[发明专利]预净化器和交流换热器相组合的空气深冷分离方法

说明书

本发明涉及空气的深冷分离，其中在将原料空气引入空气深冷分离装置之前，用交流换热器冷却原料空气。

通常，从大气中大规模地生产工业气体要用到空气的深冷处理。除了含有所需的产品如氧气、氮气、氩气和稀有气体以外，用作深冷处理原料的空气(原料空气)还含有杂质或不希望的组分，如水蒸汽、二氧化碳和一种或多种碳水化合物。在对原料空气进行加工之前，必须除去这些杂质，因为这些杂质会干扰深冷处理设备的连续有效运行，或者会出现危及操作者安全、损坏设备的情况。空气分离厂的大部分费用都与空气净化或纯化，以及将空气冷却到深冷温度有关。

用于为空气分离系统提供洁净的低温空气流的工艺各种各样。热交换器可以同时冷却原料空气和对产品流进行再加热。原料空气和产品流沿隔开的通道流过热交换器。早期的空气分离系统容许杂质沉积在原料空气通道的冷的热交换表面上，但它最终会使热交换器被冷凝的杂质沉积物堵塞，或者不能将进入的原料空气冷却到深冷分离所需的低温。于是该装置只能被停机并被熔化处置掉。后来的装置安装了用于除去部分水分的冷凝器和除去二氧化碳的碱性洗涤器。随着对气体产品需求的增长，投入使用了如交流换热器的装置，在原料空气与产品流之间进行热交换。

交流换热器包括装有填料的绝热压力容器。通过连续使温的原料空气流流过交流换热器，接着是冷产品流流过交流换热器，从而交替地加热和冷却交流换热器。这不同于热物流和冷物流同时流过的热交换器。在交流换热器中，用容器壁和填料贮存或失去热量，它们被先前的气流依次冷却或加热。当空气被冷却到接近饱和温度时，可从流过交流换热器的原料空气中除去水分和二氧化碳。交流换热器是成对运行的，交替通入原料空气和冷回流物流，可使该装置连续经济地运行长达一年的时间。美国专利1,945,634描述了这种系统。当冷回流物流穿过交流换热器而被加热时，该物流将与剩余的原料空气相混合，还会气化任何冷凝在交流换热器中的杂质。如果该物流是洁净产品，剩余的原料空气和气化进入物流的杂质就会污染产品。为了避免出现这一问题，不时要用气流吹洗交流换热器，以气化冷凝的杂质，并把它们吹到大气中，当然这样作要浪费能量。美国专利2,825,212描述了一种在交流换热器中使用吸附剂从原料空气中除去杂质的方法，但这种方案仍不可避免地要经常吹洗交流换热器和吸附剂，以除去冷凝的杂质。为了无需不经济的吹洗就能得到洁净的产品，通常在交流换热器中嵌入盘管，为高纯度的产品提供一个隔离通道，杜绝产品被原料空气或冷凝杂质污染的可能性。然而，已知盘管会由于穿孔而失效，产品仍会被原料空气污染，这种盘管还会加速颗粒的磨损。

目前，吸附工艺已广泛用于从原料空气中除去水分、二氧化碳和碳氢化合物。在许多情况下，在吸附系统前设置一冷凝器，用于除去大量的水分，降低吸附系统的脱水负荷。于是该系统可给处理装置提供干燥而洁净的空气流。美国专利4,557,735描述了这种方法的应用情况，它用分子筛作吸附介质。它是先冷却压缩的原料空气，然后使冷空气流过吸附介质。在将这种冷空气输送到深冷分离系统之前，仍需要将它冷却到深冷温度。已知被称为主热交换的这种功能通常在铜铝热交换器(BAHX)中运行。

本发明提供了一种通过深冷精馏分离空气的方法，包括压缩原料空气，使压缩后的原料空气流过预净化器，在预净化器中，基本上除去空气中的杂质，在将净化过的空气引入深冷空气分离装置之前，在先前冷却过的交流换热器中冷却净化过的空气，在深冷空气分离装置中将空气分离成富氮组分和富氧组分。在本发明的一个优选实施例中，在热交换器中冷却部分净化过的空气。

在BAHX芯之前设置采用吸附剂的预净化器的投资费用是相当大的。采用交流换热器并使用预净化器的方法具有多个优于目前所用系统的优点。并明显提高了空气流过交流换热器时去除冷凝杂质的效率。此外，冷凝原料空气中的杂质还不会引起致冷损失。也许更重要的是，预净化器的可靠性和安全性要高于使用可逆热交换器或交流换热器除去水和二氧化碳，以及随后冷吸附碳氢化合物的可靠性和安全性。

此外，本发明用预净化系统可基本上从进到装置中的空气原料中除去所有杂质，无需设计和运行交流换热器也来除去污染物。这使得特别是只完成热转移的装置最佳化，由此增加了处理效率，降低了材料和运行费用，其经济效益明显优于普通方法。

如果产品流穿过BAHX，同时交流换热器只被废物流冷却，则会得到更多的好处，因为可生产出高纯度的产品，而几乎没有运行问题。

图1是本发明一个实施例的流程图。

图2是本发明一个优选实施例的流程图。