[发明专利]用于扰动流速原料空气的低温空气分离系统

说明书

本发明一般涉及原料空气的低温精馏。

低温空气分离工厂操作要求将高沸点杂质如水、二氧化碳和烃类在入塔之前由原料空气中除去。水和二氧化碳会在空气分离所用低温下凝固。如果烃类有可能在沸腾氧池中积累，它就会危及安全。除去这些杂质的一种方法是将反向换热器或再生器与最终净化吸附床联合使用。反向换热器和再生器的工作方式是将杂质冷冻，然后周期性地切换流动通道，让低压废气物流反向流过原先被高压空气占据的通道。低压废物流较冷但处于低压，可以将杂质蒸发并使换热器净化，从而为下次流向切换做好准备。这种周期性切换导致进入塔系统的原料空气流的短暂终止，因为切换后处于低压下的通道必在能将原料空气送入塔系统之前用空气增压。这种不稳定期的长短是原料空气和废气压力比以及换热器通道体积的函数。对于再生器来说，这一问题通常最严重，因为它的体积大。用等压操作可使不稳定期缩短，但仍然会降低原料空气的流速。

最近，吸附剂床被用来由加入低温空气分离工厂的原料物流中除去高沸点杂质。这种床的优点是不需要很多废气物流，因而加入的原料空气可以基本上以两种或三种清洁产品而得到。使用两类这种预净化器：变温吸附(TSA)和变压吸附(PSA)。正如名字所指出的，TSA主要取决于将吸附的杂质逐出吸附剂的热量，而PSA利用床内绝对压力的差别使杂质脱附。两者均以间歇方式操作，空气流过清洁床时杂质被吸附在床上，然后这些杂质在脱附步骤中被除去。通常使用两个或多个床。为减少对塔系统的影响，通过将空气泄入另一床中使即将使用的床加压一分钟左右。当床达到压力后，将所有的空气转给它。在该加压步骤中，塔的原料空气流速降低。这又是一种造成塔不稳定的周期性扰动。不稳定期的频率和长短将取决于具体的预净化器系统。通常用PSA时该不稳定期较长，因为切换频率以分钟计，而TSA的切换频率以小时计。

施加于工厂的原料空气流速的周期性或偶然性扰动使空气分离工厂塔中的液体由塔内件下泄并落入塔釜，或至少流到塔中低于稳态操作时的水平，从而使塔的操作效率降低，即当量理论塔板高度(HETP)增加。

因此，本发明的一个目的是提供一种即使有施加于工厂的原料空气流速的周期性或偶然性扰动也能有效操作的低温空气分离系统。

用本发明可达到上述的和其它的目的，本领域技术人员在阅读了本公开后，对这些目的会更加清楚，本发明的一个方面是：

一种进行原料空气低温精馏的方法，它包括：

(A)将含高沸点杂质的原料空气送到一个预净化器系统并在该预净化器系统中除去高沸点杂质以生产清洁原料空气；

(B)将清洁原料空气由预净化器系统送到一座低温空气分离工厂，该工厂至少含有一个塔并且在至少一个塔的至少某一部分有带筛网填料孔隙的筛网填料；

(C)预净化器系统的操作方式可引起由预净化器系统到低温空气分离工厂的清洁原料空气流速的偶然扰动；和

(D)在塔内进行逆流气/液低温精馏以便由原料空气生产至少一种产品，而在所说由预净化器系统到低温空气分离工厂的清洁原料空气流速扰动期间将液体保持在筛网填料孔隙中。

本发明的另一方面是：

一种进行原料空气低温精馏的设备，它包括：

(A)一个预净化器系统、向预净化器系统提供原料空气的装置以及净化预净化器系统从而使预净化器系统以能引起原料空气流速扰动的方式操作的装置；

(B)一座低温空气分离工厂，它包含至少一个塔和将原料空气由预净化器系统送往低温空气分离工厂的装置；

(C)在低温空气分离工厂至少一个塔的至少某一部分内的带筛网填料孔隙的筛网填料，所说筛网填料孔隙在所说原料空气流速扰动期间能保存液体；和

(D)从低温空气分离工厂回收至少一种产品的装置。

本文所用术语“原料空气”是指一种主要含氮气、氧气和氩气的混合物，例如大气。

本文所用术语“塔”是指一种蒸馏或分馏塔或区，即一种接触塔或区，其中液体和蒸气相逆流接触进行流体混合物的分离。有关蒸馏塔更深入的讨论，请参阅Chemical Engineer’s Handbook,fifth edition,edited by R.H.Perry and C.H.Chilton,McGraw-Hill Book Company,New York,Section13，连续蒸馏方法。