[发明专利]带液态空气汽提操作的低温空气分离系统

说明书

本发明总的来说涉及原料空气的低温精馏，更具体地说，涉及采用具有相连的氩侧塔的双塔系统进行的原料空气的低温精馏。

生产氧、氮和/或氩的空气低温精馏是一种成熟的工业方法。原料空气通常在双塔系统中被分离成氮和氧，其中高压塔的富氮(nitrogen-rich)顶部蒸汽用于再沸低压塔的富氧釜底液。来自低压塔的流体送至氩侧塔中生产氩。

在低压塔中连有生产氩的测塔的双塔低温空气分离系统中，存在明显的热力学不可逆性，即氩塔顶部冷凝器中沸腾的釜液和冷凝氩之间存在大的温差。该温差可高于5℃，而连接高压塔和低压塔的主冷凝器中通常的温差小于1.5℃。由氩冷凝器的不可逆性而损耗的功的量值与现代空气分离系统中通过其它改进而获得的效益而言是很大的。为此，其中不可逆程度降低改进的低温空气分离系统是有意义的。

因此，本发明的目的是提供改进的低温精馏系统，其中降低了氩顶部冷凝器和低压塔之间的热力学不可逆性。

通过本发明能达到上述目的和其它目的，这对于阅读了本说明书的本专业人员来说是显而易见的。本发明的一个方面是：

采用包括高压塔和低压塔的双塔主装置和具有顶部冷凝器的氩塔进行的原料空气低温精馏方法，包括：

(A)冷凝一部分原料空气产生液态原料空气；

(B)将液态原料空气和气态原料空气送入汽提塔，并使液态原料空气与气态原料空气在汽提塔中逆向流动产生氮浓度比空气高的汽提塔产品气体和氧浓度高于25摩尔％的汽提塔产品液体；

(C)将汽提塔产品气体送入高压塔通过低温精馏进行分离；

(D)通过在氩塔顶部冷凝器中与含氩流体进行间接热交换至少部分汽化汽提塔产品液体产生含氧气体；和

(E)将含氧气体送入低压塔通过低温精馏进行分离。

本发明的另一方面是：

低温精馏设备，包括：

(A)包括第一塔和第二塔的双塔主装置和具有顶部冷凝器的氩塔；

(B)汽提塔，将液体送入汽提塔上部的装置和将气体送入汽提塔下部的装置；

(C)将流体自汽提塔上部送入第一塔的装置：

(D)将流体自汽提塔下部送入顶部冷凝器的装置；和

(E)将流体自顶部冷凝器送入第二塔的装置。

本说明书所用“原料空气”指主要包括氮、氧和氩的混合物，如空气。

本说明书所用“涡轮膨胀”和“涡轮膨胀机”分别指使高压气流通过涡轮机以减小气体的压力和温度从而产生致冷作用的方法和设备。

本说明书所用“塔”指蒸馏塔或精馏塔或蒸馏区或精馏区，即这样一种接触塔或接触区，液相和汽相在其中逆向接触以实现流体混合物的分离，例如通过在塔内安装的一系列竖向间隔的塔盘或塔板上和/或在结构填料、无规填料等填料上使气相和液相接触。关于蒸馏塔可进一步参见the Chemical Engineer′s Handbook fifth edition，由R.H.Perry和C.H.Chilton编辑，McGraw-Hill Book Compang，New York出版，Section 13，The Continuous Distillation Process。“双塔”优选意味着高压塔的顶端与低压塔的底部具有热交换关系。关于双塔可进一步参见Ruheman“The Separation of Gases”，Oxford University Press，1949，Chapter VII，Commercial AirSeparation。利用高压塔和低压塔结合的其他双塔装置也可用于本发明的实际操作。

蒸汽和液体的接触分离过程取决于各组分的蒸汽压差。高蒸汽压(易挥发或低沸点)组分将倾向于在汽相浓缩，而低蒸汽压(难挥发或高沸点)组分将倾向于在液相浓缩。部分冷凝是这样一种分离过程，借助于这种分离过程蒸汽混合物的冷却可用于在汽相中浓缩易挥发组分，而在液相中浓缩难挥发组分。精馏或连续蒸馏是这样一种分离过程，它结合了由汽相和液相逆流处理而获得的连续部分汽化和冷凝过程。汽相和液相的逆流接触是绝热的，并且包括各相间的积分或微分接触。利用精馏原理分离混合物的分离过程装置常称为精馏塔、蒸馏塔或分馏塔，这些名称可换用。低温精馏是至少部分地在温度等于或低于150K的温度下进行的精馏过程。

本说明书所用“间接热交换”指使两股流体物流处于热交换关系而不直接接触或相互混合的过程。

本说明书所用“氩塔”指处理包含氩的进料并产出氩浓度高于进料的产品的塔。