[发明专利]带有再沸器压缩机的双纯氧发生器

说明书

本发明的目的是在只需少量高纯氧时可从同一空气分离设备中高效而经济地生产出两种不同纯度的氧。本发明还提供了一种在只需生产主要为低纯氧的设备上生产少量粗氩产品的方法。上述目的与以COREX钢生产工艺为基础的新型地面炼钢厂(new grass-roots steel mills)的需求一致。

以往，就从同一设备中生产两种不同纯度的氧而言有两种常用的可供选择的方案。一种方案是建两套独立的低温装置，每一套装置用于一种纯度。这种方案使投资增加、结构复杂。另一种方案是使整个设备都用于高纯产品，此方案需要一台排气压力与高纯氧压力一样的主空气压缩机。用于大部分空气只需升至与所生产的低纯氧压力相同的较低压力，因此，此方案的能源利用率不高。

用于生产低纯氧的一些有效设备在文献中已经公开。美国专利US-A-4702757号；US-A-4704148号和US-A-4936099号都描述了一些采用多个再沸器、冷凝器的有效工艺循环。但是，这些循环中没有一种循环包括生产纯度高于95％的氧产品的一部分的副产品。

美国专利5515833描述了一种循环，在该循环中用来自压缩扩展装置的部分已膨胀的气体使双再沸器低压(“LP”)塔的底部再沸器再沸腾。在该循环中，为了生产两种产品采用了一种组合式双塔。将送入流程的全部空气压缩到所具有的压力足以使膨胀机排出的气体能使低压塔的下部再沸器中的高纯氧再蒸发的程度。将来自高压(“HP”)塔顶部的高压氮流送至位于低纯氧抽取位置上方的中部再沸器。该流程不能获得非常高的氧回收率，尤其不能获得氮，因为在低压塔的下部再沸器中需要冷凝大量空气以便汽化而得到高纯和低纯气态氧产品，而且用于蒸馏的所有蒸汽流均在低纯氧上方抽取。需在低压的下部再沸器中冷凝的大量空气减少了液氮回流量并对氧回收率产生不良影响。此外，相对于纯氧来说，大部分空气需要在较高压力下被冷凝，这就增大了能耗，从而浪费了压缩能。这种流程迫使低压塔的尺寸适用于全部空气输入，从而给制造和运输带来困难。

美国专利5515833号还公开了一种在两种氧产品抽取位置之间与主塔相连的氩侧臂塔。这个输入位置要求从侧臂塔输入中除去氮。但是它设置了一个输入氩浓度非常低(氩含量低于4％)的流体的侧臂塔。与侧臂塔输入流含氩范围在9％-14％相比，这种蒸馏要困难得多。由于输入侧臂塔的氩的浓度低，对于给定氧回收率而言，氩的回收率很低。

显然，为了高效且操作方便地生产高纯氧和低纯氧，需要更有效的循环。

本发明涉及含氮和氧的物流的低温蒸馏以用于有效地生产至少两种纯度等级的氧。第一种产品是含氧量低于97％(但通常含氧量高于80％)的低纯氧流，第二种产品是含氧量高于97％、最好含氧量高于99.5％的高纯氧产品流。按照本发明，通过采用生产低纯氧的高效的工艺流程并对该流程进行改进可获得高效率。该高效工艺流程包括至少一个蒸馏塔，在该塔中对原料流进行蒸馏，以便从底部生产出低纯氧，从预部生产出富氮流，该塔的底部有一个再沸器，在该再沸器中为使蒸馏塔沸腾使适当的工业生产液流冷凝。按照本发明，或者从第一塔的底部(在底部再沸器的位置上)或者从低纯氧抽取位置和送入侧支路塔顶部的位置的上方的一些分离级之处抽取氧浓度等于上述输入流的氧浓度的液体流。借助于适当的工业生产流体使侧支路塔的底部沸腾，并从该侧支路塔的底部抽取高纯氧产品。将来自侧支路塔顶部的蒸汽回流到第一塔，最好在抽取液体输入流的相同分离高级的位置上回流。

当需要氩副产品时，可在产生高纯氧的侧支路塔的适当位置上连接一个氩侧臂塔，即，将从侧支路塔的中部位置输入的蒸汽送至氩侧臂塔，以便从氩侧臂塔的顶部生产氩。同时从该塔的底部抽取液流回流到侧支路塔。

本方法的优点是可使在高纯氧的高温下蒸发保持最小。在产生低纯氧的位置上所提供的热量很多。这可以大大节省能量。

就最宽范围而言，本发明提供一种在蒸馏系统中对已压缩的原料空气流进行低温蒸馏的工业生产液流程，上述蒸馏系统包括一个生产低纯氧(低于97％)产品流和富氮流的低纯塔，上述塔具有一个底部再沸器，在该再沸器中适当的第一工业生产液流被冷凝，以使该塔沸腾，其特征在于从蒸馏系统中抽取氧浓度至少等于送入低纯塔的流体的氧浓度的富氧流，并使之在高纯塔中精馏以提供高纯氧产品流(高于97％)，上述高纯塔的塔底馏出物再沸器的热量由适当的第二股工艺液流的冷凝作用提供的。上述第二工业生产流流的压力高于第一工业生产液流的压力。

通常，上述低纯氧产品流含有80％以上的氧，最好含氧量至少为90％。上述高纯氧产品流最好至少含99.5％的氧。