[发明专利]空气分离

说明书

本发明涉及以富氧空气中分离氩和氧的方法及设备。

工业上最重要的分离空气方法是精馏法。典型的空气精馏法包含下列步骤：将空气压缩，通过除去水蒸气和二氧化碳来纯化压缩空气，通过与返回的产物气流热交换将压缩空气预冷至适合其精馏的温度。精馏在由高压塔和低压塔组成的新谓的；“双精馏塔”中进行，也就是说二塔中一个的操作压力比另一塔为高。大多数新进空气被引入高压塔中并被分离成富氧液态空气和氮蒸气。将氮蒸气冷凝。部分冷凝液在高压塔中被用作液体回流。富氧液态空气从高压塔底部导出并被用作低压塔的原料气。通常富氧液流被低温冷却并通过节流阀或减压阀导引到低压塔的中区。在低压塔中富氧液态空气被分离成相当纯的氧和氮。气态氧和氮产物从低压塔中得到并通常形成回流，且新进空气流与其进行热交换。将高压塔的剩余冷凝液低温冷却后通过节流(即减压)阀送至低压塔顶部用来提供低压塔的液体回流。通过重沸液态氧产生通过低压塔的与其底部的上行汽流。重沸是通过低压塔底部的液态氧和来自高压塔的氮进行热交换来完成的。结果氮气被冷凝。

在低压塔的富氧液态空气被导入之处下方的一中间面上产生了氩的局部最大浓度。如果需要生产氩产品，可从低压塔中氩浓度一般在5至15％(体积比)左右的地方获取富氩氧气，并将其导入到侧塔的底部区域，在侧塔内分离出氩产品。通常，在富氩氧气流从低塔流动至氩塔时，不会采取任何步骤来调节其压力。氩塔的回流是通过该塔顶上的冷凝器提供的。该冷凝器是通过至少一部分将要导入到低压塔中的富氧液态空气来冷却的。

为促进气液接触而在氩塔中使用筛盘是大家熟知的事情。由于氩和氧的挥发性差不多，因此通常在氩塔中要使用大量的筛盘。在氩塔中形成的压降使正在冷凝的氩和用于冷却塔头冷凝器的富氧液体之间维持所需的小的温差。

自80年代中期以来，许多注意力被集中在用填料来替代筛盘上以提高空气分离厂中精馏塔的液汽接触效果。EP-A-0377117证实通过在氩塔中装上足够高度的填料就可获得基本无氧的氩产品。(如果在氩塔中使用蒸馏盘，当需要从塔头冷凝器将富氧流体导至低压塔时，其压降足以使无氧氩的冷凝温度变低至使塔头冷凝器无法运行的程度)。然而，结果在塔头冷凝器中的富氧液体与氩气流之间的温差变得不合宜的高。EP-B-341512公开了通过使用阀门来降低从低压塔流到氩塔的富氩氧流的压力从而控制塔头冷凝器压差的方法。EP-A-594214公开了用富氩重沸氩塔而本身由此而冷凝的方法。冷凝的富氩氧流在氩塔的一传质区被导入氩塔中，但流体仍从氩塔柱底部返回至低压塔原来导出富氩氧的那个区域中。

在所有上述方法中，将氧中的氩浓度降低5％(体积)至符合对氧产品更具体的要求而所进行的分离均完全是由低压精馏塔完成的。本发明的目标是提供某一方法和设备使得一些这种分离可在氩塔本身之中进行并在此中得到氧产品。由此就可能可以获得下述的好处。

本发明提供了从富氧空气中分离氩和氧产品的方法，包括：在适合于精馏分离的温度下形成富氧空气流，在低压精馏塔中将富氧空气流分离成氧和氮，提供低压精馏塔液氮回流，产生通过低压精馏塔的上行的重沸的氧流，从低压塔的中间传质区导出富氩氧气流，将富氩氧气流至少部分地冷凝，至少将一部分冷凝的富氩流减压，将减压了的富氩流导入到氩塔的中间质量交换区并在此分离出富氩流体和无氩流体，其中富氩氧流的冷凝是通过与在氩塔中离析出的无氩流体间接热交换进行的，其特征在于冷凝后的富氩氧流的另一部分被送回到低压精馏塔中。

本发明还提供从富氧空气分离氩和氧产品的设备，包括：在适合于精馏分离的温度下形成富氧空气流的装置，将富氧空气流分离成氧和氮的低压精馏塔，供应低压精馏塔液氮回流的第一个冷凝器一再沸器，将富氩气流从低压塔的中间传质区输送到将富氩气流分离成富氩流体和无氩流体的氩塔的中间传质区的导管，在导管上的减压装置，与氩塔相连的第二个冷凝器一再沸器，其中第二个冷凝器一再沸器的冷凝通道位于所述导管的减压装置的上游，这样就可使一部分富氩气流通过与氩塔中分离出的无氩液体间接热交换而冷凝，其特征在于沿着第二个冷凝器一再沸器冷凝通道往下流，所述的导管与低压精馏塔的一个入口相连接。