[发明专利]用于生产低纯氧和高纯氧的低温混杂系统

说明书

本发明一般地涉及低温精馏，更具体地涉及用于生产两种不同纯度氧的系统。

氧气的用户通常要求特定纯度的氧气，一般设计空气分离装置来生产一纯度水平的氧气。偶尔也需要提供两个不同纯度水平的氧气。虽然又可用常规的空气分离装置来生产两种不同纯度水平的氧气产品，但这种装置操作起来很昂贵。

因此本发明的目的之一是提供能有效生产低纯氧和高纯氧的系统。

本领域技术人员在阅读了本发明所完成的公开后，上述及其它目的将变得显而易见。所述公开为：

生产低纯氧和高纯氧的方法，包括：

(A)将进料空气送入包含至少一个吸附床的吸附剂系统中并从进料空气中将氮气吸附到吸附剂上以制得第一低纯氧；

(B)将至少部分第一低纯氧送入塔中，在塔内通过低温精馏将第一低纯氧分离为第二低纯氧和高纯氧；

(C)从塔下部将高纯氧作为产品高纯氧回收；和

(D)将至少部分第一低纯氧和/或第二低纯氧作为产品低纯氧回收。

此处所用的术语“进料空气”意指主要包含氧气和氮气的混合物如环境空气。

此处所用的术语“低纯氧”意指氧气浓度在50-98.5％(摩尔)范围内的流体。

此处所用的术语“高纯氧”意指氧气浓度大于98.5％(摩尔)的流体。

此处所用的术语“塔”是指蒸馏或分馏塔或区，即接触塔或区，在其中液相和气相逆流接触以实现流体混合物的分离，如通过气相和液相在塔内一系列垂直放置的塔盘或塔板和/或如结构或无规填充的填料单元上接触。对蒸馏塔的进一步讨论请参见《化学工程师手册》第5版，R.H.Perry和C.H.Chilton编，Mc Graw-Hiu Book Company出版，纽约，第13章，“连续蒸馏法”。

气相和液相接触分离法是基于各组分蒸气压的不同。高蒸气压(或易挥发或低沸点)组分易于浓缩在气相而低蒸气压(或难挥发或高沸点)组分易于浓缩于液相。部分冷凝是其中可用蒸气混合物的冷却来浓缩气相中的挥发组分而难挥发组分保留在液相中的分离方法。精馏或连续蒸馏是结合通过气液相的逆流处理获的连续部分蒸发和冷凝的分离方法。气液相的逆流接触基本上是绝热的，并可包括相之间的积分(阶段的)或微分(连续的)接触。利用精馏原理来分离混合物的分离过程装置常可互换地称为精馏塔、蒸馏塔或分馏塔。低温精馏是至少部分在等于或低于150度开尔文(K)的湿度下进行的精馏法。

此处所用的术语“间接热交换”意指在流体间没有任何物理接触或混合的情况下使两种流体流产生热交换关系。

此处所用的术语“再沸器”意指从塔中液体产生塔上流蒸气的热交换装置。

此处所用的术语“汽轮膨胀”和“汽轮骤冷器”分别意指对高压气流通过一汽轮机降低气体的压力和温度藉以产生制冷作用的方法和设备。

此处所用的术语“上部”和“下部”分别意指塔的中点以上和以下的塔的各段。

此处所用的术语“吸附剂”意指可在其间隙或微孔内接收或捕获气体或液体种类的物质(常为固体)。吸收剂的例子包括矾土、二氧化硅、碳和分子筛。特别优选的吸收剂为氮选择的分子筛。

此处所用的术语“吸附床”意指吸收剂颗粒邻近相互之间的汇集并构造成可被流体接触的形式。

图1是本发明的双纯度氧生产系统的一个实施方案的示意图。

图2是本发明另一实施方案的示意图，其中塔顶部蒸气用以产生制冷作用。

图3是本发明再一实施方案的示意图，其中在制冷产生周线中使用了一辅助塔。

图4是本发明又一实施方案的示意图，其中塔被再循环流体再沸。

对于共同的单元图中的数字是相同的。

现参见图1，进料空气50被送入包含吸附床的吸附剂系统1，其中进料空气的氮气最好被吸收在包含在吸附床中的吸附剂颗粒上，导致氧气浓度优选在80-95％(摩尔)范围内的第一低纯氧的生成。进料空气50可在一个或多个吸附床即可饱含个或多个分开的吸附床的吸附剂系统1以及一般和多层吸附剂系统相关的管道和阀门中处理。从吸附层系统1的富集氮废气流经流51排到大气中。