[发明专利]制备氮的装置和方法

权利要求书

1．一种从空气中分离氮的装置，它包括：

用以精馏空气的蒸馏塔，由之产生富含氮的塔顶产物和富含氧的液体塔底产物；

连接于所述的蒸馏塔、用以接收包含所述的塔顶产物的塔顶产物流的塔顶冷凝器，该塔顶冷凝器的结构可液化所述的塔顶产物流，从而产生用以回流该蒸馏塔的回流物流以及液体产物流；

具有若干通道的主热交换器，这些通道的结构可将经压缩和纯化的空气流的第一部分冷却至适合于精馏的温度，并使经压缩和纯化的空气流的第二部分进行部分冷却；

上述主热交换器连接于所述的蒸馏塔，使所述的经压缩和纯化的空气流的第一部分引入其中；

连接于主热交换器的第一和第二膨胀装置，分别用以膨胀部分加温的物流和用以膨胀所述的经压缩和纯化的空气流的第二部分，从而产生至少一种致冷剂流作为所述的第一和第二膨胀装置的产物；

上述主热交换器通道的结构也可接收和充分加温所述的至少一种致冷剂流，从而引入制冷作用并使得可能产生所述的液体产物流。

2．如权利要求1所述的装置，其特征还在于：

所述的塔顶冷凝器还连接于蒸馏塔，使包含所述的液体塔底产物的冷却剂流在该塔顶冷凝器内汽化，从而形成废物流；

主热交换器通道的结构还可将所述的废物流部分加温，从而产生所述的部分加温的物流。

3．如权利要求1所述的装置，其特征还在于：

所述的塔顶冷凝器还连接于蒸馏塔，使包含所述的液体塔底产物的冷却剂流在该塔顶冷凝器内汽化，从而形成废物流；

所述的第二膨胀装置和塔顶冷凝器连接于所述的主热交换器，使所述的废物流和所述的经压缩和纯化的空气流的第二部分在膨胀后合并起来，并在该主热交换器中部分加温，形成所述的部分加温的物流。

4．如权利要求1所述的装置，其特征还在于：

所述的塔顶冷凝器还连接于蒸馏塔，使包含所述的液体塔底产物的冷却剂流在该塔顶冷凝器内汽化，从而形成废物流；

主热交换器连接于所述的塔顶冷凝器以部分加温所述的废物流；和

第二膨胀装置与主热交换器相连接，使所述的经压缩和纯化的空气流的第二部分在所述的废物流中膨胀之后形成所述的部分加温的物流。

5．如权利要求2、3或4所述的装置，其特征还在于：

所述的冷却剂流包含第一冷却剂流；

所述的塔顶冷凝器还连接于蒸馏塔以接收第二冷却剂流，该第二冷却剂流包含所述的经压缩和纯化的空气流的第一部分的液相，其氮含量高于所述的塔底产物的氮含量；

在所述的塔顶冷凝器与蒸馏塔之间插入一个膨胀阀，用以膨胀所述的第二冷却剂流；

有一个循环压缩器连接于所述的塔顶冷凝器，用以将所述的第二冷却剂流再次压缩至蒸馏塔的塔内压力；和

所述的主热交换器连接于循环压缩器与蒸馏塔之间，以将经再压缩后的第二冷却剂流返回至所述的蒸馏塔内，而其所述的热交换通道的结构也可使所述的第二冷却剂流冷却至露点温度或其附近。

6．如权利要求5所述的装置，其特征还在于所述的主热交换器连接于所述的蒸馏塔，主热交换器的通道的结构也可接收包含所述的塔顶产物的气流并将该气流充分加温，从而形成气体氮产物流。

7．一种从空气中分离氮的方法，包括以下步骤：

在蒸馏塔中精馏空气，由此产生富含氮的塔顶产物和富含氧的液体塔底产物；

在使包含所述的塔顶产物的塔顶产物流液化的同时使废物流汽化，由之产生用以回流所述的蒸馏塔的回流物流以及液体产物流；

将经压缩和纯化的空气流的第一部分冷却至适合于精馏的温度，并使经压缩和纯化的空气流的第二部分进行部分冷却；

将经压缩和纯化的空气流的第一部分引入至所述的蒸馏塔；

使部分加温的物流和所述的经压缩和纯化的空气流的第二部分膨胀作功，产生至少一种致冷剂流；和

使所述的经压缩和纯化的空气的第一和第二部分与所述的致冷剂流之间间接交换热量，从而引入制冷作用，以产生所述的液体产物流。

8．如权利要求7所述的方法，其特征还在于：

所述的塔顶产物流是相对于包含所述的液体塔底产物的冷却剂流的汽化而同时冷凝的，从而使所述的冷却剂流在汽化后形成废物流；和

将所述的废物流部分加温，从而形成所述的部分加温的物流。