[发明专利]低温分离空气的方法及装置

说明书

本发明涉及一种低温分离空气的方法及装置，在所述方法中，空气经压缩、净化、冷却，然后至少部分地被送入两级精馏设备的压力级中，接着，使从压力级流出的至少一种馏份在低压级中进一步分离，提取低压级中的氧馏份和含氮馏份作为产品流，并使低压级的下部区域和压力级的上部区域呈热交换关系。

精馏分离空气的原理已公开在有关的手册[例如由Hausen/Linde编著的“低温技术”(1985年第2版)的4.5章或由Winnacker/Kuechler编著的“化学工艺”第二卷(第3版)的第4章]以及“空气的蒸馏”[化学工程进展63卷35页-59页(Latimer撰写)]的文献中。上述两级精馏在一个双塔中以常规方式进行，双塔的低压级被设置在压力级的上方。(原则上双塔的低压级和压力级也可以分开设置。)通过使从低压级流出的液体蒸发形成用于压力级的回流，同时，在低压级中产生上升的蒸气。这种间接热交换是在一个冷凝蒸发器中进行的，该蒸发器设置在低压塔中，以常规的方式处于低压塔的底部(Sumpf)。原则上这种安排是有利的，因为省掉了一些将冷凝蒸发器的蒸发通道与低压塔连接起来的专用管道。可是也存在缺点。这样一来，冷凝蒸发器对于双塔的总高度而言不是不重要的，因此，装置的成本较高。此外，在装置停止运行时，低压级的全部回流液流入底部，而且被氮所污染。因此，在装置再次启动时，延长了启动时间，直到又能提供纯氧产品为止启动才能结束。

本发明的目的在于提供一种本说明书开始所描述的方法和装置，它们在经济上是有利的，尤其是通过降低成本或者通过提高运行的灵活性使其在经济上具有优越性。

实现上述目的的技术方案是：在稳定运行时，大体全部流入低压级的回流液从低压级的下部区域抽出，并将其送入一个缓冲容器中，从所述缓冲容器中抽取液体，使其与一从压力级上部区域流出的待冷凝的气体进行间接热交换而部分蒸发；将形成的蒸气至少部分地送入低压级的下部区域，并将剩余液体至少部分地送回到缓冲容器中。

此处术语“稳定运行”意指启动结束后空分装置进入正常的运行状态，在这种状态下，在很长的周期内(在可换式存贮装置的情况中，至少10分钟至数天或数周装置内始终保留有需要的产品)原料流和产品流大体维持恒定。

按照本发明，在稳定运行时，大体上将全部回流液送入一个缓冲容器(例如一个贮液罐)中。也就是说，可以将少部分回流液导入另一路，例如作为液态产品抽取或通过一个安全排放口排出。但至少应将在塔中形成上升蒸气的那部分回流液导入上述缓冲容器中。

上述缓冲容器最好是绝热贮液罐。再将液体从上述罐中抽出，使之与从压力塔流出的富氮蒸气进行间接热交换而蒸发。将上述过程中产生的至少部分气体(最好是大部分气体)导入低压塔，并在该塔中形成与回流液逆向流动的上升的蒸气，另一部分气体在需要时可以作为氧气产品被提取。通常，此部分氧气由与其逆流的大体为环境温度的待分离空气加热。从贮液罐提取的液体在进行间接热交换中未被蒸发的部分(例如与从上述塔流出的回流一道)再被送回到缓冲容器中。

上述液体可以费用低廉地用泵进行输送。例如可以将泵设置在缓冲罐的下游，也可在从低压级到缓冲容器的管路上设泵，或者在上述管路上再附设一个泵，此时缓冲容器本身或者设置在使从罐中流出的液体蒸发的热交换器的上方，或者处于超过一个大气压的状态下。

由于未蒸发的回流液与罐内的存留物混合在一起，不需要维持低压塔中液体的高度。按照本发明的方法，或者只需维持极低的液体高度(例如，与迄今公知的方法中液体高度约为300至2000mm水柱相比，只需维持10mm至最高50mm水柱)，或者在低压级的底部(Sumpf)完全不存留液体。

由于移出了冷凝蒸发器，更有利于不必在塔内存留污液，因此，相应降低了精馏塔的建筑高度。这对于双塔高度达40m的大型设置尤其有利。此外，因为碳水化合物是在低压级底部而不是在塔中有增加的趋势，就运行可靠性而言也是很有利的，而且容器中有极大的缓冲容积。

此外，整体式缓冲容器可以在塔运行不完全稳定的情况下(出现故障的情况下或空气流通量发生了变化)通过罐内物的蒸发大体可获得始终是纯净的氧气产品。由于从低压塔流出的氧气产品的质量和产量的波动受到缓冲，本发明方法使用起来非常灵活。