧流体进行间接热交换冷凝所述含氮流体，并将一些生成的所述含氮流体流通进入第三塔中；

(F)将在所述第三塔产生的所述含氮流体的一部分增压并流通到所述第一塔中。

本发明的另一方面是：

一种用于生产增压氮气的低温精馏设备，其包括：

(A)一个第一塔，以及用于将进料流通到所述第一塔中的装置；

(B)一个第二塔，以及用于将液体从所述第一塔的下部流通到所述第二塔中的装置；

(C)一个第三塔，以及用于将蒸气从所述第二塔的上部流通到所述第三塔中的装置；

(D)用于回收取自所述第一塔的上部的增压氮气的装置；

(E)一个顶部冷凝器，用于将流体从所述第三塔的上部流通到所述顶部冷凝器中的装置，用于将流体从所述第三塔的下部流通到所述顶部冷凝器中的装置，以及用于将流体从所述顶部冷凝器流通到所述第三塔中的装置；

(F)用于将从所述第三塔的上部取出的流体增压的装置，以及用于将所述增压流体流通到所述第一塔中的装置。

在此处所用的术语“塔”指的是一种蒸馏或分馏塔或区，即一种接触的塔或区，其中液体和蒸气相逆流接触以实现流体混合物的分离，例如通过在蒸气-液体接触元件上接触蒸气相和液体相，接触元件例如是安装在塔内的一系列垂直间隔开的盘或板和/或填充物元件，后者可以是一定结构的和/或无规则的填充物元件。对于蒸馏塔的进一步讨论，可参见美国纽约麦克劳·希尔(McGraw-Hill)图书公司出版的由R.H.佩里(Perry)和C.H.契尔顿(Chilton)主编的《化学工程师手册(第五版)》中由B.D.史密斯(Smith)等人编写的第13部分《蒸馏》中第13-3页的《连续蒸馏工艺》。