[发明专利]生产低纯氧的高压高效低温精馏系统

说明书

发明领域

本发明一般涉及低温空气分离，特别涉及生产低纯氧的低温空气分离。发明背景

与中等压力的氮共存的高压低纯氧有许多应用。煤气化和能源工业就是这些应用的实例。目前煤的气化消耗了大量的低纯氧。使用低纯氧发电也有很大的潜力。提供高压下的这些产物的经济来源是非常需要的。

目前提供与中等压力氮共存的高压低纯氧的工艺是采用常规的双塔循环，并且在低温分离后压缩产品气体。另一种方法是泵送液体产物，随后进行蒸发。在某些场合下，使用冷压缩来提供高压产物。这些可采用的方法的每一种都导致相当高的动力费用，以及相当高的投资费用。

据此，本发明的目的是提供具有高效率和低投资费用的生产低纯氧的低温空气分离系统。

本发明的另一个目的是提供改进的生产高压低纯氧的低温空气分离系统。

本发明的再一个目的是提供改进的生产高压低纯氧的低温空气分离系统，该分离系统也能生产高压氮。发明概述

本发明实现了上述目的和其它目的，通过阅读本文的公开，本领域的技术人员会很清楚这些目的的。本发明的一个方面是：

通过原料空气的精馏，生产低纯氧的低温精馏方法，所述方法采用了一高压塔和一低压塔，所述方法包括下述步骤：

(A)使从所述高压塔而来的富氮气流进行涡轮膨胀，以提供冷的富氮气流；

(B)与取自所述低压塔的蒸发富氧液流相逆流使所述冷的富氮气流冷凝为富氮液流；

(C)使所述的富氮液流作为回流液送回所述的低压塔；

(D)使所述的蒸发氧液流返回所述的低压塔；和

(E)利用所述的涡轮膨胀步骤(a)产生的能量。

本发明的另一个方面是：

生产低纯氧的低温精馏设备，包括：

(A)一高压塔，一低压塔，一压缩机和使原料空气从压缩机送到高压塔的装置；

(B)一涡轮膨胀机和使流体从高压塔的上部送到涡轮膨胀机的装置；

(C)热交换器，使流体从涡轮膨胀机送到热交换器和从热交换器送到低压塔的装置；

(D)使流体从低压塔送到热交换器和从热交换器送到低压塔的装置；和

(E)利用涡轮膨胀机产生的能量来运转压缩机的装置。附图的简要说明

图1是根据本发明第一个实施方案生产低纯气体氧系统的流程示意图。

图2是根据本发明第二个实施方案生产低纯气体氧的系统的流程示意图，该实施方案进一步可以生产液体氧。

图3是根据本发明第三个实施方案生产低纯氧的系统的流程示意图，该实施方案能生产液体氧，并能进一步生产低压气体氮。

图4是根据本发明第四个实施方案生产低纯氧的系统的流程示意图，该实施方案能生产液体氧，并能进一步生产低压气体氮。

图5是根据本发明第五个实施方案生产低纯氧的系统的流程示意图，该实施方案使用侧塔生产高纯液体氧。

附图的编号对于通用构件是相同的。

给本说明书和权利要求书中所使用的某些术语下定义一开始就是值得做的。

“塔”这一术语其含义是指蒸馏塔或分馏塔或者蒸馏区或分馏区，也就是说接触塔或接触区，液相和蒸汽相逆流流动，例如通过蒸汽相和液相在塔内固定的一系列垂直间隔的塔盘或塔板上和/或填料上的接触，以实现液体混合物的分离。为了进一步讨论蒸馏塔，请参看纽约.Mc Gyaw-Hill书籍出版公司的R.H.Perry和C.H.Chilton编辑的化学工程师手册第五版第13节B.D.Smith等人著的“蒸馏”篇，第13-3页题名为连续蒸馏法。使用“双塔”这一术语来表示一高压塔的上端与一低压塔下端有热交换的双塔。在1949年牛津大学出版社出版的第七章，工业空气分离中Ruheman著的“气体分离”一文有关于双塔的进一步讨论。

蒸汽和液体接触分离法取决于蒸汽压差。蒸馏是分离方法，藉此可以利用液体混合物的加热来浓缩蒸汽相中的挥发性组分和液相的难挥发组分。部分冷凝是分离方法，藉此可以利用蒸汽混合物的冷却来浓缩蒸汽相的挥发性组分，和因而可以浓缩液相的难挥发组分。精馏或称之为连续蒸馏也是分离的方法，该方法将蒸汽和液相的逆流处理所获得的逐级部分蒸发和冷凝结合起来。蒸汽相和液相的逆流接触是绝热的，它包括两相之间的积分接触和微分接触。利用精馏原理来分离混合物的分离法装置常常可互换地称为精馏塔、蒸馏塔或分馏塔。低温精馏至少部分地是在150°K或低于150°K的温度下进行的精馏法。

“低纯氧”的含意指的是含有小于或等于98％(摩尔)氧，优选地含有约90-98％(摩尔)氧的富氧液体。